Materiały konferencyjne SEP 2020

Ze względu na dużą niejednorodność struktury wewnętrznej węgli, wewnętrzne pory różnią się zarówno kształtem jak i rozmiarem, obejmując swoim zakresem nawet kilka rzędów wiel- kości. Udział porów przejściowych w powierzchni właściwej węgli i objętości porów jest znacznie mniejszy niż udział makroporów w objętości i mikroporów w powierzchni (Gan H., Nadi S. P., Walker P. L.1972). Przeprowadzone badania rozdziału objętości porów w węglach o różnym stopniu uwęglenia pokazują, że (Czapliński praca zb. 1994):  porowatość jest uwarunkowana przede wszystkim objętością makroporów w węglach o zawartości pierwiastka C poniżej 75%,  porowatość w przeważającej części jest spowodowana obecnością porów przejściowych i makroporów w węglach o zawartości pierwiastka C od około 75 do 84%,  mikroporowatość przeważa przy ogólnej nieznacznej porowatości w węglach o zawar- tości pierwiastka C od 85 do 91%,  wysoka mikroporowatość występuje w węglach o zawartości pierwiastka C powyżej 91%. Gazy mogą występować w pokładach węgla w stanie wolnym lub zasorbowanym. W stanie wolnym występują one w szczelinach i spękaniach węgla oraz w jego makroporach. Sorpcja gazów zależy głównie od ich natury i rodzaju węgla, a ich ilości występujące w obu stanach od temperatury i ciśnienia (Czapliński, praca zb. 1994). Obecność w pokładach gazów, a w szcze- gólności metanu, stwarza duże problemy podczas ich eksploatacji, gdyż może prowadzić do stworzenia zagrożenia, a w konsekwencji do wybuchów i nagłych wyrzutów skał. Silnie rozbudowana struktura porowata i obecność submikroporów (Czapliński praca zb. 1994), o rozmiarach zbliżonych do adsorbowanych cząsteczek (0,5-0,6 nm) powoduje, że wę- gle można uznać za tzw. „sita molekularne”. Charakteryzuje je bowiem duża selektywność wstosunku do sorbowanych gazów (Gan H., Nadi S. P., Walker P. L.1972). Budowa sita mole- kularnego wynika z istnienia w strukturze wewnętrznej wydrążeń o wysokości 3,0 nm oddzie- lonych od siebie przewężeniami o wymiarach średnio 0,5 i 0,8 nm. W przypadku mikroporów sorbowana substancja wypełnia całą ich objętość, a w przypadku porów większych substancja ta gromadzi się warstwowo na ich ściankach. Zdecydowanie większa część cząsteczek sorbo- wanych gazów wnika jednak do porów o najmniejszych rozmiarach, czyli submikroporów, co określane jest mianem „sorpcji sieciowej” (Lasoń M., Żółcińska-Jezierska J. 1984). Bardzo rozbudowana struktura porowata węgli i wynikające z niej zdolności sorpcyjne, w szczególności gazów, mają olbrzymie znaczenie podczas wydobywania i przeróbki węgli. W swojej naturalnej postaci, tj. w pokładzie, węgiel zawiera znaczne ilości zaadsorbowanego metanu, który ze względu na taki a nie inny kształt struktury porowatej łatwo ulega z niej dy- fuzji podczas wydobywania. Stanowić to może, jak już wcześniej wspominano, poważne za- grożenie, szczególnie podczas wyrzutów, w których czynnikiem pośredniczącym jest właśnie metan gwałtownie desorbowany z węgla. Procesy sorpcji i desorpcji metanu na węglu kamiennym stanowią ważne zagadnienie w aspekcie rozpoznania zagrożenia metanowego w pokładach węgla kamiennego. Znajomość procesu sorpcji pozwala na określenie jaka ilość gazu, i w jakim stanie znajduje się z złożu. Natomiast proces desorpcji stanowiący proces odwrotny do sorpcji pozwala określić jakie ilo- ści gazu desorbują z węgla w czasie. Wiedza ta jest ważna z punktu widzenia bezpieczeństwa w kopalniach, gdyż pozwala określić miejsca szczególnie narażone na emisję metanu i wyeli- minować je poprzez intensywną wentylację. Jedną z pierwszych i najszerzej stosowanych izoterm adsorpcji jest izoterma Langmuira. Równanie tej izotermy, jak również izotermy Freundlicha jest najczęściej stosowane podczas analizy sorpcji CO 2 , CH 4 i N 2 na węglu kamiennym w zakresach temperatur 293 K – 313 K