Marek DZIENIEWICZ*, Adam KORUS**, Maciej KOTARBA*,

WARSZTATY 2006 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Mat. Symp. str. 109 126 Marek DZIENIEWICZ*, Adam KORUS**, Maciej KOTARBA*, Henryk SECHMAN*, Janusz FISZER*** * Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, Kraków ** Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej, Kraków *** Politechnika Wrocławska, Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii, Wrocław Zastosowanie powierzchniowych badań geochemicznych do oceny zagrożenia gazowego na obszarach zlikwidowanych kopalń Dolnośląskiego Zagłębia Węglowego Streszczenie W artykule przedstawiono wyniki powierzchniowych badań geochemicznych i pomiarów strumienia gazów złożowych dopływających do strefy przypowierzchniowej wykonanych w latach 1997 2001 i 2004 2005 na obszarach niecki wałbrzyskiej i niecki noworudzkiej. Wykonane badania geochemiczne były realizowane w wariancie gazu wolnego. Maksymalne stężenia metanu i dwutlenku węgla pomierzone w strefie przypowierzchniowej wynosiły odpowiednio ok. 50% obj. i 17% obj. Do pomiarów strumienia gazów złożowych dopływających do powierzchni wykorzystano zmodyfikowaną metodę komór statycznych. Maksymalne dopływy metanu i dwutlenku węgla wynosiły odpowiednio 620 dm 3 /m 2 godz. i 330 dm 3 /m 2 godz. Analiza uzyskanych wyników na tle opracowanego modelu geologiczno- -złożowego wykazała, że główną przyczyną obecności gazów złożowych w strefie przypowierzchniowej jest działanie tzw. tłoka wodnego. Znajomość mechanizmów migracji gazów i ich dynamiki dopływu do powierzchni pozwoliły na opracowanie skali potencjalnych zagrożeń występujących na obszarze niecki wałbrzyskiej. 1. Wprowadzenie Podstawy powierzchniowych gazowych metod geochemicznych, opierają się na rejestracji i analizie w warstwach przypowierzchniowych głównie metanu, wyższych węglowodorów gazowych i dwutlenku węgla. Ich obecność może być wynikiem naturalnej migracji gazów złożowych, współczesnych przemian biochemicznych, a także źródeł antropogenicznych. Jakościowo-ilościowy charakter przypowierzchniowego obrazu geochemicznego zależy od obecności źródła rozpraszania, jego składu chemicznego, głębokości zalegania, gradientów stężeń i ciśnień gazów, temperatury gleby, charakteru nadkładu, w tym litologii, tektoniki, warunków hydrogeologicznych, ekologii środowiska, zasięgu wpływu czynników zewnętrznych, topografii i fizjografii badanego terenu oraz działalności człowieka (Tedesco 1995; Vice, Halleck 1999; Dzieniewicz i in. 2002a, 2002b, 2002c; Kotarba i in. 2002; Sechman i in. 2002; Sechman 2004). Głównymi składnikami gazów złożowych występujących w Dolnośląskim Zagłębiu Węglowym są metan i dwutlenek węgla. Składnikami towarzyszącymi są cięższe homologi szeregu metanowego, hel i wodór (Kotarba 1988, 1990a, 1990b, 1990c, 2001). 109

M. DZIENIEWICZ i in. Zastosowanie powierzchniowych badań geochemicznych do oceny Zakończenie w latach 1994 1998 wydobycia węgla kamiennego oraz działalności systemu odwadniania i wentylacji likwidowanych kopalń w Okręgu Wałbrzyskim Dolnośląskiego Zagłębia Węglowego, spowodowało rekonstrukcję karbońskiego piętra wodonośnego. Systematyczne podnoszenie się zwierciadła karbońskiego piętra wodonośnego powoduje wypieranie dużej części gazów złożowych w kierunku powierzchni ( efekt tłoka ) (Fiszer i in. 2002). Migracji tych gazów sprzyjają systemy szczelin związanych z uskokami i skałami magmowymi oraz gęsta sieć wylotów szybów, szybików i wyrobisk mających połączenia z powierzchnią (Kotarba i in. 2002). Przemieszczanie się złożowego metanu i dwutlenku węgla, do stref przypowierzchniowych może powodować duże zagrożenie dla ludności mieszkającej na terenach pogórniczych, szczególnie niebezpieczne może to być w przypadku pozostawienia zjawisk gazowych poza kontrolą. Istotny jest również aspekt zagrożenia ekologicznego (np. efekt cieplarniany spowodowany dopływem dwutlenku węgla i metanu do atmosfery) (Clayton i in. 1995; Kotarba 1997). Powierzchniowe gazowe metody geochemiczne pozwalają na rejestrację podwyższonych, niebezpiecznych dla otoczenia, stężeń gazów złożowych w warstwach przypowierzchniowych, a także na prognozowanie miejsc ich powstawania. Należy pamiętać, że rejestrowane podwyższone stężenia metanu i dwutlenku węgla, w migrującym do powierzchni strumieniu gazów złożowych, mogą być wzmacniane przez ich kumulacje przypowierzchniowe. W związku z tym, w obszarach o podwyższonym stężeniu metanu i dwutlenku węgla w powietrzu podglebowym, podstawowym problemem jest oszacowanie wielkości i intensywności dopływu gazów złożowych. Ocenę wielkości strumienia gazów złożowych dopływających do strefy przypowierzchniowej można przeprowadzić za pomocą zmodyfikowanej metody komór statycznych (Korus i in. 2003). Powierzchniowe badania geochemiczne i pomiary wielkości strumienia gazów złożowych dopływających do powierzchni mogą być wykorzystywane do oceny zagrożeń gazowych, związanych z likwidacją kopalń. W tym aspekcie od 1997 r. zespół pracowników Wydziału Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska i Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie prowadził i kontynuuje badania w zabudowanych obszarach Wałbrzycha, Boguszowa-Gorców i Nowej Rudy. 2. Cel i zakres wykonanych badań W Dolnośląskim Zagłębiu Węglowym powierzchniowe badania geochemiczne prowadzono w okresach od 1997 2001 i 2004 2005. Badaniami objęto wybrane obszary niecki wałbrzyskiej i niecki noworudzkiej. 2.1. Niecka wałbrzyska W latach 1997 1998 na obszarach Wałbrzycha i Boguszowa-Gorców wykonano badania rekonesansowe wzdłuż 23 profili o całkowitej długości ok. 30 km (Dzieniewicz i in. 2002a). Na profilach tych usytuowano 1116 geochemicznych punktów pomiarowych. Celem tych badań było rozpoznanie stężenia dwutlenku węgla i metanu w powietrzu podglebowym do głębokości 2 m. Na podstawie uzyskanych wyników wytypowano 14 obszarów do badań szczegółowych, 4 profile do badań cyklicznych, a także 94 stanowiska do badań głębokościowych (rys. 2.1). 110

WARSZTATY 2006 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie I P-1 A -12 A -11 A -14 A -21 A -15 II A -62 A -68 III P-2 IV P-4 A -67 A -5 A -22 A -13 A -23A -71 A -63 A -24 A -16 A -20 A -17 P-3 XXIII V XIX VI P-5 P-0 P-9 A -36 A -25 A -28 A -6 A -29 VII XXIV XVIII A -35 A -1 A -70 P-10 A -64 A -60 A -66 A -52 A -56 A -53 P-8 XVII VIIIa XXII A -65 VIII P-6 P-15 A -2 IX P-11 P-11 A -10 A -73 A -3 A -4 A -9 A -8 A -19 A -7 A -18 A -37 A -51 A -55 A -44 A -43 A -39 A -57 A -58 A -30 A -47 A -46 X A -54 A -48 A -61 A -38 XIII XII XIV XI A -26 A -42 A -31 A -32 A -33 A -34 A -41 A -50 A -45 A -27 A -49 A -40 XX XXI P-12 A -59 XV P-13 P-14 IVII IV W -1 IV A-1 P-1 17 18 Rys. 2.1. Lokalizacja powierzchniowych badań geochemicznych na tle głównych elementów geologicznych niecki wałbrzyskiej 1 górnoproterozoiczne gnejsy Gór Sowich; 2 utwory dolnego karbonu; 3 7 formacje górnego karbonu (3 wałbrzyska, 4 białokamieńska, 5 żaclerska, 6 glinicka, 7 ludwikowicka, 8 permska formacja z Krajanowa); 9 11 karbońskie i permskie skały magmowe (9 ryolity 10 trachybazalty, 11 tufy riolitowe); 12 dolnopermskie skały magmowe; 13 uskok; 14 oś niecki; 15 przekroje, wzdłuż których prowadzono rekonesansowe powierzchniowe badania geochemiczne; 16 miejsce pobrania próbek gazów złożowych; 17 stanowisko pomiaru wielkości strumienia dopływających gazów złożowych; 18 obszary, w których wykonano szczegółowe powierzchniowe badania geochemiczne Fig. 2.1. Location of surface geochemical survey and the main geological elements of the Wałbrzych Coal Sub-basin 1 the Sowie Góry Mts. Gneiss Block Upper Proterozoic; 2 Lower Carboniferous strata; 3 to 7 Upper Carboniferous strata (3 Wałbrzych Fm., 4 Biały Kamień Fm., 5 Žacleř Fm., 6 Glinik Fm., 7 Ludwikowice Fm.); 8 Permian Krajanów Fm.; 9 to 11 Carboniferous and Permian volcanic rocks (9 rhyolies, 10 trachybasalts, 11 rhyolitic tuffs); 12 Lower Permian volcanic strata; 13 faults; 14 axis of syncline; 15 measurement lines of near-surface geochemical survey; 16 location of sites of coal-bed gases sampled; 17 location of sites of natural emission and forced influx of gases; 18 areas of near-surface geochemical survey 111

M. DZIENIEWICZ i in. Zastosowanie powierzchniowych badań geochemicznych do oceny Szczegółowe powierzchniowe badania geochemiczne na 14 wytypowanych obszarach o ogólnej powierzchni ok. 9 km 2 przeprowadzono w latach 1999 2001. Ogółem z obszarów tych pobrano 3333 próbki gazu podglebowego z punktów pomiarowych rozmieszczonych w narożach regularnych siatek (Dzieniewicz i in. 2002b). Badania te zlokalizowane były przede wszystkim w terenach zabudowanych, a ich celem było wyznaczenie stref o anomalnych stężeniach metanu i dwutlenku węgla, potencjalnie zagrażających zdrowiu i życiu ludzi. Badania cykliczne na czterech wytypowanych profilach prowadzono w latach 1997 2001 i 2004 2005. W tym czasie pobrano odpowiednio 2453 i 924 próbki gazu podglebowego. Badania te prowadzono w ustalonych odstępach czasowych. Ich celem było określenie dynamiki zmian stężeń metanu i dwutlenku węgla w warstwach przypowierzchniowych a także stwierdzenie zmian stopnia zagrożenia gazowego po upływie 3 lat (Kotarba i in. 2006). Na 94 wytypowanych stanowiskach wykonano rozpoznanie nasycenia warstw przypowierzchniowych metanem i dwutlenkiem węgla na różnych głębokościach w interwale do 4,3 m. Badania te wykonano w 8 cyklach pomiarowych od grudnia 1997 do października 1999 (Sechman i in. 2002). Łącznie wykonano 239 sondowań geochemicznych, z których pobrano 595 próbek gazu, analizując je na zawartość metanu i dwutlenku węgla. Ponadto na obszarze Wałbrzycha i Boguszowa-Gorców wykonano pomiary stężeń metanu i dwutlenku węgla na głębokości do 2 m w otoczeniu 18 szybów kopalnianych. Badania te wykonano w okresie 1997 2001, pobierając 86 próbek gazu podglebowego (Dzieniewicz i in. 2002a). Celem tych badań była ocena mechanizmów migracji gazów kopalnianych w strefach przyszybowych. W oparciu o wyniki rekonesansowych i szczegółowych powierzchniowych badań geochemicznych wytypowano 73 stanowiska do szczegółowych pomiarów naturalnej emisji i wymuszonego dopływu gazów. Ogółem pobrano ok. 3000 próbek gazu. Celem tych badań była ocena szybkości dopływu metanu i dwutlenku węgla z górnokarbońskich formacji węglonośnych do strefy przypowierzchniowej. Badania te pozwoliły na zhierarchizowanie obszarów pod względem potencjalnych zagrożeń (Korus i in. 2002). W latach 1999 2001 opróbowano 68 stanowisk, a w roku 2004 5 stanowisk. 2.2. Niecka noworudzka W roku 2004 na obszarze niecki noworudzkiej wykonano rozpoznawcze powierzchniowe badania geochemiczne wzdłuż 7 profili. 3 z nich zlokalizowano w obrębie pola Piast, 3 w obrębie pola Słupiec oraz jeden profil w strefie zlikwidowanych szybów Wacław i Wanda. Wybór profili pomiarowych został dokonany na podstawie analizy danych geologicznych, hydrogeologicznych, górniczych, rozkładu wgłębnej gazonośności (metanonośności) oraz topograficznych. Lokalizacja profili uwzględniała główne elementy tektoniki badanego obszaru, strefy wychodni pokładów, zasięgi eksploatacji, rejony podtopień wywołanych rekonstrukcją zwierciadła wód karbońskiego piętra wodonośnego, a także rejony zurbanizowane. Pobrano 340 próbek gazu podglebowego z głębokości do 2 m, w których określono stężenia metanu i dwutlenku węgla (rys. 2.2). W 5 miejscach, gdzie stwierdzono podwyższone stężenie metanu i/lub dwutlenku węgla, wykonano pomiary wielkości strumienia dopływających gazów złożowych zmodyfikowaną metodą komór statycznych (rys. 2.2). 112

WARSZTATY 2006 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Up. "K azim ierz" O. G. "L U D W IK O W IC E K Ł O D Z K IE " Jugów Świerki Szt."Wacław" 211 VII 207 "Wanda" "Wacław" 196 U skok Brzeżny G Ó R Y S O W I E " Ludmiła" "P olny " Ludwikowi ce K łod zkie U p. "Pniaki I i II" O B N I Ż E N I E N O W O R U D Z K I E O.G. "N O W A R U D A " "Bolesła w" Przygórze "Świdnicki" WZGÓRZA WŁODZICKIE 250 V A-76 "Drogosław" 195 IV 347 A-75 A-7 8 297 "Anna" "Lech" VI 141 "Piast I" "Piast II" O. G. " P R Z Y G Ó R Z E " " Went V" W olibórz A-77 296 Nowa Ruda "Zac isz e" Us kok W iel ki Dzikowie c Włodowice Us kok Dz iko wie c Objaśnienia: 1 2 O.G. "SŁ UP IE C" 32 G A R B D Z I K O W C A I A-74 II 79 " Nowy II" 31 3 1 "Jan" "Nowy I" "An na " 4 5 140 III 80 6 1 I 31 7 89 0 1 2 km Uskok Ścinawki O B N I Ż E N I E B O Ż K O W A Szt."Aleksand er" A-7 4 9 Bożków Rys. 2.2. Lokalizacja powierzchniowych badań geochemicznych na obszarze niecki noworudzkiej 1 tereny zabudowane; 2 główne drogi; 3 granice dawnych obszarów górniczych; 4 zasięg dokonanej eksploatacji; 5 zlikwidowane szyby; 6 stare sztolnie; 7 główne uskoki tektoniczne; 8 wykonane profile gazowe; 9 stanowisko pomiaru wielkości strumienia dopływających gazów złożowych Fig. 2.2. Location of surface geochemical survey in the Nowa Ruda Trough 1 urban areas; 2 main roads; 3 boundaries of former mining fields; 4 range of completed coal exploitation; 5 remediated shafts; 6 old adits; 7 main faults; 8 gas measurement lines; 9 measurement sites of coal-bed gas influx 113

M. DZIENIEWICZ i in. Zastosowanie powierzchniowych badań geochemicznych do oceny 3. Metodyka 3.1. Terenowe opróbowanie geochemiczne Powierzchniowe opróbowanie geochemiczne polegało na poborze próbek powietrza podglebowego gazu wolnego, wypełniającego wolne przestrzenie w przypowierzchniowym środowisku skalnym. Generalnie próbki pobierano z głębokości większej niż 1,2 m. Przyjęta głębokość opróbowania geochemicznego, w świetle badań eksperymentalnych (Dzieniewicz i in. 1979, 1985; Sechman 2006) potwierdzonych wynikami tego typu badań na świecie (Tedesco 1995; Klusman 1993; Saunders i in. 1993), pozwala na eliminację zaburzających czynników atmosferycznych. Do poboru próbek gazu podglebowego używano specjalnej sondy geochemicznej, gazoszczelnej strzykawki oraz naczyń na próbki. Sondę geochemiczną wbijano do głębokości opróbowania, a następnie za pomocą gazoszczelnej strzykawki zasysano gaz wypełniający wolne przestrzenie w środowisku skalnym. Pobrana próbka gazu była następnie przetłaczana ze strzykawki do specjalnego pojemnika i transportowana do polowego laboratorium. Opatentowany w Zakładzie Surowców Energetycznych AGH sposób i metodyka pomiarów terenowych zapewnia sterylny pobór próbki gazu glebowego, polegający na wyeliminowaniu zakłócającego wpływu atmosfery (Dzieniewicz i Sechman, 2001, 2002). W niecce wałbrzyskiej w latach 1999 2001 założone kroki pomiarowe na profilach wynosiły 25 m, w przypadku siatek badawczych 50 m. Ten ostatni zastosowano również w latach 2004 2005 w badaniach wykonywanych wzdłuż profili na obszarze niecki noworudzkiej. W niektórych przypadkach, ze względu na istniejące warunki topograficzne lub charakter zabudowy miejskiej krok pomiarowy ulegał zmianie. 3.2. Badania analityczne Analizy wszystkich pobranych próbek gazów podglebowych zostały wykonane metodą chromatografii gazowej w zorganizowanym laboratorium polowym, wykorzystującym mobilny chromatograf gazowy SRI 810C. Do rozdziału metanu i dwutlenku węgla w pobranych próbkach gazów zastosowano kolumnę chromatograficzną Carboxen 1000. Do oznaczeń ilościowych wykorzystano detekcję seryjną stosując detektor cieplno-przewodnościowy (TCD) oraz detektor płomieniowo-jonizacyjny (FID). Obróbkę sygnału z detektorów TCD i FID przeprowadzono za pomocą programu całkującego PeakSimple for Windows wersja 2.83. Kalibrację układu analitycznego wykonano przy pomocy wzorcowych mieszanek gazowych Scott IV. Błąd stężenia w wykonanych analizach został oszacowany na poziomie 5% wartości mierzonej. 3.3. Sposób oszacowania szybkości dopływu gazów złożowych do strefy przypowierzchniowej Do oceny wielkości strumienia gazów dopływających do strefy przypowierzchniowej wykorzystano zmodyfikowaną (Korus i in. 2003) metodę komór statycznych (Leventhal 1992). Metoda ta polega na pomiarze stężeń gazów w komorze w określonych przedziałach czasowych, co pozwala na ocenę szybkości zmian stężeń. 114

WARSZTATY 2006 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie 3.3.1. Pobór próbek gazowych W miejscu pomiaru ustawiano komorę (rys. 3.1) o objętości Vp, z której w określonych odstępach czasu pobierano próbki powietrza w celu określenia naturalnej emisji. Niekontrolowany dopływ gazu może być spowodowany przerwaniem ciągłości warstw przypowierzchniowych gleby lub pęknięciami fundamentów budynków usytuowanych w obszarach o podwyższonym stężeniu metanu i dwutlenku węgla. Przerwanie ciągłości gleby było symulowane przez otwór o średnicy 1 cm i głębokości 2 m wykonany w miejscu pomiaru naturalnej emisji (Korus i in. 2001). Nad otworem ustawiano komorę i mierzono sumę naturalnej emisji i wymuszonego dopływu CH 4 lub CO 2. Na każdym stanowisku pomiar wykonywano w 3 5 punktach w celu oszacowania zmian wielkości naturalnej emisji i wymuszonego dopływu gazów, których źródłem są zmiany struktury gleby w rejonie pomiaru. przepona gumowa komora statyczna uszczelnienie powierzchnia terenu d = 1 cm l = 200 cm otwór kontrolny Rys. 3.1. Schemat pomiaru dopływu metanu i dwutlenku węgla do strefy przypowierzchniowej z górnokarbońskich utworów węglonośnych Fig. 3.1. Measurement scheme for determining methane and carbon dioxide flux from Upper Carboniferous coal-bearing strata to the near-surface zone 3.3.2. Analizy próbek gazowych W pobranych próbkach powietrza oznaczano stężenia metanu i dwutlenku węgla metodą chromatografii gazowej, zgodnie z metodyka przedstawioną w rozdz. 3.2. Wyniki analiz chromatograficznych wykorzystano do wyznaczenia funkcji opisujących zmiany stężeń CH 4 lub CO 2 w komorze w zależności od czasu. Zmiany stężeń metanu i dwutlenku węgla w czasie zobrazowano na przykładzie stanowiska A-10 (rys. 2.1, 3.2). 115

M. DZIENIEWICZ i in. Zastosowanie powierzchniowych badań geochemicznych do oceny stężenie metanu (% obj.) A stężenie metanu (% obj.) B stężenie dwutlenku węgla (% obj.) C stężenie dwutlenku węgla (% obj.) D Rys. 3.2. Stężenie metanu i dwutlenku węgla w pomiarowej komorze statycznej w rejonie A-10 (A) naturalna emisja metanu, (B) naturalna emisja metanu i wymuszony dopływ metanu, (C) naturalna emisja dwutlenku węgla, (D) naturalna emisja dwutlenku węgla i wymuszony dopływ dwutlenku węgla Fig. 3.2. Concentration of methane and carbon dioxide in static chamber in A-10 site (A) natural emission of methane, (B) natural emission of methane and forced influx of methane, (C) natural emission of carbon dioxide, (D) natural emission of carbon dioxide and forced influx of carbon dioxide 3.3.3. Sposób obliczania szybkości dopływu Dopływ gazów złożowych (CH 4 lub CO 2) do strefy przypowierzchniowej może być opisany równaniem (3.1): D(s) = E n+d E n (3.1) gdzie: D(s) wymuszony dopływ gazów złożowych do strefy przypowierzchniowej, E n+d suma naturalnej emisji CH 4 lub CO 2 oraz wymuszonego dopływu tych gazów do strefy przypowierzchniowej, E n naturalna emisja CH 4 lub CO 2. 116

WARSZTATY 2006 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Emisja gazu z gleby opisana jest równaniem (3.2): gdzie: E emisja gazu, dm/dt zmiana masy gazu w czasie, A powierzchnia emisji. dm 1 E (3.2) dt A Wykorzystując równanie stanu gazu i związek dm = dcv pρ (dc zmiana stężenia, ρ gęstość gazu), otrzymujemy zależność (3.3): dc MWTo p 1 E V p (3.3) dt MVp T A gdzie: MW ciężar cząsteczkowy gazu, MV objętość 1 mola gazu w warunkach normalnych (p = 1013 hpa, T o = 273 K), T temperatura gleby (K), T = 273 + t gl( o C), p ciśnienie atmosferyczne w czasie pomiaru (hpa). Wstawiając do równania (3.3) odpowiednie wartości dla CH 4 i CO 2 otrzymamy zależności (3.4) i (3.5): V CH p 16 273 p 4 CH 4 En nn (3.4) A 22,4 1013 (273 t ) gdzie: V p A CH n 4 n CO n 2 n oraz parametr komory, E CO2 n o gl V p (3.5) A 22,4 44 273 p CO2 nn 1013 (273 t gl ) = dc/dt dla t 0 (szybkość narostu stężenia CH 4 w komorze), = dc/dt dla t 0 (szybkość narostu stężenia CO 2 w komorze). CH 4 CO2 Otrzymane na podstawie funkcji narostu stężenia w komorze parametry nn i nn oraz CH 4 CO2 CH 4 CO2 nn D i nn D wykorzystane są do obliczenia wielkości naturalnej emisji gazu ( En i E n ) oraz sumy naturalnej emisji i wymuszonego dopływu gazów do strefy przypowierzchniowej CH 4 CO2 ( E i E ). Wymuszony dopływ szacowany jest na podstawie zależności (3.6) i (3.7): n D n D D( s) CH 4 CH4 CH4 E E (3.6) n D n D( s) CO2 En E (3.7) CO2 n D CO2 n 117

M. DZIENIEWICZ i in. Zastosowanie powierzchniowych badań geochemicznych do oceny 4. Wyniki badań i ich ocena 4.1. Powierzchniowe badania geochemiczne Maksymalne stężenie metanu pomierzone wzdłuż profili rozpoznawczych usytuowanych na obszarze niecki wałbrzyskiej wynosiło ok. 15,5% obj., a dwutlenku węgla 8,3% obj. Średnie stężenie metanu dla badanych profili wynosiło 731,5 ppm, a dwutlenku węgla 1,07% obj. Spośród 1116 pobranych próbek, w 40 z nich stężenie metanu przekraczało 0,01% obj., co stanowi 3,6% całej populacji. W 7 próbkach stężenie metanu przekraczało 5% obj., co stanowi 0,6% wszystkich próbek. Natomiast w 417 próbkach pomierzone stężenie dwutlenku węgla przekraczało 1% obj., to jest w 37,4% wszystkich próbek, a w 25 próbkach stężenie przekraczało 4% obj., co stanowi 2,2% badanych próbek (Dzieniewicz i in. 2002a). Maksymalne stężenie metanu pomierzone wzdłuż profili usytuowanych na obszarze niecki noworudzkiej wynosiło ok. 7,8% obj., a dwutlenku węgla ok. 5,8% obj. Średnie stężenie metanu dla badanych profili to ok. 370 ppm, a dwutlenku węgla ok. 1,2% obj. Spośród 340 pobranych próbek w 5 z nich stężenie metanu przekraczało 0,01% obj., co stanowi 1,5% całej populacji. Natomiast w 1 próbce stężenie metanu przekraczało 5% obj. Z kolei w 146 próbkach pomierzone stężenie dwutlenku węgla przekraczało 1% obj., co stanowi 43% pobranych próbek. W 9 próbkach stężenie przekraczało 4% obj., co stanowi ok. 3% pobranych próbek. Stężenia metanu pomierzone na 14 kontrolnych obszarach w obrębie niecki wałbrzyskiej dochodziły do 50% obj., a dwutlenku węgla do 17,4% obj., przy średnich stężeniach wynoszących odpowiednio: 487 ppm i ok. 1,2% obj. Spośród 3333 próbek w 96 próbkach stwierdzono stężenie metanu przekraczające 100 ppm, a w 5 próbkach powyżej 5%. Stanowi to odpowiednio ok. 3% i 0,2% wszystkich badanych próbek (Dzieniewicz i in. 2002b). Maksymalne stężenie metanu, określone w badaniach zmienności stężeń do głębokości ok. 4 m wynosiło 30,7% obj. Stężenie to zarejestrowano w interwale głębokościowym 2 3 m. Natomiast maksymalne stężenie dwutlenku węgla wynoszące 15,7% obj. określono w interwale 3 4,3 m. W badaniach tych w ok. 19% badanych próbek stężenia metanu przekraczały 500 ppm, a w ok. 10% badanych próbek stężenia były wyższe od 2% obj. Stężenia dwutlenku węgla powyżej 2,5% obj. zarejestrowano w ok. 25% badanych próbek, a stężenia powyżej 6,5% obj. zarejestrowano w prawie 5% badanych próbek (Sechman i in. 2002). Maksymalne stężenie metanu pomierzone w strefach przyszybowych na obszarze niecki wałbrzyskiej wynosiło 1016 ppm, a dwutlenku węgla prawie 4% obj. (Dzieniewicz i in. 2002a). Natomiast w strefach przyszybowych na obszarze niecki noworudzkiej stężenia te wynosiły odpowiednio ok. 26 ppm i ok. 0,5% obj. Rejestrowane stężenia metanu i dwutlenku węgla w badanych obszarach generalnie znacznie przekraczają stężenia gazów występujących w strefach przypowierzchniowych basenów naftowych i węglowych (Saunders i in. 1993; Dzieniewicz i in. 2002a, 2002b, 2002c, Kotarba i in. 2002; Sechman i in. 2002). Kompleksowa analiza zmian przypowierzchniowego rozkładu stężeń metanu i dwutlenku węgla na tle opracowanego modelu geologicznego, hydrodynamicznego i górniczo-złożowego, a także wykonane badania składu trwałych izotopów węgla w metanie i dwutlenku węgla (Fiszer i in. 2002; Kotarba i Kominowski 2002; Winnicki i in. 2002; Kotarba i Korus 2002) wykazały, że główną przyczyną wzrostu stężeń metanu i dwutlenku węgla w warstwach przypowierzchniowych jest podnoszący się poziom wód karbońskich. Natomiast głównymi drogami migracji, wypieranych ku powierzchni gazów złożowych są szczeliny związane 118

WARSZTATY 2006 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie z uskokami i skałami magmowymi oraz kontaktem tych skał ze skałami osadowymi, krawędzie płytkiej eksploatacji i stare wyrobiska, wychodnie nie eksploatowanych pokładów węgla. Przedostające się do powierzchni gazy mogą bezpośrednio ulatniać się do atmosfery lub migrować horyzontalnie w utworach przypowierzchniowych szukając dogodnych dróg ujścia. Przed ucieczką do atmosfery mogą one napełniać wszelkiego rodzaju obiekty (np. piwnice, studzienki telekomunikacyjne, kanały itp.), zagrażając zdrowiu i życiu ludzi (Kotarba i in. 2002; Kotarba i Korus 2002). Powyższe stwierdzenia potwierdzają m. in. przykłady rozkładów stężeń metanu i dwutlenku węgla wzdłuż profilu V (rys. 4.1) usytuowanego w niecce wałbrzyskiej i profilu I (rys. 4.2) usytuowanego w niecce noworudzkiej. 4.1.1. Profil V niecka wałbrzyska Rozkład pomierzonych stężeń metanu i dwutlenku węgla jest bardziej zróżnicowany w części południowo-zachodniej profilu niż w jego części północno-wschodniej. W tej pierwszej (punkty 423 do 298) stężenia fluktuują na wyższym poziomie, są wyraźniejsze i osiągają swoje maksymalne wskazania. Pomierzone tutaj maksymalne stężenie metanu wynosiło 1,6% obj., a dwutlenku węgla około 5,5% obj. W rejonie tym wyróżnić można dwie strefy anomalne o kontrastowym, podobnym charakterze zmian zarówno stężeń metanu jak i dwutlenku węgla. Pierwsza z nich skupia się wokół punktu pomiarowego 267, druga wokół punktu 282. Charakter tych zmian wskazuje na efuzyjno-filtracyjny sposób migracji metanu i dwutlenku węgla. Zarejestrowany w tej części profilu przypowierzchniowy obraz geochemiczny można łączyć z efektem tzw. tłoka. Podnoszące się zwierciadło wód karbońskich zbiornika Witold- -Barbara wypycha ku powierzchni gazy złożowe. Ich głównymi drogami migracji są stromo zapadające wychodnie pokładów warstw żaclerskich oraz strefa dyslokacyjna uskoku VI (rys. 4.1). Wyróżniające się stężenia metanu i dwutlenku węgla, pomierzone w północno-wschodniej części profilu, wiązać można z migracją tych gazów wzdłuż szczelin na kontaktach skał wylewnych ze skałami osadowymi oraz ze strefą uskoku X (rys. 4.1). 4.1.2. Profil I niecka noworudzka Na rysunku 4.2 przedstawiono przypowierzchniowe zmiany stężeń metanu i dwutlenku węgla, pomierzone w 3 cyklach pomiarowych. W przypadku metanu pomierzone stężenia są śladowe i poza punktem nr 5 (566,4 ppm) generalnie oscylują w granicach kilku ppm. W przypadku dwutlenku węgla wyraźnie zróżnicowane zmiany stężeń zarejestrowano w strefie punktów pomiarowych od 1 do 21. W części tej wydzielić można dwie wyróżniające się strefy podniesionych stężeń. Pierwsza z nich rozciąga się pomiędzy punktami 1 i 9, druga pomiędzy punktami 11 i 21. W tej ostatniej, w sąsiedztwie wychodni warstw stefańskich, we wrześniu 2004 roku, pomierzono maksymalne stężenie dwutlenku węgla, wynoszące około 4,7% obj. Widoczne trendy zmian zarejestrowanych stężeń dwutlenku węgla wskazują, że gaz ten migruje do powierzchni wykorzystując zarówno strefę uskokową, jak i płaszczyzny uławicenia warstw karbońskich (rys. 4.2). Zwierciadło podnoszących się wód karbońskich znajduje się obecnie jeszcze głęboko, co sugeruje, że zmiany stężeń analizowanych gazów złożowych nie odzwierciedlają jeszcze znaczącego wpływu tłoka wodnego (rys. 4.2). 119

M. DZIENIEWICZ i in. Zastosowanie powierzchniowych badań geochemicznych do oceny Dwu tlen ek węgla (% obj.) 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 metan dwutlenek węgla 413 265 267 269 271 273 275 277 279 281 282 284 286 288 290 292 294 296 298 300 302 304 306 308 310 312 314 316 318 320 322 324 326 328 330 332 334 336 geochemiczne punkty pomiarowe 0 100 200 300 400 (m) Pkł. 427 Pkł. 427 Ul. Głowackiego Potok Lesk Ul. Żeromskiego Ul. Żeromskiego Ul. Królowej Jadwigi Ul. Reymonta Ul. Kopernika Pkł. 424 Pkł. 424 Pkł. 424 Pkł. 446 +410 (30.08.98r.) +382 (30.03.98r.) +364 (30.03.98r.) Uskok X warstwy żaclerskie poziomy wód porfir Pkł. 446 Uskok VII Strefa uskoku VI ZBIORNIK WITOLD-BARBARA ZBIORNIK WIKTORIA-CHROBRY Rys. 4.1. Zmiany stężeń metanu i dwutlenku węgla wzdłuż profilu V Fig. 4.1. Changes in concentrations of methane and carbon dioxide along measurement line V measurement line 415 Pkł. 430 A 421 419 417 Pkł. 312 Pkł. 313 Pkł. 321 Pkł. 424 Pkł. 427 B 423 100000 10000 1000 100 10 1 0.1 Metan (ppm) 120

WARSZTATY 2006 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Metan (ppm) 1000 100 10 1 czerwiec 1999 kwiecień 2004 wrzesień 2004 Dwutlenek węgla (% obj.) 6 4 2 0 czerwiec 1999 kwiecień 2004 wrzesień 2004 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1718 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 geochemiczne punkty pomiarowe 408 410 405 411/412-40 (styczeń 2005) -70 (wrzesień 2004) -110 (kwiecień 2004) 0 100 200 m 405 Rys. 4.2. Zmiany stężeń metanu i dwutlenku węgla wzdłuż profilu I 1 utwory czerwonego spągowca (perm); 2 warstwy stefańskie (karbon); 3 warstwy żaclerskie (karbon produktywny); 4 czerwone łupki ilaste argility (karbon); 5 warstwy starszego paleozoiku (gabra, diabazy); 6 pokłady węgla (ciągła linia eksploatowane, przerywana nieeksploatowane); 7 główne uskoki; 8 poziom zwierciadła wód pietra karbońskiego Fig. 4.2. Changes in concentrations of methane and carbon dioxide along measurement line I 1 Rotliegend (Permian); 2 Stephanian (Carboniferous); 3 Żacler Beds (Carboniferous coal-bearing formation); 4 red clayey shales argilites (Carboniferous); 5 Older Paleozoic (gabbros, diabases); 6 coal seams (worked solid line, unworked dashed line); 7 main faults; 8 water table of Carboniferous groundwater horizon 121

M. DZIENIEWICZ i in. Zastosowanie powierzchniowych badań geochemicznych do oceny 4.2. Pomiary szybkości dopływu gazów złożowych do strefy przypowierzchniowej Dla oszacowania lokalnych zmienności parametrów naturalnej emisji i wymuszonego dopływu gazów do strefy przypowierzchniowej w wybranych stanowiskach badawczych zlokalizowano 3 do 5 komór. Jako możliwy dopływ D(s) przyjęto różnicę pomiędzy maksymalną wartością sumy wymuszonego dopływu gazów i naturalnej emisji oraz minimalną wartością naturalnej emisji w miejscu pomiaru. Otrzymane wartości przyrostu stężenia metanu i dwutlenku węgla w komorze dla niektórych wybranych rejonów przedstawiono w tab. 4.2. Obliczone wartości naturalnej emisji i wymuszonego dopływu do strefy przypowierzchniowej podano w tab. 4.3 i 4.4. Oszacowany wymuszony dopływ CH 4 do strefy przypowierzchniowej wynosił od 0,1 do 620 dm 3 /m 2 godz., a CO 2 0,8 do 330 dm 3 /m 2 godz. Tabela 4.2. Minimalne i maksymalne wartości przyrostu stężenia metanu i dwutlenku węgla w komorze statycznej w wybranych rejonach pomiarowych Wałbrzyskiego Zagłębia Węglowego Table 4.2. Minimal and maximal values of increases of methane and carbon dioxide concentration in static chamber in selected areas of Wałbrzych Coal District Rejon pomiaru Metan 122 Dwutlenek wegla Komora komora i sonda komora komora i sonda n min n max n min n max n min n max n min n max ppm/min. ppm/min. ppm/min. ppm/min. %/min. %/min. %/min. %/min. A-6 1,035 1838,0 1,091 3661,0 0,001 0,104 0,002 0,230 A-9 0,144 6,197 0,189 10,09 0,001 0,003 0,001 0,006 A-10 1,043 107,0 0,001 324,9 0,003 0,005 0,002 0,016 A-11 0,040 9,284 0,037 14,78 0,001 0,003 0,001 0,014 A-12 0,080 0,138 0,037 0,159 0,001 0,001 0,001 0,001 A-13 0,017 1,680 0,016 2,751 0,001 0,002 0,001 0,002 A-14 0,039 0,197 0,081 0,338 0,001 0,002 0,001 0,003 A-17 0,009 0,255 0,069 1,447 0,001 0,001 0,001 0,001 A-18 0,199 0,744 0,373 2,934 0,001 0,001 0,001 0,001 A-19 0,234 0,671 0,471 0,803 0,001 0,001 0,000 0,001 A-20 0,177 0,926 0,963 0,384 0,001 0,001 0,000 0,006 A-27 0,030 1,920 0,011 972,5 0,002 0,007 0,003 0,144 A-33 0,058 0,165 0,535 19,940 0,002 0,018 0,005 0,012 A-40 0,023 0,303 0,012 0,186 0,000 0,002 0,000 0,001 A-44 0,012 13,23 0,010 33,7 0,001 0,006 0,001 0,010 A-45 0,010 0,066 0,010 0,126 0,001 0,002 0,001 0,003 A-46 0,008 0,011 0,008 0,031 0,001 0,003 0,001 0,026 A-51 0,020 5,060 0,020 486,1 0,002 0,013 0,003 0,059 Oceniono również potencjalne zagrożenia dla ludzi wymuszonym dopływem gazów złożowych do budynków zlokalizowanych w miejscach gdzie jest on możliwy. Ocenę wykonano według zaproponowanej skali zagrożeń, której podstawą jest wielkość strumienia dopływających do budynków gazów złożowych D(s). Przyjęto: potencjalne zagrożenie bardzo duże (VH) D(s) 5 dm 3 /m 2 godz. potencjalne zagrożenie duże (H) 5 dm 3 /m 2 godz. D(s) 1 dm 3 /m 2 godz. potencjalne zagrożenie średnie (M) 1 dm 3 /m 2 godz. D(s) 0,1 dm 3 /m 2 godz. potencjalne zagrożenie małe (L) 0,1 dm 3 /m 2 godz. > D(s)

WARSZTATY 2006 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Łączne prawdopodobieństwo zagrożenia dopływem CH 4 na poziomie (VH) i (H) wynosi 28%, natomiast zagrożenie dopływem CO 2 na poziomie (VH) i (H) wynosi ok. 80%. Tabela 4.3. Wartości naturalnej emisji i wymuszonego dopływu metanu w wybranych rejonach pomiarowych Dolnośląskiego Zagłębia Węglowego Table 4.3. Values of natural emission and forced influx for methane in selected areas of Wałbrzych Coal District Rejon pomiaru E (n+d)max. E n(min) E (n+d)max. - E n(min) D(s) g/dm 2 min g/dm 2 min g/dm 2 min dm 3 /m 2 godz. Potencjalne zagrożenie A-6 32,60 1,69 10-1 32,00 508,00 VH A-10 3,00 9,64 10-3 3,00 50,05 VH A-11 0,14 3,70 10-4 0,14 2,28 H A-12 0,01 7,39 10-4 0,01 0,02 L A-13 0,03 1,58 10-4 0,03 0,45 M A-16 0,02 1,58 10-4 0,02 0,12 M A-19 0,01 2,16 10-3 0,01 0,10 M A-22 0,22 4,25 10-6 0,22 3,51 H A-23 0,58 1,70 10-5 0,58 9,12 VH A-24 6,05 10-3 0,05 10-5 6,05 10-3 0,10 M A-26 39,50 3,40 10-4 39,50 620,00 VH A-27 8,01 2,55 10-4 8,00 127,00 VH A-28 0,02 3,06 10-4 0,03 0,33 M A-34 1,36 1,00 10-3 1,15 10-2 0,17 M A-37 0,24 1,70 10-5 0,24 3,78 H A-42 0,66 4,17 10-5 0,66 10,54 VH A-43 4,97 10-3 1,57 10-4 3,40 10-4 5,40 VH A-44 0,27 1,04 10-4 0,28 4,54 H A-51 4,13 1,68 10-4 4,13 65,56 VH Tabela 4.4. Wartości naturalnej emisji i wymuszonego dopływu dwutlenku węgla w wybranych rejonach pomiarowych Dolnośląskiego Zagłębia Węglowego Table 4.4. Values of natural emission and forced influx for carbon dioxide in selected areas of Wałbrzych Coal District Rejon pomiaru E (n+d)max. E n(min) E (n+d)max. - E n(min) D(s) g/dm 2 min g/dm 2 min g/dm 2 min dm 3 /m 2 godz. 123 Potencjalne zagrożenie A-1 0,369 0,064 0,305 5,08 VH A-3 0,285 0,147 0,138 2,30 H A-4 2,368 1,056 1,312 21,87 VH A-5 0,149 0,147 0,002 0,03 L A-6 21,158 0,083 21,100 330,00 VH A-7 0,193 0,183 0,010 0,17 M A-10 1,478 0,275 1,203 20,05 VH A-11 1,285 0,037 1,248 20,80 VH A-22 1,266 0,434 0,832 12,48 VH A-23 6,375 3,315 3,060 45,90 VH A-24 0,773 0,272 0,501 7,53 VH A-33 1,003 0,162 0,842 12,62 VH A-42 0,714 0,128 0,586 8,79 VH A-54 1,794 0,005 1,794 26,90 VH

M. DZIENIEWICZ i in. Zastosowanie powierzchniowych badań geochemicznych do oceny 5. Podsumowanie Stężenia metanu i dwutlenku węgla zarejestrowane w strefie przypowierzchniowej na obszarach zlikwidowanych kopalń Dolnośląskiego Zagłębia Węglowego generalnie są bardzo wysokie. Wypychane do powierzchni gazy złożowe przez tzw. tłok wodny, migrując wzdłuż szczelin związanych z uskokami, kontaktami skał magmowych ze skałami osadowymi, krawędziami płytkich eksploatacji, starymi wyrobiskami, wychodniami nieeksploatowanych pokładów węgla, mogą bezpośrednio ulatniać się do atmosfery lub migrować horyzontalnie w utworach przypowierzchniowych szukając dogodnych dróg ujścia. Przed ucieczką do atmosfery mogą one również napełniać wszelkiego rodzaju obiekty (np. piwnice, studzienki telekomunikacyjne, kanały itp.), zagrażając zdrowiu i życiu ludzi. Znajomość mechanizmów migracji i dynamiki zmian wielkości strumienia dopływających do powierzchni gazów złożowych pozwala na określenie skali występujących zagrożeń. W oparciu o wykonane powierzchniowe badania geochemiczne i pomiary szybkości dopływu gazów złożowych do strefy przypowierzchniowej w obszarze niecki wałbrzyskiej opracowano mapy stref potencjalnych zagrożeń metanem i dwutlenkiem węgla. Strefy te sklasyfikowano w skali potencjalnego zagrożenia (od małych do bardzo dużych). Opracowane mapy przedstawiono w monografii (Kotarba 2002), wykonanej pod kierunkiem M. J. Kotarby. Prace badawcze prowadzone w latach 2004 2005 były finansowane ze środków Ministerstwa Edukacji i Nauki w projektach nr 4 T12B 055 26 i 4 T12B 059 26. Literatura [1] Clayton J.L., Leventhal J.S., Rice D.D., Kotarba M. & Korus A. 1995: Atmospheric methane flux from U.S. and Polish coals. Selected papers from the 17 th International Meeting on Organic Geochemistry. J.O. Grimalt, C. Dorronsoro, (Eds.), Tecnical Edition, Donostia San Sebastian, 641 643. [2] Dzieniewicz M., Kuśmierek J., Rusta T. 1979: Optymalizacja techniki prowadzenia zdjęć gazowych w świetle badań eksperymentalnych. Techn. Posz. Geol., z. 1, 37 42. [3] Dzieniewicz M., Kuśmierek J., Rusta T. 1985: Optimization of soil gas field collection techniques based on experimental studies. Association Petroleum Geochemical Explorationists Bulletin, vol. 1, 43 56. [4] Dzieniewicz M., Sechman H. 2001: Kowadło sondy udarowej do badania gruntu. Wzór użytkowy RP nr 58584, WUP, 05/2001. [5] Dzieniewicz M., Sechman H. 2002: Zestaw do ręcznego pobierania próbek gazowych z warstw przypowierzchniowych. Patent RP nr 184080, WUP, 08/2002. [6] Dzieniewicz M., Sechman H., Kotarba M.J., Korus A. 2002a: Distribution of methane and carbon dioxide contents in the near-surface zone along 23 geological cross-sections of the Wałbrzych Coal District. Chapter 7 in: Kotarba M.J. (ed.), Gas hazard in the near-surface zone of the Wałbrzych Coal District caused by coal mine closure: geological and geochemical controls. Society of Research on Environmental Changes GEOSPHERE, Kraków, 79 94. [7] Dzieniewicz M., Sechman H., Kotarba M.J., Korus A. 2002b: Surface geochemical surveing of methane and carbon dioxide in the selected areas of the Wałbrzych Coal District. Chapter 8 in: Kotarba M.J. (ed.), Gas hazard in the near-surface zone of the Wałbrzych Coal District caused by coal mine closure: geological and geochemical controls. Society of Research on Environmental Changes GEOSPHERE, Kraków, 95 106. [8] Dzieniewicz M., Sechman H., Kotarba M.J., Korus A. 2002c: Periodical changes of methane and carbon dioxide contents in the near-surface zone along the selected four geological cross-sections 124

WARSZTATY 2006 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie of in the Wałbrzych Coal District. Chapter 9 in: Kotarba M.J. (ed.), Gas hazard in the near-surface zone of the Wałbrzych Coal District caused by coal mine closure: geological and geochemical controls. Society of Research on Environmental Changes GEOSPHERE, Kraków, 107 136. [9] Fiszer J., Kotarba M.J., Kominowski K. 2002: Reconstraction of Carboniferous groundwater horizon caused by coal mine closure in the Wałbrzych Coal District. Chapter 3 in: Kotarba M.J. (ed.), Gas hazard in the near-surface zone of the Wałbrzych Coal District caused by coal mine closure: geological and geochemical controls, Society of Research on Environmental Changes GEOSPHERE, Kraków, 25 42. [10] Klusman R.W. 1993: Soil Gas and Related Methods for Natural Resource Exploration. New York, John Wiley & Sons. [11] Korus A., Kotarba M.J., Dzieniewicz M., Sechman H. 2002: Evaluation of methane and carbon dioxide flux from Upper Carboniferous coal-bearing strata to near-surface zone in the Wałbrzych Coal District. Chapter 12 in: Kotarba M.J. (ed.), Gas hazard in the near-surface zone of the Wałbrzych Coal District caused by coal mine closure: geological and geochemical controls. Society of Research on Environmental Changes GEOSPHERE, Kraków, 175 188. [12] Korus A., Kotarba M.J., Dzieniewicz M., Sechman H. 2003: Sposób pomiaru strumienia gazów złożowych emitowanych z przypowierzchniowych warstw gruntu do powietrza atmosferycznego, zgłoszenie patentowe do Urzędu Patentowego RP nr P-363957 z mocą od dnia 9.12.2003 r. [13] Kotarba M.J. 1988: Geochemiczne kryteria genezy gazów akumulowanych w serii węglonośnej górnego karbonu niecki wałbrzyskiej. Zeszyty Naukowe AGH, Geologia nr 42. 119 s. [14] Kotarba M.J. 1990a: Geneza gazów akumulowanych w górnokarbońskiej serii węglonośnej Dolnośląskiego Zagłębia Węglowego i południowej części Rybnickiego Okręgu Węglowego. (red. J. Litwiniszyn) Górotwór jako ośrodek wielofazowy. PAN, Kraków: 37 49. [15] Kotarba M.J. 1990b: Geneza gazów akumulowanych w formacji wałbrzyskiej górnego karbonu w polu centralnym KWK Thorez w świetle badań izotopów trwałych. (red. J. Litwiniszyn) Górotwór jako ośrodek wielofazowy. PAN, Kraków: 51 65. [16] Kotarba M.J. 1990c: Isotopic geochemistry and habitat of the natural gases from the Upper Carboniferous Zacler coal-bearing formation in the Nowa Ruda coal district (Lower Silesia). Org. Geochem., 16: 549 560. [17] Kotarba M.J. (ed.) 1997: Stable carbon isotope composition and flux of coalbed methane between the geosphere and atmosphere in Polish basins. Report from Research Cooperation within the U.S. Polish Maria Skłodowska-Curie Joint Fund II, Krakow Denver. [18] Kotarba M.J. (ed.) 2002: Gas hazard in the near-surface zone of the Wałbrzych Coal District caused by coal mine closure: geological and geochemical controls. Society of Research on Environmental Changes GEOSPHERE, Kraków. [19] Kotarba M.J., Rice D.D., 2001: Composition and origin of coalbed gases in the Lower Silesian basin, southwest Poland. Applied Geochemistry, v. 16, 895 910. [20] Kotarba M.J., Dzieniewicz M., Korus A., Sechman H., Kominowski K., Gogolewska A., Grzybek J. 2002: Mechanizm of coalbed gas flux and prediction of gas hazards in the near-surface zone of the Wałbrzych coal sub-basin. Chapter 13 in: Kotarba M.J. (ed.), Gas hazard in the near-surface zone of the Wałbrzych Coal District caused by coal mine closure: geological and geochemical controls. Society of Research on Environmental Changes GEOSPHERE, Kraków, 189 212. [21] Kotarba M. J., Korus A. 2002: Origin of coal-bed and near-surface gases in Wałbrzych region. In: Kotarba M.J. (ed.), Gas hazard in the near-surface zone of the Wałbrzych Coal District caused by coal mine closure: geological and geochemical controls. Society of Research on Environmental Changes GEOSPHERE, Kraków, 153 174. [22] Kotarba M., Kominowski K. 2002: Outline of the geology of the Wałbrzych Coal District. In: Kotarba M.J. (ed.), Gas hazard in the near-surface zone of the Wałbrzych Coal District caused by coal mine closure: geological and geochemical controls. Society of Research on Environmental Changes GEOSPHERE, Kraków, 11 24. [23] Kotarba M.J., Dzieniewicz M., Sechman H., Korus A., Fiszer J. 2006: Zagrożenia gazowe w strefie przypowierzchniowej związane z likwidacją kopalń w rejonie niecki wałbrzyskiej. Przegląd Górniczy (w przygotowaniu). [24] Leventhal J. 1992: Modern mobile methane measurement in marshes. United States Geological Survey, Denver, Open-File Report 92 445, 1 24. 125

M. DZIENIEWICZ i in. Zastosowanie powierzchniowych badań geochemicznych do oceny [25] Saunders D.F., Burson K.R., Brown J.J., Thompson C.K. 1993: Combined geological and surface geochemical mathods discovered Agaritta and Bradyty Creek fields, Concho Country, Texas. AAPG Bull., v. 77, 1219 1240. [26] Sechman H., Dzieniewicz M., Kotarba M.J. 2002: Depth changes in methane and carbon dioxide contents in the near-surface zone of the Wałbrzych Coal District. Chapter 10 in: Kotarba M.J. (ed.), Gas hazard in the near-surface zone of the Wałbrzych Coal District caused by coal mine closure: geological and geochemical controls. Society of Research on Environmental Changes GEOSPHERE, Kraków, 137 152. [27] Sechman H. 2003: Wpływ wybranych parametrów środowiska opróbowania na gazowe wskaźniki przypowierzchniowe w prospekcyjnych naftowych badaniach geochemicznych. Praca doktorska. Biblioteka Gł. AGH. [28] Sechman H. 2006: Głębokość poboru próbki gazu podglebowego w powierzchniowych badaniach geochemicznych próba optymalizacji. Kwart. AGH Geologia (w druku) [29] Tedesco S.A. (ed.) 1995: Surface Geochemistry in Petroleum Exploration. Chapman & Hall Int. Thomson Publ. Co., New York. 206 s. [30] Winnicki A., Płonka A., Kominowski K. 2002: Outline of mining-engineering conditions of the Wałbrzych Coal District. Chapter 4 in: Kotarba M.J. (ed.), Gas hazard in the near-surface zone of the Wałbrzych Coal District caused by coal mine closure: geological and geochemical controls. Society of Research on Environmental Changes GEOSPHERE, Kraków, 43 52. [31] Vice D.H., Halleck P.M. 1999: The effect of soil environment on the ability of surface geochemical surveys to detect underlying hydrocarbon traps. Journal of Geochemical Exploration, vol. 66, 457 468. Application of surface geochemical survey to gas hazard assessment in the areas of closed mines of the Lower Silesian Coal Basin The authors provide results of surface geochemical survey and measurements of coal-bed gases flow to the near-surface zone carried on in the years 1997 2001 and 2004 2005 in the areas of the Wałbrzych and the Nowa Ruda troughs. For geochemical survey the free gas method was applied. Maximum concentrations of methane and carbon dioxide measured in the near-surface zone were about 50 vol.% and 17 vol.%, respectively. Measurements of coal-bed gases flow were run using the modified static chambers method. Maximum measured flows of methane and carbon dioxide were 620 dm 3 /m 2 h and 330 dm 3 /m 2 h, respectively. Analysis of the results referred to the geological model of hard-coal deposits revealed that the main factor controlling the presence of coal-bed gases in the near-surface zone is the so-called water piston effect. Recognition of both gas migration mechanisms and dynamics of their flow towards the Earth surface enabled the preparation of categorization (scale) of potential hazards encountered in the area of the Wałbrzych Coal District. Przekazano: 21 marca 2006 r. 126