WERYFIKACJA MAP JAKOŚCI WĘGLA PRÓBKAMI BRUZDOWYMI Krystian PROBIERZ, Marek MARCISZ Politechnika Śląska, Instytut Geologii Stosowanej WERYFIKACJA MAP JAKOŚCI WĘGLA PRÓBKAMI BRUZDOWYMI Przekonywanie do swoich pomysłów to stawianie wyzwań. Najpierw musisz doprowadzić do tego, aby Twoi słuchacze zgodzili się z Tobą w kwestiach zasadniczych. Potem musisz nakłonić ich do działania. Trzymając się wzoru postępowania zawartego w dokumencie Dale Carnegie Training®: Dowód – Działanie – Korzyść, przeprowadź motywującą, przedstawiającą możliwe działania prezentację. Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 CEL I ZAKRES BADAŃ Zapewnienie produkcji węgla o określonych i pożądanych przez odbiorcę parametach jakości, wymusza znajomość i kontrolę tych parametrów, zarówno w złożu jak i podczas procesu produkcyjnego. Podjęte badania dotyczyły wiarygodności rozpoznania jakości węgla w złożu KWK „Szczygłowice”. Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 Zmienność parametrów jakości węgla w tym złożu przedstawiono za pomocą map izolinii. Mapy te skonstruowano na podstawie oznaczeń laboratoryjnych parametrów jakości dla próbek bruzdowych pokładu przy zastosowaniu kombinacji dwóch programów komputerowych AutoCAD i Surfer Wiarygodność map postanowiono zweryfikować poprzez porównanie wartości parametrów jakości odczytanych z mapy izolinii i uzyskanych z oznaczeń laboratoryjnych kontrolnej próbki bruzdowej. Przeprowadzona weryfikacja odnosi się jedynie do złoża „Szczygłowice” i nie można jej uogólniać (nawet na złoża sąsiednie). Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

WYBÓR POKŁADÓW DO BADAŃ Kryterium wyboru stanowiły aspekty ekonomiczne i badawcze, spośród których wyróżnić można: jak najlepsze rozpoznanie budowy geologicznej i jakości kopaliny w pokładzie, jak najdłuższy przewidywany okres eksploatacji pokładu. Na podstawie analiz materiałów archiwalnych KWK „Szczygłowice” wybrano reprezentatywne pokłady do badań. Były to pokłady 403/1, 406/3 i 415/2 spełniające założone wymagania. Rozpocznij prezentację od wydarzenia, który przykuje uwagę słuchaczy. Wybierz wydarzenie, które w jakiś sposób odnosi się do nich. Ma ono być dowodem na poparcie proponowanego działania oraz płynących z niego korzyści. Rozpoczynając od motywującego przykładu, przygotujesz słuchaczy do następnej fazy, którą jest opisanie samego działania. Każdy z pokładów węgla reprezentowany jest przez jedną ścianę eksploatacyjną (pokład 403/1 – ściana nr VII, pokład 406/3 – ściana nr XV, pokład 415/2 – ściana nr X). Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 ANALIZA DANYCH Kryterium doboru parametrów jakości (dla których wykonano mapy zmienności) stanowiły normy, według których klasyfikuje się węgle na typy technologiczne (PN-82/G-97002) oraz standardy międzynarodowe (ISO, ECE Genewa 1993, 1995, 1998, 2001). Normy te oparte są na: wskaźnikach analizy technicznej, wskaźnikach analizy elementarnej, wskaźnikach własności koksowniczych, wskaźnikach fizycznych (optycznych), składzie petrograficznym. Następnie przedstaw środki zaradcze. Przedstaw je konkretnie, jasno i krótko. Upewnij się, że potrafisz wyobrazić sobie swoich słuchaczy podejmujących proponowane przez Ciebie działania. Jeśli Ty nie potrafisz, oni też nie będą potrafili. Musisz wierzyć w swoje propozycje, w ten sposób łatwiej uda Ci się nakłonić słuchaczy do działania. Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 Wskaźnikami tymi są: zawartość wilgoci Wa, %, zawartość popiołu Ad, %, zawartość części lotnych Vdaf, %, ciepło spalania Qsdaf, MJ/kg, zawartość siarki całkowitej Std, %, zdolność spiekania według Rogi, RI, -, wskaźnik wolnego wydymania, SI, -, kontrakcja a, %, dylatacja b, %, średnia refleksyjność witrynitu Rr, %, udział macerałów grupy witrynitu Vtmmf, % vol., udział macerałów grupy liptynitu Lmmf, % vol., udział macerałów grupy inertynitu Immf, % vol. Zgodnie z zasadą dokumentu Dale Carnegie Training®: Dowód – Działanie – Korzyść po przedstawieniu proponowanych działań przejdź do wyliczenia korzyści dla słuchaczy. Weź pod uwagę ich interesy, potrzeby oraz preferencje. Argumentację uzasadniaj, przedstawiając np. dane statystyczne, wykazy, świadectwa, analogiczne przypadki, dokumenty. Uzyskasz wtedy większe zaufanie słuchaczy. Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 Dane o wartościach tych parametrów pochodziły z kart otworów wiertniczych i kart analiz pokładowych próbek węgla z obszaru górniczego kopalni „Szczygłowice”. Na zakończenie przedstaw ponownie proponowane działania oraz płynące z nich korzyści. Mów z przekonaniem i pewnością siebie, wtedy uda Ci się przekonać innych do swoich pomysłów. Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

KONSTRUKCJA MAP IZOLINII WARTOŚCI PARAMETRÓW JAKOŚCI WĘGLA 1. Utworzenie tabelarycznej bazy danych. p. 403/1 p. 406/3 X Y RI [-] SI [-] -14979 -24726 82 -18401 -25144 6,0 -19010 -25363 75 8,5 63 -19004 -26272 8,0 -19200 -25512 72 69 -17884 -25732 7,0 -18849 -25248 68 -16835 -27004 7,5 -18710 -25142 58 76 -18135 -27796 -18532 -25006 74 80 -15088 -26049 6,5 -18332 -24856 70 -18827 -25910 71 -16789 -24946 -19318 -25317 -18693 -26875 73 -16848 -24732 4,5 -19122 -25168 64 -17800 -27199 87 -19147 -25450 5,0 -18924 -25020 -19117 -25494 -18658 -24814 62 Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 Parametry te zostały zestawione w sposób umożliwiający wykreślenie map w kolejnych etapach rozpoznania złoża, tzn. w kategorii rozpoznania złoża C2 + C1, B i A. W kategorii C2 + C1 niemożliwe było rozdzielenie otworów wiertniczych dla kategorii C2 i C1, dlatego występuje ona jako połączona część wspólna i nazywana jest C2 + C1. Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2. Skonstruowanie w programie Surfer map izolinii wartości parametrów jakości węgla (przy zdeklarowaniu określonej metody kreślenia izolinii). Mapa RI, p. 403/1 Mapa RI, p. 406/3 Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 3. Tak wykonane mapy zapisano w formacie *.dxf. Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 4. Skonstruowanie w programie AutoCAD matrycy, którą stanowi szablon typowej mapy kopalnianej z jej najistotniejszymi elementami: siatką współrzędnych, granicą obszaru górniczego kopalni, uskokami, wychodnią pokładu. W zależności od przeznaczenia, mapy mogą być uzupełnione o potrzebne szczegóły, na przykład: miejsca lokalizacji poszczególnych otworów wiertniczych, punkty pobrania próbek węgla do analiz, sieć wyrobisk górniczych, elementy osnowy geodezyjnej itd. Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 Materiałem wyjściowym do konstrukcji matryc były mapy pokładowe wykonane w skali 1:5000. Mapa p. 403/1 Mapa p. 406/3 Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 5. Na tak przygotowaną matrycę „nałożono”, w postaci kolejnych „warstw”, odpowiednio wyskalowane „surferowskie” mapy izolinii. Mapa RI, p. 403/1 Mapa RI, p. 406/3 Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 WYNIKI BADAŃ Porównanie wyników szacowania wartości parametrów z map izolinii z oznaczeniami laboratoryjnymi próbek bruzdowych wykazuje w przypadku niektórych parametrów (np. zawartość części lotnych) dużą zgodność, w innych zaś (np. ciepło spalania) zasadniczą rozbieżność, uniemożliwiającą w praktyce skuteczne szacowanie. Przyczyną tego może być znacznie większa zmienność tych parametrów w złożu, aniżeli można to wykazać na mapach. Przeprowadzone badania pozwoliły zgrupować wybrane parametry jakości w czterech grupach różniących się kolejno coraz mniejszą trafnością szacowania ich wartości w złożu. Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 Do pierwszej grupy zaliczono parametry jakości węgla, których zmienność zobrazowana na mapach izolinii jest w wystarczający sposób dokładna, aby na jej podstawie szacować (w granicy błędu) wartości tych parametrów. Do tej grupy zaliczono średnią refleksyjność witrynitu oraz zawartość siarki całkowitej. Lp. Nr pokł. próbki Rr, % ± 0,07 % Std, % ± 0,2 % kat. C2+C1 B A pr. bruzd. 1 403/1 31 n.o. p.o.i. 0,89 0,93 1,2 0,9 0,6 0,8 2 32 0,92 0,7 3 406/3 61 0,85 0,91 <1,3 1,0 4 62 1,4 1,5 5 415/2 151 >1,0 6 152 Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 Parametry te wykazują bardzo wysoką (Rr) lub wysoką (Std) zgodność wyników wartości szacowanych z map izolinii kategorii A i oznaczeń laboratoryjnych próbek bruzdowych. Oba te parametry, pomimo wykazanej w przeprowadzonych analizach wysokiej trafności wyników szacunków i oznaczeń laboratoryjnych, nie znajdują niestety zastosowania w klasyfikacji węgla na typy technologiczne według PN. Średnia refleksyjność witrynitu, parametr niezależny od składu petrograficznego i bardzo precyzyjnie odzwierciedlający stopień uwęglenia, stosowany jest w międzynarodowych klasyfikacjach węgla. Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 Zawartość siarki całkowitej uwzględnia natomiast aspekty ochrony środowiska i jest jednym z głównych czynników rozpatrywanych w technologii czystego węgla (clean coal technology). Znajomość tego parametru jest bardzo przydatna we współczesnych technologiach użytkowania węgli. Możliwości obniżenia zawartości siarki całkowitej w węglu, bądź redukcji tego składnika są niezwykle istotne w problematyce dalszego i ewentualnie zwiększonego oraz bezpiecznego dla środowiska użytkowania węgla. Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 Do drugiej grupy zaliczono parametry, których porównanie wyników szacowania z map i oznaczeń laboratoryjnych próbek bruzdowych daje średnio zadowalające rezultaty. Jedynie 50 % uzyskanych wyników mieści się w przedziale dokładności oznaczeń laboratoryjnych próbek bruzdowych. Do grupy tej zaliczono zawartość wilgoci i części lotnych, a także zdolność spiekania i kontrakcję. Lp. Nr pokł. próbki Wa, % ± 0,5 % Vdaf, % ± 1,5 % kat. C2+C1 B A pr. bruzd. 1 403/1 31 1,4 1,7 1,3 1,6 32,3 34,8 33,5 34,3 2 32 1,2 1,5 2,0 32,8 33,1 3 406/3 61 >1,5 1,8 2,4 <34,0 34,5 30,2 4 62 33,8 33,4 5 415/2 151 p.o.i. <1,5 2,8 >32,0 29,8 6 152 2,1 Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 Zawartość wilgoci i zawartość części lotnych wykazują wyraźne zależności z głębokością występowania spągu pokładu (tj. regułę Schürmanna i regułę Hilta), które znacznie wpływają na trafność wyników porównywania wartości szacowanych, a oznaczanych laboratoryjnie. Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 Lp. Nr pokł. próbki RI, – ± 7 a, % ± 10 % kat. C2+C1 B A pr. bruzd. 1 403/1 31 71 67 80 81 10 28 30 22 2 32 72 69 75 73 14 >30 3 406/3 61 p.o.i. 60 40 34 4 62 63 64 41 23 5 415/2 151 45 >35 20 6 152 17 Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 Własności koksownicze, w tym RI i a, nie występują w całym szeregu uwęglenia, lecz pojawiają się tylko w pewnym jego przedziale. Analiza warunków geologicznych uwęglenia i jakości węgla w o. g. KWK „Szczygłowice” wykazała, że pokłady węgla występujące w profilu geologicznym powyżej rozpatrywanych pokładów (403/1, 406/3 i 415/2) na ogół nie wykazują własności koksowniczych lub są one słabe. Można zatem przyjąć, że własności koksownicze, uwzględniając stopień uwęglenia, zaczynają się dopiero wykształcać w analizowanych pokładach. Stopniem wykształcenia tych własności koksowniczych, które są niewątpliwie uzależnione także od składu petrograficznego węgli, należy tłumaczyć zróżnicowanie i na ogół średni stopień trafności wyników szacowania i oznaczeń w próbkach laboratoryjnych. Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 Do trzeciej grupy zaliczono parametry o niskiej zgodności wyników szacowania i oznaczeń laboratoryjnych. Do tej grupy zaliczono zawartość popiołu, wartość wskaźnika wolnego wydymania oraz oznaczenia składu petrograficznego. Jednakże przyczyny niskiej zgodności szacowania są, jak się wydaje, w przypadku każdego parametru inne. Lp. Nr pokł. próbki Ad, % ± 3,0 % SI, – ± 1 kat. C2+C1 B A pr. bruzd. 1 403/1 31 12,5 <10.0 29,5 7,0 7,5 8,0 2 32 18,0 6,0 3 406/3 61 p.o.i. <10,0 6,4 5,0 4 62 9,4 5 415/2 151 >10,0 17,6 6,5 6 152 21,6 Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 Wykazane rozbieżności zawartości popiołu pomiędzy szacowaniem a oznaczeniami laboratoryjnymi, tłumaczy się znacznie większą zmiennością tego parametru, aniżeli można to wykazać na mapach izolinii, nawet w kategorii rozpoznania A. Związane to jest zapewne z warunkami facjalnymi tworzenia się pokładów, a także ze zmianami diagenetycznymi i postdiagenetycznymi wpływającymi na wzrost udziału w pokładzie węgla epigenetycznej substancji mineralnej. Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 W przypadku wskaźnika wolnego wydymania niewielką trafność wyników szacowań i oznaczeń laboratoryjnych należy wiązać (podobnie jak RI i a) ze specyfiką zmian wskaźników koksowniczych w procesie uwęglenia. Niższa trafność wyników szacowania wskaźnika SI aniżeli indeksu Rogi RI, jakkolwiek są to parametry określające identyczną własność węgla – zdolność do spiekania, należy tłumaczyć różnicą w zakresie stosowania tych parametrów (RI i SI). Wydaje się, że indeks Rogi lepiej charakteryzuje cechy węgli słabiej spiekających się aniżeli SI. A zatem w przypadku węgli z o. g. KWK „Szczygłowice” trafność szacowania SI względem RI jest niższa i dlatego parametr ten znalazł się w tej grupie. Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 Lp. Nr pokł. próbki Vtmmf, % vol. ± 2 % Lmmf, % vol. ± 2 % kat. C2+C1 B A pr. bruzd. 1 403/1 31 n.o. p.o.i. 80 72 5 7 2 32 66 9 3 406/3 61 75 4 62 76 82 415/2 151 65 74 <7 6 152 70 71 8 Lp. Nr pokł. próbki Immf, % vol. ± 2 % kat. C2+C1 B A pr. bruzd. 1 403/1 31 n.o. p.o.i. 15 21 2 32 25 17 3 406/3 61 14 20 4 62 16 5 415/2 151 >25 6 152 Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 Wyniki składu petrograficznego, a szczególnie macerałów grupy witrynitu i inertynitu, charakteryzują się również niską zgodnością. Na tym etapie badań wskazanie przyczyn tego stanu rzeczy jest otwarte. Wiązać się to będzie zapewne ze zbyt małą liczbą oznaczeń petrograficznych, nie pozwalającą na szersze uogólnienia. Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 Do czwartej grupy zaliczono parametry charakteryzujące się brakiem zgodności wyników szacowania i oznaczeń laboratoryjnych. Do grupy tej zaliczono ciepło spalania i dylatację. Lp. Nr pokł. próbki Qsdaf, MJ/kg ± 0,3 MJ/kg b, % ± 20 % kat. C2+C1 B A pr. bruzd. 1 403/1 31 35,2 35,1 35,5 31,6 p.o.i. 75 120 55 2 32 35,4 35,3 31,1 100 90 18 3 406/3 61 <35,0 35,0 >35,0 29,6 15 10 –18 4 62 32,7 35 brak 5 415/2 151 20 6 152 40 Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 Wykazane rozbieżności pomiędzy wartościami ciepła spalania uzyskanymi dla próbek bruzdowych a odczytanymi z map izolinii w poszczególnych kategoriach rozpoznania dowodzą, że wartość ciepła spalania jest niewystarczająco dokładnie rozpoznana w złożu i to na każdym etapie jego rozpoznania. Szacowanie wartości ciepła spalania jest utrudnione, mimo że w złożu powinny występować trendy zmian tego parametru. Ponadto należy także pamiętać, iż parametr ten jest wskaźnikiem skalkulowanym i wrażliwym względem wilgoci i popiołu, a także zależnym od składu petrograficznego. Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 Zaliczenie do tej grupy dylatacji wynika z faktu, że jest ona najbardziej zmiennym spośród dotychczas analizowanych parametrów. Utrudnieniem w szacowaniu wartości dylatacji jest także to, że w analizowanych pokładach występują węgle charakteryzujące się brakiem dylatacji, bądź jej ujemnymi wartościami. Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 WNIOSKI 1. Wykazane rozbieżności w ocenie jakości węgla w złożu/pokładzie oraz w wynikach analiz laboratoryjnych próbek bruzdowych świadczą o niewystarczającym rozpoznaniu jakości węgla w złożu za pomocą metod stosowanych obecnie w praktyce przemysłowej. Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2. Jedną z głównych przyczyn rozbieżności w ocenie jakości węgla w złożu, mimo jednoznacznie określonych wymagań co do odległości między otworami lub wyrobiskami górniczymi w poszczególnych kategoriach rozpoznania złoża, jest, jak się wydaje, dość dowolne przypisywanie złóż do jednej z trzech grup zmienności. Stosowany podział złóż na grupy uwzględnia głównie stopień komplikacji ich budowy geologicznej i zmiany miąższości, zaś w mniejszym stopniu zmienność jakości. Efektem tej pewnej dowolności w zaliczaniu złóż do jednej z trzech grup jest niedostateczna gęstość opróbowania złoża, co skutkować może uzyskiwaniem niewystarczająco wiarygodnych informacji o parametrach jakości węgla w złożu. Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 3. Wydaje się celowe i możliwe poprawienie wiarygodności rozpoznania jakości węgla w złożu w kategorii rozpoznania A. Można to uzyskać poprzez zwiększenie gęstości opróbowania i oznaczanie, oprócz dotychczas stosowanych, także parametrów stopnia uwęglenia i składu petrograficznego. Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 4. Należałoby też wprowadzić zmianę do normy określającej sposób poboru próbki bruzdowej w pokładzie węgla. Polegałaby ona na pobieraniu równorzędnie dwóch próbek bruzdowych, z których: pierwsza uwzględniałaby tylko i wyłącznie pokład węgla (bez jakichkolwiek przerostów), druga natomiast uwzględniałaby pokład węgla wraz z wszelkimi przerostami, niezależnie od ich grubości (furta eksploatacyjna). Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01

Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ Geologia Formacji Węglonośnych Polski 2004 2018-12-01