Resztkowe zasoby Dolnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego bez szans na podziemne zgazowanie?

Transkrypt

1 Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energi¹ Polskiej Akademii Nauk nr 85, rok 2013 Edyta SERMET*, Jerzy GÓRECKI* Resztkowe zasoby Dolnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego bez szans na podziemne zgazowanie? Streszczenie: W roku 2000 zakoñczono wydobycie wêgla w Dolnoœl¹skim Zag³êbiu Wêglowym. Resztkowe, rozproszone zasoby bilansowe siedmiu z³ó wynosz¹ oko³o 360 mln ton wêgli, g³ównie typów Wystêpuj¹ one w bardzo trudnych warunkach geologiczno-górniczych eksploatacji. Ponowne zagospodarowanie z³ó tradycyjnymi metodami jest w¹tpliwe. Na podstawie dotychczasowego stanu wiedzy nie mo na równie liczyæ na efektywne stosowanie podziemnego zgazowania wêgla. W z³o ach nie ma dostatecznej iloœci wêgli energetycznych, a pok³ady s¹ cienkie i zaburzone tektonicznie. Oznacza to, e jakiekolwiek dalsze zagospodarowanie z³ó w rejonie Wa³brzycha i Nowej Rudy na znacz¹c¹ skalê jest praktycznie niemo liwe. S³owa kluczowe: Dolnoœl¹skie Zag³êbie Wêglowe, zasoby wêgla, podziemne zgazowanie Abandoned reserves in the Lower Silesian Coal Basin without chances for underground gasification? Abstract: In 2000 coal extraction was completed in the Lower Silesian Coal Basin. Residual, dispersed resources of seven deposits amount to about 360 million tons of coal, mainly of types They are in very difficult geological and mining conditions. Their redevelopment with use of traditional methods is questionable. Based on the current state of knowledge, the effective use of underground coal gasification is not possible. The deposits do not have enough amount of steam coals and seams are thin and tectonically disturbed. This means that any further development of deposits in the areas of Wa³brzych and Nowa Ruda on larger industrial scale seems to be virtually impossible. Key words: Lower Silesian Coal Basin, coal resources, underground gasification * Dr in., AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków; sermet@geol.agh.edu.pl 287

2 Wprowadzenie Dolnoœl¹skie Zag³êbie Wêglowe (DZW) jest jednym z trzech polskich zag³êbi wêglowych. W przeciwieñstwie do pozosta³ych ma ju tylko znaczenie historyczne. Wydobycie wêgla w rejonie Wa³brzycha i Nowej Rudy obejmowa³o okres od roku 1434 (najstarszy archiwalny przekaz o eksploatacji z³ó w obszarze noworudzkim) do roku 2000, kiedy zakoñczono prace wydobywcze w kopalni Nowa Ruda pole S³upiec. Pocz¹tkowo prowadzono eksploatacjê odkrywkow¹ lub p³ytk¹ podziemn¹. Intensywny rozwój górnictwa podziemnego nast¹pi³ po roku Od koñca XIX do lat dwudziestych XX wieku wydobycie by³o najwiêksze, siêgaj¹c nawet oko³o 6 mln ton wêgla rocznie. Znaczn¹ czêœæ wêgla koksowano lub brykietowano. Systematyczny spadek wydobycia i plany zamkniêcia kopalñ z lat trzydziestych XX w. by³y spowodowane pogarszaj¹cymi siê warunkami geologiczno- -górniczymi i spadkiem rentownoœci zak³adów górniczych. Do wiosny 1945 roku eksploatacjê prowadzili Niemcy na potrzeby gospodarki wojennej. Po przejêciu kopalñ w lipcu 1945 roku przez polsk¹ administracjê gospodarcz¹ o dalszym ich funkcjonowaniu przes¹dzi³o ogromne zapotrzebowanie na wêgiel. Choæ warunki eksploatacji by³y trudne, objawiaj¹ce siê licznymi wybuchami gazów i ska³, po arami i innymi zagro eniami naturalnymi oraz katastrofami górniczymi, wydobycie trwa³o jeszcze ponad 45 lat. Maksymalnie wydobywano po wojnie nie wiêcej ni oko³o 3 mln ton rocznie (najwiêcej w roku ,2 mln ton i w koñcu lat szeœædziesi¹tych oko³o 2,7 mln ton w przewadze wêgla koksowego). W ramach restrukturyzacji górnictwa wêglowego, na pocz¹tku lat dziewiêædziesi¹tych XX wieku kopalnie DZW zosta³y postawione w stan likwidacji. ZG Chrobry i ZG Victoria zaniecha³y wydobycia w roku 1994, ZG Julia w roku 1996, Zak³ad Wydobywczo- -Przeróbczy Antracytu w roku 1998, a KWK Nowa Ruda w roku Fizyczna likwidacja kopalñ wa³brzyskich i noworudzkich zosta³a uwarunkowana g³ównie wyczerpaniem zasobów przemys³owych i operatywnych. Resztkowe, rozproszone zasoby bilansowe w bardzo trudnych na ogó³ warunkach geologiczno-górniczych nie gwarantowa³y rentownoœci wydobycia. Ocenia siê, e kopalnie dolnoœl¹skie dostarczy³y w ca³ej historii oko³o 470 mln ton wêgla, w tym po II wojnie œwiatowej ponad 120 mln ton. 1. Stan bazy zasobowej z³ó po likwidacji zak³adów górniczych W krajowym bilansie zasobów (Bilans 2012) figuruje siedem z³ó DZW, których lokalizacjê przedstawia rysunek 1. W roku 2011 dokonano na zlecenie Ministra Œrodowiska weryfikacji bazy zasobowej w z³o ach zlikwidowanych kopalñ wraz z przeliczeniem zasobów na podstawie obowi¹zuj¹cych wówczas kryteriów bilansowoœci. W z³o ach pozosta³o 359,72 mln ton wêgla, w tym 173,32 mln ton (48,2%) w kategorii A + B + C 1 i 186,40 mln ton (51,8%) w kategorii C 2 + D (tab. 1). Du a czêœæ zasobów jest uwiêziona w filarach szybowych oraz w obszarach gêstej zabudowy miejskiej i wa nych obiektów przemys³owych. Kilka lat wczeœniej wykonano równie na zlecenie Ministra Œrodowiska ocenê mo liwoœci ponownego zagospodarowania z³ó kopalñ wêglowych likwidowanych w procesie restrukturyzacji górnictwa (Jureczka i in. 2007a). Wnioski wynikaj¹ce z tego studium przedstawili Jureczka i in. (2007b) oraz Ihnatowicz, Jureczka (2008). Uznano, e nie ma 288

3 Rys. 1. Rozmieszczenie z³ó w Dolnoœl¹skim Zag³êbiu Wêglowym (wg Ihnatowicz, Jureczka 2008) Fig. 1. Location of the coal deposits in the Lower Silesian Coal Basin (after Ihnatowicz, Jureczka 2008) TABELA 1. Zasoby z³ó wêgla kamiennego Dolnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego TABLE 1. Resources of hard coal deposits of the Lower Silesian Coal Basin Lp. Nazwa z³o a Zasoby [tys. ton] kategoria A + B + C1 kategoria C2 + D ogó³em Chrobry 2. Julia 3. Victoria Wa³brzych-Gaj Nowa Ruda-pole Lech Nowa Ruda-pole S³upiec Nowa Ruda-pole Wac³aw ród³o: Bilans

4 potencjalnych mo liwoœci ponownego, efektywnego udostêpnienia z³ó DZW. Jednoczeœnie postawiono tezê, e ponowne zagospodarowanie z³ó w tym obszarze mo e mieæ miejsce w przysz³oœci tylko metodami niekonwencjonalnymi, np. poprzez podziemne zgazowanie wêgla (PZW). Teza ta nie ma potwierdzenia w wynikach prowadzonych ostatnio badañ nad mo liwoœciami stosowania PZW (Nieæ 2012; Nieæ i in. 2013). 2. G³ówne czynniki ograniczaj¹ce stosowanie podziemnego zgazowania Ocena wielkoœci zasobów przydatnych do podziemnego zgazowania wêgla (PZW) wymaga zdefiniowania kryteriów tej przydatnoœci. Obecny stan wiedzy na temat przebiegu procesu PZW w warunkach naturalnych jest ci¹gle niski, czyni¹c doœæ odleg³¹ przysz³oœæ skutecznego stosowania tej metody na du ¹ skalê (Nieæ 2009). Panuje jedynie ogólna zgoda co do tego, e skuteczne pozyskiwanie gazu z wêgla jest mo liwe z pok³adów o du ej mi¹ szoœci i prostej budowie wewnêtrznej, wystêpuj¹cych w niezbyt skomplikowanych warunkach geologiczno-górniczych. Nie bez znaczenia s¹ tak e uwarunkowania œrodowiskowe bezpiecznego zgazowania wêgla otworami z powierzchni (tzw. metod¹ bezszybow¹). Do chwili obecnej nie wyjaœniono równie przydatnoœci do zgazowania wy szych ani eli wêgle energetyczne typów wêgli kamiennych. Nieæ (2009) wyró ni³ warunki niezbêdne dla efektywnego przebiegu PZW, o niewyjaœnionej przydatnoœci i nieprzydatne. Dla wstêpnej identyfikacji bazy zasobowej polskich zag³êbi wêglowych na potrzeby PZW przyjêto kilka czynników najlepiej uzasadnionych doœwiadczeniami praktycznymi. Najwa niejszym kryterium kwalifikacji jest mi¹ szoœæ wêgla przekraczaj¹ca 1,5 m. Przy mniejszej mi¹ szoœci efektywnoœæ procesu szybko spada. Dotychczasowe eksperymenty PZW metod¹ bezszybow¹ prowadzono w ró nych krajach w pok³adach o gruboœci od 2 3,5 m do m (Ludwik-Parda³a, Niemotko 2013). Szanse na efektywne zgazowanie na skalê przemys³ow¹ maj¹ wêgle energetyczne typów 31 32, wykazuj¹ce brak spiekalnoœci lub nisk¹ spiekalnoœæ i zawartoœæ czêœci lotnych przekraczaj¹c¹ 28 30%. Dotychczas nigdzie nie wyjaœniono przydatnoœci do zgazowania wêgli koksowych typów i wy szych. Pok³ady powinny byæ szczelnie izolowane, ale szczegó³owych wymagañ co do tego nie potwierdzono do tej pory eksperymentalnie. Nie ma danych na temat minimalnej mi¹ szoœci utworów izoluj¹cych, nieprzepuszczalnych dla toksycznych produktów zgazowania oraz odleg³oœci od poziomów wodonoœnych. Szczególnie niekorzystne dla procesu zgazowania jest wystêpowanie piaskowców i zlepieñców porowatych, silnie zawodnionych. Wa ne s¹ wymagania odnoœnie minimalnej powierzchni parceli wêgla energetycznego o dostatecznie du ej mi¹ szoœci pok³adu, a w konsekwencji okreœlenie minimalnych zasobów obszaru typowanego dla PZW. Parcele ograniczone uskokami ponadlokalnymi, z jak najwiêksz¹ liczb¹ uskoków drobnych ( pok³adowych ) powinny mieæ powierzchniê nie mniejsz¹ ni oko³o 1,5 2 km 2 i zasoby rzêdu 3 4 mln ton. Ci¹gle niewyjaœnione jest znaczenie innych cech z³o a, np. wystêpowania przerostów, niektórych w³aœciwoœci fizyczno-mechanicznych wêgla, metanonoœnoœci itd. 290

5 Oprócz uwarunkowañ geologiczno-z³o owych trzeba braæ pod uwagê ograniczenia œrodowiskowe stosowania PZW otworami z powierzchni. Rozleg³oœæ instalacji powierzchniowych, niebezpieczeñstwo dalekiej migracji gazów a do powierzchni, zw³aszcza w górotworze naruszonym wczeœniejsz¹ eksploatacj¹, koliduje z obszarami zamieszka³ymi oraz z obszarami NATURA 2000 i innych form ochrony przyrody. Wszystkie przedstawione uwarunkowania upowa niaj¹ do stwierdzenia, e PZW mo - liwe jest do stosowania w wyj¹tkowych warunkach i na niewielk¹ skalê, a nie jako metoda w pe³ni alternatywna dla konwencjonalnych metod eksploatacji. 3. Cechy budowy geologicznej i charakterystyka resztkowych zasobów DZW Dolnoœl¹skie Zag³êbie Wêglowe jest typowym zag³êbiem limnicznym, w którym ca³a górnokarboñska seria produktywna zosta³a wykszta³cona w facji œródl¹dowej. Utwory karbonu górnego dziel¹ siê na warstwy wa³brzyskie (formacjê z Wa³brzycha), bia³okamieñskie (ogniwo z Bia³ego Kamienia), aclerskie dolne i górne (formacjê aclersk¹ ogniwa z Boguszowa i z Gorców), glinickie (formacjê aclersk¹ ogniwo z Glinika) oraz ludwikowickie (formacjê ludwikowick¹). Pok³ady wêgla o znaczeniu przemys³owym wystêpuj¹ wy³¹cznie w warstwach wa³brzyskich grupy 600 i aclerskich grupy 300. Ca³oœæ utworów karboñskich, poczynaj¹c od osadów kulmowych wizenu (formacji ze Szczawna) i koñcz¹c na p³onnych warstwach glinickich i ludwikowickich jest wykszta³cona g³ównie jako zlepieñce i piaskowce, zaœ mu³owce i i³owce maj¹ znaczenie podrzêdne (poza sp¹gow¹ czêœci¹ warstw aclerskich). Odrêbn¹ formacj¹ s¹ wulkanity permskie; intruzje ska³ magmowych spowodowa³y zaburzenia ci¹g³oœci pok³adów i powstanie wêgli zmienionych kontaktowo. Pok³ady w obu seriach wêglonoœnych s¹ liczne, ale na ogó³ cienkie, rzadko przekraczaj¹ce mi¹ szoœæ 2,0 2,5 m. Wêgle DZW odznaczaj¹ siê wysokim stopniem uwêglenia. W resztkowych zasobach bilansowych przewa aj¹ wêgle typów 34 37, zw³aszcza gazowo- -koksowe i ortokoksowe 34 i 35 (oko³o 2/3 zasobów) oraz typów 38 42, g³ównie antracytowe i antracyty 41 i 42 (oko³o 30%). Wêgle energetyczne, gazowe typu 33 i gazowo-p³omienne typu 32 stanowi¹ zaledwie oko³o 4% pozostawionych zasobów wy³¹cznie w obszarze nieeksploatowanego po II wojnie œwiatowej rejonu Wac³aw w Nowej Rudzie (oko³o 12 mln ton) i niewielkiej parceli w z³o u Victoria w Wa³brzychu (poni ej 0,4 mln ton). W ogóle nie wystêpuje wêgiel p³omienny typu 31. Z³o a odznaczaj¹ siê bardzo skomplikowan¹ tektonik¹ (silnym zuskokowaniem), co skutkuje niewielkimi powierzchniami bloków tektonicznych niezaburzonych uskokami. W strefach zaburzeñ tektonicznych i w s¹siedztwie intruzji wêgiel jest silnie spêkany i zbrekcjowany. Ze wzglêdu na du e zaanga owanie tektoniczne i po³o enie pok³adów w seriach piaskowcowo-zlepieñcowych szczelnoœæ pok³adów jest ma³a, co grozi niekontrolowan¹ migracj¹ gazów (du ych iloœci CO 2 i CH 4 ). Istotn¹ cech¹ warunków jakiejkolwiek formy ponownego zagospodarowania z³ó DZW jest ich stan poeksploatacyjny. Kilkuwiekowa eksploatacja wywo³a³a skutki negatywne dla œrodowiska. Bardzo wysoki jest stopieñ sperforowania górotworu robotami górniczymi do g³êbokoœci siêgaj¹cej 950 metrów. S³abo udokumentowano likwidacjê oko³o 600 szybów, szybików i sztolni z okresu dawnej, g³ównie przypowierzchniowej eksploatacji. Deformacje terenu, niecki obni eniowe 291

6 i ogromne zwa³owiska ska³ p³onnych (do niedawna czynne termicznie) s¹ znacz¹cym elementem degradacji terenów pogórniczych. Zawodnienie starych zrobów, du e zagro enia gazowe oraz wyrzutami gazów i ska³ komplikowa³y ju pracê czynnych kopalñ. Po likwidacji zak³adów górniczych nast¹pi³a rekonstrukcja zwierciad³a wód piêtra karboñskiego w os³abionym górotworze, co spowodowa³o migracjê du ych iloœci metanu i dwutlenku wêgla nawet do powierzchni terenu ( efekt t³oka ). Powtórne udostêpnienie z³ó by³oby procesem praktycznie niemo liwym. Budowa nowych kopalñ wraz z ich infrastruktur¹ powierzchniow¹ jest wiêc zadaniem nierealnym, kosztownym, nie maj¹cym oparcia w ocenie pozostawionej bazy zasobowej i geologiczno-górniczych warunków eksploatacji. 4. Ocena szans podziemnego zgazowania wêgla DZW W nawi¹zaniu do wymienionych czynników przydatnoœci wêgla do podziemnego zgazowania i ogólnej oceny zasobów pozostawionych w z³o ach dolnoœl¹skich szanse skutecz- Rys. 2. Wycinek mapy pok³adu 304 w rejonie Wac³aw z³o a wêgla kamiennego Nowa Ruda Fig. 2. Fragment of the map of 304 seam in Wac³aw area of Nowa Ruda hard coal deposit 292

7 293 Fig. 3. Geological cross-section of the Nowa Ruda hard coal deposit Wac³aw area (fragment) Rys. 3. Przekrój geologiczny przez z³o e Nowa Ruda rejon Wac³aw (fragment)

8 nego stosowania PZW s¹ znikome. Wêgle energetyczne typu 32.2 wystêpuj¹ we wzglêdnie du ych iloœciach wy³¹cznie w rejonie Wac³aw z³o a noworudzkiego. Pok³ad 301 i pok³ad 410 s¹ cienkie i bardzo zmienne, ich mi¹ szoœci osi¹gaj¹ najczêœciej 0,7 0,8 m i zaledwie lokalnie wyj¹tkowo do 1,5 m. Tylko w pok³adzie 304 mi¹ szoœci przekraczaj¹ wprawdzie 1,5 m (do 2,35 m), ale iloœci wêgla s¹ ma³o atrakcyjne do zgazowania, tj. wystêpuj¹ na niewielkiej powierzchni, znacznie poni ej 1,5 km 2, g³ównie w filarze linii kolejowej (rys. 2). Jest to obszar o du ych zaburzeniach tektonicznych i po³o ony w pobli u rejonu dawnej eksploatacji (rys. 3), gdzie wystêpuj¹ du e zagro enia wyrzutami gazów i ska³ oraz zawodnione stare zroby. Mo liwoœci poszerzenia bazy zasobowej wêgli energetycznych DZW w kierunku po- ³udniowym, po³udniowo-zachodnim i zachodnim s¹ niewielkie. G³êbokoœæ wystêpowania pok³adów roœnie od m do ponad 1500 m, a wystêpuj¹ tam prawie wy³¹cznie wêgle koksowe, specjalne i antracyty. Wniosek koñcowy Sugestie wykorzystania resztkowych zasobów wêgla dolnoœl¹skiego do podziemnego zgazowania nie maj¹ uzusadnienia wed³ug dotychczasowego stanu wiedzy o procesie PZW. Z³o a Dolnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego, uznane za nieperspektywiczne dla ponownego ich zagospodarowania na wiêksz¹ skalê tradycyjnymi technikami górniczymi, wydaj¹ siê równie nieatrakcyjne albo wrêcz wykluczone dla stosowania w nich podziemnego zgazowania wêgla. Praca wykonana w ramach Zadania Badawczego nr 3 finansowanego przez NCBiR na podstawie Umowy nr SP/E/3/7708/10 Literatura Bilans zasobów kopalin i wód podziemnych w Polsce wg stanu na 31 XII 2011 r., 2012, PSG, Pañstw. Inst. Geol. Pañstw. Inst. Bad., Warszawa. Ludwik-Parda³a M., Niemotko K., 2013 Przegl¹d metod podziemnego zgazowania wêgla na podstawie wybranych przeprowadzonych prób na œwiecie. Przegl. Górn., 69, 2, Nieæ M., 2012 Bariery i ograniczenia dla potrzeb podziemnego zgazowania wêgla. Biul. Pañstw. Inst. Geol., 448, Nieæ M., Cheæko J., Górecki J., Sermet E., 2013 Uwarunkowania geologiczno-z³o owe stosowania podziemnego zgazowania wêgla w polskich z³o ach wêgla kamiennego. Przegl. Górn., 69, 2, Nieæ M., 2009 Uwarunkowania geologiczne eksploatacji otworowej z³ó kopalin sta³ych i podziemnego zgazowania wêgla. Szko³a Ekspl. Podziemnej. Symp. i Konf. IGSMiE PAN 74, Ihnatowicz A., Jureczka J., 2008 Baza zasobowa wêgla kamiennego Dolnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego zmiany w okresie restrukturyzacji górnictwa i perspektywy zagospodarowania. Biul. Pañstw. Inst. Geol., 429, Jureczka J., Krieger W., Kwarciñski J., Wilk S., Galos K., Szlugaj J., Kamyk J., 2007a Studium mo liwoœci ponownego zagospodarowania z³ó kopalñ wêgla kamiennego likwidowanych w procesie restrukturyzacji górnictwa. CAG PIG, Warszawa. Jureczka J., Galos K., Krieger W., Szlugaj J., 2007b Ranking z³ó wêgla kamiennego kopalñ zlikwidowanych w procesie restrukturyzacji górnictwa po 1989 r., w aspekcie mo liwoœci ich ponownego zagospodarowania. Mat. XVII Konf. pt. Aktualia i perspektywy gospodarki surowcami mineralnymi. Wyd. IGSMiE PAN, Kraków. 294