EMISJA GAZÓW CIEPLARNIANYCH Z NIECZYNNEGO SZYBU - UWARUNKOWANIA, OCENA I PROFILAKTYKA

Transkrypt

1 II Konferencja Techniczna METAN KOPALNIANY Szanse i Zagrożenia 8 lutego 2017r. Katowice EMISJA GAZÓW CIEPLARNIANYCH Z NIECZYNNEGO SZYBU - UWARUNKOWANIA, OCENA I PROFILAKTYKA Paweł WRONA Zenon RÓŻAŃSKI Grzegorz PACH Politechnika Śląska, Wydział Górnictwa i Geologii ul. Akademicka 2A, Gliwice pawel.wrona@polsl.pl

2 W prezentacji przedstawiono problem wypływu gazów cieplarnianych ze zlikwidowanych kopalń na powierzchnię terenu poprzez nieczynne szyby. Główne zagrożenie w wypływających gazach mogą stanowić metan i dwutlenek węgla (GAZY CIEPLARNIANE). Ten problem był notowany we wszystkich zagłębiach górniczych na świecie, w tym także w niektórych częściach Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. W świetle możliwej likwidacji kolejnych kopalń w tym rejonie, zjawisko omawiane w niniejszym artykule może się nasilać. Prezentacja obejmuje: - podsumowanie dotyczące mechanizmu emisji gazów, - sposoby klasyfikacji zagrożenia gazowego, - możliwe rozwiązania dotyczące ochrony obiektów budowlanych istniejących i projektowanych na terenach zagrożonych niniejszym zjawiskiem. fot. autor

3 Obecność gazów na powierzchni zależy m.in. od: a) gazonośności pokładów węgla, b) miąższości nieprzepuszczalnego nadkładu, c) występowania zaburzeń tektonicznych, sięgających stropu karbonu, d) połączenia wyrobisk i zrobów z powierzchnią, e) bliskości czynnych szybów wentylacyjnych, f) odbudowy zwierciadła wód podziemnych i związanej z tym saturacji wody CO 2, g) zmian ciśnienia atmosferycznego oraz zamarzania gruntu podczas zimy. Możliwymi drogami emisji gazów kopalnianych na powierzchnię są: - zlikwidowane szyby górnicze, - zaburzenia tektoniczne (uskoki) sięgające stropu karbonu, pokłady węgla wraz z wychodniami. Niezasypany szyb górniczy stanowi drogę o największym prawdopodobieństwie wystąpienia wypływu. fot. autor

4 Schemat wypływu gazów z płytkiej (A - po lewej) i głębokiej (B - po prawej) części zlikwidowanej kopalni. C pokład węgla, U uskok rys. źródło własne

5 Rozpatrując poziom materiału zasypowego, zlikwidowane szyby górnicze można podzielić na: - zasypane w pełni, - zasypane częściowo, - niezasypane. Szyby zasypane posiadają poziom materiału zasypowego w pełni sięgający zrębu. Zamknięte są betonową płytą wyposażoną w otwór rewizyjny. Szyby zasypane częściowo powstają na skutek nagłego osunięcia się materiału zasypowego. Osunięcie wynika najczęściej z wieloletniego oddziaływania wód podziemnych na obszar podszybia, wymywanie materiału oraz korozję i uszkodzenia stosowanych tam zamykających. Szyby niezasypane są zazwyczaj pozostawione do celów specjalnych, takich jak prowadzenie pompowanie wód podziemnych w ramach ochrony sąsiednich czynnych kopalń. fot. autor

6 Według opracowania WUG i wynikającej z niego publikacji...na terenach pogórniczych zlikwidowanych kopalń według stanu na 2009r. wszystkich zlikwidowanych w GZW jest 887 szybów, 53 otwory wielkośrednicowe i 142 upadowe, (łącznie 1092 wyrobiska). Ponadto, na terenach pogórniczych 8 szybów wykorzystywanych jest jako pompownie głębinowe, 15 jako pompownie stacjonarne, 4 jako szyby ujściowe wody, jeden jako piezometr oraz 4 jako zbiorniki retencyjno-dozujące. Szybów niezasypanych jest zatem sumarycznie 32. fot. autor

7 Skala zjawiska Każdy przypadek jest inny. Konieczne jest wykonanie nomogramu gazowego dla konkretnego szybu. rys. źródło własne

8 Skala zjawiska Przypadek bez stwierdzonej emisji fot. autor

9 Skala zjawiska Nieczynny, aerodynamicznie drożny szyb fot. autor

10 Skala zjawiska Nieczynny, aerodynamicznie drożny szyb rys. źródło własne

11 Skala zjawiska Nieczynny, aerodynamicznie drożny szyb Natężenie emisji CO2 wahało się w ciągu 3 lat pomiarów pomiędzy 12.7 a kgco2/h. Gaz był wykryty w odległości do 43 m od szybu. rys. źródło własne Dla 162,3 kgco2/h przyjmując 24 h i emisję 365 emisja roczna wyniesie 1421 Mg CO2. Realna jest połowa lub 1/3 tej wartości, ale roczna emisja z szybu czynnej kopalni to Mg CO2. Zatem z szybu zlikwidowanego maksymalna wartość to 3.57 %.

12 Skala zjawiska Nieczynny szyb z emisją metanu Vgaz z poprzedniego diagramu może sięgać 0,7m3/s. Zakładając stężenie metanu 3,4%obj. emisja metanu może wynieść do 0,024m3/s, a zatem 85,7m3/h. wg I. Grzybek Przy założeniach jak w przypadku CO2 maksymalna roczna emisja wyniesie 750,7 Mg CH4.

13 W świetle możliwej likwidacji kolejnych kopalń na obszarze Górnośląskiego Zagłębia Węglowego powinna być przeprowadzona ocena zagrożenia gazowego, a miejsca oznaczone jako potencjalnie niebezpieczne powinny podlegać systematycznym pomiarom natężenia emisji. Istniejące klasyfikacje: - angielska, - czeska, - niemiecka - polska wg prof. Szlązaka - polska wg autora fot. autor

14 Klasyfikacja angielska wg E. Card

15 Klasyfikacja czeska Klasyfikacja czeska dzieli tereny na: - niezagrożone na obszarach o miąższości nadkładu skał trzecio- i czwartorzędowych powyżej 50 m, - zagrożone na obszarach o miąższości nadkładu poniżej 50 m, oraz - niebezpieczne na obszarach terenów zagrożonych, znajdujących się jednocześnie w skutecznym zasięgu wpływów działalności górniczej. fot. autor

16 Klasyfikacja niemiecka Ocena prowadzona jest z zastosowaniem na skali punktowej i z zastosowaniem wagi poszczególnych czynników takich jak: stopień zawodnienia, stan zabezpieczeń, rodzaj odbudowy, odgazowanie, głębokość szybu itd. fot. autor

17 Klasyfikacja polska wg prof. Szlązaka przykład dla metanu

18 Klasyfikacja polska wg autora punktów teren bardzo zagrożony, Kategoria punktów teren znacząco zagrożony, Kategoria punktów teren średnio zagrożony, Kategoria punktów teren umiarkowanie zagrożony, Kategoria 4. rys. źródło własne fot. autor

19 Klasyfikacja polska wg autora wybrane zalecenia rys. źródło własne

20 Podsumowanie Podobnie jak na obszarze Dolnośląskiego Zagłębia Węglowego w latach 90 tak i na obszarze Górnośląskiego Zagłębia Węglowego należy spodziewać się niekontrolowanej emisji gazów kopalnianych na powierzchnię wraz z możliwą likwidacją kolejnych kopalń. Wypływające gazy w swoim składzie mogą zawierać głównie metan i dwutlenek węgla, które są tzw. gazami cieplarnianymi i wpływają negatywnie na stan atmosfery, a ich nagromadzenia mogą stwarzać zagrożenie gazowe. Sam proces ma charakter lokalny i przejściowy lecz jak pokazują przykłady z innych krajów może być szczególnie niebezpieczny przy nagłych wypływach metanu do budynków mieszkalnych. W Polsce jak dotąd nie ma umocowań prawnych dotyczących stosowania pasywnej i aktywnej ochrony budynków przed zagrożeniem gazowym. Nieczynne szyby wprawdzie są monitorowane przez odpowiednie służby kopalń, lecz pomiary stężeń gazów prowadzone są często przypadkowo (np. podczas zwyżek barycznych, kiedy emisja gazów nie występuje). Zlikwidowane szyby nie należące do kopalń najczęściej nie są należycie obserwowane, głównie z uwagi na brak wiedzy zarządców terenu co do lokalizacji szybów i możliwego zagrożenia wynikające z tej obecności. Dziękuję za uwagę Politechnika Śląska, Wydział Górnictwa i Geologii ul. Akademicka 2A, Gliwice pawel.wrona@polsl.pl