Material balance of metamorphic transformations of coal seams and their dangerous properties
Purpose: To establish empirical relationships during coalification of coal seams between the main components of the organic (combustible) mass, moisture content and mineral impurities using experimental data on the consumer qualities of solid fuels obtained by generally accepted standard methods. Re...
Gespeichert in:
| Datum: | 2024 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine
2024
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/298964 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Geofizicheskiy Zhurnal |
Institution
Geofizicheskiy Zhurnal| _version_ | 1856543594483023872 |
|---|---|
| author | Rudniev, Ye. Filatieva, E. Antoshchenko, M. Popovich, V. |
| author_facet | Rudniev, Ye. Filatieva, E. Antoshchenko, M. Popovich, V. |
| author_sort | Rudniev, Ye. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2024-06-28T14:39:39Z |
| description | Purpose: To establish empirical relationships during coalification of coal seams between the main components of the organic (combustible) mass, moisture content and mineral impurities using experimental data on the consumer qualities of solid fuels obtained by generally accepted standard methods. Reliably established relationships between these main components make it possible to scientifically substantiate and reveal the nature of the occurrence of dangerous properties of coal seams during mining operations due to the factor of metamorphic transformations and the generation of gaseous and liquid products.
The research methodology was developed based on the results of a preliminary analysis of the change in the ratio between the main components of organic (combustible) mass, the content of moisture and mineral impurities during coal formation, starting from the processes of peat formation and subsequent coalification. Experimental data on the consumer qualities of solid fuels determined by generally accepted standard methods were used.
Results: At all stages of metamorphic transformations of coal seams, with an increase in carbon content, a unilateral reduction in the elemental oxygen content in the organic (combustible) mass has been established. This indicates the formation of gaseous products at all stages of metamorphism with the participation of carbon and oxygen of the organic (combustible) mass. The reduction in the elemental content of hydrogen, nitrogen and organic sulfur in the later stages of metamorphism indicates the participation of these components in the generation of gaseous products.
The reliability of the empirical dependence of carbon content on the average reflectivity of vitrinite was tested.
The generation of moisture at the stage of metamorphic transformations of coals was not fully confirmed by the direction of trends in the average content of moisture, oxygen and hydrogen at successive stages of the processes of peat formation, diagenesis and metamorphism up to the transition from hard coals to anthracites.
A significant excess (up to two times) of the yield of volatile substances was established compared to the content of the sum of the main components of the organic (combustible) mass at fixed values of carbon content.
Scientific novelty: Based on changes in the ratio of the elemental content of the main components of the organic (combustible) mass (solid residue), their participation in the formation of gaseous products at all metamorphic stages of transformation of coal seams has been established. The obtained results of the formation of the material balance make it possible to introduce appropriate clarifications into the scheme of coal formation processes in terms of the generation of specific gaseous products at each stage.
Practical value: The practical significance lies in the need and possibility of improving the regulatory framework for the safety of mining operations when forecast the hazardous properties of coal seams.
|
| first_indexed | 2025-07-17T11:14:04Z |
| format | Article |
| id | journalsuranua-geofizicheskiy-article-298964 |
| institution | Geofizicheskiy Zhurnal |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-07-17T11:14:04Z |
| publishDate | 2024 |
| publisher | S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | journalsuranua-geofizicheskiy-article-2989642024-06-28T14:39:39Z Material balance of metamorphic transformations of coal seams and their dangerous properties Матеріальний баланс метаморфічних перетворень вугільних пластів та їх небезпечні властивості Rudniev, Ye. Filatieva, E. Antoshchenko, M. Popovich, V. material balance coal sems coal elemental composition components gas formation products hazardous properties forecast regulatory framework improvement матеріальний баланс шахтопласти вугілля елементний склад компоненти газоутворення продукти небезпечні властивості прогноз нормативна база удосконалення Purpose: To establish empirical relationships during coalification of coal seams between the main components of the organic (combustible) mass, moisture content and mineral impurities using experimental data on the consumer qualities of solid fuels obtained by generally accepted standard methods. Reliably established relationships between these main components make it possible to scientifically substantiate and reveal the nature of the occurrence of dangerous properties of coal seams during mining operations due to the factor of metamorphic transformations and the generation of gaseous and liquid products. The research methodology was developed based on the results of a preliminary analysis of the change in the ratio between the main components of organic (combustible) mass, the content of moisture and mineral impurities during coal formation, starting from the processes of peat formation and subsequent coalification. Experimental data on the consumer qualities of solid fuels determined by generally accepted standard methods were used. Results: At all stages of metamorphic transformations of coal seams, with an increase in carbon content, a unilateral reduction in the elemental oxygen content in the organic (combustible) mass has been established. This indicates the formation of gaseous products at all stages of metamorphism with the participation of carbon and oxygen of the organic (combustible) mass. The reduction in the elemental content of hydrogen, nitrogen and organic sulfur in the later stages of metamorphism indicates the participation of these components in the generation of gaseous products. The reliability of the empirical dependence of carbon content on the average reflectivity of vitrinite was tested. The generation of moisture at the stage of metamorphic transformations of coals was not fully confirmed by the direction of trends in the average content of moisture, oxygen and hydrogen at successive stages of the processes of peat formation, diagenesis and metamorphism up to the transition from hard coals to anthracites. A significant excess (up to two times) of the yield of volatile substances was established compared to the content of the sum of the main components of the organic (combustible) mass at fixed values of carbon content. Scientific novelty: Based on changes in the ratio of the elemental content of the main components of the organic (combustible) mass (solid residue), their participation in the formation of gaseous products at all metamorphic stages of transformation of coal seams has been established. The obtained results of the formation of the material balance make it possible to introduce appropriate clarifications into the scheme of coal formation processes in terms of the generation of specific gaseous products at each stage. Practical value: The practical significance lies in the need and possibility of improving the regulatory framework for the safety of mining operations when forecast the hazardous properties of coal seams. Мета - встановити емпіричні залежності при вуглефікації шахтопластів між основними компонентами органічної (горючої) маси, вмістом вологи та мінеральних домішок з використанням експериментальних даних про споживчі якості твердих палив, отриманих загальноприйнятими стандартними способами. Достовірно встановлені співвідношення між цими основними компонентами дають можливість науково обґрунтувати та розкрити природу виникнення небезпечних властивостей шахтопластів під час проведення гірничих робіт за фактором метаморфічних перетворень та генерації газоподібних та рідких продуктів. Методика досліджень розроблена на підставі результатів попереднього аналізу зміни співвідношення між основними компонентами органічної (горючої) маси, вмістом вологи та мінеральних домішок при вуглеутворенні, починаючи від процесів торфоутворення та подальшої вуглефікації. Використані експериментальні дані про споживчі якості твердих палив, які встановлені загальноприйнятими стандартними способами. Результати досліджень. На всіх стадіях метаморфічних перетворень вугільних пластів зі зростанням вмісту вуглецю встановлено одностороннє скорочення елементного вмісту кисню в органічній (горючій) масі. Це свідчить про утворення газоподібних продуктів на всіх стадіях метаморфізму з участю вуглецю і кисню органічної (горючої) маси. Скорочення елементного вмісту водню, азоту та органічної сірки на пізніх стадіях метаморфізму свідчить про участь цих компонентів у генерації газоподібних продуктів. Проведена апробація достовірності емпіричної залежності вмісту вуглецю від середнього показника відбиваючої здатності вітриніту. Генерація вологи на стадії метаморфічних перетворень вугілля не підтвердилася, повною мірою, спрямованістю трендів середнього вмісту вологи, кисню та водню на послідовних стадіях процесів торфоутворення, діагенезу та метаморфізму аж до переходу від кам'яного вугілля до антрацитів. Встановлено значне перевищення (до двох разів) виходу летких речовин у порівнянні із вмістом суми основних компонентів органічної (горючої) маси при фіксованих значеннях вмісту вуглецю. Наукова новизна. На підставі зміни співвідношення елементного вмісту основних компонентів органічної (горючої) маси (твердого залишку) встановлено їх участь в утворенні газоподібних продуктів на всіх метаморфічних стадіях перетворення вугільних пластів. Отримані результати формування матеріального балансу дозволяють внести відповідні уточнення до схеми вуглеутворення в частині генерації конкретних газоподібних продуктів на кожній стадії. Практичне значення полягає у необхідності та можливості удосконалення нормативної бази безпечного ведення гірничих робіт при прогнозі небезпечних властивостей шахтопластів. S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine 2024-06-28 Article Article application/pdf https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/298964 10.24028/gj.v46i3.298964 Geofizicheskiy Zhurnal; Vol. 46 No. 3 (2024) Геофизический журнал; Том 46 № 3 (2024) Геофізичний журнал; Том 46 № 3 (2024) 2524-1052 0203-3100 uk https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/298964/298602 Copyright (c) 2024 Yevhen Rudniev https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0 |
| spellingShingle | material balance coal sems coal elemental composition components gas formation products hazardous properties forecast regulatory framework improvement Rudniev, Ye. Filatieva, E. Antoshchenko, M. Popovich, V. Material balance of metamorphic transformations of coal seams and their dangerous properties |
| title | Material balance of metamorphic transformations of coal seams and their dangerous properties |
| title_alt | Матеріальний баланс метаморфічних перетворень вугільних пластів та їх небезпечні властивості |
| title_full | Material balance of metamorphic transformations of coal seams and their dangerous properties |
| title_fullStr | Material balance of metamorphic transformations of coal seams and their dangerous properties |
| title_full_unstemmed | Material balance of metamorphic transformations of coal seams and their dangerous properties |
| title_short | Material balance of metamorphic transformations of coal seams and their dangerous properties |
| title_sort | material balance of metamorphic transformations of coal seams and their dangerous properties |
| topic | material balance coal sems coal elemental composition components gas formation products hazardous properties forecast regulatory framework improvement |
| topic_facet | material balance coal sems coal elemental composition components gas formation products hazardous properties forecast regulatory framework improvement матеріальний баланс шахтопласти вугілля елементний склад компоненти газоутворення продукти небезпечні властивості прогноз нормативна база удосконалення |
| url | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/298964 |
| work_keys_str_mv | AT rudnievye materialbalanceofmetamorphictransformationsofcoalseamsandtheirdangerousproperties AT filatievae materialbalanceofmetamorphictransformationsofcoalseamsandtheirdangerousproperties AT antoshchenkom materialbalanceofmetamorphictransformationsofcoalseamsandtheirdangerousproperties AT popovichv materialbalanceofmetamorphictransformationsofcoalseamsandtheirdangerousproperties AT rudnievye materíalʹnijbalansmetamorfíčnihperetvorenʹvugílʹnihplastívtaíhnebezpečnívlastivostí AT filatievae materíalʹnijbalansmetamorfíčnihperetvorenʹvugílʹnihplastívtaíhnebezpečnívlastivostí AT antoshchenkom materíalʹnijbalansmetamorfíčnihperetvorenʹvugílʹnihplastívtaíhnebezpečnívlastivostí AT popovichv materíalʹnijbalansmetamorfíčnihperetvorenʹvugílʹnihplastívtaíhnebezpečnívlastivostí |