Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Przewidywanie zmienności ciśnienia metanu wraz z głębokością zalegania pokładów węgla

Dutka B., Godyń K.

Przemysł Chemiczny

|

2018

|

T. 97, nr 8

1344--1348

PL

Przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych i modelowych dla średnio zmetamorfizowanych węgli pochodzących z pokładów południowo-zachodniej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Wskazano na zmienność takich parametrów, jak porowatość, stopień uwęglenia, zawartość głównych grup macerałów oraz pojemność sorpcyjna z głębokością zalegania pokładu. Przedstawione wyniki badań wskazują, że wraz z głębokością i wyższym stopniem uwęglenia następuje obniżenie zdolności sorpcyjnych oraz wzrost ciśnienia metanu w pokładach. Informacja o kształtowaniu się tych parametrów w złożach węgla może okazać się niezwykle cenna z punktu widzenia planowania technologii ECBM.

EN

Five medium metamorphosed coals from the south-western part of the Upper Silesian Coal Basin were subjected to sorption and petrographic studies to det. the variability of porosity, degree of coalification, content of main maceral groups and sorption capacity with increasing seam depth. Obtained decrease of the sorption capacity of coal and increase of the MeH pressure in deeper coal seams had an impact on the enhanced coal-bed MeH recovery planning.

2

The impact of the degree of coalification on the sorption capacity of coals from the Zofiówka Monocline

Godyń K., Dutka B.

Archives of Mining Sciences

|

2018

|

Vol. 63, no. 3

727--746

EN

The evaluation of threats connected with the presence of methane in coal seams is based on our knowledge of the total content of this gas in coal. The most important parameter determining the potential of coal seams to accumulate methane is the sorption capacity of coal a. It is heavily influenced by the degree of coalification of the coal substance, determined by the vitrinite reflectance R0 or the content of volatile matter Vdaf. The relationship between the degree of coalification and the sorption capacity in the area of the Upper Silesian Coal Basin (USCB) has not been thoroughly investigated, which is due to the zonation of methane accumulation in this area and the considerable changeability of methane content in various localities of the Basin. Understanding this relationship call for in-depth investigation, especially since it depends on the analyzed reflectance range. The present work attempts to explain the reasons for which the sorption capacity changes along with the degree of coalification in the area of Jastrzębie (the Zofiówka Monocline). The relationship between parameters R0 and Vdaf was investigated. The authors also analyzed changes of the maceral composition, real density and the micropore volume. Furthermore, coalification-dependent changes in the sorption capacity of the investigated coal seams were identified. The conducted analyses have indicated a significant role of petrographic factors in relation to the accumulation properties of the seams located in the investigated area of USCB.

PL

Ocena zagrożeń związanych z obecnością metanu w pokładach węgla opiera się na wiedzy o całkowitej zawartości tego gazu w węglu. Pojemność sorpcyjna węgla a jest najistotniejszym parametrem określającym potencjał akumulacyjny pokładów. Istotny wpływ na pojemność sorpcyjną ma stopień uwęglenia substancji węglowej określany przez współczynnik refleksyjności witrynitu R0 lub zawartość części lotnych V daf. Relacja pomiędzy stopniem uwęglenia i pojemnością sorpcyjną na obszarze Górnośląskiego Zagłębia Węglowego nie jest gruntownie rozpoznana, ze względu na strefowość nagromadzeń metanu na tym obszarze oraz znaczną zmienność jego zawartości w różnych rejonach Zagłębia. Relacja pomiędzy rozpatrywanymi parametrami zmienia się w zależności od analizowanego zakresu refleksyjności. Celem niniejszej pracy jest próba wyjaśnienia przyczyn zmienności pojemności sorpcyjnej z uwęgleniem na przykładzie węgli z rejonu Jastrzębia (Monoklina Zofiówki). Prześledzono relację parametru R0 w stosunku do V daf. Przeanalizowano zmiany takich parametrów węgla jak skład macerałowy, gęstość rzeczywista oraz objętość mikroporów ze wzrostem stopnia uwęglenia pokładów. Określono zmiany zdolności sorpcyjnej badanych pokładów z uwęgleniem. W rezultacie przeprowadzonych analiz wskazano na znaczącą rolę czynników petrograficznych w odniesieniu do właściwości akumulacyjnych pokładów badanego rejonu GZW.

3

Związek pomiędzy wskaźnikiem desorpcji i metanonośnością dla pokładów kopalni ,,Borynia-Zofiówka-Jastrzębie” Ruch Zofiówka – przybliżona zawartość metanu w węglu

Dutka B., Wierzbicki M.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2017

|

T. 19, nr 3

11--20

PL

Przeprowadzono badania statystyczne dla 24 pokładów kopalni ,,Borynia-Zofiówka-Jastrzębie” Ruch Zofiówka polegające na statystycznej analizie związku występującego pomiędzy mierzonymi w warunkach in situ wartościami wskaźnika desorpcji dp oraz metanonośnością pokładu Mn. Zbiory danych obejmowały wyniki pomiarów kopalnianych prowadzonych na obszarze górniczym ,,Zofiówki” w latach 2007-2014. Zgodnie z obowiązującą metodą desorbometryczną, zależność pomiędzy wartościami wskaźnika desorpcji i metanonośnością przybliżoną uśrednia funkcja liniowa, która obowiązuje dla wszystkich polskich kopalń. W obrębie poszczególnych pokładów kopalni wyznaczono wartości współczynnika korelacji Pearsona oraz przeprowadzono badanie siły korelacji i jej istotności. Posługując się metodą regresji liniowej, określono indywidualne równania opisujące zależność pomiędzy parametrami Mn i dp dla różnych pokładów Ruchu Zofiówka. Zgodnie z przeprowadzoną analizą można zauważyć, że relacja pomiędzy wskaźnikiem desorpcji i metanonośnością nie jest stała, lecz zmienia się w zależności od pokładu. Uzyskane rezultaty pozwalają przypuszczać, że zmienność relacji Mn-dp może wynikać ze zmian właściwości sorpcyjnych pokładów charakteryzujących się różnym wiekiem geologicznym. Zagadnienie to będzie przedmiotem dalszych prac.

EN

Statistical studies for 24 coal seams of the Borynia-Zofiówka-Jastrzębie mine, Zofiówka Section have been carried out. Studies consisted of statistical analysis of the relationship between in situ measured values of the desorption intensity index dp and the methane content Mn. Data sets included the results of measurements of these parameters in the years 2007-2014 in the Zofiówka mining area. According to the desorbometric method, the relationship between values of desorption intensity index and approximate methane content of coal averages the linear function, which applies to all Polish hard coal mines. The Pearson correlation coefficients, the correlation strength and its significance were determined within particular coal seams of Zofiówka mining area. Using the linear regression method, individual equations describing the Mn(dp) dependence for different coal seams were determined. According to the analysis, it is noted that the relationship between the desorption intensity index and the methane content is not constant, but varies for different coal seams. The obtained results suggest that the variability of the Mn(dp) relationship may be due to changes in the sorption properties of coal seams with different geological ages. This issue will be the subject of further work.

4

Wpływ zawartości grup macerałów na wybrane parametry sorpcyjne w średnio uwęglonych próbkach węgla z południowej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego

Godyń K., Dutka B.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2017

|

T. 19, nr 3

37--45

PL

Analizom poddano siedem próbek węgla cechujących się niemal identycznym stopniem uwęglenia (węgle średnio uwęglone o R0 = ~1.1%). Próbki pochodziły z pokładów zlokalizowanych w rejonie Zofiówki. Przeprowadzono mikroskopowe analizy petrografi czne, z uwzględnieniem punktowej analizy ilościowej oraz badania sorpcyjne metodą grawimetryczną przy użyciu analizatora sorpcji IGA-001. Określono pojemność sorpcyjną węgla pod ciśnieniem metanu 1 bar w czterech temperaturach: 25°C, 35°C, 45°C oraz 55°C. Na podstawie wykonanych analiz przedstawiono wpływ składu macerałowego na pojemność sorpcyjną węgla. Widoczna jest wyraźna korelacja pomiędzy tymi parametrami. Wykazano, że w analizowanych próbkach wzrost zawartości witrynitu wpływa na redukcję pojemności sorpcyjnej węgla, natomiast zwiększenie zawartości inertynitu powoduje wzrost tego parametru. Zauważono również, że otrzymane zależności są silniejsze, gdy pomiar sorpcji przeprowadzony jest w wyższej temperaturze.

EN

Seven carbon samples with an identical degree of carbonization (medium rank coals with R0 = ~1.1%) were analysed. The samples came from coal seams located in Zofiówka. Petrographic analyses were performed, including a quantitative point analysis, and gravimetric sorption studies, using the IGA-001 sorption analyser. The sorption capacity at 1 bar methane pressure was determined at four temperatures: 25°C, 35°C, 45°C and 55°C. Based on the analyses, the effect of maceral composition on the methane sorption capacity of coal was investigated. It was shown there is a clear correlation between above mentioned parameters. In the analysed coal samples, the increase in the vitrinite content affects the reduction of the sorption capacity of coal, while the increase in the inertinite content causes the sorption capacity increase. It was also noted that the obtained relationships were stronger in case of sorption carried out at a higher temperature.

5

Opis statystyczny wyników pomiarów metanonośności i wskaźnika intensywności desorpcji prowadzonych w latach 2007-2014 przez KWK ,,Borynia-Zoﬁówka-Jastrzębie” Ruch Zoﬁówka

Dutka B.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2017

|

T. 19, nr 2

35--42

PL

W artykule opisano badania statystyczne przeprowadzone na dwóch zbiorach danych, stanowiących wyniki pomiarów parametrów gazowych in situ, zgromadzonych przez KWK ,,Borynia-Zofiówka-Jastrzębie” Ruch Zofiówka. Pierwszy z nich obejmował wartości wskaźników desorpcji dp, wyznaczanych podczas pomiarów metanonośności, natomiast drugi zawierał odpowiadające wymienionym wskaźnikom wartości metanonośności Mn. W latach 2007-2014 na obszarze górniczym ,,Zofiówki” pomiary metanonośności prowadzone były w 7 partiach oraz w 15 pokładach. Badania miały na celu opis właściwości rozkładu wskaźnika desorpcji i metanonośności w kolejnych latach badanego okresu oraz w obrębie poszczególnych pokładów Ruchu Zofiówka. Dla każdego z badanych pokładów określono miary tendencji centralnych, miary rozproszenia oraz miary kształtu rozkładu analizowanych parametrów gazowych. Praca stanowi wstęp do badania wpływu głębokości zalegania pokładów na właściwości pojemnościowo-kinetyczne węgla względem metanu.

EN

This article describes statistical research carried out on two sets of data, which are the in-situ gas parameters, measured and collected by the Borynia-Zofiówka-Jastrzębie mine, Zofiówka Section. The first of these included the values of the dp desorption intensity index, while the second one contained the corresponding values of the methane content Mn. In the years 2007-2014 the methane content measurements were carried out in 7 parts of the „Zofiówka” mining area, in 15 coal seams. The research aimed at describing the distribution of the desorption intensity index and the methane content in the subsequent years of the examined period and also the distribution of these parameters within particular seams of the Zofiówka Section. The measure of the central tendencies, the measure of dispersion and the shape of the distribution of analyzed gas parameters were determined for each of the studied coal seams. The work is an introduction to the wider research concerning the depth effect on the methane sorption capacity and kinetics of coal.

6

Zmienność temperaturowa współczynników równania Langmuir’a na przykładzie pokładów partii E Ruchu Zofiówka

Dutka B.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2016

|

T. 18, nr 3

19--25

PL

W Instytucie Mechaniki Górotworu PAN wykonano badania sorpcji metanu na próbkach węgla pochodzących z sześciu pokładów partii E kopalni „Borynia-Zofiówka-Jastrzębie” Ruch Zofiówka. Badania obejmowały wykonanie izoterm sorpcji metanu metodą grawimetryczną, w czterech temperaturach (25, 35, 45 oraz 55°C). Wyznaczono parametry izoterm sorpcji Langmuir’a oraz wykreślono zależności funkcyjne pomiędzy maksymalną pojemnością sorpcyjną am (oraz ciśnieniem sorpcji połówkowej Langmuir’a pL) a temperaturą. Przeprowadzono analizę zmienności temperaturowej parametrów izoterm Langmuir’a. Wartość maksymalnej pojemności sorpcyjnej badanych węgli w 25°C zmieniała się od 14.97 cm3CH4/gcsw do 18.42 cm3CH4/gcsw. Pomiędzy maksymalną pojemnością sorpcyjną a temperaturą zaobserwowano liniową zależność malejącą o podobnym nachyleniu dla wszystkich badanych węgli. Redukcja maksymalnej pojemności sorpcyjnej węgli, wynikająca ze wzrostu temperatury układu węgiel-metan o 1°C, wynosiła od 0.07 cm3CH4/gcsw dla pokładu 502/1 do 0.09 cm3CH4/gcsw dla pokładu 410. W zakresie przebadanych temperatur (25-55°C), wartość am dla węgli pobranych z różnych pokładów malała od 13% do 18%. W przypadku badanych węgli, ciśnienie Langmuir’a w temperaturze 25°C zmieniało się od 0.45 MPa do 0.55 MPa w zależności od próbki. Wzrost temperatury układu węgiel-metan o 1°C powodował zwiększenie ciśnienia odpowiadającego połowicznemu zapełnieniu powierzchni sorbentu węglowego o 1.8-5.0% w zależności od badanego węgla. Przeprowadzone badania pokazały, że zmienność temperaturowa parametrów równania Langmuir’a wykazuje jakościowe podobieństwo w przypadku węgli z różnych pokładów partii E, jednakże nie może zostać uogólniona na inne pokłady.

EN

In the Coal-Methane System Laboratory of the Strata Mechanics Research Institute sorption studies were performed on coal samples of from six coal seams from E Part of Zofiówka Coal Mine. The study included measurements of methane sorption isotherm at four temperatures (25, 35, 45 and 55°C). Determined The parameters of Langmuir sorption isotherms were determinad. Functional relations between the maximum sorption capacity am (and Langmuir half sorption pressure PL) were plotted against temperature. Temperature variability of the Langmuir equation coefficients were conducted. The maximum sorption capacity of coals at 25°C varied from 14.97 cm3CH4/gdaf to 18.42 cm3CH4/gdaf. Between the maximum sorption capacity and temperature we observed a decreasing linear relationship with a similar slope for all the studied coals. Reduction of the maximum sorption capacity of coal, as a result of increase in temperature of the coal-methane system by 1°C, is from 0.07 cm3CH4/gdaf for 502/1 coal seam to 0.09 cm3CH4/gdaf for 410 coal seam. In the temperature range investigated (25-55°C), the am value for coals collected from different coal seams decreases from 13% to 18%. Langmuir pressure at 25°C varied from 0.45 MPa to 0.55 MPa depending on the sample. The temperature increase of the coal-methane system by 1°C resulted in Langmuir pressure increase of 1.8-5.0%. Research has shown that temperature variability of Langmuir equation parameters is of the qualitative similarity in the case of coals from different seams from E Part (Zofi ówka Coal Mine), however, it can not be generalized to other seams.

7

Wyznaczanie metanonośności pokładów na podstawie pomiarów wskaźnika intensywności desorpcji na przykładzie wyników z wybranej kopalni węgla kamiennego

Dutka B., Skoczylas N., Wierzbicki M.

Przegląd Górniczy

|

2015

|

T. 71, nr 2

29--34

PL

Oznaczenie metanonośności pokładów węgla kamiennego odbywa się na podstawie badań prowadzonych na próbkach kawałkowych oraz (najczęściej) zwiercinowych. W tym drugim przypadku istnieje Polska Norma określająca sposób oznaczania metanonośności w pokładach węgla kamiennego. Norma obejmuje również wyznaczanie metanonośności przybliżonej na podstawie pomiaru wartości wskaźnika intensywności desorpcji dwuminutowej. W pracy przeanalizowano zależności pomiędzy wartościami wskaźników intensywności desorpcji oraz metanonośnościami dla różnych pokładów kopalni „Zofiówka". Podano wartości współczynników a i b, równań regresji prostych w układzie Mn=&(Δp)+b. Pokazano, jakie różnice występują pomiędzy poszczególnymi pokładami. Różnice te wynikają najprawdopodobniej z różnic w wartościach współczynników dyfuzji dla poszczególnych pokładów. Przedstawione relacje pomiędzy metanonośnością a wskaźnikiem desorpcji służyć mogą do szacowania zawartości metanu w poszczególnych pokładach z mniejszą niepewnością pomiarową w porównaniu z normą.

EN

Determination of methane volume of hard coal seams takes place on the basis of a research conducted on lump samples and (most often) drilling samples. The latter is determined by a Polish Standard which describes the method of designation of methane volume of hard coal beds. The Standard includes also the determination of methane volume approximated on the basis of measurements of the two-minute desorption intensity index value. This paper presents an analysis of relations between the values of desorption intensity indexes and methane volumes for different coal beds in "Zofiówka" coal mine. The values of a and b coefficients of simple regression equations in the system Mn = a(Determination of methane volume of hard coal seams takes place on the basis of a research conducted on lump samples and (most often) drilling samples. The latter is determined by a Polish Standard which describes the method of designation of methane volume of hard coal beds. The Standard includes also the determination of methane volume approximated on the basis of measurements of the two-minute desorption intensity index value. This paper presents an analysis of relations between the values of desorption intensity indexes and methane volumes for different coal beds in "Zofiówka" coal mine. The values of a and b coefficients of simple regression equations in the system Mn = a(Δp) + b were presented. This work presents the differences between particular coal beds. These differences most likely result from the differences in values of diffusion coefficients for particular coal beds. The presented relations between the methane volume and the desorption index may be used for the estimation of methane concentration in particular coal beds with less measurement uncertainty than it would be in the Standard.

8

Laboratoryjne określenie zależności między ciśnieniem hydrostatycznym wywieranym na próbkę węgla, a wybranymi parametrami opisującymi sorpcję gazu

Dutka B.

Przegląd Górniczy

|

2015

|

T. 71, nr 11

2--7

PL

Praca zawiera podsumowanie stanu wiedzy oraz doświadczeń w zakresie badania wpływu obciążenia na właściwości sorpcyjne węgla. Zagadnienie to stanowi istotny element uzupełniający opis układu węgiel-gaz, jednakże z powodu trudności metrologicznych pojawiających się w trakcie eksperymentów laboratoryjnych, jak dotąd nie jest w pełni rozpoznane. Podjęto próby znalezienia zależności pomiędzy parametrami opisującymi sorpcję gazu na węglu a obciążeniem. Do tego celu zaprojektowano i wykonano aparaturę badawczą służącą do wyznaczania parametrów sorpcyjnych węgli, w której ciśnienie hydrostatyczne obciążające próbkę utożsamiano z obciążeniem wywieranym przez nadkład skalny na pokład węglowy. Mając na uwadze odmienną naturę gazów kopalnianych (metan, ditlenek węgla), podejmowano próby wyznaczania parametrów sorpcyjnych węgli w stanie obciążenia hydrostatycznego. Sposób pomiaru sorpcji pod obciążeniem okazał się skomplikowany, a mierzone zmiany parametrów sorpcyjnych niekiedy bardzo małe. W pracy porównano wpływ obciążenia na pojemność sorpcyjną węgli różniących się stopniem uwęglenia.

EN

This paper presents a summary of the state of knowledge and experience in the field of study of the impact of external load on the sorption properties of coal. The issue is an important element of complementary description of a coal-gas system, however, due to the metrological difficulties arising in the course of laboratory experiments, so far not fully recognized. Attempts have been made to find relations between the parameters describing gas sorption on coal and external load. For this purpose, the research equipment was designed and manufactured to determine the sorption parameters of coals. The hydrostatic pressure applied to coal sample was identified with the load exerted on the coal seam by overburden rocks. Taking into account the different nature of mine gases (methane, carbon dioxide) attempts have been made to determine the sorption parameters under hydrostatic pressure. Sorption measurements under load conditions proved to be complicated, and also, changes in the measured parameters were sometimes exceptionally small. This paper compares the hydrostatic pressure effect on the sorption capacity of coals differing in the degree of coalification.

9

Czy ciśnienie nadkładu wpływa na pojemność sorpcyjną węgla?

Dutka B.

Przegląd Górniczy

|

2013

|

T. 69, nr 4

40--44

PL

W artykule omówiono przydatność parametru pojemności sorpcyjnej węgla w dzisiejszym górnictwie. Parametr ten oznaczany jest w badaniach laboratoryjnych, przeważnie na rozdrobnionych próbkach węglowych, wolnych od obciążenia obecnego in situ. Czynnik obciążenia zewnętrznego uznawany jest za istotny dla pełnego opisu układu węgiel-gaz, jednakże nie jest uwzględniany przy ocenie powszechnie wyznaczanych parametrów sorpcyjnych. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań sorpcyjnych, polegających na wyznaczeniu pojemności sorpcyjnej i izoterm sorpcji w określonym stanie obciążenia próbki. Wartości zadawanych obciążeń hydrostatycznych były porównywalne z obciążeniami wywieranymi na pokłady węglowe zalegające na głębokościach do 1100 m. Przeprowadzono analizę wyników mającą na celu oszacowanie, na ile zaniedbywanie obciążenia w badaniach laboratoryjnych, wpływa na wynik oznaczenia pojemności sorpcyjnej.

EN

This article presents the suitability of coal sorptive capacity parameter in today’s mining industry. During laboratory tests, it is largely marked on the ground coal samples, free from load present in situ. The factor of external load is considered as crucial for a complete description of coal-gas system. However, it is not included in the assessment of commonly indicated sorptive parameters. This paper presents the results of sorptive research which is aimed at the indication of sorptive capacity and sorption isotherm in the particular level of sample loading. Values of hydrostatic loads were comparable to the loads on coal beds with deposition up to 1100 m. The analysis for the estimation of how the negligence of load, during a laboratory test, affects the result of the sorptive capacity marking was performed.

10

Model numeryczny procesu sorpcji wymiennej CO2/CH4

Dutka B., Kudasik M., Topolnicki J.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2013

|

Vol. 15, no. 3-4

3--14

PL

Konieczność redukcji CO2 w atmosferze wiąże się z poszukiwaniem skutecznych metod bezpiecznego magazynowania tego gazu. Metoda ECBM (enhanced coal bed methane recovery) polegająca na zatłaczaniu CO2 do nie eksploatowanych pokładów węgla pozwala dodatkowo pozyskiwać CH4. Metoda ECBM bazuje na zjawisku sorpcji wymiennej. W niniejszej pracy przedstawiono model numeryczny opisujący proces sorpcji wymiennej CO2/CH4 zachodzącej w brykiecie węglowym. Model ten został oparty na szeregu hipotez. Założono, że sorpcja wymienna zachodzi na powierzchni pomiędzy ściankami ziaren a makroporami sorbentu. Postawiono hipotezy dotyczące kinetyki procesu sorpcji wymiennej oraz wpływu zaawansowania tego procesu na filtracyjny transport mieszaniny gazów poprzez sieć makroporów. Prezentowany model sorpcji wymiennej stanowi układ równań rozwiązywanych numerycznie. Symulacje przeprowadzone za pomocą zbudowanego modelu porównano z wynikami uzyskanymi z przeprowadzonych eksperymentów laboratoryjnych sorpcji wymiennej CO2/CH4 zachodzącej w brykiecie węglowym.

EN

The necessity to reduce the CO2 emissions to atmosphere has prompted searching for some effective and secure CO2 storage methods. The ECBM (Enhanced Coal Bed Methane Recovery), consisting in CO2 injection to unmined colbeds, allows also for the recovery of CH4. Underlying the ECBM method is the exchange sorption process. A numerical model is developed governing the process of CO2/CH4 exchange sorption in a coal briquette. The model is based on several hypotheses: it is assumed that the exchange sorption takes place on the interface between the grain walls and macropores in the sorbent substance. Other hypotheses are put forward, relating to the kinetics of the exchange sorption, as well as the influence of its consecutive stages on the seepage of a gas mixture through the network of macropores. The exchange sorption model involves a system of equations to be solved numerically. Simulation data are compared with the results of laboratory experiments involving the investigations of CO2/CH4 exchange sorption in a coal briquette.

11

Laboratoryjne badania sorpcji wymiennej CO2/CH4 na brykiecie węglowym

Dutka B., Kudasik M., Skoczylas N., Wierzbicki M., Aksamit J., Murzyn T.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2012

|

Vol. 14, no. 1-4

15--24

PL

Przedstawiona została aparatura pomiarowa umożliwiająca prowadzenie badań sorpcji wymiennej CO2/CH4. Przeprowadzono cztery eksperymenty, różniące się pomiędzy sobą ciśnieniem zatłaczania CO2 na czoło brykietu pierwotnie nasyconego CH4. Zaobserwowano wzrost pojemności sorpcyjnej węgla przy nasycaniu CH4 w kolejnych eksperymentach. W zaprezentowanych wynikach zmian ciśnienia porowego w trakcie procesu wymiany sorpcyjnej CO2/CH4, zauważono przemieszczającą się wzdłuż brykietu depresję ciśnienia, która dowodzi istnienia rozgraniczonej strefy wymiany sorpcyjnej.

EN

The apparatus is designed for measurements of CO2/CH4 sorption. Four experiments were performed, differing in the pressure of CO2 injection to the briquette face originally saturated with CH4. It is found out that sorption capacity of coal tends to increase during the CH4 saturation in subsequent experiments. The results of pore pressure measurements during the sorption exchange between CH4 and CO2 reveal a pressure depression shifting along the briquette, evidencing the existence of a divided replacement sorption zone.

12

Izotermy sorpcji gazu przy różnych obciążeniach okólnych węgla

Dutka B., Kudasik M.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2012

|

Vol. 14, no. 1-4

25--31

PL

Praca podejmuje aspekty bilansowania gazu zasorbowanego przez próbkę węglową przy różnych obciążeniach okólnych węgla. Próbkę nasycano CH4 do kolejnych ciśnień równowagi sorpcyjnej. Dla każdego punktu równowagi sorpcyjnej, przy utrzymywaniu stałego ciśnienia CH4, węgiel poddawano cyklom sorpcji-desorpcji poprzez bezpośrednią zmianę obciążenia okólnego wywieranego na próbkę. Badano wpływ zmian zewnętrznego obciążenia okólnego próbki na proces sorpcji CH4. Szczególną uwagę poświęcono zagadnieniu odwracalności, inicjowanych poprzez zmianę obciążenia, procesów sorpcyjnych. Autorską aparaturę wysokociśnieniową do pomiarów sorpcji gazu w warunkach obciążenia okólnego próbki, na której przeprowadzone zostały badania, rozbudowano o część pozwalającą na śledzenie procesu desorpcji. Dokonana modyfikacja pozwala badać w sposób bezpośredni relację pomiędzy pojemnością sorpcyjną węgla i obciążeniem, jak również kompleksowo dokonywać rejestracji procesów sorpcji/desorpcji wraz z pomiarami efektów odkształceniowych próbki (pęcznienie/kontrakcja).

EN

The study investigates the equilibrium condition of gas sorbed by a coal sample under various coal loading due to ambient conditions. The sample was saturated with CH4 to reach the subsequent sorption equilibrium pressures. The pressure of CH being held constant, for each sorption equilibrium point the sample was subjected to sorption-desorption cycles through direct changes of the ambient pressure acting upon coal. Testing was done to find out how changes of the external loading acting on the coal sample due to ambient conditions should affect the process of CH4 sorption. Special attention is given to reversibility of the sorption processes triggered by load variations. The high-pressure apparatus designed by the authors was extended to incorporate the system for monitoring the sorption processes. This modification allows the relationship between the sorption capacity and the coal sample loading to be investigated by direct methods and the sorption/desorption processes to be registered alongside the results of strain measurements (coal swelling/contraction).

13

Badania właściwości sorpcyjno-odkształceniowych węgla w stanie obciążenia okólnego

Dutka B., Topolnicki J.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2011

|

Vol. 13, no. 1-4

31--35

PL

W artykule zaprezentowano wyniki badań sorpcji CO2 na próbce węgla obciążonej ciśnieniem okólnym 29 oraz 4 MPa. Zastosowanie autorskiej aparatury wysokociśnieniowej umożliwiło pomiary pojemności sorpcyjnej oraz zmian objętości węgla pod wpływem obciążenia okólnego. Wykazano, że próbka pęcznieje pod obciążeniem 29 MPa, a siły pochodzące od naprężeń sorpcyjnych pokonują znaczne obciążenia próbki. Nieznaczna różnica nachyleń relacji pęcznienie-sorpcja przy różnych obciążeniach próbki, świadczy o braku wpływu obciążenia na pęcznienie węgla. Pęcznienie badanej próbki jest zależne wyłącznie od sorpcji CO2. Sorpcja z kolei uzależniona jest od obciążenia wywieranego na próbkę.

EN

The article presents the results of investigating CO2 sorption on a coal sample subjected to a confining pressure of 29 MPa and 4 MPa. The application of self-devised high-pressure equipment made it possible to measure the sorption capacity and the changes in the volume of coal under the influence of confining stress. It was demonstrated that the sample swells when the value of the stress is 29 MPa, and the forces resulting from sorption-induced strains overcome considerable stresses of the sample. The negligible gradient difference for the swelling-sorption relationship, for various sample stresses, proves that the stress has no influence upon the swelling of the coal. The swelling of the sample being examined depends solely on CO2 sorption. Sorption, in turn, depends on the stress exerted on the sample.

14

Obserwacja zmian pojemności sorpcyjnej i efektu pęcznienia ziarnistej próbki węgla kamiennego wymuszonych zmianami ciśnienia okólnego

Dutka B., Topolnicki J.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2010

|

Vol. 12, no. 1-4

35--41

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań zmian pojemności sorpcyjnej węgla kamiennego wywołanych zmianami obciążenia zewnętrznego. Badania przeprowadzono w specjalnie zaprojektowanej do tego celu komorze wysokociśnieniowej umożliwiającej prowadzenie sorpcji w zmiennych warunkach obciążenia próbki. Dokonano porównania pojemności sorpcyjnej ziarnistej próbki węglowej względem CO2 przy różnych wartościach ciśnienia okólnego. Wykonano cykl pomiarów obejmujący nasycanie dwutlenkiem węgla próbki pod obciążeniem przy pCO2 = 5,1 bar, następnie usunięcie obciążenia z próbki wraz z obserwacją zmian jej pojemności sorpcyjnej oraz ponowną aplikację obciążenia na próbkę obserwując efekty sorpcyjne. Po ustaleniu nowej równowagi sorpcyjnej przy pCO2 = 6,4 bar dokonano zmniejszenia ciśnienia okólnego. Każdy z etapów wymagał oczekiwania na ustalenie się nowej równowagi sorpcyjnej trwające około 400-600 h. Analiza wyników dotyczyła określenia wielkości zmiany pojemności sorpcyjnej w każdym z etapów. Dodatkowo, obserwowano efekt pęcznienia próbki węgla towarzyszący efektom sorpcyjnym po zmniejszeniu obciążenia z próbki.

EN

Experiments were performed to observe the variations of sorption capacity of hard coal due to variations of the external loading. Testing was done in a specially designed high-pressure chamber enabling the sorption process in the conditions of variable sample loading. The sorption capacity of a grain-structured coal sample saturated with CO2 free from mechanical stress and that externally loaded by ambient pressure. The measurement procedure involved the sample saturation with CO2 under loading, then removing the loading and recording of variations of the sorption capacity, finally, repeated application of load and observation of sorption effects. During each stage the experimenters had to wait till the new sorption equilibrium should establish, which lasted for about 300h. Results were analysed to find out how the sorption capacity should change during each stage. Furthermore, the swelling effect was observed which accompanied the sorption processes after the sample loading was removed.

15

The influence of temperature changes of the structurally deformed coal-methane system on the total methane content

Wierzbicki M., Dutka B.

Archives of Mining Sciences

|

2010

|

Vol. 55, no 3

547-560

EN

Tectonic deformations in hard coal seams may be related with structurally deformed and altered coal zones (so-called sheared zones). The example of such coal structure is shown in fig. 1 and 2. The physicochemical properties of the above mentioned coal influences the local increase of methane and outburst risk in hard coal mines. One of the most important parameters in the coal-methane system, which determines the methane sorption ability in coal seams, is the sorption capacity of coal. A change in temperature leads to a sorption equilibrium disturbance and to a change of the sorption capacity. This article presents the results of the sorption studies concerning the structurally deformed coal sampled from a methane and outburst prone zone. The sorption measurements were carried out by means of the volumetric equilibrium method. The sorption isotherms of methane were determined (fig. 4) at the temperature range of 298-318K and for pressures up to 1.5 MPa. The studies revealed that a temperature increase reduces the methane sorption ability of structurally deformed coal. To the experimental points, obtained from the sorption measurements, the Langmuir isotherm equations were fitted. Tab. 1 compares the am and b parameters which were determined for each of the five concerned temperatures and also tabulates the values of the so-called Langmuir pressures PL which equal to the reverse of the Langmuir constant b. This paper presents the temperature correlations of the am and the b constants. They are of linear character, as it may be seen in fig. 6 and 7. The functional correlations between the methane sorption capacity, temperature and pressure were examined - the equations (4) and (5). These correlations may become a contribution to the methane balance basing on the knowledge of the methane content of the coal seam and the sorption capacity of coal and recreation of the in situ conditions on the basis of the measurements in laboratory conditions. Additionally, fig. 8 presents the methane sorption capacity as a function of pressure and temperature, what was shown as a surface chart. The equation (6) may be useful to determine the methane equilibrium pressure p which corresponds to the determined sorption capacity of coal a at any T temperature. The amount of free gas in coal may be determined using the equation (7), assuming the coal porosity is known. The percentage volume fraction of the free methane in the total methane content was compared assuming the porosity of coal was typical for undisturbed (structurally unchanged) coal (6%) and the porosity of structurally deformed coal (24.5%). This matter was examined in reference to the temperature influence. The results were shown in fig. 9.

PL

Obecność deformacji tektonicznych w pokładach węglowych może wiązać się z występowaniem stref węgla o strukturze zniszczonej i odmienionej. Przykład struktury wewnętrznej badanego węgla pokazano na rysunkach 1 i 2. Cechy fizykochemiczne tego typu węgli wpływają na lokalny wzrost zagrożenia metanowego i wyrzutowego w kopalniach węgla kamiennego. Jednym z podstawowych parametrów w układzie węgiel-gaz, decydującym o możliwości akumulacji metanu w pokładach węgla kamiennego jest pojemność sorpcyjna węgla. Zmiana temperatury układu pociąga za sobą zaburzenie istniejącej równowagi sorpcyjnej i zmianę pojemności sorpcyjnej. W niniejszej pracy omówiono wyniki badań sorpcyjnych przeprowadzonych na węglu odmienionym strukturalnie, pobranym z rejonu szczególnego zagrożenia wyrzutowego i metanowego. Badania prowadzono metodą objętościową równowagową. Wykonano izotermy sorpcji metanu w zakresie temperatur od 298 do 318K dla ciśnień równowagowych do ok. 1,5 MPa - rysunek 4. Wykazano, iż wzrost temperatury ogranicza zdolności sorpcyjne węgla odmienionego względem metanu. Do punktów doświadczalnych uzyskanych z pomiarów sorpcyjnych dopasowano równania izoterm Langmuira. W tabeli 1 zestawiono parametry am i b wyznaczone dla każdej z rozpatrywanych temperatur oraz wartości tzw. ciśnień Langmuira PL będących odwrotnością stałej Langmuira b. Przedstawiono temperaturowe zależności stałych am oraz b . Mają one charakter liniowy, co widoczne jest na rysunkach 6 i 7. Przeanalizowano zależności funkcyjne pomiędzy pojemnością sorpcyjną, temperaturą i ciśnieniem - równania (4) oraz (5). Podane zależności mogą być przyczynkiem do bilansowania metanu na podstawie znajomości metanonośności i pojemności sorpcyjnej oraz przełożenia wyników pomiarów w temperaturze laboratoryjnej na warunki in situ. Dodatkowo, na rysunku 8, zależność pojemności sorpcyjnej w funkcji ciśnienia i temperatury przedstawiono w postaci wykresu powierzchniowego. Na podstawie równania (6) można wyliczyć ciśnienie równowagowe p metanu, odpowiadające określonej pojemności sorpcyjnej a węgla w znanej temperaturze T, a następnie na podstawie równania (7) zawartość gazu wolnego w węglu (przy znanej jego porowatości). Porównano procentowe udziały objętościowe metanu wolnego w całkowitej jego zawartości w węglu, przyjmując porowatość węgla typową dla węgli nieodmienionych strukturalnie (6%) oraz porowatość węgla o strukturze odmienionej (24,5%). Zagadnienie przeanalizowano pod kątem wpływu temperatury. Wyniki przedstawiono na rysunku 9.

16

Właściwości mechaniczne skał

Nowakowski A., Dutka B., Godyń K., Młynarczuk M., Nurkowski J., Wierzbicki M.

Prace Instytutu Nafty i Gazu

|

2009

|

nr 158

169-199

17

Komora do badań wpływu obciążeń mechanicznych na właściwości sorbentu

Dutka B., Kudasik M., Topolnicki J., Wierzbicki M.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2009

|

Vol. 11, no. 1-4

15--20

PL

Znane jest z literatury zjawisko generowania naprężeń i pęcznienia materiałów węglowych w trakcie sorpcji CO2 i CH4. Rodzi to pytanie, czy przebieg sorpcji jest uzależniony od obciążeń jakim poddawany jest sorbent. Jeśli taki wpływ istnieje to wartości pojemności sorpcyjnej próbek węglowych, oznaczane w warunkach laboratoryjnych, mogą różnić się od pojemności sorpcyjnej węgli in situ. Zjawisko takie może mieć duże znaczenie przy ocenie gazonośności pokładów węglowych, zwłaszcza tych, które zalegają na znacznych głębokościach. Podjęto próbę zbadania zależności obciążenie-sorpcja począwszy od skonstruowania narzędzia badawczego. W artykule przedstawiono zaprojektowaną i wykonaną w Pracowni Mikromerytyki IMG PAN komorę wysokociśnieniową umożliwiającą badanie wpływu obciążeń zewnętrznych na pojemność sorpcyjną węgli. Zaprezentowano schematy elementów funkcjonalnych aparatury oraz testy wytrzymałościowe służące zaprojektowaniu komory o pożądanych parametrach. Omówiony również został przebieg procesu pomiaru na zbudowanej aparaturze.

EN

The processes of stress generation and swelling of coal materials during the sorption of CO2 and CH4 are well reported in literature on the subject. The question arises, then, whether the sorption process depends on stress to which the sorbent is subjected. If such effect exists, it might be of key importance in evaluation of gas-bearing capacity of coalbeds, particularly those lying at greater depths. Sorption capacity of coal samples established in the laboratory conditions might differ from the levels registered in situ. A research effort is underway, beginning from the engineering of the test facilities. The high pressure chamber for testing the impacts of external loading on the sorption capacity of coal was designed and engineered in the Department of Micrometrics at the Strata Mechanics Research Institute of the Polish Academy of Sciences. Schematic diagrams of the system components are provided as well as the resistance test procedures required to design the chamber with the desired parameters. The measurement procedure using this apparatus is briefly outlined.

18

Określenie ciśnienia złożowego metanu na podstawie pomiarów metanonośności oraz badań sorpcyjnych węgla na przykładzie KWK "Krupiński"

Dutka B., Walaszczyk J., Wierzbicki M.

Górnictwo i Geoinżynieria

|

2009

|

R. 33, z. 1

145-152

PL

Właściwa ocena niektórych zagrożeń naturalnych wymaga znajomości wartości ciśnienia złożowego metanu, którego bezpośredni pomiar jest bardzo trudny. Powyższe stwierdzenie skłoniło autorów do podjęcia próby opracowania pośredniej metody wyznaczania tego parametru. W pracy przedstawiono metodę, której podstawę stanowi izoterma całkowitej zawartości metanu, wyznaczona dla węgla pobranego z miejsca pokładu o znanej metanonośności. Artykuł prezentuje wyniki zastosowania podanej metody dla węgla pochodzącego z KWK "Krupiński".

EN

The coal seam methane pressure seems to be a main parameter which is necessary for evaluating the probability of occurrence of some hazards in hard coal mine industry. An in situ measurement of this parametere is very difficult, so it was necessary to find an indirect method of such measurements. The laboratory method is generally based on the shape of the isotherm of the total methane content in the examined coal. The coal for the laboratory tests should be collected from a place in a coal bed where the methane content is well known. This paper presents an application of the worked out method to the estimation of the coal seam methane pressure level in the coal mine "Krupiński".

19

Zmiany własności sorpcyjnych węgla zdeformowanego strukturalnie wywołane zmianami temperatury układu węgiel-gaz

Wierzbicki M., Dutka B.

Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko / Główny Instytut Górnictwa

|

2008

|

Wyd. spec. nr 7

307-316

PL

Pojemność sorpcyjna węgla jest jednym z podstawowych parametrów w układzie węgiel-gaz, decydującym o możliwości akumulacji metanu w pokładach węgla kamiennego. Wzrost temperatury jest czynnikiem ograniczającym zdolności sorpcyjne węgla względem metanu. W artykule przedstawiono wyniki badań sorpcyjnych na węglu odmienionym strukturalnie (przetartym), pobranym z rejonu szczególnego zagrożenia występowaniem wyrzutów metanu i skał oraz zwiększonego zagrożenia metanowego (tzw. pułapki gazowej). Badania prowadzono metodą równowagową, w temperaturze od 298 do 318 K w zakresie ciśnienia do 1,5 MPa. Wyniki przeprowadzonych badań pokazują, że istnieje liniowa zależność między pojemnością sorpcyjną węgla a temperaturą przy stałym ciśnieniu zapełnienia. W artykule przedstawiono odpowiednie wykresy oraz podano zależności funkcyjne między temperaturą, ciśnieniem i pojemnością sorpcyjną. Podane zależności mogą zostać wykorzystane m. in. do odtworzenia ciśnienia złożowego metanu na podstawie znajomości metanonośności i pojemności sorpcyjnej oraz przełożenia wyników pomiarów w temperaturze laboratoryjnej na warunki in situ.

EN

Sorption capacity of coal is one of the most important parameters in the coal-gas system, determining methane accumulation ability in coal seams. Temperature increase is the factor limiting methane sorption capacity of coal. Results of sorption studies carried out on structurally destructed coal (sheared coal), collected from outburst danger zone in the coal seam (so-called "gas pocket"). The investigations were carried out using volumetric method at temperature range from 298K to 318K and pressures up to 1.5 MPa. From the experimental results it may be seen a linear relationship between sorption capacity and temperature at constant pressure of coverage. In this work the appropriate graphs were presented and functional correlations among temperature, pressure and sorption capacity were done. Presented correlations may be applicable for methane seam pressure estimation.

20

Zależność wartości współczynnika Biota od rodzaju medium porowego

Dutka B., Lizak Z., Nowakowski A., Nurkowski J., Wierzbicki M.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2008

|

Vol. 10, no. 1-4

3--15

PL

Artykuł poświęcony jest badaniom laboratoryjnym pewnych stałych materiałowych służących do opisu zjawisk zachodzących w ośrodku porowatym. W szczególności przedmiotem badań były moduły sprężystości objętościowej skały (K) i jej szkieletu (KS), oraz tzw. współczynniki Biota będące funkcją modułów K i KS oraz porowatości skały (n). Do badań wykorzystano próbki skalne wycięte z dwóch skał: piaskowca i opoki. Dla wszystkich próbek wyznaczono w piknometrze gęstości pozorne i rzeczywiste a na ich podstawie wyliczono wartości porowatości. Następnie wykonano na nich badania kinetyki sorpcji dla dwóch gazów: fizykochemicznie obojętnego helu (He) i sorbującego ditlenku węgla (CO2). Eksperymenty ściśliwości wykonywano dla czterech płynów porowych: dwóch cieczy (wody i nafty) i dwóch gazów (azotu i dwutlenku węgla). Moduł K wyznaczano na podstawie eksperymentów, w których ciśnienie płynu porowego było równe ciśnieniu atmosferycznemu, a moduł KS na podstawie eksperymentu, w którym ciśnienie porowe było równe ciśnieniu okólnemu. Wszystkie testy ściśliwości były testami drenowanymi. Eksperymenty pokazały, że wartości modułów K i KS (a co za tym idzie wartości współczynników Biota) zależą w stosunkowo niewielkim stopniu od rodzaju płynu wypełniającego przestrzeń porową skały. Wydaje się, że czynnikiem decydującym o tych wartościach jest stopień wypełnienia płynem przestrzeni porowej skały i możliwości filtracji płynu w tej przestrzeni. Eksperymenty pokazały, że współczynniki Biota można wyznaczyć poprawnie jedynie wtedy, gdy cała przestrzeń porowa jest wypełniona płynem i płyn ten ma swobodę filtracji w obrębie próbki.

EN

In the Biot’s porous medium theory some material constants are used for description the phenomena that take place in a fluid saturated porous medium. In particular rock porosity (n) and bulk moduli of an intact rock (K) and of a rock matrix (KS) are important in this case. The, so called, Biot coefficients are calculated from the constants n, K and KS. The bulk moduli are determined by means of the compressibility test. The cylindrical rock specimens cut of a sandstone an gaize were used for researches. At first they were tested in pycnometer to determine their bulk and helium densities that allowed to calculate their porosities. Then some sorption kinetics measurements were carried out for two gases: inert – helium and non-inert – carbon dioxide.