Załącznik Nr 1 do Sprawozdania końcowego z Projektu Badawczego Poprawa bezpieczeństwa pracy w kopalniach

Transkrypt

1 Załącznik Nr 1 do Sprawozdania końcowego z Projektu Badawczego Poprawa bezpieczeństwa pracy w kopalniach Zadanie badawcze nr 1 Opracowanie nowej kategoryzacji zagrożeń naturalnych w podziemnych zakładach górniczych wraz z jej doświadczalną weryfikacją Etapy badawcze wykonane w IMG PAN: 2, 5, 8, 10, 13 i 13a

2 Spis treści załącznika 1. Wprowadzenie i opis zawartości dokumentu 2. Ocena podstaw obowiązujących kategoryzacji zagrożenia wyrzutami gazów i skał wraz z oceną metodyki ich oznaczeń (Etap 2) 3. Weryfikacja definicji zagrożenia wyrzutami gazów i skał pod kątem ich ścisłości i tożsamości znaczeń (Etap 5) 4. Porównanie kategoryzacji zagrożenia wyrzutami gazów i skał w górnictwie polskim i innych krajów, w szczególności wiodących w technologii wydobycia (Etap 8) 5. Ocena występowania różnorodności zjawisk gazogeodynamicznych w aspekcie stanu faktycznego wynikającego z analizy zdarzeń (katastrofy, wypadki itp.) (Etap 10) 6. Opracowanie nowej kategoryzacji dla zagrożenia wyrzutami gazów i skał (Etap 13) 7. Opracowanie nowej kategoryzacji dla zagrożenia wyrzutami gazów i skał, po weryfikacji przemysłowej (Etap 13a) 8. Odpowiedź na uwagi Komitetu Sterującego Projektu (pismo z dnia r.) 9. Odpowiedź na uwagi zawarte w Karcie merytorycznej raportu półrocznego z realizacji zadania badawczego (numer raportu SZPS.K ) 10. Propozycja nowej kategoryzacji w aspekcie zagrożenia wyrzutami gazów i skał 11. Propozycja rozwiązań prawnych dotyczących prowadzenia robót górniczych w aspekcie zagrożenia wyrzutowego 2

3 Rodział 1 Wprowadzenie i opis zawartości dokumentu 3

4 W ramach zadania badawczego nr 1 Opracowanie nowej kategoryzacji zagrożeń naturalnych w podziemnych zakładach górniczych wraz z jej doświadczalną weryfikacją Projektu Badawczego Poprawa bezpieczeństwa pracy w kopalniach w Instytucie Mechaniki Górotworu przygotowano propozycję rozwiązań prawnych w zakresie zagrożenia wyrzutami metanu i skał w kopalniach węgla kamiennego oraz wyrzutami gazów i skał dla kopalń rud miedzi i soli. Cała praca podzielona została na sześć etapów. Pięć z nich zostało wykonane zgodnie z wnioskiem oraz umową. Etapami tymi są: - Etap 2: Ocena podstaw obowiązujących kategoryzacji zagrożenia wyrzutami gazów i skał wraz z oceną metodyki ich oznaczeń - Etap 5: Weryfikacja definicji zagrożenia wyrzutami gazów i skał pod kątem ich ścisłości i tożsamości znaczeń - Etap 8: Porównanie kategoryzacji zagrożenia wyrzutami gazów i skał w górnictwie polskim i innych krajów, w szczególności wiodących w technologii wydobycia (m.in. USA, Australia, Rosja, Ukraina) - Etap 10: Ocena występowania różnorodności zjawisk gazogeodynamicznych w aspekcie stanu faktycznego wynikającego z analizy zdarzeń (katastrofy, wypadki itp.). - Etap 13: Opracowanie nowej kategoryzacji dla zagrożenia wyrzutami gazów i skał. Etap ostatni był etapem dodatkowym i polegał na wniesieniu uwag do raportu z etapu 13, wynikających z weryfikacji przemysłowej w kopalniach. Uwagi partnerów przemysłowych,wychwycone błędy nomenklaturowe oraz dodatkowe zaproponowane przez partnerów przemysłowych definicje, przyjęte przez Wykonawców jako ważne i celowe, wprowadzono do dokumentu. W ten sposób powstał ostateczny dokument: Opracowanie nowej kategoryzacji dla zagrożenia wyrzutami gazów i skał, po weryfikacji przemysłowej Etapy 2, 5, 8 i 10 zadania badawczego nr 1 to prace typowo teoretyczne, skupione na analizie przepisów prawnych oraz literatury. W etapach 2 i 5 dokonana została szczegółowa analiza obowiązujących w roku 2011 przepisów państwowych dotyczących zagrożenia wyrzutami gazów i skał, w szczególności zawartych w Rozporządzeniu Ministra Gospodarki w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych oraz Rozporządzeniu Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji. w sprawie zagrożeń naturalnych w zakładach górniczych Została dokonana ocena podstaw obowiązujących kategoryzacji zagrożenia wyrzutami gazów i skał wraz z oceną metodyki ich oznaczeń. Przeanalizowana została także światowa literatura przedmiotu. Na bazie krajowych przepisów została wykonana weryfikacja definicji zagrożenia wyrzutami gazów i skał pod kątem ich ścisłości i tożsamości znaczeń. Dokonano również szczegółowej analizy przepisów w innych krajach borykających się z tym zagrożeniem (Rosji, Niemiec, Australii, USA i Czech, Chin). Poza przepisami chińskimi, korzystano z oryginalnych przepisów przy współpracy z filologami. Etap 10 to analiza literatury oraz dokumentacji, opisującej zjawiska gazogeodynamicznych które miały miejsce w GZW. W wyniku przeprowadzonych analiz oraz doświadczeń uzyskanych w etapach 2, 5, 8, 10, przygotowana została propozycja rozwiązań prawnych dotyczących kategoryzacji 4

5 zagrożenia wyrzutami metanu i skał, oceny stanu zagrożenia oraz zasady jego zwalczania przedstawiono w sprawozdaniu z etapu 13: Opracowanie nowej kategoryzacji dla zagrożenia wyrzutami gazów i skał. Ostateczna wersja propozycji rozwiązań prawnych dotyczących zagrożenia wyrzutami metanu i skał przedstawiona została w rozdziale xx niniejszego załącznika Koncepcja kategoryzacji zagrożenia wyrzutami gazów i skał w kopalniach węgla kamiennego zakłada, że pokłady lub ich części zaliczone będą do: niezagrożonych występowaniem wyrzutów gazów i skał, zagrożonych wyrzutami gazów i skał. Koncepcja zaliczenie do kategorii oparte jest na: wystąpieniu zdarzeń gazogeodynamicznych w przeszłości, bardzo wysokim poziomem nasycenia złoża metanem, koincydencji niskiej zwięzłości węgla ze stosunkowo wysoką metanonośnością oraz wystąpieniem objawów zagrożenia w pokładach o metanonośności powyżej 6m 3 /Mg csw. Zakłada się, że stwierdzone przekroczenia wartości kryterialnych wskaźników zagrożenia (metanonośności) oraz objawów i metanonośności zobowiązują kierownika ruchu zakładu do zaliczenia pokładu bądź do wystąpienia do Rzeczoznawcy o wydanie opinii na temat stanu zagrożenia. Istnieje, więc możliwość odstąpienia od zaliczenia, w przypadku opinii Rzeczoznawcy nie stwierdzającej występowania zagrożenia. W myśl propozycji zaliczenie pokładu jest jednak obowiązkowe w przypadku wystąpienia zdarzeń o charakterze gazogeodymanicznym (wyrzut, wypływ). Wprowadzono dodatkowe kryterium 14m 3 zgodne z uzasadnieniem definicji zagrożenia wyrzutami przedstawionym poniżej a objawy zagrożenia związano z metanonośnością. Propozycje kategoryzacji zagrożenia wyrzutami metanu i skał w kopalniach wydobywających rudy miedzi oparte są w głównej mierze na wnioskach z prac zespołu powołanego przez Prezesa WUG do opracowania przepisów wyrzutowych w ramach Komisji do spraw Zagrożeń Naturalnych w Podziemnych Zakładach Górniczych Wydobywających Rudy Miedzi. Propozycja zaliczenia jest następująca: Do I kategorii zagrożenia wyrzutami gazów i skał zalicza się złoża lub ich części, w których prognozuje się zaistnienie zagrożenia gazowego lub zjawisk gazogeodynamicznych, lub w których zaistniał nagły wypływ gazów. Do II kategorii zagrożenia wyrzutami gazów i skał zalicza się złoża lub ich części, w których zaistniał wyrzut gazów i skał. Kryteria zaliczania złóż soli lub ich części do kategorii zagrożenia wyrzutowego. do kategorii zagrożonych wyrzutami gazów i skał, zaliczamy, jeśli: a) wystąpił nagły wyrzut, wypływ gazów, lub b) stwierdzono swobodny wypływ gazów, a budowa geologiczna i stosunki gazowe złoża nie zostały wystarczająco rozeznane za pomocą robót górniczych, Do kategorii niezagrożonych wyrzutami gazów i skał zalicza się pozostałe złoża soli lub ich części, niespełniające warunków podanych wyżej. 5

6 W ramach prac nie były wykonywane żadne pomiary kopalniane, jak i badania laboratoryjne. Nie wykorzystywano żadnego sprzętu badawczego, stąd opracowanie nie wymaga opisu zastosowanych metod badawczych, użytej aparatury, analizy statystycznej wyników oraz szacunku błędów. Rezultaty prac wykonanych w ramach Etapów 2, 5, 8, 10, 13 zadania 1 mogą zostać wdrożone jako krajowe przepisy (bądź ich części) regulujące prowadzenie robót górniczych w warunkach zagrożenia wyrzutowego. Podmiotem wdrażającym jest Ustawodawca we współpracy Prezesem Wyższego Urzędu Górniczego, który jest centralnym organem administracji rządowej, nadzorowanym przez Ministra Środowiska. Sposób i termin potencjalnego wdrożenia nie jest zależny od wykonawców niniejszego zadania. Proponowane rozwiązanie prawne zaostrza kryteria zaliczenia pokładów węgla kamiennego do kategorii zagrożonych wyrzutami metanu i skał zmniejszając wartość graniczną metanonośności oraz zwiększając graniczną wartość zwięzłości węgla. Zaliczenie to obwarowane jest jednak opinią Rzeczoznawcy, który może stwierdzić brak zagrożenia w danym pokładzie. Do zagrożonych wyrzutami metanu i skał mogą nie zostać zaliczone pokłady, w których M n >8m 3 /Mg csw przy wskaźniku dp>1.2 w przypadku zwięzłych węgli. W takiej sytuacji trudno autorom ocenić konsekwencje finansowo-organizacyjne proponowanych zmian. Proponowane zmiany mają charakter ewolucyjny. Proponowane rozwiązania zwiększają zakres prac związanych z oceną stanu zagrożenia wyrzutowego. Analizując koszty zmian warto jednak pamiętać, że kopalnie należące do Jastrzębskiej Spółki Węglowej, prowadzące roboty w pokładach zagrożonych wyrzutami zwiększyły częstotliwość pomiarów i badań niezależnie od istniejących wymogów prawnych. Zgodnie z kodeksem pracy, pracodawca ponosząc odpowiedzialność za stan bezpieczeństwa w zakładzie pracy jest zobowiązany chronić zdrowie i życie pracowników poprzez zapewnienie bezpiecznych i higienicznych warunków pracy, przy odpowiednim wykorzystaniu osiągnięć nauki i techniki. Zadanie to jest szczególnie trudne w górnictwie, należącym do branż, w których praca tradycyjnie wiąże się z wysokim ryzykiem zawodowym. Bezpiecznej eksploatacji węgla nie sprzyjają liczne zagrożenia naturalne, w tym zagrożenie wyrzutami gazów i skał. Celem niniejszych prac jest poprawa bezpieczeństwa w górnictwie. Spodziewanym efektem jest więc minimalizacja wypadkowości związanej z wykonywaniem prac górniczych oraz wzrost poczucia bezpieczeństwa. W ramach zadania złożono publikację Porównanie kategoryzacji zagrożenia wyrzutami gazów i skał w górnictwie polskim i innych krajów autorstwa dr inż. Mirosław Wierzbicki, dr inż. Norbert Skoczylas w MIESIĘCZNIKU WYŻSZEGO URZĘDU GÓRNICZEGO. Redakcja przyjęła publikację do druku w ostatnim kwartale 2012 roku. Przygotowywany jest artykuł o roboczym tytule Definicje, parametry oraz objawy zagrożenia wyrzutami gazów i skał według przepisów górniczych wybranych krajów który w wersji anglojęzycznej opublikowany zostanie w wybranym czasopiśmie wyróżnionym w Journal Citation Reports (jcr) 6

7 Rodział 2 Ocena podstaw obowiązujących kategoryzacji zagrożenia wyrzutami gazów i skał wraz z oceną metodyki ich oznaczeń 7

8 Spis treści rozdziału 2 1. Wstęp 2. Podstawy kategoryzacji zagrożeń 3. Metodyka oznaczeń wskaźników stanu zagrożenia 3.1. Metanonośność 3.2. Wskaźnik intensywności desorpcji 3.3. Zwięzłość węgla 4. Zagrożenie wyrzutami w zakładach górniczych wydobywających sól 5. Uwagi ogólne 6. Najważniejsze wnioski 1. Wstęp Zagrożenie wyrzutami węgla i gazu jest oprócz zagrożenia tąpaniami i erupcyjnego jednym z rodzajów zagrożeń dynamicznych w górnictwie. Zagrożenia zjawiskami dynamicznymi należą do najtrudniejszych w prognozowaniu. Wyrzuty stanowią poważne zagrożenie dla załóg zatrudnionych w podziemnych zakładach górniczych, od co najmniej 160 lat. Pierwszym znanym mi opisem zjawiska wyrzutu skalno-gazowego w literaturze światowej jest praca Taylora z lat W pracy tej znajdujemy przykłady wyrzutów z kilku kopalń (Wallsend, Percy Mine, Hebburn) północnej Anglii. Autor podaje również wnioski dotyczące przejawów wyrzutów, ich przyczyn oraz sposobów zapobiegania. Dotyczą one istnienia metanu w pokładach węgla oraz własności filtracyjnych skał (równomierny wypływ gazu uważany był jako prognoza bezpiecznej eksploatacji). Niektóre z tych wniosków, jak np. niekorzystny wpływ zaburzeń geologicznych i zwiększonego postępu eksploatacji (drążenia przodków) na zagrożenie wyrzutami pozostają nadal aktualne. Największe zagrożenie wyrzutami gazów i skał występuje w kopalniach węglowych (wyrzuty gazu i węgla). Jako przykłady posłużyć mogą największe zanotowane dotychczas wyrzuty na Ukrainie i w Japonii. Rekordowy, zanotowany wyrzut w Zagłębiu Donieckim miał miejsce w kopalni im. Gagarina w roku 1969, na poziomie 710m, przy otwieraniu pokładu Mazurek o miąższości 1m i nachyleniu Zostało wówczas 8

9 wyrzucone 14 tys. ton węgla i ponad 250 tys. m 3 metanu. Ciśnienie złożowe gazu w tym rejonie pokładu wynosiło 5MPa. Z kolei w Japonii największy wyrzut miał miejsce w roku Podczas jego trwania uwolnionych zostało do atmosfery kopalnianej 600 tys. m 3 metanu a objętość wyrzuconego do wyrobisk węgla oszacowana została na 5000m 3. O zagrożeniu, jakie niesie to zjawisko świadczyć może fakt, że ilość wyrzutów, które zaszły na świecie w ciągu ostatnich 150 lat szacuje się na W Polsce ogromne zagrożenie wyrzutami występowało w Dolnośląskim Zagłębiu Węglowym. Najtragiczniejszym z wyrzutów zanotowanych na terenie Polski był wyrzut zaistniały 10 maja 1941r. w kopalni Nowa Ruda. Kosztował on życie 187 górników. O wzroście zagrożenia wynikającego z obecności metanu w węglu świadczy wzrastająca zawartość tego gazu w pokładach w kolejnych latach. Zagrożenie metanowe związane jest z obecnością metanu w górotworze i jego uwalnianiem się w wyniku prowadzonej działalności górniczej. W/g raportu Wyższego urzędu Górniczego w polskim górnictwie węgla kamiennego w 2008 roku na ogólną liczbę 32 zakładów górniczych w 22 kopalniach prowadzi się roboty w pokładach metanowych. W 15 z nich prowadzono wydobycie w IV zagrożenia metanowego. W wyniku prowadzenia wydobycia węgla w pokładach metanowych, w 2010 r., z górotworu objętego wpływami eksploatacji wydzieliło się 834,9 mln m 3 metanu. Zagrożenie wyrzutami gazów i skał definiowane jest jako naturalna skłonność do występowania zjawisk gazogeodynamicznych w postaci wyrzutu gazów i skał lub nagłego wypływu gazów z górotworu do wyrobiska. Zagrożenie to może wzrasta nie tylko z rosnącą metanonośnością złoża ale również z obniżaniem przepuszczalności gazowej węgla wywołanym rosnącym ciśnieniem eksploatacyjnym. Zagrożeniem wyrzutowym objęte są aktualnie pokłady w trzech kopalniach Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, tj. KWK: Pniówek, Zofiówka i Jas - Mos a także część złoża soli w Kopalni Soli Kłodawa. Ostatnie zdarzenie związane z wyrzutem gazów i skał miało miejsce w 2009 roku w OZG Rudna, nastąpił wyrzut gazów i skał. Przeświadczenie, że zjawiska gazodynamiczne są ogromnie złożone jest wspólne dla wszystkich specjalistów mających do czynienia z zagrożeniem wystąpienia ich przejawów. Ani nauka ani ruch górniczy nie dopracowały się zobiektywizowanych metod przewidywania występowania tych zjawisk w oznaczonym miejscu i czasie. O skali trudności, jakie stwarza badanie wyrzutów skalno-gazowych świadczyć może ilość czynników wpływających na inicjację i przebieg zjawiska. Krótki przegląd literatury wyrzutowej pozwala na przedstawienie około 30 czynników, które zdaniem osób 9

10 związanych z tematem, powinny być rozpatrywane podczas badania zjawiska. Podzielono je na trzy grupy: - skalne, takie jak: głębokość zalegania pokładu, miąższość pokładu i jej zmiany, nachylenie, szczelinowatość, kąt tarcia między pokładem a skałami otaczającymi, rodzaj węgla, jego metamorfizm, stopień uwęglenia, izotropia, anizotropia, wytrzymałość, wilgotność, zwięzłość, kohezja, porowatość, własności filtracyjne, uławicenie, naprężenia wywołane ruchami tektonicznymi, uskoki, fałdy geologiczne, wtrącenia w pokładach, własności skał otaczających pokład. - gazowe, takie jak: gazonośność, ciśnienie, gradient ciśnienia, rodzaj gazu, własności sorpcyjne, - górnicze, jak rodzaj zagrożonego wyrobiska, sposób i prędkość drążenia (eksploatacji), występowanie krawędzi eksploatacyjnych, odprężenie pokładu. Mimo upływu 160 lat od pierwszego opisu wyrzutu nie dopracowano się powszechnie akceptowanego modelu tego zjawiska, który pozwoliłby jednoznacznie określić hierarchię ważności wymienionych czynników. Świadczą o tym częste powroty do rozważań nad wpływem poszczególnych czynników na inicjację i przebieg wyrzutu. 2. Podstawy kategoryzacji zagrożeń Obowiązująca ustawa Prawo geologiczne i górnicze dnia 4 lutego 1994r (Dz.U nr 27 poz. 96) w art. 73 i art. 73a zobowiązuje Przedsiębiorców do rozpoznawania i klasyfikowania zagrożeń naturalnych oraz zapewnienia bezpieczeństwa pracowników i zakładu górniczego. Poniżej przedstawiamy brzmienie powyższych artykułów: Art. 73. Przedsiębiorca jest obowiązany w szczególności: 1) rozpoznawać zagrożenia związane z ruchem zakładu górniczego i podejmować środki zmierzające do zapobiegania i usuwania tych zagrożeń, w tym oceniać i dokumentować ryzyko zawodowe występujące w ruchu zakładu górniczego oraz stosować niezbędne środki profilaktyczne zmniejszające to ryzyko; 2) posiadać odpowiednie środki materialne i techniczne oraz właściwie zorganizowane służby ruchu do zapewnienia bezpieczeństwa pracowników i bezpieczeństwa ruchu zakładu górniczego; 3) prowadzić ewidencję osób przebywających w zakładzie górniczym. 10

11 Art. 73a. 1. Występujące w zakładach górniczych zagrożenia naturalne: tąpaniami, metanowe, wyrzutami gazów i skał, wybuchem pyłu węglowego, wodne, erupcyjne, siarkowodorowe, radiacyjne naturalnymi substancjami promieniotwórczymi, a także działaniem pyłów szkodliwych dla zdrowia, podlegają zaliczeniu do poszczególnych stopni (kategorii, klas) zagrożeń. 2. Zaliczeń, o których mowa w ust. 1, dokonuje właściwy organ nadzoru górniczego w drodze decyzji, jeżeli przepis szczególny nie stanowi inaczej. 3. Minister właściwy do spraw administracji publicznej określi, w drodze rozporządzenia: 1) kryteria oceny zagrożeń naturalnych, o których mowa w ust. 1, w zależności od rodzaju kopaliny, natężenia występowania zagrożeń, przestrzeni występowania zagrożeń i rodzaju zakładu górniczego, a także szczegółowe zasady zaliczania tych zagrożeń; 2) sposób zaliczania złóż (pokładów), ich części lub wyrobisk do poszczególnych stopni (kategorii, klas) zagrożeń; 3) przypadki, w których zaliczeń może dokonywać kierownik ruchu zakładu górniczego. Aktem prawnym wykonawczym w/w Ustawy jest Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 14 czerwca 2002 r. w sprawie zagrożeń naturalnych w zakładach górniczych (Dz. U. Nr 94, poz. 841, z 2003 r. Nr 181, poz. 1777oraz z 2004 r. Nr 219, poz. 2227). Rozporządzenie określa: 1) kryteria oceny występujących w zakładach górniczych zagrożeń naturalnych: tąpaniami, metanowego, wyrzutami gazów i skał, wybuchem pyłu węglowego, wodnego, erupcyjnego, siarkowodorowego, radiacyjnego naturalnymi substancjami promieniotwórczymi, a także działaniem pyłów szkodliwych dla zdrowia, 2) szczegółowe zasady zaliczania zagrożeń, o których mowa w pkt 1, 3) sposób zaliczania złóż (pokładów), ich części lub wyrobisk do poszczególnych stopni (kategorii, klas) zagrożeń, 4) przypadki, w których zaliczeń może dokonywać kierownik ruchu zakładu górniczego 3 w/w rozporządzenia dotyczy trybu i sposobu zaliczania złóż (pokładów), ich części lub wyrobisk do poszczególnych stopni (kategorii, klas) zagrożenia. Obowiązek wystąpienia do odpowiedniego organu nadzoru górniczego, niezwłocznie po stwierdzeniu okoliczności określonych w rozporządzeniu, uzasadniających zaliczenie do danego stopnia (kategorii, klasy) zagrożenia, spoczywa na kierowniku ruchu zakładu górniczego. W 11

12 przypadku m. in. zagrożenia wyrzutami gazów i skał wymagane jest przedstawienie wyników badań przeprowadzonych przez rzeczoznawcę do spraw ruchu zakładu górniczego, zwanego dalej rzeczoznawcą oraz jego opinii. Z obowiązku tego wyłączony jest wniosek dotyczący zaliczenia do najwyższych stopni (kategorii, klas) zagrożeń. Wydaje się, że zgodnie z obowiązującą powszechnie interpretacją istniejących przepisów, że "wyrzuty gazów i skał" dotyczą dawnego Dolnośląskiego Zagłębia Węglowego, przedstawienie opinii "rzeczoznawcy" w przypadku zagrożenia wyrzutami metanu i skał nie jest konieczne. Zgodnie z powołanym Rozporządzeniem MSWiA ustalono dwie kategorie zagrożenia wyrzutami metanu i skał w podziemnych zakładach górniczych wydobywających węgiel kamienny (16): 1) skłonne do występowania wyrzutów metanu i skał, 2) zagrożone wyrzutami metanu i skał. 2. Do kategorii skłonnych do występowania wyrzutów metanu i skał zalicza się pokłady węgla kamiennego lub ich części, w których: 1) metanonośność wynosi powyżej 8m 3 /Mg, w przeliczeniu na czystą substancję węglową, a zwięzłość węgla jest mniejsza niż 0.3, lub 2) metanonośność wynosi powyżej 8 m 3 /Mg, w przeliczeniu na czystą substancję węglową, a zwięzłość węgla wynosi co najmniej 0.3, ale intensywność desorpcji metanu jest większa niż 1.2 kpa. 3. Do kategorii zagrożonych wyrzutami metanu i skał zalicza się pokłady węgla kamiennego lub ich części, w których: 1) wystąpił wyrzut metanu i skał lub 2) wystąpił nagły wypływ metanu, lub 3) stwierdzono występowanie innych, wymienionych w 2 pkt 15, objawów wskazujących na wzrost zagrożenia wyrzutami metanu i skał. 4. Do kategorii zagrożonych wyrzutami metanu i skał zalicza się również pokłady węgla kamiennego lub ich części, skłonne do występowania wyrzutów metanu i skał, w których stwierdzono intensywność desorpcji metanu większą niż 1,2 kpa, oraz wystąpiły objawy, o których mowa w 2 pkt 15. Zgodnie z 2 pkt 15 objawami wskazującymi na zwiększenie zagrożenia wyrzutami gazów i skał są: a) zwiększone ilości zwiercin, wydmuchy zwiercin i gazów, zakleszczanie lub 12

13 wypychanie wiertła w czasie wiercenia otworów, b) odpryskiwanie węgla z ociosów i czoła przodku oraz trzaski w głębi calizny, c) zwiększone wydzielanie gazów po robotach strzałowych, d) zwiększenie ilości urobku i jego rozrzucenie na większą odległość od przodka przy tej samej technologii wykonywania robót strzałowych, e) zmniejszenie zwięzłości i zmiany struktury węgla w czasie prowadzenia wyrobiska. Podział ten jest całkowicie odmienny od podziału na kategorie i stopnie występujące w przypadku innych zagrożeń naturalnych (np. zagrożenia tąpaniami i metanowego). Dzieli on bowiem pokłady na "skłonne do występowania wyrzutów metanu i skał" oraz "zagrożone wyrzutami metanu i skał". Zaliczenie pokładów lub ich części do kategorii "skłonnych" opiera się na wynikach podstawowych badań wykonywanych w kopalniach: metanonośności, zwięzłości węgla oraz intensywności desorpcji metanu. Zasada zaliczania pokładów i ich części do kategorii zagrożonych wyrzutami metanu i skał jest odmienna. Opiera się bowiem na zdarzeniach z przeszłości (wystąpił wyrzut lub wypływ) oraz objawach zagrożenia wymienionych w &2 pkt 15. W istniejącej konstrukcji prawnej występowanie objawów zagrożenia skutkuje zaliczeniem pokładów lub części do kategorii zagrożonych wyrzutami metanu i skał niezależnie od zawartości metanu. Tak, więc, zgodnie z istniejącym aktem prawnym, zaliczenie pokładu do kategorii zagrożonych wyrzutami metanu i skał powinno następować w sytuacji, gdy np. występuje zakleszczenie wiertła w czasie wiercenia otworu nawet w pokładach niemetanowych lub o bardzo niskiej zawartości metanu. Podobnie sytuacja wygląda z innymi objawami jak np. odpryskiwaniem węgla z ociosów i czoła przodku oraz trzaskami w głębi calizny. Co więcej, zaliczenie pokładu do kategorii zagrożonych może wystąpić wyłącznie na skutek obniżenia zwięzłości węgla, podczas, gdy zaliczenie pokładu do kategorii "skłonnych", czyli niższej następuje w wyniku koniunkcji wystąpienia czynnika "gazowego" jakim metanonośność oraz "mechanicznego" jakim jest zwięzłość (Mn>8m 3 /Mg csw oraz f<0.3). Biorąc pod uwagę fakt, że występowanie gazu (metanu) w pokładzie węgla jest warunkiem koniecznym (nie wystarczającym) do wystąpienia wyrzutu zapis taki wydaje się mocno wątpliwy. Warto zwrócić uwagę, na fakt, że aktualnie, w aspekcie &16 pkt 3.3, &16 pkt 4 wydaje się jest zbędny. &16 pkt 4 stwierdza bowiem, że "Do kategorii zagrożonych 13

14 wyrzutami metanu i skał zalicza się również pokłady węgla kamiennego lub ich części, skłonne do występowania wyrzutów metanu i skał, w których stwierdzono intensywność desorpcji metanu większą niż 1,2 kpa, oraz wystąpiły objawy, o których mowa w 2 pkt 15." Zgodne z &16 pkt 3.3 występowanie objawów zagrożenia jest warunkiem wystarczającym do zaliczenia niezależnie od objawów gazowych. Wyrzut gazu i skały polega na zniszczeniu struktury skały (rozkruszeniu węgla) oraz dynamicznym przemieszczeniu powstałych mas do wnętrza wyrobiska. Warunkiem koniecznym zaistnienia wyrzutu jest istnienie w węglu gazu pod ciśnieniem wyższym od ciśnienia panującego w wyrobisku górniczym. W takiej sytuacji najlepszym rozwiązaniem wydaje się pomiar ciśnienia równowagowego metanu w pokładzie węgla kamiennego. Pomiary takie w warunkach "in situ" są, niestety bardzo trudne do wykonania a uzyskane wyniki bywają niepewne. Z tego (prawdopodobnie) powodu główny ciężar oceny stanu zagrożenia położony jest na badaniach metanonośności. W istniejących przepisach występują dwa wskaźniki "gazowe" decydujące o zaliczeniu pokładu do kategorii "skłonnych do występowania wyrzutów metanu i skał" Trudno interpretować intencje twórców prawa. Można jednak przypuszczać, że wyniki pomiarów wskaźnika intensywności desorpcji dwuminutowej dp były, w rozumieniu omawianego rozporządzenia, traktowane jako szybkie i łatwe do wykonania oszacowanie zawartości metanu pochodzenia naturalnego w węglu (metanonośności). 3. Metodyka oznaczeń wskaźników stanu zagrożenia 3.1. Metanonośność Metanonośność pokładu zdefiniowana jest jako objętościowa ilość metanu pochodzenia naturalnego, zawartą w jednostce wagowej w głębi calizny węglowej. Parametr ten jest jednym z najważniejszych parametrów decydujących o zagrożeniu wyrzutowym we wszystkich zagłębiach węglowych świata. Przykładowe wartości kryterialne dla wybranych krajów kształtują się następująco: Australia - 9 m 3 /tonę (B. Beamish, P.J. Crosdale, 1996) Bułgaria - 9 m 3 /tonę (Lama, Bodziony, 1996) Chiny - 10 m 3 /tonę (Yee al., 1998) Ukraina - 8 m 3 /tonę (Lama, Bodziony, 1996) 14

15 Węgry - 8 m 3 /tonę (Lama, Bodziony, 1996) Prace Brandta [1987] oraz Lamy [1995] wskazują, że wyrzuty występują w węglach o metanonośności przekraczającej 8m 3 /Mg csw. Przegląd metod oceny metanonośności złóż węgla kamiennego w polskim i światowym górnictwie znajdziemy w pracy [Ryszka, Sporysz, 2008]. Metoda bezpośrednia otworowa (MBO), metoda desorbometryczna, metoda wskaźnikowa, metoda pośrednia ciśnieniowa oraz metoda bilansu metanowego w przodku to grupa metod umożliwiających określenie metanonośności pokładów węgla. Metoda desorbometryczna i metoda wskaźnikowa traktowane są jako metody uproszczone. W każdej z tych metod konieczne jest wykonanie w pokładzie otworów małośrednicowych z przodków wyrobisk korytarzowych. W metodzie MBO i w metodzie desorbometrycznej analizie podawane są próbki zwiercin z otworów, natomiast w metodzie wskaźnikowej wykonywany są pomiary stężenia metanu w uszczelnionych i nieoczyszczonych ze zwiercin otworach. Pomiar stężenia metanu w typowej metodzie wskaźnikowej opiera się na pobraniu próbek gazu i wynikach laboratoryjnej analizy (chromatograficznej). Metoda ta, dobrze sprawdza się przy niskiej metanonośności, ponieważ jej dokładność maleje wraz ze wzrostem nasycenia złoża metanem. Jeżeli istnieje potrzeba określenia metanonośności do celów ruchowych, czas badania może być radykalnie skrócony przez pomiar stężenia metanu metanomierzem interferencyjnym. W metodzie desorbometrycznej wyeliminowana została czasochłonna analiza próbek w laboratorium, na rzecz dołowego pomiaru intensywności desorpcji metanu najczęściej przy pomocy desorbometru cieczowego DMC-2. Metodę desorbometryczną stosuje się do przybliżonego rozpoznania metanonośności pokładów węgla, gdy istnieje potrzeba zagęszczenia ilości pomiarów, a także dla zbadania trendu zmian metanonośności pokładów w czasie prowadzenia robót górniczych. Metoda desorbometryczna nie nadaje się do stosowania w pokładach, w których występuje duża wilgotność węgla, gdyż określenie wskaźnika intensywności desorpcji jest niemożliwe. W Polsce dla dokładnych oznaczeń metanonośności pokładu obowiązuje metoda bezpośrednia otworowa [Załącznik nr 6]. Do oznaczenia zawartości metanu wykorzystuje się próbkę zwiercin pobraną z otworu wiertniczego w czole wyrobiska do hermetycznego 15

16 pojemnika. Po dwóch minutach od rozpoczęcia wiercenia, odsiany węgiel klasy ziarnowej od 1do 2mm zostaje zamknięty w hermetycznym pojemniku. Pojemnik z próbką trafia na powierzchnię a następnie do laboratorium, gdzie próbka zostaje poddana mieleniu oraz odgazowaniu. Gaz uzyskany w procesie odgazowania pompą próżniową zostaje poddany analizie chromatograficznej, co pozwala na określenie udziału węglowodorów w całości gazu ujętego z pojemnika. Zważenie próbki wyjętej z pojemnika objętości metanu zamkniętego w pojemniku M o przypadającej na jednostkę masową węgla (cm 3 /g=m 3 /Mg). Objętość metanu pochodzenia naturalnego zawartego w węglu określana jest jako suma następujących składników: gdzie: Mn[cm 3 /g csw ]= Vu+ V o + V w +V r, V u - objętość metanu zdesorbowanego w czasie nawiercania i pobierania próbki, m 3 /Mg, V o objętość metanu uzyskanego w procesie odgazowania, m 3 /Mg, V w - objętość metanu wolnego, utraconego w czasie nawiercania i pobierania próbki, m 3 /Mg, V r - objętość metanu resztkowego, pozostałego po odgazowaniu węgla, m 3 /Mg. Ponieważ przyjmuje się, że substancje mineralne zawarte w węglu nie sorbują metanu, metanonośność pokładu podaje się w przeliczeniu na czystą substancję węglową (Mn daf ) ze wzoru: Mn daf =Mn/(1-A a ), gdzie: A a -zawartość popiołu. W badaniu tym wątpliwości budzi sposób określania objętości metanu zdesorbowanego z próbki węgla przed zamknięciem pojemnika V u - nazywanej czasami "stratą metanu" lub gazem traconym, czego przykładem są prace [Ryszka, Sporysz, Stączek, Simka, 2004]. Oznaczenie wartości V u odbywa się na podstawie pomiaru wskaźnika intensywności desorpcji dwuminutowej. Wartości V u określone na podstawie pomiarów desorbometrycznych opierają się na wynikach prac publikowanych przez Tarnowskiego [1966; 1968] a następnie Borowskiego [1973, 1975, 1975a, 1976] w latach 60-tych i 70-tych ub. wieku. Wymagają one weryfikacji z związku ze zmianami własności węgla wywołanymi rosnącą głębokością prowadzenia robót Wskaźnik intensywności desorpcji Wskaźnik intensywności desorpcji p jest wielkością charakteryzującą ilość metanu 16

17 uwalnianego z próbki węglowej z określonej masy węgla w określonym przedziale czasowym. W różnych odmianach stosowana bywa w górnictwie wielu krajów [Janas, 1979; Noack et al., 1995, Janas and Winter, 1977; Paul, 1977]. W warunkach polskiego górnictwa węglowego pomiary prowadzi się najczęściej manometrycznym cieczowym DMC-2, opisanym są m. in. w pracach [Lama, Bodziony, 1996; Stączek, Simka, 2004]. Pomiar za pomocą klasycznego desorbometru manometrycznego DMC-2, przedstawionego na rys. 1, wykonywany jest w czasie pomiędzy 120 a 240s od momentu rozpoczęcia wiercenia odpowiedniego fragmentu otworu małośrednicowego. Zwierciny opuszczające otwór przed umieszczeniem w pojemniku desorbometru zostają przesiane w celu wydzielenia żądanej klasy ziarnowej (0.5-1mm) [PN-G-04567:1996]. Masa naważki wyznaczana jest na drodze doboru ustalonej objętości ziaren węgla. W wyniku pomiaru otrzymuje się objętość metanu wydzielonego z węgla określonej klasy ziarnowej w określonym czasie. Jak pisano wyżej pomiar wskaźnika desorpcji traktowany jest jako szacunkowa, uproszczona metoda wyznaczania metanonośności złoża. Podstawowy wpływ na wynik pomiaru desorbometrycznego mają dwa czynniki: początkowa zawartość metanu w próbce oraz efektywny współczynnik dyfuzji. Wyniki pomiarów pokazują, że współczynniki dyfuzji mogą się zmieniać się w bardzo szerokim zakresie od 1.0x10-10 cm 2 /s do 2.0x10-8 cm 2 /s [Dziurzyński, 2010]. Znajomość współczynnika dyfuzji badanego węgla pozwoli na oszacowanie metanonośności pokładu [Wierzbicki, 2011]. Z Rysunek 1. uwagi na konstrukcję urządzenia wynik pomiaru wyrażany Desorbometer manometryczny jest w kpa lub mm H 2 O. W polskim górnictwie węgla kamiennego pomiar intensywności desorpcji wykonywany jest od roku Wyznaczanie i wykorzystywanie wskaźnika intensywności desorpcji posiada szereg zalet: pomiar wykonywany jest w warunkach dołowych, a wynik uzyskiwany jest w bardzo krótkim czasie (kilka minut), 17

18 przyrząd wykorzystywany do wyznaczania wskaźnika intensywności desorpcji charakteryzuje się dużą prostotą konstrukcji, co w konsekwencji przekłada się na jego niezawodność, liczne badania wskazują na istnienie korelacji pomiędzy wskaźnikiem intensywności desorpcji, a metanonośnością [Borowski, 1977, Szlązak 2011]. Prawidłowo wykonany pomiar intensywności desorpcji daje szybki i użyteczny wynik. Należy jednak podkreślić, iż na jakość wyznaczenia wskaźnika krytyczny wpływ mają dokładne odsianie odpowiedniej klasy ziarnowej oraz rygorystyczne przestrzeganie reżimu czasowego Zwięzłość węgla Metodyka oznaczania zwięzłości węgla f opiera się na twierdzeniu, że praca potrzebna do pokonania spoistości skały jest proporcjonalna do nowo utworzonej powierzchni oraz objętości ciała skruszonego (prawo Rittingera [Brach 1962,1963,1968] oraz Kirpiczewa-Kicka [Sokołowski, 1990]). Zasady i pierwotną wersję metody oznaczania zwięzłości zaproponował w roku 1951 Protodiakonow. W polskim górnictwie węgla kamiennego oznaczanie zwięzłości wykonywane jest zgodnie z normą branżową Węgiel kamienny Oznaczanie wskaźnika zwięzłości metodą tłuczenia [BN ]. Procedura wyznaczania wartości f zakłada pobranie próbki węgla z miejsca o potencjalnie najniższej zwięzłości. Następnie próbki zostają rozdrobnione na ziarna o wielkości 10-20mm. Naważki przygotowanych próbek o masie 50g umieszcza się w odpowiednich pojemnikach cylindrycznych i odpowiednią ilość razy upuszcza się na nie ubijak o określonej masie z odpowiedniej wysokości. Rozdrobniony materiał węglowy zostaje przesiany, a następnie wyznaczona zostaje objętość klasy 0,5-1[mm]. Na jej podstawie wylicza się zwięzłość w skali Protodiakonowa. Wang i Yang [1980] stwierdzili, że wartości współczynnika f dla węgla z pokładu skłonnego do wyrzutów wynosi od 0,1 do 0.3 dla węgla normalnego poziom ten wynosi od 0.4 do 2.5. W przypadku mylonitu lub węgla o strukturze ziarnistej, w tym także węgli pochodzących z rejonów bezpośrednio sąsiadujących z wyrzutem, wartość f waha się od 0.1 do 0.3. Pokazuje to związek zwięzłości ze strukturą węgla-czynnikiem bardzo ważnym w przypadku oceny stanu zagrożenia w polskich kopalniach węgla kamiennego, co pokazują zdarzenia z kopalń "Pniówek" i "Zofiówka". Ogromną zaletą wskaźnika zwięzłości jest prostota jego wyznaczania. Wymagany 18

19 sprzęt, jak i procedura nie jest skomplikowana. Dobrze wykonane oznaczenie daje użyteczny wynik. 4. Zagrożenie wyrzutami w zakładach górniczych wydobywających sól Kategoryzacja zagrożenia wyrzutami gazów i skał w podziemnych zakładach wydobywających sól zawarta jest w 22 i 23 Rozporządzenia Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 14 czerwca 2002 r. w sprawie zagrożeń naturalnych w zakładach górniczych (Dz. U. Nr 94, poz. 841, z 2003 r. Nr 181, poz oraz z 2004 r. Nr 219, poz. 2227). Aktualnie zagrożeniem wyrzutami gazów i skał objęta jest część złoża soli w Kopalni Soli Kłodawa Ustala się trzy kategorie zagrożenia wyrzutami gazów i skał w podziemnych zakładach górniczych wydobywających sól. 2. Złoża soli lub ich części zalicza się: 1) do pierwszej kategorii zagrożenia wyrzutami gazów i skał, jeżeli: a) nie wystąpiły wyrzuty gazów i skał, lecz stwierdzono co najmniej jeden nagły wypływ gazów, lub b) stwierdzono swobodny wypływ gazów, ale budowa geologiczna i stosunki gazowe złoża nie zostały wystarczająco rozeznane za pomocą robót górniczych, 2) do drugiej kategorii zagrożenia wyrzutami gazów i skał, jeżeli stwierdzono chociażby jeden wyrzut gazów i skał, przy którym została wyrzucona do wyrobiska masa skał do 10 Mg, 3) do trzeciej kategorii zagrożenia wyrzutami gazów i skał, jeżeli stwierdzono chociażby jeden wyrzut gazów i skał, przy którym została wyrzucona do wyrobisk masa skał powyżej 10Mg. Zaliczanie złoża soli do odpowiednich kategorii zagrożenia wyrzutami opiera się na zdarzeniach z przeszłości. Kategoryzacja ta budzi zastrzeżenia z powodu braku definicji "nagłego wypływu gazów" oraz "swobodnego wypływu gazów" występujących w a pkt b. Dla autorów opracowania budzą one wątpliwości interpretacyjne. Sposób zaliczania do kategorii drugiej i trzeciej nie budzi zastrzeżeń. Podobny sposób, oparty na masie wyrzuconych skał stosowany jest w definiowaniu wyrzutu w czeskim górnictwie węglowym. 5. Uwagi ogólne 19

20 Kwestie związane z zaliczeniem pokładów węgla do kategorii zagrożenia wyrzutami gazów i skał nie podlegają ocenie niniejszej pracy. Autorzy uważają bowiem, że powinny one zostać całkowicie usunięte z przepisów prawa jako zbędne. W istniejącym stanie prawnym nie występują przepisy dotyczące zagrożenia wyrzutami gazów i skał w kopalniach eksploatujących rudy metali 6. Wnioski 1. Kategoryzacja zaliczenia pokładów i partii do poszczególnych stopni zagrożenia wyrzutami gazów i skał nie jest aktualnie spójna z kategoryzacją pozostałych zagrożeń naturalnych. Wprowadza ona bowiem kategorie "skłonnych" i "zagrożonych". 2. Zgodnie z istniejącym aktem prawnym zaliczenie partii pokładu do zagrożonych wyrzutami metanu i skał, winno następować na skutek wystąpienia objawów, takich jak stuki w caliźnie czy zmiana struktury węgla w nawet w pokładzie niemetanowym. Wydaje się, że nie było to zamysłem ustawodawcy. 3. Objawy zagrożenia stwierdzone w &2 pkt 15 Rozp. MSWiA winny zostać obwarowane minimalną metanonośnością złoża. Koincydencja metanonośności oraz objawów winna decydować o zaliczeniu pokładu do kategorii zagrożenia. 4. Z zestawienia objawów zawartych w &2 pkt 15 należy usunąć "zmniejszenie zwięzłości węgla", gdyż parametr ten jest ściśle zdefiniowany co do wartości w 16 Rozporządzenia MSWiA. 5. Metanonośność jest najważniejszym parametrem oceny zagrożenia wyrzutowego i dotyczy to wszystkich zagłębi węglowych na świecie. Analizując doświadczenia światowe autorzy nie widzą potrzeby zmniejszenia kryterialnej wartości metanonośności w górnictwie polskim. 6. Wydaje się, że o zaliczeniu pokładu do kategorii zagrożenia decydować powinien wskaźnik gazowy jakim jest metanonośność oraz wskaźnik odpowiedzialny za "podatność ośrodka na wyrzut" związany z jego własnościami mechanicznymi. Wykorzystanie dwóch wskaźników o charakterze gazowym Mn i p, mówiących (bezpośrednio i pośrednio) o metanonośności złoża wydaje się niecelowe. Przekroczenie wartości wskaźnika p powinno skutkować wykonaniem 20

21 dodatkowych pomiarów metanonośności. 7. Pomiary desorbometryczne stosowane są w górnictwie wielu krajów (np. Polska, Niemcy, Czechy, Chiny). Ich podstawową zaletą jest prostota wykonania i szybkość uzyskania wyniku. Wyniki uzyskane z pomiarów desorbometrycznych winny być jednak wsparte dodatkowymi pomiarami dyfuzyjności węgla co wpłynie na lepsze rozpoznanie metanonośności złoża. 8. Kryteria bieżącej oceny stanu zagrożenia wyrzutami metanu i skał w pokładach GZW powinny nadal opierać się o pomiary zwięzłości węgla wg. Protodiakonowa (f). Wynika to z prostoty, małej uciążliwości i czasochłonności w przeprowadzaniu pomiarów przez służby kopalniane oraz braku konieczności posiadania zaplecza laboratoryjnego. Należy pracować nad opracowaniem metody wyprzedzającego pomiaru tego parametru. 9. Należy sprecyzować pojęcia "nagłego wypływu gazów" oraz "swobodnego wypływu gazów" zawarte w 22 dotyczącym zaliczeń w zakładach eksploatujących sól. 10. Należy usunąć paragrafy dotyczące zagrożenia wyrzutami gazów i skał. 11. Konieczne jest opracowanie rozwiązań prawnych dla zagrożenia wyrzutami gazów i skał w kopalniach eksploatujących rudy metali Literatura Beamish, B.B., Crosdale, J.P., Instantaneous outbursts in underground coal mines: an overview and association with coal type. Int. J. Coal Geol. 35, BN Norma branżowa - węgiel kamienny. Oznaczanie wskaźnika zwięzłości metodą tłuczenia, Borowski J. Gazowe tło wyrzutów w antracytowych pokładach kopalni Nowa Ruda w kierunku prognozowania zagrożenia. Prace GIG, Komunikat nr 583. Katowice Borowski J. 1975: Badanie gazonośności pokładów węglowych z zastosowaniem nowych metod. Prace GIG, Komunikat nr 645. Katowice. Borowski J.1975a: Określenie gazonośności pokładów węgla przy zastosowaniu desorbometru manometrycznego. Bezpieczeństwo Pracy w Górnictwie, nr 4. Borowski J., 1976: Określenie ciśnienia gazu w pokładach węgla. Przegląd Górniczy nr 9 Borowski J.: Metoda odgazowania próbek węgla dla określenia gazonośności pokładów. Przegląd Górniczy, 1977, 21

22 Brach I.: O teoriach rozdrabniania minerałów. Przegląd Mechaniczny nr 14, , Brach I.: Podstawowe problemy w procesach rozdrabniania minerałów. Ośrodek Wydawniczy Warszawa, IOMB, Brach I.: Praca rozdrabniania ciał kruchych. Przegląd Mechaniczny nr 15, , Brandt, J., 1987: Methandesorption in Kohlenbohrlochern zur Beurteilung einer Gasausbruchgefahr. Dr. Ing. Dissertation. Technische Hochschule Aachen, Germany, 122 pp. Dziurzyński W.,: Nowoczesne metody zwiększenia bezpieczeństwa załóg w aspekcie zagrożenia wyrzutami węgla i metanu w kopalniach eksploatujących węgiel kamienny. Sprawozdanie z wykonania projektu badawczego rozwojowego, Nr R , Janas, H., Improved method for assessing the risk of gasrcoal outbursts. Second Int. Mine Ventilation Congress. Reno NV, USA, Nov. 4 8, pp Janas, H., Winter, K., Fru herkennung der Gasausbruchgefahr aus der Grundlage der K-Wert- Bestim- mung. Gluckauf Forschungsh. 38 _4., 21 28, Lama, R.D., Safe gas content threshold value for safety against outbursts in the mining of the Bulli seam. In: Lama, R.D. _Ed.., Int. Symp. cum Workshop on Management and Control of High Gas Emissions and Outbursts in Underground Coal Mines. Wollongong, Australia, March, pp Lama, R.D., Bodziony, J. 1996: Outbursts of Gas, Coal and Rock in Underground Coal Mines. R.D. Lama & Associates, Wollongong, NSW, Australia Noack, K., Koppe, V., Kunz, E., Control of high gas emissions in undermine coal mines. In: Lama, R.D., _Ed.., Int. Symp. cum Workshop on Management and Control of High Gas Emission and Outbursts. Wollongong, Australia, March, pp PN-G-04567:1996. Oznaczenie wskaźnika intensywności desorpcji gazów, Paul, K., Fruherkennen und Verhindern von Gasausbru chen. Glu ckauf 11 _13., , Ryszka M., Sporysz G. 2008: Weryfikacja bezpośredniej metody oznaczania metanonośności pokładów węgla stosowana w polskim górnictwie węgla kamiennego. Cz. I:. Przegląd metod oznaczania metanonośności węgla Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie, 8(168), Cz. II: Porównania międzylaboratoryjne oznaczania metanonośności węgla. Sokołowski M.: Energetyczny opis rozdrabniania. Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego, Warszawa, Stączek A., Simka A. 2004: Graniczny wskaźnik intensywności desorpcji gazu z węgla charakteryzujący stan zagrożenia metanowego oraz wyrzutami metanu i skał, Przegląd Górniczy 60/11, pp Szlązak N., Borowski M., Korzec M. 2011, Określenie metanonośności pokładów węgla na podstawie pomiarów wskaźnika desorpcji dla południowej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, 22

23 Materiały konferencyjne XX Szkoły Eksploatacji Podziemnej, lutego Tarnowski J. 1966: Desorbometryczna metoda pomiaru ciśnienia gazu w pokładzie węgla. Zeszyty problemowe górnictwa. PAN 1966, t. II, z. 2. Tarnowski J., 1968: Desorbometryczne metody pomiaru ciśnienia gazu w pokładach węgla. Przegląd Górniczy nr 11. Wierzbicki M., 2011: Zastosowanie uniporowego modelu dyfuzji do określenia objętości gazu desorbowanego podczas pobierania prób węgla dla oceny metanonośności, Przegląd Górniczy 12/2011 Załącznik nr 6, do rozporządzenia Ministra Przemysłu i Handlu z dnia 14 kwietnia 1995r (poz. 3342) 23

24 Rozdział 3 Weryfikacja definicji zagrożenia wyrzutami gazów i skał pod kątem ich ścisłości i tożsamości znaczeń (Etap 5) 24

25 Spis treści rozdziału 5 1. Wyrzut gazów i skał Wprowadzenie do zagadnienia Wyrzuty węgla i metanu w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym Zagrożenie wyrzutami metanu i skał w kopalniach węgla kamiennego Polskie akty prawne dotyczące kategoryzacji, oceny oraz zwalczania zagrożenia wyrzutami (stan prawny: rok 2011) : Akty prawne regulujące szereg zagadnień dotyczących kategoryzacji, oceny oraz zwalczania zagrożenia wyrzutami Definicja wyrzutu Kategoryzacja zagrożenia wyrzutami Zasady prognozowania i wykonywania pomiarów, dla rozpoznania i kontroli stanu zagrożenia wyrzutami gazów i skał oraz metody zwalczania tego zagrożenia Kontrola stanu zagrożenia wyrzutami oraz wykonywane pomiary Prognozowanie zagrożenia wyrzutem metanu i skał w podziemnych zakładach górniczych Zwalczanie zagrożenia wyrzutem metanu i skał w podziemnych zakładach górniczych Zestawienie najważniejszych informacji Weryfikacja definicji zagrożenia wyrzutami gazów i skał pod katem ich ścisłości i tożsamości znaczeń (ETAP 5) Wstęp Definicje związane z zagrożeniem wyrzutami gazów i skał występujące w obowiązujących aktach prawnych Analiza definicji Analiza obecnych przepisów pod katem ich ścisłości i tożsamości znaczeń Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 14 czerwca 2002 r. w sprawie zagrożeń naturalnych w zakładach górniczych Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych Podsumowanie Literatura Wyrzut gazów i skał 1.1. Wprowadzenie do zagadnienia 25

26 Zgodnie z kodeksem pracy, pracodawca ponosząc odpowiedzialność za stan bezpieczeństwa w zakładzie pracy jest zobowiązany chronić zdrowie i życie pracowników poprzez zapewnienie bezpiecznych i higienicznych warunków pracy, przy odpowiednim wykorzystaniu osiągnięć nauki i techniki. Zadanie to jest szczególnie trudne w górnictwie, należącym do branż, w których praca tradycyjnie wiąże się z wysokim ryzykiem zawodowym. Bezpiecznej eksploatacji węgla nie sprzyjają liczne zagrożenia naturalne. Najpoważniejsze z nich to tąpania, zapalenia i wybuchy metanu oraz wyrzuty węgla i metanu. Na zagrożenie wyrzutowe składają się dwa czynniki: czynnik gazowy [Trutwin, 1990] oraz działanie mas powyrzutowych. Niebezpieczeństwo ze strony gazu polega na powstaniu w wyniku wyrzutu w wyrobiskach podziemnych atmosfery niezdatnej do oddychania oraz wystąpieniu poważnych zakłóceń układu wentylacji kopalń. Metan może tworzyć, w zależności od stężenia, mieszaninę wybuchową lub palną. Zagrożenie gazowe objąć może swym zasięgiem wszystkie wyrobiska podziemne kopalni. Bardzo istotne zagrożenie stwarza także ruch mas powyrzutowych, bezpośrednio na ludzi, urządzenia i obudowę wyrobisk górniczych, powodując obrażenia u ludzi i przynosząc ogromne koszty ponoszone na odtworzenie i zabezpieczenie rejonu objętego wyrzutem. Od pierwszych opisanych zjawisk wyrzutu, które miały miejsce we Francji w 1843r [Cao et al., 2001] oraz Anglii [Taylor, 1853] upłynęło ponad półtorej wieku, mimo to rozpoznanie zjawiska wymaga nadal wielu prac, by zapewnić bezpieczeństwo górnikom. Dokładne wskazanie parametrów oraz ich wartości, które gwarantują bezpieczeństwo eksploatacji jest w obecnym momencie niemożliwe. Badania prowadzone na przestrzeni lat przez zespoły naukowców [Litwiniszyn, 1987; Gil, Kwidziński, 1988; Tarnowski, 1995; Lama, Bodziony, 1996; Flores, 1998; Beamish, Crosdale, 1998; Topolnicki, 1999; Wierzbicki, 2003; Xu et al., 2006; Kidybiński, Krause 2008] oraz doświadczenia zbierane w kopalniach [Jakubów et al., 2003, Tor et al., 2006], pozwalają jednak na wyselekcjonowanie niezwykle istotnych czynników, jak i relacji między nimi, na podstawie których możliwe jest szacowanie poziomu niebezpieczeństwa. Odpowiednie interpretowanie tychże czynników pozwala na zwiększenie bezpieczeństwa prowadzonych robót Wyrzuty węgla i metanu w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym W najnowszej historii górnictwa w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym miało miejsce niewiele wyrzutów węgla i metanu. Poniżej znajduje się ich krótka charakterystyka. Wyrzut w chodniku nadścianowym F-13 w pokładzie 363 KWK Zofiówka - rok Wydzieliło się wówczas 411m 3 metanu oraz 4 tony mas powyrzutowych. Metanonośność pokładu 363 wynosiła 16,28m3/Mg scw, lecz trudno traktować ją jako reprezentatywną, gdyż stwierdzona została ponad trzy miesiące przed wyrzutem. Parametrami zmierzonymi dwa dni po wyrzucie była: zwięzłość węgla (f = 0,31) oraz intensywność desorpcji metanu (dp = 1,26 kpa). Wyrzut metanu i skał w chodniku podścianowym F-5, w pokładzie 360/3 KWK Zofiówka rok Wydzieliło się 2170m 3 metanu oraz 15 ton mas powyrzutowych. Parametry pomierzone bezpośrednio po wyrzucie to: zwięzłość węgla (f=0,38), intensywność desorpcji metanu (dp = 1,50kPa). Według metody desorbometrycznej, metanonośność pokładu 360/3 wynosiła: W des = 12,26m3/Mg scw. 26

27 Wyrzut w chodniku badawczym H-5 w pokładzie 403/1 KWK Zofiówka w dniu r.. Chodnik ten drążony był w partii niezbadanej, wzdłuż strefy bezpieczeństwa dla nadkładu. Oś chodnika była równoległa do uskoku o zrzucie h = 3,0m. W chwili zdarzenia wyrobisko miało długość 95m. Od 83m w wyrobisku występowała strefa uskokowa o szerokości 8m. Miąższość pokładu wynosiła od 3,0 do 3,2[m]. Masa wyrzuconych skał - 95 ton. Do atmosfery uwolniło się 5000m 3 metanu. Wyrzut metanu i skał w drążonej lunecie rurowej do szybu II w KWK Pniówek w dniu r. wystąpił w rejonie filara szybowego w strefie nierozpoznanej robotami górniczymi. Przeprowadzona dokładna analiza okoliczności wyrzutu wykazała, że przyczyną zaistniałego zdarzenia było niezidentyfikowane zaburzenie geologiczne przed czołem przodka (stwierdzony po wybraniu mas powyrzutowych uskok wyrzucający o zrzucie h 0,70m) wraz ze strefą spiętrzenia gazowego, której energia potencjalna wzrosła, powodując wyrzut metanu i skał. Zaobserwowano zmniejszoną przepuszczalność gazową w związku z prowadzeniem robót górniczych na głębokości około 1000m w nieodprężonym filarze ochronnym szybów głównych oraz silnie metanowy charakter złoża w otoczeniu szybów. Wyrzut metanu i skał w chodniku transportowym D-6 pokład 409/4, poziom 900m w KWK Zofiówka w dniu r. Wyrzut ten był najtragiczniejszym zjawiskiem gazogeodynamicznym w ostatnich latach w GZW i kosztował życie trzech górników. Długość zasypanych wyrobisk wynosiła 35,5m. Do wyrobiska wyrzuconych zostało 280 m 3 mas powyrzutowych a ilość uwolnionego metanu oszacowano na 10200m 3. W ramach prac komisji badającej przyczyny i okoliczności wyrzutu metanu i skał oraz wypadku zbiorowego, wykonanych zostało szereg badań i prac eksperckich. W wyniku prac Komisji stwierdzono, że przyczyną wyrzutu węgla i skał oraz metanu było zbliżenie się czoła przodka do zaburzenia tektonicznego, w sąsiedztwie którego występowała strefa pokładu o odmienionej strukturze, silnym nasyceniu metanem, bardzo niskiej zwięzłości i dużej szczelinowatości Zagrożenie wyrzutami metanu i skał w kopalniach węgla kamiennego W Rozporządzeniu Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 14 czerwca 2002 r. w sprawie zagrożeń naturalnych w zakładach górniczych pojawia się definicja zjawiska wyrzutu gazów i skał: wyrzut gazów i skał - rozumie się przez to dynamiczne przemieszczenie rozkruszonych skał lub węgla z calizny do wyrobisk przez energię gazów wydzielonych z górotworu w wyniku działania czynników geologicznogórniczych, które mogą spowodować efekty akustyczne, podmuch powietrza, uszkodzenie obudowy i urządzeń, powstanie kawerny powyrzutowej, zaburzenie w przewietrzaniu wyrobisk, powstanie wybuchowego nagromadzenia metanu lub atmosfery niezdatnej do oddychania. Szybka analiza przytoczonej definicji sugeruje, że przyczyny zjawiska są złożone, a jego skutki szerokie i niebezpieczne. Wyrzuty węgla i gazów występują lub występowały w większości zagłębi węglowych na Ziemi [Lama, Bodziony, 1998; Topolnicki et al., 2004]. Aktualnie problem ten najbardziej dotyka górnictwo chińskie, gdzie dochodzi do co trzeciego wyrzutu w świecie. Wysoki poziom zagrożenia wyrzutowego występuje także na Ukrainie, w Polsce oraz Australii. Przez szereg lat zjawisko wyrzutu w krajowym górnictwie kojarzone było głównie z Dolnośląskim Zagłębiem Węglowym (DZW). Optymistyczne przypuszczenia, iż likwidacja DZW w latach 90-tych zakończy problem wyrzutów węgla i gazów w Polsce nie sprawdziły się. W latach 2002 oraz 27