Hybrid technology of hard coal mining from seams located at great depths

• Autorzy: Czaja P. , Kamiński P. , Klich J. , Tajduś A.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amsc-2014-0041

Warianty tytułu

PL

Technologia hybrydowa eksploatacji węgla kamiennego z pokładów zalegających na dużych głębokościach

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Learning to control fire changed the life of man considerably. Learning to convert the energy derived from combustion of coal or hydrocarbons into another type of energy, such as steam pressure or electricity, has put him on the path of scientific and technological revolution, stimulating dynamic development. Since the dawn of time, fossil fuels have been serving as the mankind’s natural reservoir of energy in an increasingly great capacity. A completely incomprehensible refusal to use fossil fuels causes some local populations, who do not possess a comprehensive knowledge of the subject, to protest and even generate social conflicts as an expression of their dislike for the extraction of minerals. Our times are marked by the search for more efficient ways of utilizing fossil fuels by introducing non-conventional technologies of exploiting conventional energy sources. During apartheid, South Africa demonstrated that cheap coal can easily satisfy total demand for liquid and gaseous fuels. In consideration of current high prices of hydrocarbon media (oil and gas), gasification or liquefaction of coal seems to be the innovative technology convergent with contemporary expectations of both energy producers as well as environmentalists. Known mainly from literature reports, underground coal gasification technologies can be brought down to two basic methods: - shaftless method - drilling, in which the gasified seam is uncovered using boreholes drilled from the surface, - shaft method, in which the existing infrastructure of underground mines is used to uncover the seams. This paper presents a hybrid shaft-drilling approach to the acquisition of primary energy carriers (methane and syngas) from coal seams located at great depths. A major advantage of this method is the fact that the use of conventional coal mining technology requires the seams located at great depths to be placed on the off-balance sheet, while the hybrid method of underground gasification enables them to become a source of additional energy for the economy. It should be noted, however, that the shaft-drilling method cannot be considered as an alternative to conventional methods of coal extraction, but rather as a complementary and cheaper way of utilizing resources located almost beyond the technical capabilities of conventional extraction methods due to the associated natural hazards and high costs of combating them. This article presents a completely different approach to the issue of underground coal gasification. Repurposing of the already fully depreciated mining infrastructure for the gasification process may result in a large value added of synthesis gas production and very positive economic effect.

PL

Od kiedy człowiek nauczył się panować nad ogniem Jego życie uległo znaczącym zmianom, natomiast kiedy energię spalanego węgla czy węglowodorów nauczył się zamieniać na inny rodzaj energii jak ciśnienie pary czy energię elektryczną wkroczyła na drogę rewolucji naukowo-technicznej i dynamicznego rozwoju. Od zarania dziejów paliwa kopalne są naturalnym rezerwuarem energii potrzebnej ludzkości w co-raz większej ilości. Kompletnie niezrozumiałe negowanie korzystania z paliw kopalnych sprawiają, że niektóre grupy ludności lokalnej, nie mając wszechstronnej wiedzy, są skłonne do protestów, a nawet do generowania konfliktów społecznych, będących wyrazem niechęci do wydobywania jakichkolwiek kopalin. Procesem znamiennym dla naszych czasów jest poszukiwanie coraz efektywniejszych sposobów wykorzystania paliw kopalnych przez wprowadzenie niekonwencjonalnych technologii pozyskiwania energii z klasycznych surowców energetycznych. Afryka Południowa w czasach apartheidu pokazała, że mając tani węgiel kamienny - jako surowiec energetyczny można z łatwością. zabezpieczyć w całości zapotrzebowanie na paliwa płynne i gazowe. Obecnie przy wysokich cenach nośników węglowodorowych (ropy i gazu) zgazowanie lub upłynnianie węgla, wydaje się być w naszych warunkach technologią innowacyjną. Zbieżną ze współczesnymi oczekiwaniami zarówno producentów energii, jak też obrońców środowiska. Znane, głównie z doniesień literaturowych technologie podziemnego zgazowania węgla sprowadzają się do dwóch zasadniczych metod: - bezszybowej - wiertniczej, w której zgazowywane złoże udostępnione jest otworami wiertniczymi wywierconymi z powierzchni terenu, -szybowej, w której do udostępnienia złoża wykorzystuje się podziemna. infrastrukturę istniejącej kopalni. W niniejszej pracy zostanie zaprezentowana metoda mieszana szybowo-wiertnicza, za pomocą której proponować się będzie pozyskanie pierwotnych nośników energii (metanu i gazu syntezowego) ze złóż węgla kamiennego, zalegających na dużej głębokości. Dużym atutem metody jest fakt, że przy klasycznej technologii wydobycia węgla, jego pokłady zaliczone na dużej głębokości zaliczone musza. być do zasobów pozabilansowych, natomiast przy podziemnym zgazowaniu metoda. hybrydowa. mogą stać się źródłem dodatkowej energii dla gospodarki. Należy jednak podkreślić, że metoda szybowo-wiertnicza nie może być traktowana jako alternatywa dla klasycznego wydobycia węgla, ale jako jego uzupełnienie i tańsze sięgniecie po zasoby praktycznie leżące poza możliwościami technicznymi wydobycia metoda. klasyczną głownie ze względu na bardzo duże zagrożenia naturalne oraz wysokie koszty ich zwalczania. Artykuł prezentuje kompletnie inne podejście do problemu podziemnego zgazowania węgla kamiennego. Korzystając w procesie zgazowania z infrastruktury górniczej już w pełni zamortyzowanej wartość dodana w produkcji gazu syntezowego może być bardzo duża, a efekt ekonomiczny bardzo korzystny.

Słowa kluczowe

EN

hard coal; methane drainage of a coal bed; underground coal gasification; hybrid coal exploitation

PL

odmetanowanie pokładów węgla; podziemne zgazowanie węgla; węgiel kamienny; hybrydowa eksploatacja

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, no. 3
• Strony: 575--590
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Czaja P.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining and Geoengineering, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Kamiński P.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining and Geoengineering, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Klich J.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining and Geoengineering, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Tajduś A.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining and Geoengineering, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Czaja P., Kwaśniewski K., Polak K., Różkowski K., 2013. Underground Coal Gasification (UCG) — Chinchilla pilot plant in Australia. Polish Mining Review, Vol. 69, Iss. 2, p. 131-138.
• [2] Kapusta K., 2013. Analiza powstawania i migracji zanieczyszczeń wód w procesie podziemnego zgazowania węgla. Praca doktorska, GIG Katowice 201.
• [3] Kotas, 1994. Coal-bed methane potential of Upper Silesian Coal Basin, Poland. Prace PIG CXLII, Warszawa.
• [4] Krzystolik P., Skiba J., 2009. Gospodarcze wykorzystanie metanu z pokładów węgla w warunkach polskich. Polityka Energetyczna, t. 12, z. 2/2, s. 319-332.
• [5] Lewandowska, 2001. Warunki występowania wód podziemnych na tle ziemskiego strumienia ciepła, w kopalniach północno-zachodniej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Rozprawa doktorska, Politechnika Śląska, Gliwice.
• [6] Małkowski P., Niedbalski Z., Hydzik-Wiśniewska J., 2013. The Change of Structural and Thermal Properties of Rock Exposed to High Temperatures in the Vicinity of Designed Geo-Reactor. Archives of Mining Sciences, Vol. 58, No 2, p. 465-481.
• [7] Marcisz M., 2010. Ocena bazy zasobowej węgla koksowego w KWK Zofiówka i KWK Pniówek JSW S. A. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, t. 26, z. 2, s. 5-23.
• [8] Nawrat S., 2013. Pozyskiwanie i utylizacja metanu z kopalń. Wydawnictwa Naukowe Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie. Kraków.
• [9] Nowak B., Kuczera Z., 2012. Heat Power Determination of DV-290 Refrigerator’s Evaporators on the Basis of Thermodynamics Parameters of Inlet Air. Archives of Mining Science, Vol. 57, No 4, p. 911-921.
• [10] Probierz K., Lewandowska M., 2004. Warunki termiczne masywu skalnego w NW części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego a możliwość generowania węglowodorów. Archives of Mining Science, Vol. 48, No 1, p. 3-35.
• [11] Probierz K., Marcisz M., 2010. Changes of coning properties with the depth of deposition in coal seams of Zofiówka monocline (SWpart of Upper Silesian Coal Basin, Poland). Gospodarka Surowcami Mineralnymi, Vol. 26, Iss. 4, p. 71-87.
• [12] Probierz K. et. al., 2012. Od torfu do węgli koksowych Zofiówki w obszarze Jastrzębia (południowo zachodnia część Górnośląskiego Zagłębia Węglowego). Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze.
• [13] Strugała A., Czalicka-Kolarz K., Ściążko M., 2011. Projekty nowych technologii zgazowania węgla powstające w ramach Programu Strategicznego NCBR, 2011. Polityka Energetyczna, 14 (2), s. 375-390.
• [14] Strugała A., Czerski G., 2012. Badania nad technologiami zgazowania węgla w Polsce, 2012. Przemysł Chemiczny, 91 (11), s. 2181-2185.
• [15] Szlązak N. et. al., 2008. Ocena stanu zagrożenia metanowego i temperaturowego w rejonie ścian eksploatacyjnych. Wydawnictwa AGH, Kraków.
• [16] Szuflicki et. al., 2013. Bilans zasobów złóż kopalin w Polsce wg stanu na 31 XII. 2012 r. Państwowy Instytut Geologiczny, Państwowy Instytut Badawczy. Warszawa 2013.