Alternative methodology to determine effective coefficient of methane diffusion in coal

• Autorzy: Koptoń Henryk

Identyfikatory

DOI

10.46873/2300-3960.1008

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the results of research in to the development of an alternative method of determining the effective coefficient of methane diffusion in coal, based on a mathematical model following Fick's second law. The research was conducted based on the recorded courses of methane sorption kinetics in coal samples obtained in laboratory conditions with the precise gravimetric sorption system IGA-001. The value of the coefficient was treated as an element tuning the model in such a way that the average relative error of the ex post was as small as possible. Model verification indicated the correctness of its assumptions. The development of a more accurate methodology to determine the effective coefficient of methane diffusion in coal will enable the verification of the models applied in order to describe the physical and chemical mechanisms of the methane desorption natural phenomenon. It will also pave the way for further research aimed at the determination of: the gas bearing capacity of coal seams, the degree of degassing of seamswhich results from the mining operations being conducted; or to what extent it is possible to degas the deposits.

Słowa kluczowe

EN

mining; coal; sorption; diffusion; methane; diffusion coefficient

PL

górnictwo; węgiel; sorpcja; dyfuzja; metan; współczynnik dyfuzji

• Wydawca: Elsevier ; Główny Instytut Górnictwa
• Czasopismo: Journal of Sustainable Mining
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 19, iss. 2
• Strony: 88--95
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz.

Twórcy

autor

Koptoń Henryk

• Experimental Mine “Barbara”, Department of Gas Hazard Control, The Central Mining Institute (Katowice, Poland) ul. Podleska 72, 43-190, Mikołów, Poland

Bibliografia

• [1] Busch A, Gensterblum Y, Krooss B, Littke R. Methane and carbon dioxide adsorptionediffusion experiments on coal: upscaling and modelling. International Journal of Coal Geology 2004;60:151-68.
• [2] Koptoń H. Metoda prognozowania metanowości bezwzględnej wyrobisk korytarzowych drążonych kombajnami w kopalniach węgla kamiennego. Praca doktorska [Method of prognosing absolute methane content in dog headings driven with heading machine in coal mines. Doctoral thesis. Katowice: Główny Instytut Górnictwa; 2009.
• [3] Koptoń H. Określenie zbioru czynników i parametrów mających istotny wpływ na wydzielanie się metanu do wyrobisk korytarzowych drążonych w kopalniach węgla kamiennego [Determination of factors and parameters which significantly influence methane emission into roadways driven in hard coal mines]. V Konferencja Naukowo-Szkoleniowa - Problemy Współczesnego Górnictwa 2012. Prace Naukowe GIG, Górnictwo i środowisko 2012;1(1).
• [4] Koptoń H. Uwzględnienie własności sorpcyjnych węgla przy prognozowaniu metanowości bezwzględnej wyrobisk korytarzowych drążonych przy użyciu środków strzałowych [Consideration of the sorption properties of coal when forecasting absolute methane bearing capacity of the roadway workings driven by using explosives]. Przegląd Górniczy 2015;71(5):54-60.
• [5] Koptoń H. Zagrożenie metanowe przy prowadzeniu robót górniczych w aspekcie własności sorpcyjnych węgla [Methane hazard while conducting of mining operations in aspect of sorption properties of coal]. Przegląd Górniczy 2017;73(2):39-43.
• [6] Koptoń H, Skiba J. Consideration of sorption abilities of the coal when forecasting absolute methane emissions into the roadway workings in hard coal mines. In: China International Conference on Coal Mine Methane Recovery and Utilization. Hefei, 29-30.05.2010. Proceedings of 2010 International Symposium on Coal Mine Gas Control; 2010. p. 21-31.
• [7] Meng Y, Li Zp. Experimental study on diffusion property of methane gas in coal and itsinfluencing factors. Fuel 2004; 185(2016):219-28.
• [8] Skoczylas N. Laboratory study of the phenomenon of methane and coal outburst. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 2012;55:102-7.
• [9] Skotniczny P. Dynamic Phenomena in the Air Flow in aMine Drift Caused by Rock and Gas Outbursts. Archives of Mining Sciences 2009;54(4):827-40.
• [10] Wierzbicki M. Changes in the sorption/diffusion kinetics of coal-methane system caused by different temperatures and pressures. Gospodarka Surowcami Mineralnymi 2013;29(4): 155-68.
• [11] Wierzbiński K, Krause E. Badania kinetyki sorpcji węgli z pokładów zagrożonych wyrzutami metanu i skał [Tests of sorption kinetics in coals of seams under methane and rock outburst hazard]. XIII Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna. Górnicze Zagrożenia Naturalne2006. Głębokość eksploatacji a zagrożenia górnicze. Ustroń,7-10 listopada 2006. 2006.
• [12] Dutka B, Wierzbicki M. Wybrane własności węgli w rejonach zagrożonych wyrzutami metanu i skał [Some Properties of Outburst Prone Coals in Upper Silesian Coal Basin, Poland]. Górnictwo i Geoinżynieria. Rok 32. Zeszyt 1. 2008.
• [13] Timofiejew DP. Izd. AN. SSSR, Moskwa, 1962, p. 100, (in Russian). 1962.
• [14] Benham MJ, Ross DK. Experimental determination of adsorption-desorption isotherms by computer controlled gravimetric analysis. Zeitschrift Für Physikalische Chemie Neue Folge 1989;163:25-32.
• [15] Beamish BB, Gamson PD, Johnson DP. Investigations of parameters influencing gas storage and release in Bowen Basin coals. Coalseam Gas Research Institute Technical Report, Dept. of Earth Sciences, James Cook University of North Queensland, CGRI TR 91/4. 1991. p. 120.
• [16] Levine JR. Influences of coal composition on coal seam reservoir quality. A review. Symp. Coalbed Methane Res. Dev. 1992;1. Townsville.
• [17] Saghafi A, Faiz M, Roberts D. CO2 storage and gas diffusivity properties of coals from Sydney Basin. Australia International Journal of Coal Geology 2007;70(1-3):40-254.
• [18] Wierzbicki M, Murzyn T. Sposób wyznaczania wartości efektywnego współczynnika dyfuzji w niepełnym czasie pomiaru sorpcji [Method of determining the value of the effective diffusion coefficient in part-time measurement of sorption]. PraceInstytutu Mechaniki Górotworu PAN 2014; 16(1-2):93-101.
• [19] Skoczylas N, Topolnicki J. The coal-gas system - the effective diffusion coefficient. International Journal of Oil Gas and Coal Technology 2016;12(4):412-24.
• [20] Koptoń H. Czynniki geologiczno-górnicze i parametry organizacyjno-techniczne wpływające na wydzielanie się metanu do drążonych wyrobisk korytarzowych w kopalniach węgla kamiennego [Geological and mining factors, and organizational and technical parameters affecting the emission of methane into the road-ways being driven in hard coal mines]. Wiadomości Górnicze 2011; 62(12):693-700.
• [21] Wrona B. Metoda wagowa badania własności sorpcyjnych węgli kamiennych [Weightmethod of testing sorption properties of hard coals]. Przegląd Górniczy 1983;2.
• [22] Olajossy A. Relacja: laboratorium - in situ w badaniach desorpcji metanu z pokładów węgla (Laboratory - in situ relation in tests of methane desorption from coal seams). Zeszyty Naukowe AGH, Kraków: Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica. 1993.
• [23] Thimons EP, Kissell FN. Diffusion of Methane Through Coal. Fuel. 1973.
• [24] Kolesar JE. Nature of Sorption and Diffusion Phenomena in the Micropore Structure of Coal. SPE; 1986.
• [25] Kärger J, Ruthven DM. Diffusion in Zeolites and Other Microporous Solids. New York: Wiley & Sons; 1992.
• [26] Bobok D, Besedová E. Error in the Estimation of Effective Diffusion Coefficients from Sorption Measurements. May 22-26 Proc. 27th Int. Conf. SSChE, Tatranské Matliare, Slovakia. Chem. Papers 2000;54(6b):482-8.
• [27] Azimi A, Mirzaei M. Determination of effective diffusion coefficient of methane adsorption on activated carbon. World Applied Sciences Journal 2012;17(9):1109-14.
• [28] Metcalfe RS, Yee D, Seidle JP, Puri R. Review of Research Efforts in Coalbed Methane Recovery. Workshop on the Recovery and End - Use of Coal - Bed Methane. Report no. A-10, Katowice. 1992.
• [29] Seidle J. Fundamentals of Coalbed Methane Reservoir Engineering. PennWell Books; 2011.
• [30] Crank J. The Mathematics of diffusion. 2nd ed. London: Oxford Univ. Press; 1975. p. 414.
• [31] Pillalamarry M, Harpalani S, Liu S. Gas diffusion behaviour of coal and its impact on production from coalbed methane reservoirs. International Journal of Coal Geology 2011;86(4): 342-8.