Metan pok³adów wêgla na obszarze Górnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego

BOGACZ W. & KROKOWSKI J. 1981 Rotation of the Upper Silesian Coal Basin. Rocz. Pol. Tow. Geol., 51: 361 381. BU A Z., JACHOWICZ M. & ABA J. 1997 Principal characteristics of the Upper Silesian Block and Malopolska Block border zone (southern Poland). Geol. Mag., 134: 669 677. HERBICH E. 1981 Analiza tektoniczna sieci uskokowej GZW. Rocz. Pol. Tow. Geol., 51, 3-4: 383 434. JAROSZEWSKI W. 1994 Uskoki i zjawiska pokrewne. [W:] Dadlez R. & Jaroszewski W. (red.) Tektonika. PWN, Warszawa: 88 162. KOTAS A. 1968 Budowa geologiczna pod³o a utworów produktywnych GZW. Kwart. Geol., 12: 1088 1090. KOTAS A. 1972 Wa niejsze cechy budowy geologicznej GZW na tle pozycji tektonicznej i budowy g³êbokiego pod³o a utworów produktywnych. [W:] Problemy geodynamiki i t¹pañ, 1. Kom. Górnictwa PAN, Kraków: 5 55. KOTAS A. 1973 Mapa geologiczna GZW odkryta po karbon w skali 1 : 100 000. Arch. Pañstwowego Instytutu Geologicznego, OG Sosnowiec. KOTAS A. 1985 Uwagi o ewolucji strukturalnej GZW. [W:] Mat. Konf. Tektonika GZW. UŒ, Sosnowiec: 17 46. KOTAS A. & MALCZYK W. 1964 Rozwój warstw siod³owych i rudzkich w œwietle prac nad identyfikacj¹ pok³adów wêgla w GZW. Kwart. Geol., 8: 966 967. LISEK A. & TEPER L. 2004 Analiza rozmiarowych parametrów uskoków w KWK Staszic ; klucz do interpretacji ewolucji stref uskokowych. [W:] Mat. XXVII Symp. Geologia Formacji Wêglonoœnych Polski. AGH, Kraków: 93 98. NIZICKI R. Zró nicowanie przestrzenne geometrii systemu uskoku k³odnickiego. WNoZ UŒ, Sosnowiec (w przygotowaniu). PTAK A. Rozpoznanie warunków deformacji karboñskiej serii wêglonoœnej w pó³nocno-wschodniej czêœci Górnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego na podstawie analizy cech geometrycznych kopu³ siod³a g³ównego. WNoZ UŒ, Sosnowiec (w przygotowaniu). TEPER L. 1988 Okreœlenie charakteru deformacji górotworu karboñskiego na podstawie badañ niektórych geomechanicznych cech ska³ w pó³nocno-wschodniej czêœci Górnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego. Arch. G³ównego Instytutu Górnictwa, Katowice. TEPER L. 1989 Mezo- i makrotektoniczne przes³anki przesuwczych ruchów w pod³o u krystalicznym pó³nocno-wschodniej czêœci GZW. Pr. Kom. Nauk. PAN o. Katowice, 14: 40 41. TEPER L. 1996 Fault dimensions and displacements in mining area: northern part of the Upper Silesian Coal Basin. [In:] Idziak A.(ed.) Tectonophysics of Mining Areas. Wyd. UŒ, Katowice: 41 56. TEPER L. 1998 Wp³yw nieci¹g³oœci pod³o a karbonu na sejsmotektonikê pó³nocnej czêœci Górnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego. Wyd. UŒ, Katowice. TEPER L. 2000 Geometry of fold arrays in the Silesian-Cracovian Region of southern Poland. [In:] Cosgrove J.W. & Ameen M.S. (ed.) Forced Folds and Fractures. Geol. Soc. London. Spec. Publs. 169: 167 179. TEPER L. & LISEK A. 2006 Analysis of displacement geometry: A tool for identifying kinematic form of fault. Publ. Inst. Geophys. Pol, Acad. Sci., M-29 (395): 119 130. WALSH J.J. & WATTERSON J. 1990 New methods of fault projection for coalmine planning. Proc. Yorks. Geol. Soc., 48: 209 219. ABA J. 1995 Uskoki przesuwcze strefy krawêdziowej bloków górnoœl¹skiego i ma³opolskiego. Prz. Geol., 10: 838 842. Metan pok³adów wêgla na obszarze Górnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego Jan Kwarciñski 1, Jerzy Hadro 2 Coalbed methane in the Upper Silesian Coal Basin. Prz. Geol., 56: 485 490. J. Kwarciñski J. Hadro Abstract.Coalbedmethane (CBM) should be considered complementary to conventional gas. CBM resource is estimated at 28.5 billion m 3 for active coal mines in the Upper Silesian Coal Basin (USCB) and 124.5 billion m 3 for the prospective areas outside of coal mines. The large CBM resource of the USCB, which is comparable with all conventional gas reserves in Poland, could significantly improve the energy balance of our country. Currently, CBM is produced only in association with coal production, and methane is considered as a by-product of coal extraction. Methane production from active coal mines is 289 million m 3 whereas only 50% of methane gas is utilized. If the sizeable CBM resource of the USCB could be successfully combined with the state-of-the-art technologies of CBM production (horizontal wells), coalbed gas would soon become a significant portion of natural gas supply in Poland. Undoubtedly, an active role of the Polish government in stimulating CBM investments would significantly help to achieve this objective. Keywords: Upper Silesian Coal Basin, coalbed methane, horizontal drilling, CBM resource, CBM production Wystêpowanie wêglowodorów gazowych (g³ównie metanu) w utworach formacji wêglonoœnych jest genetycznie zwi¹zane z uwêgleniem substancji organicznej z³ó wêgla, przy czym istnieje równie mo liwoœæ wystêpowania m³odszych gazów pochodzenia biogenicznego. W Polsce do koñca lat 80. XX w. obecnoœæ tych gazów w z³o ach wêgla by³a postrzegana wy³¹cznie przez pryzmat zagro eñ gazowych podczas eksploatacji. Problematyce zagro eñ by³y podporz¹dkowane badania gazowe wykonywane w otworach wiertniczych na etapie poszukiwania i rozpoznawania z³ó wêgla kamiennego, jak równie 1 Pañstwowy Instytut Geologiczny, Oddzia³ Górnoœl¹ski, ul. Królowej Jadwigi 1, 41-200 Sosnowiec; jan.kwarcinski@ pgi.gov.pl 2 EurEnergy Resources Poland Sp. z o.o., Al. Jerozolimskie 30/7, 00-024 Warszawa; jurek.hadro@interia.pl w wyrobiskach górniczych w trakcie eksploatacji wêgla. Metan by³ dokumentowany wy³¹cznie jako kopalina towarzysz¹ca, natomiast jego eksploatacja ze z³ó wêgla kamiennego by³a traktowana g³ównie jako jeden ze sposobów zwalczania zagro eñ gazowych w czynnych kopalniach wêgla kamiennego. Zasadniczy zwrot w podejœciu do metanu w z³o ach wêgla kamiennego (MPW) nast¹pi³ po przemianach spo³eczno-gospodarczych na pocz¹tku lat 90., gdy sta³ siê on przedmiotem poszukiwania i rozpoznawania jako kopalina g³ówna. Inwestorzy zagraniczni zainteresowali siê MPW z Górnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego (GZW), gdy eksperci amerykañscy oszacowali zasoby metanu na obszarze GZW na 1 300 mld m 3. Mimo e (jak wykazano póÿniej) ta ocena by³a przesadzona, to w du ej mierze zadecydowa³a o rozwoju na terenie GZW badañ nad eksploatacj¹ MPW jako kopaliny g³ównej. 485

REGION PO UDNIOWY SOUTHERN AREA REGION PÓ NOCNY NORTHERN AREA Katowice Bielsko-Bia³a 0 5 10 15 20km Prekursorem badañ dotycz¹cych zasobów MPW jako kopaliny g³ównej w Polsce by³ Adam Kotas, pracownik Oddzia³u Górnoœl¹skiego Pañstwowego Instytutu Geologicznego w Sosnowcu. W latach 1990 1992 zespó³ pod kierunkiem Kotasa po raz pierwszy obliczy³ zasoby MPW w polskich zag³êbiach wêglowych, a nastêpnie na zlecenie Ministerstwa Œrodowiska opracowa³ pakiety informacyjne do przetargu na poszukiwanie i rozpoznawanie MPW na obszarze GZW. Kotas by³ te g³ównym autorem pierwszej dokumentacji MPW jako kopaliny g³ównej z³o a Paniowy-Miko³ów-Panewniki. Podsumowanie ówczesnej wiedzy dotycz¹cej MPW w zag³êbiu zosta³o opublikowane pod red. Kotasa w 1994 r., w Pracach Pañstwowego Instytutu Geologicznego, pt. Coal-bed methane potential of the USCB, Poland. 1000 granica GZW boundary of the USCB granica szacowania zasobów MPW boundary of the CBM resource estimation uskoki faults strop serii z³o owej MPW top of the CBM coals obszary kopalñ z udokumentowanymi zasobami MPW active coal mines with the proven CBM reserves obszary pozosta³ych kopalñ other active coal mines zasiêg modelu pionowej zmiennoœci metanonoœnoœci extent of vertical methane content changeability Ryc. 1. Strop podstawowej strefy pok³adów metanowych (strefy z³o owej MPW) w GZW Fig. 1. Top of the main gassy coal zone (CBM prospective interval) in the USCB zawartoœæ gazu [m /t, daf] gas content [m /t, daf] 3 3 12 10 8 6 4 2 0 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 refleksyjnoœc witrynitu [%] vitrinite reflectance [%] Ryc. 2. Zale noœæ gazonoœnoœci (metoda USBM) od refleksyjnoœci witrynitu w 18 otworach z rejonu niecki g³ównej Fig. 2. Relationship between coalbed gas content (USBM method) and vitrinite reflectance for 18 boreholes of the Main Syncline Rozmieszczenie metanu pok³adów wêgla na obszarze GZW W warunkach geologicznych panuj¹cych w GZW metan wystêpuje praktycznie wy³¹cznie w postaci gazu sorbowanego w mikro- i submikroporach wêglowego matriksu. Obecnoœæ gazu wolnego w spêkaniach i makroporach oraz metanu rozpuszczonego w wodzie z³o owej ma marginalne znaczenie. Pionow¹ zmiennoœæ metanonoœnoœci pok³adów wêgla na obszarze GZW opisuj¹ dwa podstawowe modele (Kotas, 1994): pó³nocny (Parmeable Cover Rocks), wg którego górotwór karbonu zosta³ odgazowany do g³êbokoœci 500 1000 m i g³êbiej; czynnikiem uszczelniaj¹cym górotwór i ograniczaj¹cym migracjê gazu w kierunku powierzchni s¹ s³abo przepuszczalne dla gazu osady i³owców i mu³owców karboñskich; po³udniowy (Impereable Cover Rocks), wg którego pionowa zmiennoœæ metanonoœnoœci pok³adów wêgla charakteryzuje siê wystêpowaniem dwóch maksimów zawartoœci metanu; pierwsze jest zwi¹zane z podstropow¹ stref¹ wtórnego 486

nagromadzenia metanu bakteryjnego w pok³adach wêgla (elementem uszczelniaj¹cym s¹ utwory miocenu), drugie (g³êbsze) jest zwi¹zane z zasiêgiem pierwotnego odgazowania górotworu (elementem uszczelniaj¹cym s¹ i³owce i mu³owce karboñskie). Po³o enie regionów geologiczno-gazowych na obszarze GZW przedstawiono na mapie stropu podstawowej strefy wystêpowania pok³adów silnie metanowych (strefy z³o owej MPW), definiowanej wystêpowaniem pok³adów o metanonoœnoœci co najmniej 4,5 m 3 /t csw (ryc. 1), przy czym umowna granica rozdzielaj¹ca zasiêg obu regionów jest definiowana wystêpowaniem w strefie wtórnego nasycenia pok³adów wêgla o metanonoœnoœci przynajmniej 2,5 m 3 /t csw. W obu regionach geologiczno-gazowych zaobserwowano bardzo zró nicowane profile metanonoœnoœci, ich wspólnymi cechami s¹ wystêpowanie strefy odgazowanej, wzrost metanonoœnoœci do wartoœci maksymalnych, a nastêpnie spadek metanonoœnoœci, czêsto znaczny. Jak dot¹d jedynym czynnikiem, który wykazuje zwi¹zek z pionowym rozk³adem metanonoœnoœci, jest rozk³ad dojrza³oœci termicznej substancji wêglowej wyra ony refleksyjnoœci¹ witrynitu (Ro). W niecce g³ównej GZW wystêpowanie strefy maksymalnych metanonoœnoœci koreluje siê z wartoœciami Ro 0,9 1,1% (ryc. 2). Odwzorowaniem kartograficznym lateralnego rozk- ³adu metanonoœnoœci jest mapa warstwicowa powierzchni stropowej pok³adów wêgla o metanonoœnoœci przewy - szaj¹cej 4,5 m 3 /t csw (ryc. 1). Powierzchnia ta definiuje jednoczeœnie strefê odgazowan¹. W regionie po³udniowym obraz dodatkowo jest zaburzony wystêpowaniem strefy wtórnego nasycenia pok³adów wêgla, która zalega p³ytko pod stropem karbonu. Strop podstawowej strefy pok³adów gazonoœnych (> 4,5 m 3 /t) wystêpuje na g³êbokoœci od ok. 1300 do ok. 150 m n.p.m. (400 1500 m p.p.t.). Zasadniczo nie stwierdzono zale noœci g³êbokoœci odgazowania od stratygrafii utworów karbonu, niemniej jednak na ograniczonym obszarze obserwujemy zgodnoœæ g³êbokoœci odgazowania z wystêpowaniem krakowskiej serii piaskowcowej. Ponadto w rejonie niecki g³ównej ukszta³towanie stropowej powierzchni pok³adów gazonoœnych jest w du ej mierze zgodne z ukszta³towaniem stropu powierzchni wêgli koksowych. Zasoby metanu pok³adów wêgla (MPW) na obszarze GZW Pierwsze szacunki zasobów metanu wykonano w po- ³owie lat 60. XX w. w kopalni 1 Maja (Zychowicz, 1964) oraz w kopalniach Rybnickiego Okrêgu Wêglowego (ROW) (Kucharczyk i in., 1965). Metodyka obliczania zasobów MPW, zastosowana w tych dokumentacjach, z niewielkimi modyfikacjami jest wykorzystywana do dziœ. Modyfikacje obliczenia zasobów metanu by³y g³ównie wynikiem zmieniaj¹cych siê kryteriów bilansowoœci. Zasoby metanu s¹ obliczane podczas dokumentowania zasobów kopaliny g³ównej wêgla kamiennego. Obecnie s¹ obliczane przede wszystkim zasoby metanu sorbowanego. Podstaw¹ dokumentowania zasobów MPW s¹ ca³kowite zasoby wêgla kamiennego (powiêkszone o nieudokumentowane zasoby wêgla w pok³adach o gruboœci wiêkszej od 0,1 m) oraz wyniki pomiarów metanonoœnoœci pok³adów wêgla. Zgodnie z aktualnie obowi¹zuj¹cymi kryteriami bilansowoœci zasoby MPW s¹ obliczane w wydzielonej strefie zasobowej, w której œrednia metanonoœnoœæ przekracza wartoœæ metanonoœnoœci resztkowej, do g³êbokoœci dokumentowania z³o a wêgla kamiennego. Obecnie na obszarze GZW w kopalniach czynnych s¹ udokumentowane 24 z³o a metanu jako kopaliny towarzysz¹cej. Bilansowe zasoby wydobywalne tych z³ó wynosz¹ 28 477 mln m 3, natomiast zasoby przemys³owe 3 556 mln m 3 (Bilans zasobów, 2007). Pierwsze szacowanie zasobów metanu pok³adów wêgla jako kopaliny g³ównej na obszarze GZW wykonano na pocz¹tku lat 90. (Kotas, 1990). Szacunek ten zosta³ wykonany z powodu koncesjonowania z³ó MPW. Obliczono zasoby metanu in situ, stosuj¹c metodê objêtoœciow¹ szacowania zasobów MPW, w znacznej mierze importowanej z USA. Jako warunki brzegowe szacunku zasobów MPW przyjêto: mi¹ szoœæ pok³adów wêgla > 0,3 m, g³êbokoœæ szacowania zasobów 1600 m, metanonoœnoœæ 4,5 m 3 /t csw tylko w podstawowej strefie pok³adów metanowych. W kolejnych latach ró ne instytucje (tab. 1) dokona³y ponownych wyliczeñ zasobów MPW. Wszystkie one dotyczy³y zasobów in situ i wykorzystywa³y metodê objêtoœciow¹, przy czym w kolejnych obliczeniach zmienia³y siê jedynie warunki brzegowe szacowania zasobów. Wszystkie szacunki zasobów MPW wykonane przez ró ne polskie instytucje by³y zbli one. Tab. 1. Zasoby metanu pok³adów wêgla na obszarze GZW Table 1. Coalbed methane resources for the USCB Wykonawca szacacowania zasobów MPW CBM resource estimated by Pañstwowy Instytut Geologiczny Kotas 1990 Polish Geological Institute Kotas, 1990 Katowickie Przedsiêbiorstwo Geologiczne Pêka³a, 1992 Geological Enterprise of Katowice Pêka³a, 1992 G³ówny Instytut Górnictwa Kaziuk i in., 1994 Central Mining Institute Kaziuk et al., 1994 Zasoby MPW CBM resource [10 9 m 3 ] 365 nie mniej ni 300 320 At least 300 320 442 Zupe³nie inne, znacznie wiêksze zasoby zosta³y oszacowane przez US EPA w 1991 r. Zasoby 1 300 mld m 3 (Report of US EPA, 1991) obliczono na podstawie zasobów wêgla kamiennego, wielkoœci eksploatacji wêgla kamiennego i emisji metanu. Pierwszy szacunek zasobów bilansowych wydobywalnych wykonano w roku 2006 (Kwarciñski, 2006). Te zasoby równie wyliczono metod¹ objêtoœciow¹, przy czym ograniczono szacowanie zasobów metanu do obszaru najbardziej perspektywicznego rejonu niecki g³ównej (ryc. 1). Zasoby obliczono w niezagospodarowanych z³o- ach wêgla, z³o ach zlikwidowanych kopalñ, terenach nieudokumentowanych oraz z³o ach czynnych kopalñ (poni ej 1000 m). Zasoby metanu obliczono w podstawowej strefie pok³adów metanowych, zgodnie z obowi¹zuj¹cymi kryteriami bilansowoœci, to jest do g³êbokoœci 1500 m, w pok³adach wêgla o minimalnej mi¹ szoœci 0,6 m oraz œredniej metanonoœnoœci wiêkszej od 2,5 m 3 /t csw. Wielkoœæ wydobywalnych, bilansowych zasobów metanu jako kopaliny g³ównej oszacowano na 124,5 mld m 3. Oszacowane zasoby MPW na obszarze Górnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego s¹ zbli one do wydobywalnych zasobów bi- 487

Tab. 2. Metanowoœæ kopalñ oraz iloœæ metanu ujmowanego i wykorzystywanego w kopalniach wêgla kamiennego GZW na tle wielkoœci wydobycia wêgla kamiennego (lata 1988 2006) (Grzybek, 1998; Konopko, 1993 2007) Table 2. Methane emission of coal mines and the volume of methane captured and utilized in the coal mines of the USCB versus hard coal production (years: 1988 2006) (Grzybek, 1998; Konopko, 1993 2007) Rok Year Metanowoœæ kopalñ Methane emission Metan ujêty Methane captured WskaŸnik ujêcia metanu [%] Percentage of captured methane Wykorzystanie ujêtego metanu Methane utilized WskaŸnik wykorzystania [%] Percentage of utilized methane Wydobycie wêgla [10 6 t] Coal production [10 6 t] Metanowoœæ relatywna [m 3 CH 4 / t wydobytego wêgla] Relative methane content [m 3 CH 4 / t of produced coal] 1988 996,0 280,4 28,2 205,9 73,4 188,5 5,28 1989 1011,6 283,5 28,0 201,1 70,9 171,4 5,90 1990 951,8 261,2 27,4 194,7 74,5 148,4 6,41 1991 875,3 251,6 28,7 191,1 75,9 139,9 6,26 1992 813,2 232,9 28,6 175,3 75,3 129,4 6,28 1993 757,3 213,3 28,2 167,6 78,6 126,4 5,99 1994 743,2 204,5 27,5 136,3 66,6 128,4 5,79 1995 725,6 198,3 27,3 137,1 69,1 130,6 5,56 1996 723,9 195,9 27,1 142,6 72,8 131,8 5,49 1997 773,3 205,2 26,5 140,4 68,4 133,0 5,81 1998 720,1 196,4 27,3 136,3 69,4 111,7 6,45 1999 750,8 218,0 29,0 131,7 60,4 104,9 7,16 2000 772,1 226,0 29,3 124,0 54,9 97,9 7,89 2001 757,0 219,7 29,0 131,8 60,0 98,5 7,69 2002 765,1 208,0 27,2 122,3 58,8 97,8 7,82 2003 798,3 227,1 28,4 128,1 56,4 95,8 8,33 2004 825,9 250,9 30,4 144,8 57,7 93,7 8,81 2005 851,1 255,3 30,0 144,8 56,7 91,7 9,23 2006 870,3 289,3 33,2 158,3 54,7 89,9 10,30 lansowych gazu konwencjonalnego w Polsce 134,3 mld m 3 (Bilans zasobów, 2007). Eksploatacja metanu jako kopaliny towarzysz¹cej Eksploatacja gazu (metanu) ze z³ó wêgla kamiennego jest œciœle zwi¹zana z jego form¹ wystêpowania. Metan wystêpuj¹cy w formie gazu wolnego jest wydobywany podobnie jak w konwencjonalnych z³o ach gazu ziemnego za pomoc¹ otworów wierconych z powierzchni. Eksploatacjê gazu wolnego prowadzono: ze z³o a Marklowice, gdzie w latach 1951 1976 wyeksploatowano ogó³em ponad 350 mln m 3 gazu (w przeliczeniu na czysty metan); w pó³nocnej czêœci kopalni Silesia, gdzie w latach 1965 1971 ujêto 10,75 mln m 3 metanu (Grudnik & W¹tor, 2000) oraz na obszarze górniczym kopalni Moszczenica, gdzie przez 5 lat jednym otworem wiertniczym eksploatowano metan, œrednie ujêcie wynioso 2 m 3 CH 4 /min (Krzysztolik & Kobiela, 1992). Równolegle z prowadzon¹ od pocz¹tku lat 50. eksploatacj¹ metanu wolnego prowadzono prace nad technologiami podziemnego odmetanowania wyrobisk górniczych. Pierwsz¹ podziemn¹ instalacjê do odmetanowania górotworu na obszarze GZW oddano do u ytku w 1959 r., na obszarze górniczym kopalni Silesia. W kolejnych latach odmetanowanie wprowadzono we wszystkich kopalniach ROW oraz w kopalni Brzeszcze. W kopalniach zlokalizowanych w centralnej i pó³nocnej czêœci zag³êbia instalacje podziemnego odmetanowania wprowadzano sukcesywnie w miarê pog³êbiania zak³adów wydobywczych. W 2005 r. odmetanowanie podziemne by³o prowadzone w 20 kopalniach wêgla kamiennego (Konopko, 2006). W okresie restrukturyzacji górnictwa wêglowego w Polsce, w latach 1988 2006, wydobycie wêgla z kopalñ Górnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego zmniejszy³o siê o ponad 50%, z 188,5 mln ton w roku 1988 do 89,9 mln ton w roku 2006. W analizowanym okresie metanowoœæ kopalñ wêgla kamiennego w GZW spad³a o ok. 17,1%, iloœæ metanu ujmowanego zwiêkszy³a siê nieznacznie o 3,2%, natomiast wykorzystanie metanu zdecydowanie spad³o o 23,1% (tab. 2). Równoczeœnie wskaÿnik ujêcia metanu w kopalniach GZW (stosunek iloœci ujêtego metanu do metanowoœci kopalñ) nieznacznie siê zmieni³ (z 28,2% w roku 1988 do 33,2% w 2006 r.), natomiast wskaÿnik wykorzystania ujêtego metanu (stosunek iloœci metanu wykorzystanego do iloœci metanu ujêtego) spad³ z 73,4% do 54,7%. Œwiadczy to jednoznacznie, e w górnictwie wêgla kamiennego odmetanowanie górotworu (eksploatacja metanu) jest traktowane przede wszystkim jako jeden ze sposobów zwalczania zagro eñ gazowych w kopalni. Jedn¹ z wa niejszych przyczyn takiego stanu rzeczy jest brak zachêt ekonomicznych do inwestowania w instalacje do ujmowania i przesy³u oraz wykorzystania gazu kopalnianego. Jednym ze sposobów rozwi¹zania problemu wykorzystania ujêtego gazu kopalnianego (zawartoœæ metanu 35 60%) mo e byæ zaliczenie tego gazu do Ÿróde³ energii odnawialnej (niekonwencjonalnej), wzorem Niemiec, 488

gdzie wprowadzenie odpowiedniej ustawy spowodowa³o niebywa³y wzrost wykorzystania gazu kopalnianego do produkcji energii elektrycznej. Produkcja energii elektrycznej z gazu kopalnianego ujmowanego w kopalniach czynnych i zlikwidowanych w Niemczech w latach 2000 2005 wzros³a ponad trzykrotnie, z ok. 250 GWh do prawie 900 GWh (dane: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe projekt Kohleflözgas im Steinkohlenbergbau, Niemcy, 2006). Ogó³em od pocz¹tku prowadzenia eksploatacji metanu na obszarze GZW, w latach 1951 2006, ujêto ok. 10,5 mld m 3 gazu (w przeliczeniu na czysty metan), z czego gospodarczo wykorzystano ok. 7 mld m 3. Perspektywy eksploatacji metanu jako kopaliny g³ównej Na obszarze GZW w latach 1991 1998 firmy AMOCO, TEXACO, Metanel oraz Pol-Tex Methane w ramach posiadanych koncesji prowadzi³y intensywne prace nad pozyskaniem MPW jako kopaliny g³ównej. Dzia³ania obejmowa³y równie próbne testy eksploatacji metanu. Zastosowana metoda eksploatacji polega³a na jednoczesnym udostêpnianiu wielu gazonoœnych pok³adów wêgla dziêki perforacji i szczelinowaniu hydraulicznemu. Prace, skoncentrowane w najbardziej zasobnym obszarze niecki g³ównej, nie zakoñczy³y siê sukcesem, pomimo zaanga- owania bardzo du ych œrodków finansowych i najnowoczeœniejszych, jak na owe czasy, technik badawczych. Przyczyn¹ niepowodzeñ by³y ma³e wydajnoœci produkowanego w czasie testów metanu, które nie gwarantowa³y op³acalnoœci inwestycji. Najwa niejszym czynnikiem geologicznym odpowiedzialnym za ten stan rzeczy jest bardzo ma³a przepuszczalnoœæ pok³adów wêgla. Od zakoñczenia prac geologicznych minê³o 10 lat. W tym czasie technologia eksploatacji metanu pok³adów wêgla zosta³a znacz¹co unowoczeœniona. Prze³omem technologicznym okaza³o siê zastosowanie wierceñ kierunkowych (poziomych) w udostêpnianiu gazonoœnych pok³adów wêgla. Szczególnie dobre wyniki daje skojarzenie wierceñ poziomych z wierceniem poni ej równowagi ciœnienia w otworze (under-balanced drilling). Odwierty poziome zapewniaj¹ bardzo rozleg³¹ powierzchniê drena u, natomiast wiercenie poni ej równowagi ciœnienia pozwala unikn¹æ uszkodzenia strefy przyodwiertowej. Dziêki zastosowaniu tych metod wiercenia w Stanach Zjednoczonych, Australii i Kanadzie produkuje siê obecnie gaz ze s³abo przepuszczalnych pok³adów wêgla, których eksploatacja, podobnie jak na obszarze GZW, zosta³a uprzednio uznana za nieop³acaln¹. Modelowym przyk³adem zastosowania technologii wierceñ poziomych jest zag³êbie wêglowe Arkoma w USA (Kêdzior i in., 2007). Po niepowodzeniach eksploatacji MPW z zastosowaniem klasycznej technologii wprowadzenie wierceñ horyzontalnych spowodowa³o skokowy wzrost op³acalnoœci inwestycji pod koniec lat 90. Obecnie zdecydowana wiêkszoœæ z ok. 500 odwiertów produkcyjnych to otwory horyzontalne. Pocz¹tkowo wydajnoœæ tych odwiertów z regu³y przekracza 0,5 mln cf/d (14 000 m 3 /d). Stosunek wydajnoœci odwiertów horyzontalnych do pionowych wynosi 10 : 1. Zasadniczo gaz pochodzi z jednego pok³adu o mi¹ szoœci 0,9 2,3 m, zalegaj¹cego na g³êbokoœci 400 900 m (Fisher, 2005; Cameron i in., 2007). Równie w Polsce, na obszarze GZW, firma EurEnergy w ramach posiadanej koncesji na poszukiwanie i rozpoznawanie z³ó MPW planuje wykonanie testów produkcyjnych metanu w otworach poziomych. Interesuj¹ce mo e byæ tak e wykorzystanie otworów poziomych po eksploatacji MPW jako geogeneratorów do podziemnego zgazowania wêgla w z³o u, a nastêpnie jako zbiorników podziemnej sekwestracji CO 2. Metan pok³adów wêgla nale y do akumulacji gazu niekonwencjonalnego, typu ci¹g³ego, które charakteryzuj¹ siê znacznymi zasobami, lecz nisk¹ przepuszczalnoœci¹ ska³ zbiornikowych i wymagaj¹ zastosowania specjalnych metod eksploatacji. Inne ni w z³o ach gazu konwencjonalnego musi byæ tak e podejœcie do op³acalnoœci takich inwestycji. Metan pok³adów wêgla mia³ szansê zaistnieæ w USA tylko dziêki aktywnej roli pañstwa, g³ównie dziêki sprzyjaj¹cym regulacjom podatkowym. Pocz¹tkowe wsparcie pañstwa zaowocowa³o powstaniem przemys³u wydobywczego MPW pos³uguj¹cego siê swoist¹ technologi¹ wiertnicz¹, która przede wszystkim jest znacznie tañsza od technologii stosowanej w konwencjonalnym przemyœle wydobywczym ropy i gazu. Dziêki temu MPW mo e teraz z powodzeniem konkurowaæ z konwencjonalnym gazem, pomimo niewielkich wydajnoœci produkcyjnych. Obecnie w USA wydobywa siê 50 mld m 3 metanu rocznie w kilkunastu zag³êbiach wêglowych, co stanowi 10% krajowej produkcji gazu suchego (dane: Energy Information Administration Coalbed Methane Proved Reserves and Production, USA, 2006), i wydobycie stale roœnie. W Polsce, jak i w ca³ej Europie, MPW, podobnie jak inne formy gazu niekonwencjonalnego, nie mog¹ siê przebiæ, z uwagi na ca³kowite zrównanie inwestycyjne z gazem konwencjonalnym. Jeœli weÿmie siê pod uwagê monopolistyczny rynek gazu oraz utrudniony dostêp do taniej technologii wydobywczej (bariery administracyjne dla importowania jej z USA lub Australii), jest to wci¹ niezbyt sprzyjaj¹cy klimat do inwestycji w MPW. W zwi¹zku z tym nawet obiecuj¹ce nowoczesne technologie, które potrafi¹ pokonywaæ ograniczenia wynikaj¹ce z niesprzyjaj¹cych czynników geologicznych, mog¹ nie wystarczyæ w konfrontacji z nasz¹ rzeczywistoœci¹ polityczno-ekonomiczn¹. Podsumowanie i wnioski 1) Zasoby metanu pok³adów wêgla na obszarze GZW wynosz¹: wydobywalne, bilansowe zasoby MPW kopalñ czynnych 28,5 mld m 3, wydobywalne, bilansowe zasoby MPW obszaru niecki g³ównej 124,5 mld m 3. Wielkoœæ wydobywalnych zasobów MPW na obszarze GZW jest zbli ona do wydobywalnych zasobów bilansowych gazu konwencjonalnego w Polsce 134,3 mld m 3 i mo e byæ istotna w bilansie energetycznym (gazowym) kraju, jeœli eksploatacja bêdzie ekonomicznie uzasadniona. 2) W górnictwie wêgla kamiennego odmetanowanie górotworu (eksploatacja gazu kopalnianego) jest traktowane przede wszystkim jako jeden ze sposobów zwalczania zagro eñ gazowych w kopalni. Brak mo liwoœci inwestycyjnych w kopalniach wêgla kamiennego powoduje, e prawie 50% metanu pierwotnie ujêtego jest emitowane do atmosfery. Jedn¹ z metod rozwi¹zywania tego problemu mo ne byæ zaliczenie (wzorem Niemiec) ujmowanego gazu kopalnianego do Ÿróde³ energii odnawialnej (niekonwencjonalnej). W krótkiej perspektywie powinno to doprowadziæ do zwiêkszenia wykorzystania ujêtego gazu 489

kopalnianego (metanu), a w d³u szej do wzrostu wielkoœci jego eksploatacji. 3) Wprowadzenie na obszarze GZW nowych (sprawdzonych w USA) technologii eksploatacji metanu pok³adów wêgla jako kopaliny g³ównej z zastosowaniem otworów horyzontalnych mo e przynieœæ wymierne korzyœci w postaci niezale noœci energetycznej. Jednak e obecna sytuacja rynku gazowego w Polsce, jak równie trudny dostêp do taniej technologii wydobywczej nie sprzyjaj¹ inwestowaniu w zagospodarowanie MPW. Tê sytuacjê mo e poprawiæ aktywnoœæ pañstwa, które bêdzie wspieraæ inwestycje w gaz niekonwencjonalny oraz odblokuje bariery administracyjne. 4) Cenna jest mo liwoœæ wykorzystania otworów poziomych do eksploatacji MPW jako geogeneratorów do podziemnego zgazowania wêgla w z³o u, a nastêpnie jako zbiorników podziemnej sekwestracji CO 2. Literatura Bilans zasobów kopalin i wód podziemnych w Polsce wg stanu na 31 XII 2006 r., 2007. Wyd. PIG. Warszawa. CAMERON J.R., PALMER I.D., LUKAS A. & MOSCHOVIDIS Z.A. 2007 Effectiveness of horizontal wells in CBM. International Coalbed Methane Symposium, Tuscaloosa, Al. FISHER J. 2005 CBM is the Place to Be. Oil and Gas Investor, A Supplement, December 2005. GRUDNIK J. & W TOR L. 2000 Ocena mo liwoœci eksploatacji metanu wolnego nagromadzonego przy stropie utworów karbonu w z³o u KWK Silesia. Pr. Nauk. G³. Inst. Gór. Ser. Konf. 8. GRZYBEK I. 1998 Emisja i wykorzystanie metanu w kopalniach Rybnickiego Okrêgu Wêglowego. Mat. konf. Ochrona œrodowiska w aspekcie gospodarki wodnej oraz gospodarczego wykorzystania odpadów i metanu w Rybnickim Okrêgu Przemys³owym. III Konferencja naukowo-techniczna, Jastrzêbie Zdrój, 26.10.1998. Katowice: 173 178. KAZUIK H., BROMEK T., CHEÆKO J. & CHUDZICKA B. 1994 Warunki wystêpowania metanu pok³adów wêgla w Górnoœl¹skim Zag³êbiu Wêglowym i jego zasoby. [W:] Miêdzynarodowa konferencja: Wykorzystanie metanu pok³adów wêgla, Katowice, 5 7.10.1994. Fundacja na rzecz efektywnego wykorzystywania energii, Katowice. KÊDZIOR S., HADRO J., KWARCIÑSKI J., NAGY S., M YNARCZYK M., ROSTOWSKI R. & ZALEWSKA E. 2007 Warunki naturalne wystêpowania i metody eksploatacji wybranych zag³êbiach wêglowych USA oraz mo liwoœci rozwoju eksploatacji tego gazu w Polsce sprawozdanie z wyjazdu szkoleniowego do USA. Prz. Geol., 55: 565 570. KONOPKO W. (red.) 1993 2007 Raporty roczne (1992 2006) o stanie podstawowych zagro eñ naturalnych i technicznych w górnictwie wêgla kamiennego. Wyd. GIG, Katowice. KOTAS A. (red.) 1990 Ocena stanu rozpoznania, wystêpowania i zasobów metanu pok³adów wêgla w polskich zag³êbiach wêglowych. CAG Pañstwowy Instytut Geologiczny, Warszawa. KOTAS A. (ed.) 1994 Coal bed methane potential of the Upper Silesian Coal Basin, Poland. Pr. Pañstw. Inst. Geol., 142: 1 81. KRZYSZTOLIK P. & KOBIELA Z. 1992 Technologia i bezpieczeñstwo wydobycia metanu z pok³adów wêgla oraz skutki dla przysz³ej eksploatacji wêgla. [W:] Mat. Konf. Workshop on the recovery and end-use of coal-bed methane. Wyd. GIG, Katowice. KUCHARCZYK J., GRÊBSKI Z. & ZDRZA EK E. 1965 Zasoby gazu ROW oraz mo liwoœci ich wykorzystania w przemyœle. Pr. Sekr. Nauk. RZPW. Rybnik. KWARCIÑSKI J. (red.) 2006 Weryfikacja bazy zasobowej metanu pok³adów wêgla na obszarze Górnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego. CAG Pañstwowy Instytut Geologiczny, Warszawa. PÊKA A Z. 1992 Metan pok³adów wêgla Górnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego problemy rozpoznawania i okreœlania zasobów. Metan pok³adów wêgla biuletyn. Fundacja na rzecz efektywnego wykorzystania energii. Nr 2. Katowice. Report of US EPA, 1991 Poland Coal Bed Methane Report Assessment of the Potential for Economic Development and Utilisation of Coalbed Methane Development in Poland. US Environmental Protection Agency, Washington, DC, USA. EPA/400/1-91/032. ZYCHOWICZ Z. 1964 Zabezpieczenie kopalñ przed eksploatacj¹ ze szczególnym uwzglêdnieniem odmetanowania. Arch. KWK Marcel, Wodzis³aw Œl. Œrodowisko hydrogeologiczne utworów pod³o a karbonu produktywnego w zapadlisku górnoœl¹skim Andrzej Ró kowski 1 Hydrogeological environment of the Paleozoic formations beneath the Productive Carboniferous in the Upper Silesian Foredeep. Prz. Geol., 56: 490 494. Abstract.Theinvestigations carried out in the deep boreholes Gocza³kowice IG-1 (3353.5 m) and Sosnowiec IG-1 (3442.6 m) in the Upper Silesian Foredeep allow to recognize the hydrogeological environment of the Paleozoic strata beneath the Productive Carboniferous. The results of investigations show that geological structure controls forming of hydrodynamic and hydrochemical conditions within the Upper Silesian Foredeep and it influences diversification of hydrogeological properties, water-bearing capacity and chemical composition of groundwater of the carbonate Lower Carboniferous-Devonian and siliciclastic Cambrian formations. Keywords: Upper Silesian Foredeep, deep aquifers, hydrogeological environment Oddzia³ Górnoœl¹ski Instytutu Geologicznego w Sosnowcu w latach 70. XX w. realizowa³, zgodnie z koncepcj¹ Kotasa (1969), Projekt wierceñ parametrycznych dla rozpoznania pod³o a utworów produktywnych Górnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego. Celem zadania badawczego, oprócz wyjaœnienia wielu problemów wg³êbnej budowy geologicznej zag³êbia, by³a równie weryfikacja hipotez wystêpowania z³ó bituminów w pod³o u utworów karbonu produktywnego oraz rozpoznanie jego œrodowiska hydrogeologicznego. W ramach projektu zosta³y odwiercone dwa najg³êbsze w zag³êbiu otwory wiertnicze: Sosnowiec IG-1 (3442,6 m) oraz Gocza³kowice IG-1 (3353,5 m). Otwory zosta³y zaprojektowane tak, by osi¹gnê³y pod³o e serii terygenicznej dewonu dolnego i w optymalny sposób umo liwi³y rozwi¹zanie zadania badawczego (ryc. 1). 490