The study of conditions of gases emission from abandoned mines of the south-west part of Upper Silesian Coal Basin (Poland)

• Autorzy: Grzybek I.

Warianty tytułu

PL

Studium uwarunkowań emisji gazów ze likwidowanych kopalń południowo-wschodniej części Górnoślaskiego Zagłębia Węglowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Emission of mine gases is one of the problems resulting from coal mines closure. In the paper an attempt has been made to document agents causing the emission and to elear up their comparative significance -- basing on the data from mines of the SW part of Upper Silesian Coal Basin. In the result of the attempt, it has been stated that emission of mine gasses oceurs from all abandoned coal mines. Its intensity, however, depends on the relative strength of particular agents influencing it, of which geological-gassy conditions of mined formation are the most important, determining the type and concentration of gases emitted. The other agents are: gobs dewatering, ventilation of bordering operating mines and the degasation of gobs, as well as changes of barometric pressure.

PL

Jednym z problemów, wynikających z likwidacji kopalń węgla kamiennego, jest emisja gazów kopalnianych. W pracy podjęto próbę udokumentowania czynników ją wywołujących i wyjaśnienia ich względnego znaczenia na podstawie danych ze zlikwidowanych kopalń oraz wyników kontroli gazowej 37 zasypanych szybów w SW części GZW. Analizę przeprowadzono na tle charakterystyki rozkładu przestrzennego (pola) maksymalnych metanonośności (G max,) GZW. W seriach węglonośnych GZW obserwuje się wertykalną zmienność pola maksymalnych metanonośności. W powiązaniu ze zróżnicowaną genezą gazów pozwala to wyróżnić, kolejno od góry, następujące strefy gazowe: allochtoniczną strefę wysokometanową (G max > 4,5 m³/Mg), strefę odgazowaną (G rnax ≤ 4,5 m³/Mg) oraz autochtoniczną strefę wysokometanową (G max > 4,5 m ³/Mg). Lateralne zróżnicowanie obecności i wykształcenia tych stref umożliwia wydzielenie następujących struktur pola metanonośności: zamkniętej, przejściowej oraz otwartej. Strukturę zamkniętą charakteryzuje obecność allochtonicznej strefy wysokometanowej. W strukturze przejściowej strefa ta wykształciła się jedynie częściowo, a w strukturze otwartej już od stropu karbonu występuje strefa odgazowaną. Dla wszystkich struktur typowe jest głębokie położenie autochtonicznej strefy wysokometanowej, a strefom gazowym odpowiada właściwy im skład cząsteczkowy gazów złożowych. Wyniki analizy pokazują, że emisja gazów kopalnianych jest pochodną struktur pola metanonośności i usytuowania zrobów względem stref gazowych. W powiązaniu ze stwierdzoną odwrotną proporcjonalnością koncentracji metanu i azotu oraz brakiem współzależności koncentracji metanu i ditlenku węgla - tak w gazach kopalnianych, jak i w gazach złożowych odpowiednich stref gazowych - pozwala to stwierdzić, że skład cząsteczkowy gazów kopalnianych odzwierciedla skład gazów złożowych. Tym samym, zerowe koncentracje metanu i ditlenku węgla, w miejscach potencjalnej emisji gazów kopalnianych, nie świadczą o braku emisji, wskazując jedynie, że w miejscach tych wydostaje się tylko azot. Emisja gazów kopalnianych zachodzi więc ze wszystkich zlikwidowanych kopalń, a rodzaj i koncentracje emitowanych gazów zależą m.in. od warunków geologiczno-gazowych w otaczającym zroby górotworze. Obliczenia statystyczne pozwoliły ocenić, że warunki te są głównym czynnikiem determinującym emisję gazów ze zlikwidowanych kopalń. Mniej istotnymi są natomiast, kolejno: odwadnianie kopalń oraz wpływ wentylacji i odmetanowania. Oprócz nich, dodatkowym czynnikiem są zmiany ciśnienia barometrycznego. Wydzielanie gazów do zrobów powoduje wzrost ciśnienia w ich obrębie. Przyspiesza go zakończenie ich odwadniania. Sprężaniu gazów przeciwdziała natomiast odmetanowanie zrobów, wentylacja sąsiednich kopalń oraz ucieczka gazów na powierzchnię. Ucieczka taka ma miejsce po wzroście ciśnienia, umożliwiającym pokonanie oporów przepływu. Opory te determinuje m.in. charakter nadkładu formacji węglonośnych. Znaczne opory przepływu stwarza np. nadkład mioceński. W obszarach jego występowania ucieczka gazów ma miejsce głównie przez zlikwidowane szyby, w których opory przepływu są zależne m.in. od głębokości połączenia szybu ze zrobami, a najważniejsze są połączenia najpłytsze. Przeciwstawne oddziaływanie powyższych czynników decyduje o natężeniu emisji gazów kopalnianych. Ponadto, podnoszące się zwierciadło wody przemieszcza gazy kopalniane do płytszych partii zrobów. W kopalniach, które udostępniały różne strefy gazowe efektem tego będzie zmiana składu migrujących gazów. Reasumując, można więc stwierdzić, że emisja gazów kopalnianych zachodzi ze wszystkich zlikwidowanych kopalń węgla kamiennego. Jej skala zależy jednak od względnej siły oddziaływania poszczególnych czynników na nią wpływających, a głównym czynnikiem determinującym rodzaj emitowanych gazów i ich koncentrację są warunki geologiczno-gazowe w górotworze. O natężeniu emisji decyduje natomiast ciśnienie gazu w zrobach i opory ich przepływu.

Słowa kluczowe

EN

mine gases; gas emission; abandonment mines; Upper Silesian Coal Basin

PL

gazy kopalniane; emisja gazu; zlikwidowane kopalnie; Górnośląskie Zagłębie Węglowe

• Wydawca: Wyższy Urząd Górniczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie
• Rocznik: 2011
• Tom: nr 9
• Strony: 39--53
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz.

Twórcy

autor

Grzybek I.

• Wyższy Urząd Górniczy

Bibliografia

• 1. Gardner A.: Radon emissions from abandoned mines. The Safety & Health Practitioner Nr 11, 1995, s. 10 -14.
• 2. Gawlik L, Grzybek I.: Szacowanie emisji metanu w polskich zagłębiach (system węgla kamiennego). Studia, Rozprawy, Monografie Nr 106. Wyd. IGSMiE PAN, Kraków 2002.
• 3. Grzybek I.: Zróżnicowanie składu gazów w zrobach zlikwidowanych kopalń węgla. Górnictwo i Geologia Nr 1, Gliwice 2006, s. 69 - 84.
• 4. Grzybek I., Kędzior S.: Zróżnicowanie warunków gazowych Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, a możliwość migracji metanu ze zlikwidowanych kopalń węgla kamiennego. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Górnictwo z. 268, Gliwice 2005, s. 55 - 66.
• 5. Grzybek I., Kuzak R.: Metodyka geometryzacji pola metanonośności złóż węgla na podstawie danych rozproszonych. Technika Poszukiwań Geologicznych. Geosynoptyka i Geotermia Nr 1-2, Kraków 1997, s. 101 - 111.
• 6. Jakubów A., Nawrat S.: Techniczne problemy likwidacji Kopalni Węgla Kamiennego „Morcinek". Materiały Szkoły Eksploatacji Podziemnej 2000. Wyd. IGSMiE PAN, Kraków 2000, s. 419 - 437.
• 7. Kotarba M.J. (red.): Gas Hazard in the Near-Surface Zone of the Wałbrzych Coal District Caused by Coal Mine Closure: Geological and Geochemical Controls. Wyd. GEOSFERA, Kraków 2002.
• 8. Kotarba M., Pękała Z., Daniel J., Więcław D., Smolarski L.: Rozkład głębokościowy zawartości metanu i węglowodorów wyższych w utworach węglonośnych górnego karbonu Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Ney R., Kotarba M. (red.): Opracowanie modeli oraz bilansu generowania i akumulacji gazów w serii węglonośnej Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Wyd. CPPGSMiE PAN, Kraków 1995, s. 61 - 74.
• 9. Krause E.: Aspekty bezpieczeństwa i ochrony środowiska na terenach pogórniczych związane z zagrożeniem gazowym. Człowiek i środowisko wobec procesu restrukturyzacji górnictwa węgla kamiennego. Wyd. CPPGSMiE PAN, Kraków 2001, s. 417 - 430.
• 10.Szlązak N., Obracaj D., Borowski M.: Ocena stanu zagrożenia emisjągazów kopalnianych terenów pogórniczych. Materiały XX seminarium: Metan i inne zagrożenia współwystępujące - Teoria i praktyka. Wyd. Politechnika Śląska, Rybnik 2003, s. 191 - 206.
• 11. Wrona P.: Emisja dwutlenku węgla z poeksploatacyjnych wyrobisk podziemnych do atmosfery w rejonach wychodni pokładów na terenach górniczych zlikwidowanych kopalń węgla kamiennego. Praca doktorska, Politechnika Śląska, Gliwice 2005.