№82-25
До питання утилізації вуглецевмісних відходів гірничого виробництва
П.Б. Саїк1, https://orcid.org/0000-0001-7758-1083
О.О. Дмитрук1, https://orcid.org/0000-0001-6311-6252
Н.Р. Лисий2 https://orcid.org/0009-0006-7050-0395
1Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро Україна
2Львівський державний університет безпеки життєдіяльності, Львів, Україна
Coll.res.pap.nat.min.univ. 2025, 82:296-308
Full text (PDF)
https://doi.org/10.33271/crpnmu/82.296
АНОТАЦІЯ
Мета роботи полягає у систематизації фізико-хімічних реакцій газифікації вуглецевмісної сировини, розробленні рівнянь для оцінки ефективності процесу та визначенні взаємозв’язків між його основними енергетичними й технологічними параметрами.
Методика досліджень ґрунтувалася на вивченні фізико-хімічних реакцій газифікації вуглецевмісної сировини шляхом аналізу, узагальнення й систематизації наукових даних щодо механізмів їх протікання на стадіях сушіння, піролізу, окиснення та відновлення. Для оцінювання ефективності процесу було здійснено побудову залежностей основних показників у відносних одиницях (0 – 1) від ступеня перетворення вуглецю у горючі генераторні гази. Відносні значення параметрів отримували шляхом приведення експериментальних та розрахункових даних до єдиного безрозмірного масштабу, що забезпечує узагальнення результатів, порівняння енергетичних та технологічних характеристик процесу із встановленням залежностей їх взаємозв’язку.
Результати дослідження. Сформовано методологічні засади оцінювання ефективності процесу газифікації вуглецевмісних відходів гірничого виробництва. Встановлено взаємозв’язки між енергетичними та технологічними параметрами процесу газифікації,. Отримані результати відображають залежності переходу процесу газифікації вуглецевмісної сировини до енергоефективного режиму, що створює підґрунтя для подальшої оптимізації його технологічних умов і підвищення загальної ефективності процесу.
Наукова новизна отриманих результатів полягає у розвитку теоретичних засад енергетичного аналізу процесів газифікації вуглецевмісних відходів гірничого виробництва на основі вперше запропоновано підходу до представлення параметрів процесу газифікації у відносних одиницях, що забезпечує можливість їх порівняння.
Практичне значення. Розроблено методику оцінювання ефективності процесу газифікації на основі аналізу взаємозв’язків між основними енергетичними та технологічними параметрами, що дає змогу визначати оптимальні режими роботи системи, підвищувати її енергоефективність і обґрунтовувати технологічні рішення для практичного впровадження процесів термохімічної переробки вуглецевмісних відходів.
Ключові слова: підземна газифікація, вуглецевмісна сировина, відходи гірничого виробництва, генераторний, ефективність.
Перелік посилань
1. Midilli, A., Kucuk, H., Topal, M. E., Akbulut, U., & Dincer, I. (2021). A comprehensive review on hydrogen production from coal gasification: Challenges and Opportunities. International Journal of Hydrogen Energy, 46(50), 25385–25412. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.05.088
2. Saik, P., Lozynskyi, V., Yankin, D., Lysyy, N., & Cherniaiev, O. (2025). Substantiation into the efficiency of the coal gasification process with a focus on hydrogen production. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 3, 85–92. https://doi.org/10.33271/nvngu/2025-3/085
3. Dai, F., Zhang, S., Luo, Y., Wang, K., Liu, Y., & Ji, X. (2023). Recent Progress on Hydrogen-Rich Syngas Production from Coal Gasification. Processes, 11(6), 1765. https://doi.org/10.3390/pr11061765
4. Guo, D., Hou, H., Long, J., Guo, X., & Xu, H. (2022). Underestimated environmental benefits of tailings resource utilization: Evidence from a life cycle perspective. Environmental Impact Assessment Review, 96, 106832. https://doi.org/10.1016/j.eiar.2022.106832
5. Петльований, М.В., & Гайдай, О.А. (2017). Аналіз накопичення і систематизація породних відвалів вугільних шахт, перспективи їх розробки. Геотехнічна механіка, 136, 147–158.
6. Joseph, R. (2025). Environmental issues in Mining: A Comprehensive Review of Challenges and Strategies for Mitigation and Rehabilitation. Mining Revue, 31(3), 51–71. https://doi.org/10.2478/minrv-2025-0029
7. Novitskyi, R., Masiuk, O., Hapich, H., Pavlychenko, A., & Kovalenko, V. (2023). Assessment of coal mining impact on the geoecological transformation of the Emerald network ecosystem. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 6, 107–112. https://doi.org/10.33271/nvngu/2023-6/107
8. Dai, F., Zhang, S., Luo, Y., Wang, K., Liu, Y., & Ji, X. (2023). Recent Progress on Hydrogen-Rich Syngas Production from Coal Gasification. Processes, 11(6), 1765. https://doi.org/10.3390/pr11061765
9. Saik, P., & Yankin, D. (2025). On the issue of the rational planning of mining operations for underground coal gasification. Collection of Research Papers of the National Mining University, 80, 81–92. https://doi.org/10.33271/crpnmu/80.081
10. Falshtynskyi, V., Dychkovskyi, R., Saik, P., Lozynskyi, V., Sulaiev, V., & Cabana, E. C. (2019). The Concept of Mining Enterprises Progress on the Basis of Underground Coal Gasification Method Characteristic. Solid State Phenomena, 291, 137–147. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.291.137
11. Laciak, M., Kačur, J., & Durdán, M. (2022). Modeling and Control of Energy Conversion during Underground Coal Gasification Process. Energies, 15(7), 2494. https://doi.org/10.3390/en15072494
12. Ofoe, J. T., Yusuf, M., & Ibrahim, H. (2025). A review on coal pyrolysis and gasification: understanding the chemistries and influence of operating conditions. Clean Energy, 9(5), 3–21. https://doi.org/10.1093/ce/zkaf021
13. Burchart-Korol, D., Korol, J., & Czaplicka-Kolarz, K. (2016). Life cycle assessment of heat production from underground coal gasification. The International Journal of Life Cycle Assessment, 21(10), 1391–1403. https://doi.org/10.1007/s11367-016-1102-0
14. Саїк, П.Б. (2025). Наукові основи підземної газифікації вугілля з утилізацією вуглекислого газу. Дис. на здобуття наук. ступеня д-ра техн. наук. Спец. 05.15.02 – Підземна розробка родовищ корисних копалин. Дніпро: НТУ «ДП».
15. Laouafa, F., Farret, R., Vidal-Gilbert, S., & Kazmierczak, J.-B. (2014). Overview and modeling of mechanical and thermomechanical impact of underground coal gasification exploitation. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, 21(4), 547–576. https://doi.org/10.1007/s11027-014-9542-y
16. Liu, X., Guo, G., & Li, H. (2020). Thermo-mechanical coupling numerical simulation method under high temperature heterogeneous rock and application in underground coal gasification. Energy Exploration & Exploitation, 38(4), 1118–1139. https://doi.org/10.1177/0144598719888981
17. Lysyi, N., Helesh, A., Popovych, V., Saik, P., & Dmytruk, O. (2025). Thermodynamic research of coal mining waste gasification processes. Mining of Mineral Deposits, 19(3), 132–143. https://doi.org/10.33271/mining19.03.132
18. Kolokolov, O.V. (2000). Teoriya i praktika termohimicheskoy tehnologii dobyichi i pererabotki uglya. Dnepropetrovsk, Ukraina: NGA.
19. Perkins, G. (2018). Underground coal gasification – Part II: Fundamental phenomena and modeling. Progress in Energy and Combustion Science, 67, 234–274. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2018.03.002
20. Feng, L., Zhang, G., & Zhai, R. (2024). Study on gasification reaction and energy conversion characteristics of the entrained flow coal gasification based on chemical kinetics simulation. Heliyon, 10(10), e30997. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e30997
21. Saik, P. B., & Berdnyk, M. H. (2024). Mathematical model for heat transfer during underground coal gasification process. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 5, 19–24. https://doi.org/10.33271/nvngu/2024-5/019
дата першого надходження статті до видання – 02.07.2025
дата прийняття до друку статті після рецензування – 03.08.2025
дата публікації (оприлюднення) – 07.09.2025