The Change of Structural and Thermal Properties of Rocks Exposed to High Temperatures in the Vicinity of Designed Geo-Reactor / Zmiany właściwości strukturalnych i cieplnych skał poddanych wysokim temperaturom w rejonie projektowanego georeaktora

Abstract

Among the main directions of works on energy acquisition, there is the development and application of the technology of underground gasification of coal deposits (UCG). During the process of deposit burning and oxidation, there is also impact of temperatures exceeding 1000°C on rocks surrounding the deposit. As a result of subjecting carboniferous rocks to high temperatures for a prolonged period of time, their structure will change, which in turn will result in the change of their physical properties. Due to the project of underground coal gasification, as performed in Poland, laboratory tests are currently under way to a broad extent, including physical properties of carboniferous rocks subjected to high temperatures. The article presents results of laboratory tests of rocks surrounding the designed geo-reactor: changes to bulk density, specific density and porosity due to high temperature, and confronts the above results with the results of tests of thermal conductivity, specific heat and heat diffusivity (temperature conductivity) of the rocks. The mineralogical investigations were presented too.Keywords: structural rocks parameters, high temperature, thermal rocks parameters, rocks' kilning Jednym z głównych kierunków prac nad pozyskiwaniem energii jest opracowanie i zastosowanie technologii podziemnej gazyfikacji pokładów węgla. W czasie procesu spalania i utleniania pokładu dochodzi również do oddziaływania temperatur przekraczających 1000°C na skały otaczające pokład. W wyniku poddania skał karbońskich wysokim temperaturom przez dłuższy okres czasu będzie dochodzić do zmian ich struktury, co z kolei spowoduje zmiany ich właściwości fizycznych.Ze względu na realizowany w Polsce projekt podziemnego zgazowania węgla prowadzone są obecnie badania laboratoryjne w szerokim zakresie, m.in. właściwości fizycznych skał karbońskich poddanych wysokim temperaturom. W artykule przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych skał otaczających projektowany georeaktor: zmian gęstości objętościowej, gęstości właściwej i porowatości na skutek wysokiej temperatury oraz skonfrontowano powyższe wyniki z wynikami badań przewodności cieplnej, pojemności cieplnej i dyfuzyjności cieplnej (przewodzenia temperatury) skał.Na podstawie opisu mineralogicznego skał przed wygrzaniem stwierdzono, że są to okruchowe skały osadowe z frakcją psamityczną. Szkielet ziarnowy jest zbudowany niemal wyłącznie z ziaren kwarcu, a podrzędnie w skałach występują muskowit, biotyt, skalenie i minerały ciężkie. Zawartość procentowa minerałów i spoiwa zmienia się w szerokim zakresie: ziaren mineralnych od 10,3% do 90,0%, a spoiwa od 10,0% do 89,7%. Po przepaleniu skał do temperatury 1000÷1200°C zmniejsza się w nich zawartość matrix, a wzrasta zawartość kwarcu. Pojawiają się także nowe minerały, takie jak hematyt i minerały rudne. Po ogrzaniu nie stwierdzono cementu węglanowego, opali, tlenowodorków żelaza, kalcytu, hornblendy i porów. Proporcja pomiędzy ziarnami a spoiwem ulega zupełnej zmianie i ziarna stanowią 31-99% objętości, a spoiwo -1-69%.Wpływ wysok...

Principles for certain geomechanics problems solution during overworking of mine workings

“…The above trends as a whole contribute to lowering the costs for maintaining the mine workings delineating the pillar, if there is a necessity for their further use according to the mining plan. This is confirmed by a number of studies [6][7][8][9].…”

“…-in a direction parallel to the longwall face length (coordinate Z), at least half of its length should be placed, extraction mine working and part of the massif in the side opposite to the stope face to a width, which ensures the SSS components stabilization in the area of the model vertical bound; the massif texture is not essential hereholistic or collapsed and consolidated rocks; the fulfilment of such a condition implies a model size not less than 150 -180 m, taking into account sufficiently symmetrical initial and borderline conditions relative to the axis X located in the centre of the longwall face length, since with significant asymmetry the size Z will have to be doubled; -the model height (coordinate Y) should be chosen according to the reflection condition (with a certain margin) of all characteristic zones of rock pressure anomalies and the related texture transformations of the surrounding rock massif; in the coal seam roof, the model height should corresponds to the height of the frontal bearing pressure zone ahead of the longwall face with at least one-and-a-half margin for various SSS distortions types, conditioned by the vertical geostatic load application; behind the longwall face, in the mined-out space, three characteristic zones should be placed [2,7,18]: uncontrolled collapse, hinged-block displacement and smooth deflection of layers without discontinuity; in the seam bottom, also with a one-and-a-half fold margin, the zones of frontal bearing pressure and unloading are provided; meeting these conditions usually requires a model height of at least 60 -80 m; when modelling the joint mining of several coal seams, the height Y should include all of the above elements for the upper seam in the roof and the lower seam in the bottom, plus the thickness of partings; here it is necessary to choose a height Y for each specific case, but it definitely increases by 2 times or more.…”

Substantiating the operating parameters for an underground gas generator as a basic segment of the mining energy-chemical complex

“…The total heat energy (Q) loss of the mine gas generator is determined by performing analytical calculations [46]. In the case of heat energy release explosive compositions occur in different quantities [47][48][49][50].…”

Use of Magnetic Fields for Intensification of Coal Gasification Process

“…The essence of this technology is that the developed technological schemes for mining coal seams, in which disjunctive and plicative geological disturbances are concentrated, make it possible to gasify coal using vertically inclined-horizontal boreholes due to the transition of the geological disturbance outside the zone of increased rock pressure influence (Petlovanyi et al, 2019). This method of borehole tracing makes it possible to maintain injection and gas production boreholes in the rocks with minimal deformations (Małkowski et al, 2013;Falshtynskyi et al, 2016). The coal gasification stability during the transition of low-amplitude geological disturbance is ensured by sufficient sealing of the underground gas generator and preliminary backfilling of the mined-out space in the zone of increased rock fracturing (Falshtynskyi et al, 2014).…”