Chronostratigraphic and depth variability of porosity and strength of hard coals in the Upper Silesian Basin

This article presents values of porosity and compression strength of hard coals from the area of the Upper Silesian Coal Basin. The change of the stage of carbonification, which results from conversion of coal substance in the process of coalification, is a source of many changes in the structure of coal. These changes exert influence on values of physical parameters, including the values of porosity and strength. Porosity and compression strength change with the degree of carbonification, a result of the depth of deposition. This study determined the values of effective porosity of coals and their strength considering the age chronology of coal seams and the depth of their occurrence. It examined coals of the Cracow Sandstone Series, the Mudstone Series, the Upper Silesian Sandstone Series, and the Paralic Series from depths ranging from about 350 m to 1200 m. The authors have shown that effective porosity of the Upper Silesian coals changes for particular stratigraphic groups and assumes values from a few to a dozen or so per cent, while compression strength from several to several dozen megapascals. It has been observed, from a chronostratigraphic perspective, that there is a shifting of the upper and lower limits of intervals of porosity variations towards higher values for younger coals. With the increase in compression strength, value of porosity in particular stratigraphic groups generally decreases. However, no regular changes were observed inmean, uniaxial compressive strength with the increase in the age of subsequent stratigraphic groups. On the other hand, for bright coal and semi-bright coal, a visible decrease in compression strength with the depth of deposition of strata was observed.

W artykule przedstawiono wartości porowatości i wytrzymałości na ściskanie węgli kamiennych z obszaru Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Zmiana stopnia uwęglenia, który wynika z przemian materii węglowej w procesie uwęglenia, jest źródłem wielu zmian w strukturze węgla. Zmiany te wpływają na wartość parametrów fizycznych, w tym na wartość porowatości i wytrzymałości. Porowatość i wytrzymałość na ściskanie zmieniają się ze stopniem uwęglenia, który wynika z głębokości zalegania. Przedstawione w artykule wartości porowatości efektywnej węgli i ich wytrzymałość zostały opracowane z uwzględnieniem chronologii wiekowej pokładów węgla i głębokości ich występowania. Przebadano węgle krakowskiej serii piaskowcowej, serii mułowcowej, górnośląskiej serii piaskowcowej i serii paralicznej, z głębokości od około 350 m do około 1200 m. Autorzy wykazali, że porowatość efektywna węgli górnośląskich zmienia się dla poszczególnych grup stratygraficznych i przyjmuje wartości od kilku do kilkunastu procent a wytrzymałość na ściskanie od kilkunastu do kilkudziesięciu megapaskali. Zaobserwowano, w ujęciu chronostratygraficznym, przesuwanie się górnej i dolnej granicy przedziałów zmienności porowatości w kierunku wyższych wartości dla węgli młodszych. Ze wzrostem wytrzymałości na ściskanie wartość porowatości w poszczególnych grupach stratygraficznych generalnie maleje. Nie zaobserwowano natomiast regularnych zmian średniej wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie ze wzrostem wieku kolejnych grup stratygraficznych. Dla węgla błyszczącego i półbłyszczącego wykazano natomiast wyraźny spadek wytrzymałości na ściskanie z głębokością zalegania pokładów.