Zonation of deposits of hard coals of different porosity in the Upper Silesian Coal Basin
M. Bukowska 1  
,   U. Sanetra 1  
,   M. Wadas 1  
 
More details
Hide details
1
Główny Instytut Górnictwa, Katowice, Poland
 
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2016;32(1):5–24
 
KEYWORDS
ABSTRACT
The article presents the results of tests of porosity of the Upper-Silesian Coal Basin (USCB) hard coals. The porosity was determined for various lithotypes of hard coal, collected in different areas of the Upper-Silesian Coal Basin. Samples of hard coal were collected in 60 seams of 16 coal mines, from the depth of approximately between 350 and 1200 m. There are also presented differences in values of open porosity of coal depending on the depth of occurrence, as well as chronostratigraphic and tectonic correlation of a seam. Uniaxial compression strength of the tested coals falls in the strength class from very low to very high (from 8.1 to 51.5 MPa), open porosity is 0.68–12.5% and total porosity is 3.29–17.45%. With an increase in depth, in general, open porosity of coals decreases. There is an apparent decrease in open porosity correlated with the age of hard coals. It was observed that the lower and upper limits of open porosity ranges of variability shift towards lower values the older the coals are, from the Łaziskie Beds to the Jaklowieckie Beds. The older the coals the greater the average drop in the share of open porosity in total porosity from 60% for the youngest coals to merely several per cent for the oldest ones. The highest values of total porosity (over 10%) were observed in the youngest coals (Cracow sandstone series and siltstone series). Older coals reached more diversified values of total porosity (3.29–17.45%). Based on the conducted tests, zones correlated with tectonics of the basin and with deposition of lithostratigraphic beds of specific age, where values of porosity of hard coals differ, were determined in the area of the USCB. However, in spite of their correlation to a structural unit, the coals demonstrated a decrease in open porosity with an increase in their geologic age. Thus, there is an apparent influence of the deposition depth of coal within a given structural unit on open porosity following the age of coal, i.e. correlation to an older and older chronostratigraphic unit. [...]
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Strefowość występowania węgli kamiennych o różnej porowatości w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym
węgiel kamienny, porowatość węgla, zmienność porowatości, Górnośląskie Zagłębie Węglowe
W artykule przedstawiono wyniki badań porowatości węgli kamiennych w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. Porowatość określono dla różnych litotypów węgla kamiennego, które pobrano z różnych rejonów Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Węgle kamienne pobrano z 60 pokładów w 16 kopalniach, z głębokości od około 350 do 1200 m. Przedstawiono zróżnicowanie wartości porowatości otwartej węgla od głębokości zalegania, pozycji chronostratygraficznej pokładu oraz przynależności do jednostki tektonicznej. Wytrzymałość na ściskanie przebadanych węgli mieści się w klasie wytrzymałości od bardzo małej do bardzo dużej (od 8,1 do 51,5 MPa), porowatość otwarta wynosi 0,68–12,5%, a porowatość całkowita wynosi 3,29–17,45%. Ze wzrostem głębokości, generalnie, porowatość otwarta węgli maleje. Zaobserwowano przesuwanie się dolnej i górnej granicy przedziałów zmienności porowatości otwartej w kierunku niższych wartości ze wzrostem wieku węgli, od warstw łaziskich do warstw jaklowieckich. Ze wzrostem wieku węgli średni udział porowatości otwartej w porowatości całkowitej wynosi od 60% dla węgli najmłodszych do zaledwie kilkunastu procent dla węgli najstarszych. Największe wartości porowatości całkowitej (powyżej 10%) stwierdzono w węglach najmłodszych (krakowska seria piaskowcowa i seria mułowcowa). Węgle starsze osiągnęły wartości porowatości całkowitej od kilku do kilkunastu procent (3,29–17,45%). Na podstawie przeprowadzonych badań wyznaczono w obszarze GZW strefy związane z tektoniką zagłębia i z występowaniem warstw litostratygraficznych określonego wieku, w których węgle kamienne różnią się wartościami porowatości. Jednakże, bez względu na przynależność do jednostki strukturalnej, węgle wykazywały zmniejszanie się porowatości otwartej wraz ze zwiększaniem się ich wieku geologicznego. Zatem jest obserwowany wyraźny wpływ głębokości zalegania węgla w obrębie danej jednostki strukturalnej na porowatość otwartą wraz ze wzrostem wieku węgla, czyli przynależnością do coraz starszej jednostki chronostratygraficznej. [...]
 
REFERENCES (25)
1.
Baran, P. and Zarebska, K. 2015. Estimating the limiting absolute sorption of carbon dioxide by coal for coal-bed storage of carbon dioxide. International Journal of Oil Gas and Coal Technology Vol. 10, Is. 2, pp. 179–193.
 
2.
Bukowska, M. 2012. Skłonność górotworu do tąpa – geologiczne i geomechaniczne metody badań (Rock mass susceptibility to bumps – geological and geomechanical test methods). Wydawnictwo GIG. Katowice (in Polish).
 
3.
Bukowska i in. 2012 – Bukowska, M., Sanetra, U. and Wadas, M. 2012. Chronostratigraphic and depth variability of porosity and strength of hard coals of Upper Silesian Basin. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 28(4), pp. 151–166 (in Polish).
 
4.
Chodyniecka i in. 1993 – Chodyniecka, L., Gabzdyl, W. and Kapuściński, T. 1993. Mineralogia i petrografia dla górników (Mineralogy and petrography for miners). Wydawnictwo Politechniki Śląskiej. Gliwice.
 
5.
Ceglarska-Stefańska i in. 1995 – Ceglarska-Stefańska, G., Stachurski, J. and Vogt E. 1995. Porosity of the Polish Hard Coals. Archives of Mining Sciences 40(3).
 
6.
Czapliński, A. red. 1994. Węgiel kamienny (Hard coal). Wydawnictwo AGH, Kraków (in Polish).
 
7.
Dutka et al. 2013 – Dutka, B., Kudasik, M., Pokryszka, Z., Skoczylas, N., Topolnicki, J. and Wierzbicki, M. 2013. Balance of CO2/CH4 exchange sorption in a coal briquette. Fuel Processing Technology Vol. 106, pp. 95–101.
 
8.
Gabzdyl, W. 1989. Geologia węgla (Hard coal geology). Skrypt Pol. Śl. nr 1427/2 (in Polish).
 
9.
Jasieńko S. red. 1995. Chemia i fizyka węgla (Chemistry and physico of hard coal). Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej Wrocław, pp. 221–261.
 
10.
Jureczka, J. and Kotas, A. 1995. Tektonogeneza Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (Tectogeny of Upper Silesian Coal Basin). [W:] The carboniferous system in Poland. Zdanowski, A. i Żakowa, H. ed). Prace PIG Vol. CXLVIII, pp. 168–171 (in Polish).
 
11.
Karacan, C.Ö. and Mitchell, G.D. 2003. Behavior and effect of different coal microlithotypes during gas transport for carbon dioxide sequestration into coal seams. International Journal of Coal Geology 53, pp. 201–217.
 
12.
Kawęcka, J. 1988. Struktura porowata węgli kamiennych (Porous structure of hard coals). Zeszyty Naukowe AGH nr 1212, Chemia z. 8, pp. 69–88 (in Polish).
 
13.
Kotas i in. 1988 – Kotas, A., Buła, Z. and Jureczka, J. 1988. Problematyka podziału litostratygraficznego górnośląskiej serii piaskowcowej karbonu Górnośląskiego Zagłębia Węglowego w świetle zasad kodeksu stratygraficznego (Problems of lithostratigraphic divisi on of Upper Silesian Sandstone Series of Upper Silesian Carboniferous in the light of stratigraphic code). Materiały XI Symp. Geologia Formacji Węglonośnych Polski, Formacja Karbońska. Wydaw. AGH. Kraków (in Polish).
 
14.
Krevelen, D.W. 1961. COAL. Typology – Chemistry – Physics – Construction. Elsevier Publishing Comany.
 
15.
Lasoń, M. red. 1988. Sorpcja gazów i par a własności polskich węgli kamiennych jako układów dyspersyjnych (Sorption of gases and vapours properties of Polish hard coals as dispertion systems). Część I. Zeszyty Nauko¬we AGH, Chemia z. 8. Kraków (in Polish).
 
16.
Ndaji et al. 1997 – Ndaji, F.H., Butterfild, I.M. and Thomas, K.M., 1997. Changes in the macromolecular structure of coals with pyrolysis temperature. Fuel 76, 169.
 
17.
Nelson, J.R. 1983. Determination of molecular wight between crosslinks of coals from solvent – swelling studies. Fuel 62, 112.
 
18.
Seewald, H. and Klein, I. 1985. Methansorption an Stainkohle und Kennzeichnung der Porenstrukture. Gluckauf – Forschungshefte, 47, 149 (in German).
 
19.
Strugała, A. 2001. Porowatość węgli bitumicznych (Porosity of bituminous coals). Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 17(2), pp. 5–17 (in Polish).
 
20.
Walker et al. 1988 – Walker, P.L., Verma, S.K., Rivera-Ultrilla, J. and Davis, A. 1988. Densities, Porosities and Surface Areas of Coal Maurals as Measured by their Interaction With Gases. Vapours and Liquids. Fuel 67, 1615.
 
21.
Żyła, M. red. 2000. Układ węgiel kamienny-metan w aspekcie desorpcji i odzyskiwania metanu z gazów kopalnianych (Hard coal – methane system in the aspect of desorption and capturing methane from mine gases). Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków.
 
22.
PN-G-0403: 1997. Skały zwięzłe. Oznaczanie wytrzymałości na ściskanie z użyciem próbek foremnych (Determining compression strength using geometric solid figure samples) (in Polish).
 
23.
PN-EN 1936: 2010. Metody badań kamienia naturalnego. Oznaczanie gęstości i gęstości objętościowej oraz całkowitej i otwartej porowatości (Methods of testing minerals. Determining density and bulk density, bulk and open porosity) (in Polish).
 
24.
PN-G-04537:1998. Węgiel kamienny i brunatny. Oznaczanie gęstości rzeczywistej (Hard coal and lignite. Determining real density) (in Polish).
 
25.
PN-82/G-04537. Węgiel kamienny I brunatny. Oznaczanie gęstości rzeczywistej i pozornej (Hard coal and lignite. Determining real density and bulk density) (in Polish).
 
eISSN:2299-2324
ISSN:0860-0953