نشریه مهندسی معدن

نشریه مهندسی معدن

بررسی تأثیر جذب و انتشار گازهای متان و کربن‌دی‌اکسید بر ساختار ماتریکس و خواص مهندسی زغال‌سنگ

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 دکترای مهندسی معدن، دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، ایران
2 استاد، دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، ایران
چکیده
باتوجه‌به اهمیت صنعت زغال‌سنگ و چالش‌های زیست‌محیطی و ایمنی مرتبط با آن، توسعه روش‌های استخراج بهینه و مدیریت گازهای حاصل از استخراج زغال‌سنگ امری ضروری است. در این پژوهش، تأثیر جذب و انتشار گازهای CO2 و CH4 بر خواص مهندسی و ساختار نمونه‌های زغال‌سنگ در شرایط مختلف آزمایشگاهی و ماکروسکوپیک موردبررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که جذب گاز CO2 تأثیرات منفی بیشتری بر خواص مهندسی زغال‌سنگ داشته و مقاومت آن را به طور قابل‌توجهی کاهش می‌دهد. به‌طوری‌که جذب و انتشار گاز CO2 در فشار تزریق 15 و 30 بار مقاومت فشاری نمونه زغال‌سنگ را به ترتیب 80/57 و 15/57 درصد کاهش داده و مدول الاستیسیته آن را به ترتیب 67/77 و 03/22 کاهش می‌دهد. در حالی که جذب و انتشار گاز CH4 در فشار تزریق 15 و 30 بار مقاومت فشاری نمونه زغال‌سنگ را به ترتیب 9/27 و 7/41 درصد کاهش داده و مدول الاستیسیته آن را به ترتیب 06/18 و 91/19 کاهش می‌دهد. این کاهش خواص مهندسی تابعی از پارامترهای فشار گاز، نوع زغال‌سنگ، ساختار و جهت ترک‌های ذاتی، میزان رطوبت و سایر پارامترهای مؤثر است. بر اساس نتایج این پژوهش، پایداری پایه‌‌های زغالی در معرض CO2 کاهش می‌یابد و باید در طراحی و اجرای روش‌های برانگیختگی متان زغال‌سنگ به کمک CO2 و همچنین در پروژه‌های ذخیره‌سازی CO2 در معادن زغال‌سنگ، به این موضوع توجه ویژه شود. نکته حائز اهمیت این است که آزاد شدن گاز CH4 از لایه‌های گازی گازکشی نشده و لایه‌های گازکشی‌شده نیز مقاومت زغال‌سنگ را کاهش داده و احتمال انفجار زغال‌سنگ، تصاعد آنی و ناپایداری پایه‌های زغالی را افزایش می‌دهد. پژوهش پیش‌رو خلاصه‌ای از یک رساله دکتری است که نتایج کلی حاصل از آن پیشتر در چند مقاله بین‌المللی منتشر شده است. تلاش شده است با نگارش این مقاله چکیده و بخش‌های برجسته کار به زبان فارسی نیز بازنشر داده شود. ن
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Impact of Methane and Carbon Dioxide Adsorption and Emission on the Matrix Structure and Engineering Properties of Coal

نویسندگان English

Emad Ansari Ardehjani 1
mohammad ataei 2
farhang sereshki 2
1 Ph.D. of Mining Engineering, Faculty of Mining, Petroleum and Geophysics, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
2 Professor, Faculty of Mining, Petroleum and Geophysics, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
چکیده English

Given the significance of the coal industry and the associated environmental and safety challenges, the development of optimized extraction methods and effective management of gases produced during coal mining is imperative. This study investigates the effects of CO2 and CH4 adsorption and emission on the uniaxial compressive strength, elastic modulus, and axial strain of coal samples under various laboratory and macroscopic conditions. The results indicate that CO2 adsorption has a more pronounced negative impact on the engineering properties of coal, significantly reducing its strength. Specifically, CO2 adsorption and emission at injection pressures of 15 and 30 bar reduced the compressive strength of coal samples by 57.80% and 57.15%, respectively, and decreased the elastic modulus by 77.67% and 22.03%, respectively. In contrast, CH4 adsorption and emission at the same injection pressures reduced the compressive strength by 27.9% and 41.7%, respectively, and the elastic modulus by 18.06% and 19.91%, respectively. These reductions in engineering properties are influenced by parameters such as gas pressure, coal type, inherent fracture orientation and structure, moisture content, and other relevant factors. Based on these findings, the stability of coal pillars exposed to CO2 is compromised, necessitating careful consideration in the design and implementation of coalbed methane stimulation using CO2, as well as in CO2 sequestration projects in coal mines. Notably, the release of CH4 from both degassed and non-degassed gas-bearing layers also reduces coal strength, increasing the risks of coal outbursts, instantaneous gas emissions, and coal pillar instability.

کلیدواژه‌ها English

Sustainable Mining
Coal Engineering Properties
Underground Coal Mine Stability
CO2 Sequestration

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 25 آبان 1404

  • تاریخ دریافت 27 تیر 1404
  • تاریخ بازنگری 25 مهر 1404
  • تاریخ پذیرش 25 مهر 1404