Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Rozszerzalność węgla z kopalni „Pniówek” wywołana zmianami temperatury układu węgiel-gaz

Baran P., Czerw K., Zarębska K., Cygankiewicz J.

Przegląd Górniczy

|

2017

|

T. 73, nr 2

1--7

PL

Węgiel znajdujący się w złożu doznaje naprężeń wynikających z występowania naprężeń geostatycznych oraz zmian objętościowych, towarzyszących procesom sorpcji/desorpcji gazów. Zmiany wymiarów węgla będące następstwem procesów sorpcyjnych stanowią efekt wypadkowy kilku zjawisk, w tym: pęcznienia matrycy węglowej towarzyszącej sorpcji, kontrakcji węgla pod wpływem ciśnienia gazu wolnego w szczelinach i porach oraz przegrupowania elementów struktury węgla. Występujące w górotworze wahania temperatury mogą powodować zaburzenie równowagi sorpcyjnej gazów obecnych w złożu węgla (pochodzenia endogenicznego czy też wtłoczonego/zdeponowanego CO2). Naruszenie równowagi wywoływać będzie zmiany objętościowe masy węglowej, co powodować może zmiany stanu naprężenia górotworu i w konsekwencji prowadzić do niekontrolowanego rozszczelnienia magazynu gazu (w przypadku sekwestracji CO2) czy też wyrzutu skalno-gazowego w przypadku eksploatacji górniczej złoża. Stąd też analiza wpływu temperatury na zjawiska sorpcyjno-dylatometryczne będzie mieć istotne znaczenie. Istnieje mało doniesień literaturowych pokazujących jaki jest wpływ temperatury na zmiany objętościowe węgla kamiennego towarzyszące sorpcji gazów kopalnianych. W pracy przedstawiono wyniki pomiarów dylatometrycznych dla dwóch próbek węgla, pochodzących z różnych pokładów w kopalni „Pniówek”. Zostały zmierzone zmiany objętościowe układów węgiel- -CH4, węgiel-CO2 podczas zmiany temperatury układu. Stwierdzono odmienny charakter zachowania się układu w zależności od rodzaju użytego gazu. Uzyskane wyniki wskazują również, że głębokość zalegania oraz skład petrograficzny mają wpływ na zmiany objętościowe układu węgiel-gaz podczas zmian temperatury.

EN

Coal seams are imposed by effective stress emerging from vertical overburden pressure, horizontal lateral earth pressure and extensively from gas sorption/desorption-induced volumetric changes. The range of contingent dimension changes of coal resulting from sorption processes is a combined effect of several phenomena, including sorption-induced swelling of coal matrix, contraction of coal microporous regions caused by free gas pressure in pores and cleats and coal structural re-arrangement. Temperature fluctuations emerging in coalbeds may result in significant changes in sorption conditions followed by equilibrium disturbance for accumulated gases. The equilibrium disturbance can cause volumetric changes in coal mass that may be further transferred to stresses in rock strata and a repercussion can lead to an uncontrolled loss of gas reservoir sealing (in CO2 sequestration case) or sudden gas, rock and coal outburst in case of operating underground coal mines. Hence conducting analyses of the temperature influence on sorption and dilatometric phenomena will be of significance. Nonetheless, the influence of temperature variation on mine gases sorption-induced coal’s overall dimensions changes remains an unexplored research area. In this study the results of dilatometric tests performed on 2 hard coal samples obtained from different seams of Polish coal mine Pniówek are presented. Measurements of temperature-induced changes of coal samples overall dimensions and volume in coal-methane and coal-carbon dioxide systems were conducted. The influence of the type of gas on the nature of coal-gas system response to temperature change effect was acknowledged. The results also show that the depth of the coal seam and the petrographic composition of coal relate to character of volumetric changes of coal-gas system caused by temperature changes.

2

Interactions between CH 4 and CO2 gas mixtures and hard coal in the context of potential sequestration of carbon dioxide in underground sites in Poland

Zarębska K., Baran P., Czerw K., Czuma N., Zabierowski P.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2017

|

T. 19, nr 3

55--60

EN

The purpose of this study is to find the relationship between the low-pressure sorption of the gas mixture CO2 and CH4 and properties of coal in the context of geological conditions in the coalbed. These aspects give us a better insight into the interactions between gas mixtures and coal, enabling us to forecast the long-term effects of CO2 storage. In the light of the length of the process and stability of such systems, it is required that physical properties of coal be identified first. A great deal of information can be obtained from sorption isotherms, relating to physico-chemical properties of the sorbent. Test results reveal the relationship between the coal rank and vitrinite reflectance and the sorption capacity of investigated coals.

PL

Celem pracy było znalezienie powiązań między przebiegiem procesu niskociśnieniowej sorpcji mieszaniny gazów CO2 i CH4, a właściwościami węgla kamiennego, w odniesieniu do konkretnych warunków geologiczno złożowych. Informacje te są istotne zarówno ze względu na możliwość uzyskania danych dotyczących oddziaływania mieszaniny gazów z węglem, jak również prognozowanie ewentualnych skutków długoterminowego składowania CO2. Uwzględniając długotrwałość procesu oraz stabilność takiego układu niezbędne jest dokładne poznanie fizycznych właściwości węgli. W tym celu pożądanych istotnych informacji dostarczają izotermy sorpcji, w połączeniu z właściwościami fizykochemicznymi sorbentu. Analiza uzyskanych wyników pozwoliła na wykazanie zależności wpływu stopnia uwęglenia i współczynnika odbicia światła witrynitu na wartość chłonności sorpcyjnej badanych węgli.

3

Analiza modyfikacji wskaźnika stopnia uwęglenia w metodzie graficzno-statystycznej badania struktury paliw stałych według Jurkiewicza

Czerw K., Migdał D.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2016

|

T. 18, nr 1

31--40

PL

Graficzno-statystyczne metody przedstawiania wyników analizy elementarnej stanowiły podstawę systematyki paliw stałych od czwartej dekady XX wieku. W Polsce badania w tym zakresie prowadził Jurkiewicz. Opracowana przez niego metoda koreluje parametry struktury z zawartością pierwiastka węgla C. Aktualnie stosowanym parametrem określającym stopień uwęglenia węgla jest refleksyjność witrynitu. Celem pracy było sprawdzenie i porównanie zależności parametrów struktury wyznaczonych metodą Jurkiewicza względem refleksyjności witrynitu oraz parametru klasycznie stosowanego w metodzie. Wykazano, że refleksyjność lepiej koreluje z wskaźnikiem aromatyzacji N i teoretyczną liczbą pierścieni w cząsteczce modelowej B. Natomiast zmienność parametru B dla określonej ilości atomów tlenu przypadających na jedną cząsteczkę modelową α lepiej ujmować względem zawartości pierwiastka C niż względem refleksyjności R.

EN

Graphical-statistical methods that are used for ultimate analysis results presentation used to be considered an integral element of classifi cation of solid fuels. In Poland a signifi cant research activity in the field was performed by Jurkiewicz. He developed a graphical-statistical method that correlates specific structural parameters with carbon content. Nowadays a key indicator of coal rank and a basic parameter in coal systematic is vitrinite reflectance. Hence the aim of this study was to verify if carbon content, a classical parameter used in Jurkiewicz method, can be successfully changed to reflectance. In was found that both: aromaticity indicator N and parameter B, an equivalent to the number of rings in the model molecule of coal, correlate better with reflectance then with carbon content. In contrast, refl ectance is unsuitable as a scale parameter for showing the changes of the value of parameter B for specific fixed value of α, a parameter that corresponds to the number of oxygen atoms in model molecule.

4

Methane sorption on bituminous coal - experiments on cuboid-shaped samples cut from primal coal lumps

Czerw K., Ziętek J., Wagner M.

Gospodarka Surowcami Mineralnymi

|

2010

|

T. 26, z. 2

85-96

EN

The paper reports the results of laboratory experiments concerning the accumulation of methane on two coals of different ranks, low- and medium-, (respectively coal type 32.2 and 34.2 by PN-82/G-97002). The tests were conducted on cuboid-shaped solid coal samples (20 x 20 x 40 mm) cut out of pieces of primal coals with a long axis parallel to the bedding plane and by applying the volumetric method. The changes of external dimensions which occurred during CH4 accumulation (sorption induced strains) and the volume of up-taken gas were measured simultaneously. For every coal-gas system, two kinetics of gas accumulation were determined by applying the pressure progression method, as well as adequate kinetics of CH4 induced strains parallel and perpendicular to the bedding plane. Volumetric strain kinetics were calculated. The additional recovery of methane beside normal exploitation of coal seams pose as one of the possibilities of efficient management and use of both of those energy resources. On the other hand high concentration of methane in coal suggests the possibility of emerging of gas and coal outburst. Therefore the designation of correlations between sorption and induced swelling/shrinkage processes on coal and the understanding of the mechanisms that are the basis of these dependences are some of the most important aspects of ECBM recovery and mining operational safety. The presented study has demonstrated that in case of hard coals, the rank and the petrographic composition are two of the key factors that influence the course of sorption processes and the methane induced swelling/shrinkage of coals. The above conclusion was based on the strong differences in courses of acquired strain and gas capacity kinetic curves.

PL

Przeprowadzono badania sorpcji metanu na dwóch węglach, nisko- i średniouwęglonym (odpowiednio typ 32.2 i typ 34.2 wg PN-82/G-97002). Eksperymenty zrealizowano metodą objętościową na prostopadłościennych litych próbkach o wymiarach 20 x 20 x 40 mm wyciętych z bryły macierzystej. Równocześnie śledzono towarzyszące procesom sorpcyjnym zmiany zewnętrznych wymiarów próbek węgla. Dla każdego układu wyznaczono dwie kinetyki sorpcji, przy zastosowaniu metody progresji ciśnienia, oraz kinetyki odkształceń w kierunkach prostopadłym i równoległym do uławicenia węgla. Obliczono także kinetyki odkształceń objętościowych próbek. Pozyskiwanie obok samego węgla również metanu z pokładów węglonośnych stanowi jedną z możliwości efektywnego wykorzystania i zagospodarowania obu tych surowców energetycznych. Jednocześnie, wysoka metanonośność złoża oznacza tym samym prawdopodobieństwo wystąpienia zagrożenia wyrzutem gazów i skał. Stąd określenie zależności pomiędzy sorpcją/desorpcją gazów a pęcznienie/kurczeniem się węgla w pokładzie na skutek przebiegu zjawisk sorpcyjnych oraz zrozumienie mechanizmów tych procesów stanowi nieodzowny element zarówno w kwestiach związanych z ECBM, jak i w zakresie bezpieczeństwa eksploatacji kopalń węgla. W pracy wykazano, że w przypadku węgli kamiennych stopień metamorfizmu oraz skład petrograficzny węgla należą do kluczowych czynników determinujących przebieg procesów sorpcyjnych i towarzyszących im odkształceń sorbentu. Podstawę rozważań stanowiły odmienne kinetyki sorpcji i skrajnie różne kinetyki odkształceń wyznaczone dla badanych układów.

5

Badania układu węgiel-gaz na prostopadłościennych i ziarnowych próbkach węgla kamiennego

Ceglarska-Stefańska G., Czerw K., Ziętek J.

Karbo

|

2008

|

Nr 2

77-81

PL

Tradycyjne pomiary sorpcyjne na ziarnowych próbkach węgla kamiennego nie odzwierciedlają przebiegu procesów sorpcyjnych w warunkach złożowych, gdyż proces przygotowania frakcji ziarnowych w znaczącym stopniu zmienia naturalną strukturę porowatą węgla. Celem niniejszego opracowania jest prześledzenie wpływu wielkości próbek węgla na ich pojemność sorpcyjną względem CO2 i CH4 oraz analiza zmian wymiarów prostopadłościennych próbek węgla towarzyszących ich odgazowaniu oraz samym procesom sorpcyjnym. Próbki prostopadłościenne posiadają większą pojemność magazynową względem CH4 i CO2 niż próbki ziarnowe pochodzące z tej samej macierzystej próbki węgla. Z przebiegu kinetyki desorpcji mieszaniny gazów CH4 i CO2 na prostopadłościennej próbce wynika, że część gazu została uwięziona w porowatej strukturze węgla. Eksperymenty prowadzone na prostopadłościennych próbkach węgla umożliwiają lepsze odwzorowanie warunków złożowych w skali laboratoryjnej poprzez zachowanie naturalnej struktury porowatej i składu macerałowego węgla oraz możliwość równoczesnego prowadzenia pomiarów sorpcyjnych i dylatometrycznych.

EN

The data obtained from traditional sorption studies on coal powders and grain size fractions are not representative with respect to coalbed conditions because preparing samples of defined fractional grain size seriously modifies the natural porous structure of the coal samples. Therefore the aim of this study was to observe the influence of the size of the coal samples on CH4and CO2 sorption capacities as the basic components of mine gases and to analyse the dimensional changes of the parallelepiped coal samples which occurred during sorption/desorption of gases. The parallelepiped samples has higher CO2 and CH4 storage capacities than the grain size fractions obtained from one maternal sample, due to the presence of free gas in large size pores. CO2 and CH4 mixture desorption kinetic on parallelepiped coal sample shows that a portion of gas stays bound in the coal porous structure. Experiments conducted on parallelepiped samples enable a better correspondence with in situ conditions by preserving the natural porous structure and maceral composition of coal and make it possible to monitor simultaneously both sorption/desorption and dilatation processes.

6

Rozwój odkształceń węgla kamiennego w procesach sorpcyjno-desorpcyjnych

Ceglarska-Stefańska G., Majewska Z., Majewski S., Ziętek J., Czerw K.

Gospodarka Surowcami Mineralnymi

|

2007

|

T. 23, z. 3s

41-50

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań sorpcyjnych i dylatometrycznych wykonanych na blokowych próbkach węgla kamiennego (20 x 20 x 40 mm). Powszechnie znane jest zjawisko pęcznienia/kontrakcji węgli towarzyszące procesom sorpcyjnym gazów (CO2, CH4). Te zmiany objętościowe np. w trakcie sekwestracji CO2 w utworach węglonośnych mogą wpływać na zmiany ich przepuszczalności. Koncepcja pracy opiera się na założeniu, że badania prowadzone na kawałkowych próbkach, w porównaniu z badaniami na próbkach ziarnowych, mogą dostarczyć informacji istotnych dla pełniejszego poznania zachowania się CO2 w procesie jego sekwestracji. Uzyskane wyniki wskazują, że na oddziaływania węgiel-gaz ma wpływ naturalna porowatość węgla wynikająca z jego składu maceralnego. W przypadku kawałkowych prób gaz wolny zgromadzony w pęknięciach i szczelinach węgla odpowiedzialny jest za skurcz próbki, który utrudnia dyfuzję do i z porów sorpcyjnych.

EN

The paper reports results of experiments concerning the sorption/desorption processes accompanied by dilatation measurements conducted on block samples of coal (20 x 20 x 40 mm). Swelling/shrinkage of coal which occurs during sorption of gases (CO2, CH4) is a well-known phenomenon. Those changes of the external dimensions, for example during CO2 sequestration in geological strata containing coal, may lead to changes in its permeability. The concept of this study was based on the assumption that experiments conducted on lump samples, in comparison with those performed on grain size fractions, may reveal significant informations to provide a better understanding of CO2 behavior during sequestration process. Results of the experiments show that natural porosity of coal, which results from its maceral composition, has an influence on interactions between coal and gases. In case of lump samples free gas stored in coal cleats and cracks is responsible for a sample contraction and at the same time makes the diffusion into and out of pores more difficult.