ORIGINAL PAPER
Changes in the spontaneous combustion tendency of humic coals according to their petrographic composition and physico-chemical properties
 
More details
Hide details
1
AGH University of Science and Technology in Kraków
CORRESPONDING AUTHOR
Barbara Bielowicz   

AGH University of Science and Technology in Kraków
Submission date: 2020-03-25
Final revision date: 2020-04-16
Acceptance date: 2020-05-01
Publication date: 2020-06-29
 
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2020;36(2):197–218
 
KEYWORDS
TOPICS
ABSTRACT
The article presents the analysis of the correlation between the self-ignition parameters and the ultimate and proximate analysis, as well as the petrographic properties of Polish lignite, sub-bituminous coal, bituminous coal and anthracite. The following coal properties were determined: the moisture, ash content, volatile matter and sulfur content, gross calorific value, net calorific value, C, O, N and H contents, total porosity, ash oxide composition, rates of spontaneous combustion in 237°C and 190°C, and activation energy. During the petrographic analysis, maceral composition and random reflectance were determined. To determine the linear correlation between the self-ignition parameters and the analyzed coal properties, the Pearson correlation coefficient was calculated. The results show that there is no strong linear correlation between the lignite tendency to self-ignition and its petrographic properties. However, a strong negative correlation between the rate of spontaneous combustion and moisture and volatile matter content was observed. In the case of bituminous coal, strong correlations between self-combustion parameters and various coal properties were confirmed. The most noteworthy are the correlations between self-ignition parameters and the maceral composition, that is, between the content of macerals of the inertinite group in coal and content of macerals of the huminite/vitrinite group. The obtained results suggest that the spontaneous combustion tendency of coal increases with the increasing content of semifusinite and liptinite.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Wpływ parametrów fizyko-chemicznych i petrograficznych węgla humusowego na jego skłonność do samozapłonu
węgiel, samozapłon, samozagrzewanie, energia aktywacji, petrografia
W artykule przedstawiono analizę korelacji między parametrami samozapłonu a analizą technologiczną i chemiczną oraz właściwościami petrograficznymi polskiego węgla brunatnego, węgla kamiennego i antracytu. Określono następujące właściwości węgla: wilgotność, zawartość popiołu, zawartość części lotnych i siarki, wartość opałową, ciepło spalania, zawartość C, O, N i H, całkowitą porowatość, skład tlenkowy popiołu, wskaźniki samozapłonu w temperaturach 237 i 190°C oraz energię aktywacji. Podczas analizy petrograficznej określono skład petrograficzny i współczynnik odbicia. W celu określenia liniowej korelacji między parametrami samozapłonu a analizowanymi właściwościami węgla obliczono współczynnik korelacji Pearsona. Uzyskane wyniki pokazują, że nie ma silnej korelacji liniowej między tendencją węgla do samozapłonu a jego właściwościami petrograficznymi. Zaobserwowano jednak silną ujemną korelację między samozapłonem a wilgotnością i zawartością substancji lotnych. W przypadku węgla kamiennego potwierdzono silne korelacje między parametrami samozapłonu a różnymi właściwościami węgla. Najbardziej godne uwagi są korelacje między parametrami samozapłonu a składem petrograficznym, tj. pomiędzy zawartością macerałów grupy inertynitu w węglu oraz zawartością macerałów grupy huminitu/witrynitu w węglu. Uzyskane wyniki sugerują, że tendencja do samozapłonu węgla rośnie wraz ze wzrostem zawartości semifuzynitu i liptynitu.
 
REFERENCES (31)
1.
Beamish et al. 2001 – Beamish, B.B., Barakat, M.A. and St. George, J.D. 2001. Spontaneous-combustion propensity of New Zealand coals underadiabatic conditions. International Journal of Coal Geology 45(2–3), pp. 217–224. DOI: 10.1016/S0166-5162(00)00034-3.
 
2.
Berkowitz, N. and Schein, H.G. 1951. Heats of wetting and the spontaneous ignition of coal. Fuel 30, pp. 94–96.
 
3.
Bhattacharyya, K.K. 1972. The role of desorption of moisture from coal in its spontaneous heating. Fuel 51(3), pp. 214–220. DOI: 10.1016/0016-2361(72)90084-1.
 
4.
Chakravorty, R.N. and Kolada, R.J. 1988. Prevention and control of spontaneous combustion in coal mines. Mining Engineering 40(10), pp. 952–956.
 
5.
Choudhury et al. 2016 – Choudhury, D., Sarkar, A. and Chand Ram, L. 2016. An Autopsy of Spontaneous Combustion of Lignite. International Journal of Coal Preparation and Utilization 36(2), pp. 109–123. DOI: 10.1080/19392699.2015.1060968org/10.1080/19392699.2015.1060968.
 
6.
Ciesielczuk et al. 2013 – Ciesielczuk, J., Janeczek, J. and Cebulak, S. 2013. The cause and progress of the endogenous coal fire in the remediated landfill in the city of Katowice (Przebieg i przyczyny endogenicznego pożaru węgla kamiennego na zrekultywowanym składowisku odpadów komunalnych w Katowicach). Przegląd Geologiczny 61(12), pp. 764–772 (in Polish).
 
7.
Clemens et al. 1991 – Clemens, A.H., Matheson, T.W. and Rogers, D.E. 1991. Low temperature oxidation studies of dried New Zealand coals. Fuel. DOI: 10.1016/0016-2361(91)90155-4.
 
8.
Cygankiewicz et al. 2006 – Cygankiewicz, J., Dudzińska, A. and Żyła, M. 2006. The relationship between the specific surface area of coal determined by nitrogen and carbon dioxide sorption and the susceptibility of coal to spontaneous combustion. Archives of Mining Sciences 51(2), pp. 151–161.
 
9.
Dudzińska, A. 2019. Analysis of sorption and desorption of unsaturated hydrocarbons: Ethylene, propylene and acetylene on hard coals. Fuel 246, pp. 232–243. DOI: 10.1016/j.fuel.2019.02.130.
 
10.
Dudzińska, A. and Cygankiewicz, J. 2015. Analysis of adsorption tests of gases emitted in the coal self-heating process. Fuel Processing Technology. Elsevier 137, pp. 109–116. DOI: 10.1016/j.fuproc.2015.04.008.
 
11.
Falcon, R.M.M. 1986. Spontaneous Combustion of the Organic Matter in Discards From the Witbank Coalfield. Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy 86(7), pp. 243–250.
 
12.
Guilford, J. 1965. Fundamental statistics in psychology and education. 4th ed. New York: McGraw-Hill.
 
13.
Kataka et al. 2018 – Kataka, M.O., Matiane, A.R. and Odhiambo, B.D.O. 2018. Chemical and mineralogical characterization of highly and less reactive coal from Northern Natal and Venda-Pafuri coalfields in South Africa’, Journal of African Earth Sciences. Pergamon 137, pp. 278–285. DOI: 10.1016/J.JAFREARSCI.2017.10.019.
 
14.
Kruszewska, K. 1989. The use of reflectance to determine maceral composition and the reactive-inert ratio of coal components. Fuel 68(6), pp. 753–757. DOI: 10.1016/0016-2361(89)90214-7.
 
15.
Kruszewska, K. and Misz, M. 1999. Inertinite in coking and combustion processes in the light of microscopic examinations (Inertynit w procesach koksowania i spalania w świetle badań mikroskopowych). Zeszyty Naukowe. Górnictwo/Politechnika Śląska z. 243, pp. 81–89 (in Polish).
 
16.
Lyman, R. 2001. Pyrophoricity (spontaneous combustion) of Powder River Basin coals : considerations for coalbed methane development. Laramie Wyo.: Wyoming State Geological Survey.
 
17.
Mastalerz, M. et al. 2011. Spontaneous Combustion and Coal Petrology [In:] Coal and Peat Fires: A Global Perspective. Volume 1: Coal Geology and Combustion. Elsevier, pp. 47–62. DOI: 10.1016/B978-0-444-52858-2.00003-7.
 
18.
Misra, B.K. and Singh, B.D. 1994. Susceptibility to spontaneous combustion of Indian coals and lignites: an organic petrographic autopsy. International Journal of Coal Geology 25(3–4), pp. 265–286. DOI: 10.1016/0166-5162(94)90019-1.
 
19.
Misz-Kennan, M. and Fabiańska, M.J. 2011. Application of organic petrology and geochemistry to coal waste studies. International Journal of Coal Geology 88(1), pp. 1–23. DOI: 10.1016/J.COAL.2011.07.001.
 
20.
Mucha, J. 1994. Geostatistical methods in documenting deposits (Metody geostatystyczne w dokumentowaniu złóż). Kraków: AGH (in Polish).
 
21.
Panigrahi, D.C. and Sahu, H.B. 2004. Classification of coal seams with respect to their spontaneous heating susceptibility – A neural network approach. Geotechnical and Geological Engineering. DOI: 10.1023/B: GEGE.0000047040.70764.90.
 
22.
Pickel et al. 2017 – Pickel, W., Kus, J., Flores, D., Kalaitzidis, S., Christanis, K., Cardott, B.J., Misz-Kennan, M., Rodrigues, S., Hentschel, A., Hamor-Vido, M., Crosdale, P. and Wagner, N. 2017. Classification of liptinite – ICCP System 1994. International Journal of Coal Geology 169, pp. 40–61. DOI: 10.1016/j.coal.2016.11.004.
 
23.
PN-G-04558:1993 – wersja polska (no date). [Online] https://sklep.pkn.pl/pn-g-0455... [Accessed: 2020-01-26].
 
24.
Singh, R.V.K. 2013. Spontaneous Heating and Fire in Coal Mines. Procedia Engineering 62, pp. 78–90. DOI: 10.1016/j.proeng.2013.08.046.
 
25.
Słowik, S. 2019. Method for determining the propensity of coal to spontaneous combustion in the conditions of primary rock temperature (Metoda oznaczania skłonności węgla do samozapalenia w warunkach temperatury pierwotnej skał). Przegląd Górniczy 75(8), pp. 40–49 (in Polish).
 
26.
Stach, E. et al. 1982. Stach’s Textbook of coal petrology. Book. Borntraeger.
 
27.
Sýkorová et al. 2005 – Sýkorová, W., Pickelb, K., Christanis, M., Wolfd, G.H. and Taylore, D. 2005. Classification of huminite – ICCP System 1994. International Journal of Coal Geology 62, pp. 85–106. DOI: 10.1016/j.coal.2004.06.006.
 
28.
Thomas, G. and Fariborz, G. 2000. Effect of geological processes on coal quality and utilization potential: Review with examples from western Canada. Journal of Hazardous Materials. DOI: 10.1016/S0304-3894(99)00202-2.
 
29.
Wen et al. 2015 – Wen, H., Guo, J., Jin, Y.F., Zhai, X.W. and Wang, K. 2015. Experimental study on effects of moisture on in relation to coal oxidation and spontaneous combustion characteristics of mengba coal at high temperature environments. Chemical Engineering Transactions 46, pp. 103–108. DOI:10.3303/CET1546018.
 
30.
Xu et al. 2013 – Xu, T., Wang, D.-M. and He Q.-L. 2013. The Study of the Critical Moisture Content at Which Coal Has the Most High Tendency to Spontaneous Combustion. International Journal of Coal Preparation and Utilization 33(3), pp. 117–127. DOI: 10.1080/19392699.2013.769435org/10.1080/19392699.2013.769435.
 
31.
Zarębska et al. 2012 – Zarębska, K., Baran, P., Cygankiewicz, J. and Dudzińska, A. 2012. Prognosticating fire hazards in goafs in Polish collieries. AGH Drilling, Oil, Gas 29(4), pp. 463–478. DOI: 10.7494/drill.2012.29.4.463.
 
eISSN:2299-2324
ISSN:0860-0953