Zawartość metanu w złożu w południowo-wschodniej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego jest zróżnicowana i na jej wielkość ma wpływ wiele czynników związanych z budową geologiczną jak i samym udostępnieniem pokładu. Istniejący stan stosunków gazowych w złożu w pokładach węgla kamiennego określany jest za pomocą różnych parametrów zagrożenia metanowego, przy pomocy różnych metod badawczych. Podstawowymi parametrami oceny zagrożenia metanowego w pokładach są: metanonośność określana metodą bezpośrednią oraz wskaźnik intensywności desorpcji i ciśnienie złożowe metanu oznaczane przy pomocy metod desorbometrycznych.
W niniejszej pracy analizie poddano 1680 wyników pomiarów metanonośności, ciśnienia złożowego metanu i wskaźnika intensywności desorpcji na obszarze górniczym OG „Brzeszcze II” oraz 376 wyników na obszarze górniczym OG „Czechowice II”. Określono statystyczne zależności pomiędzy tymi parametrami. Przedstawione w pracy metodyki badawcze parametrów zagrożenia metanowego są niezależne wobec siebie i mogły być przedmiotem statystycznej analizy porównawczej.
W oparciu o wyniki prowadzonych pomiarów w pokładach dokonano analizy parametrów zagrożenia metanowego i określono wpływ na nie różnych czynników takich jak: głębokość zalegania pokładu, zawartość części lotnych, zawartość popiołu, zawartość wilgoci. Z przedstawionych wyników analizy statystycznej wynika, że na obszarze południowo-wschodniej części GZW:
Ø istnieje wysoka korelacja (dla r > 0,5) metanonośności z ciśnieniem złożowym metanu i wskaźnikiem intensywności desorpcji w obu badanych obszarach,
Ø istnieje wysoka korelacja (dla r > 0,5) wskaźnika intensywności desorpcji metanu z ciśnieniem złożowym metanu w obu badanych obszarach,
Ø w OG „Brzeszcze II” zależność metanonośności z głębokością jest przeciętna przy r = -0,42 oraz słaba z zawartością części lotnych dla r = -0,206,
Ø w OG „Czechowice II” brak jest zależności istotnej statystycznie pomiędzy metanonośnością, a głębokością zalegania, zawartością części lotnych, wilgocią i popiołem,
Ø w OG „Brzeszcze II” popiół oraz wilgoć nie wykazują korelacji z metanonośnością, czego potwierdzeniem są bliskie zeru współczynniki r,
Ø ciśnienie złożowe metanu w obszarze OG „Brzeszcze II” jest w słabej zależności z głębokością przy r = -0,107 i zawartością części lotnych dla
r = -0,131,
Ø relacje ciśnienia złożowego z popiołem i wilgocią w OG „Brzeszcze II” są statystycznie nieistotne,
Ø wskaźnik intensywności desorpcji dla OG „Brzeszcze II” posiada przeciętną korelację z głębokością przy r = -0,309 oraz słabą dla r = -0,180 z zawartością części lotnych,
Ø brak jest istotnej statystycznie zależności wskaźnika intensywności desorpcji z popiołem oraz wilgocią w OG „Brzeszcze II”,
Ø dla OG „Czechowice II” ciśnienie złożowe metanu wykazuje nikłą korelację z głębokością przy r = 0,141,
Ø wskaźnik intensywności desorpcji dla OG „Czechowice II” wykazuje brak korelacji z zawartościami części lotnych, popiołu, wilgoci oraz głębokością zalegania pokładów.
Z przeprowadzonej analizy przebiegów zmienności: metanonośności, ciśnienia złożowego metanu, wskaźnika intensywności desorpcji i zawartości części lotnych wraz głębokością zalegania pokładów obu obszarów górniczych wynika, że:
Ø metanonośność rośnie wraz ze wzrostem głębokości eksploatacji dla obu obszarów górniczych,
Ø ciśnienie złożowe metanu rośnie wraz ze wzrostem głębokości w OG „Brzeszcze II”, a w OG „Czechowice II” wykazuje zmienność (strefowość),
Ø wskaźnik intensywności desorpcji rośnie wraz ze wzrostem głębokości w OG „Brzeszcze II”, natomiast w OG „Czechowice II” wykazuje zmienność (strefowość).
Przeanalizowano wpływ budowy geologicznej południowo-wschodniej części GZW, w szczególności zaburzeń geologicznych na stan zagrożenia metanowego. Pokłady w rejonie stref uskokowych o przebiegu zbliżonym do południkowego, mające bezpośredni kontakt z utworami przepuszczalnymi powodują ucieczkę metanu poprzez szczeliny do innych rejonów górotworu. Uskoki o przebiegu południkowym mogą stanowić strefy odgazowania w przypadku kontaktu z utworami przepuszczalnymi i wpływają na obniżenie stanu zagrożenia metanowego. Uskoki tektoniczne o przebiegu zbliżonym do równoleżnikowego stanowią potencjalny zbiornik kumulowanego metanu. Taki układ dyslokacyjny przyczynia się do
wzrostu nasycenia metanem górotworu i przez to wzrostu zagrożenia metanowego w sąsiedztwie uskoków.
W miejscach związanych z zafałdowaniem warstw następuje wzrost metanonośności, ciśnienia złożowego metanu oraz wskaźnika intensywności desorpcji w formach antyklinalnych. Jest to prawdopodobnie związane z nagromadzeniem metanu wolnego w tych fałdach, miejscach najwyżej wysokościowo położonych w pokładzie. W przypadku form synklinalnych tendencja jest odwrotna i parametry zagrożenia metanowego wykazują tendencję spadkową. Świadczy to o migracji w pokładzie metanu wolnego do miejsc wyżej położonych i tym samym obniżeniu poziomu zagrożenia metanowego w jądrze fałdu.
Zaobserwowano wpływ prowadzonej eksploatacji w pokładach 352, 364 i 405 w obszarze OG „Brzeszcze II” na odgazowanie sąsiednich, blisko zalegających pokładów takich jak 349, 353, 401 i 407. Sczerpanie pokładów, będące następstwem prowadzonej w nich eksploatacji przyczynia się do odgazowania warstw sąsiadujących z tymi pokładami i przez to zmienia istniejący stan stosunków gazowych w złożu.
Przeprowadzona analiza statystyczna na zbiorze 126 wyników porównania rzeczywistej średniej metanowości bezwzględnej w trakcie eksploatacji ścian z prognozowaną wykazała małą różnicę pomiędzy wynikami. Porównanie potwierdza, że metoda CBiDGP prognozowania metanowości bezwzględnej wyrobisk ścianowych, oparta na parametrze ciśnienia złożowego metanu jest poprawna. Wyniki metanowości z prognozowania są zbliżone do rzeczywistych emisji metanu w ścianie.
Wnioski końcowe
Analizie statystycznej poddano ogółem 2056 wyników pomiarów parametrów zagrożenia metanowego, określanych różnymi metodami badawczymi w postaci metanonośności, ciśnienia złożowego metanu i wskaźnika intensywności desorpcji. Wyniki analizy potwierdzają istnienie bardzo wysokiej korelacji pomiędzy tymi parametrami. Metody desorbometryczne w postaci pomiarów ciśnienia złożowego metanu i wskaźnika intensywności desorpcji obok metanonośności stanowią istotne parametry oceny stanu zagrożenia metanowego w złożu węgla kamiennego. W pracy przedstawiono zależności w postaci wzorów pomiędzy podstawowymi parametrami. Równania te mogą stanowić podstawę do szacunkowego obliczenia któregokolwiek z parametrów zagrożenia przy oznaczeniu tylko jednego z nich.
Analiza wyników pozwoliła na potwierdzenie tezy, że tektonika i warunki geologiczne złoża wpływają na stan zagrożenia metanowego złoża w południowo-wschodniej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Jednak z uwagi na ograniczoną ilość wyników analiza ta jest obarczona błędem i powinna być przedmiotem dalszych badań w tym kierunku. Obecny stan zagrożenia metanowego w tej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego został ukształtowany przez wiele czynników geologicznych. Występowanie uskoków w złożu powoduje naruszenie równowagi stosunków gazowych. Uskok spełnia zadanie sondy ściągającej gaz i przemieszczającej go do sąsiednich partii górotworu. W zależności od lokalnych warunków strefy uskokowe, strefy spękań oraz utwory piaskowcowe tworzą drogę migracji metanu w złożu. Tworzą strefy odgazowania metanu, a tym samym obniżenia stanu zagrożenia metanowego w przypadku uskoków południkowych oraz strefy gromadzenia się metanu i wystąpienia podwyższonego stanu zagrożenia w sąsiedztwie uskoku równoleżnikowego. Zawartość metanu w złożu na tym obszarze pochodzi głównie z migracji, poprzez piaskowce z dolnych warstw karbońskich oraz jego nagromadzenia w części stropowej karbonu w okresie mioceńskim.
Metody prognozowania metanowości bezwzględnej wyrobisk eksploatacyjnych oparte na badaniach desorbometrycznych z właściwą precyzją określają rzeczywistą emisję metanu do środowiska wyrobisk górniczych.
Bibliografia
:1 Ajruni A.T.: Badanie prawidłowości odgazowania pokładów węgla w ZSRR, Przegląd Górniczy nr 11/1970. 2 Aczel A. D.: Statystyka w zarządzaniu. Wyd. PWN, Warszawa, 2000.
3 A. G. Kim.: Estimating methane content of bituminous coalbeds from adsorption data. U.S. Bureau of Mines Rep.
Invest, 1977.
4 Borowski J.: Określenie gazonośności pokładów węglowych przy zastosowaniu desorbometru manometrycznego.
Bezpieczeństwo Pracy w Górnictwie nr 4, 1975r.
5 Borowski J.: Określenie ciśnienia gazu w pokładach węgla Przegląd Górniczy nr 9, 1976.
6 Borowski J., Prażak M., Skinderowicz M.: Desorbometryczna metoda określenia gazonośności i zagrożenia
wyrzutowego. IX Międzynarodowe Kolokwium nt. Wyrzutów gazów i skal w górnictwie podziemnym, Mikołów 1977r.
7 Borowski J.: Badanie gazonośności pokładów węglowych z zastosowaniem nowych metod. Prace GIG kom. Nr 645,
1977.
8 Borowski J.: Metoda odgazowania próbek węgla dla określenia gazonośności pokładów. Przegląd Górniczy nr 4,
1977r.
9 Borowski J., Gawraczyński Z.: Zwiększenie dokładności określeń metanonośności pokładów węgla metodą
desorbometryczną konfer. Metody rozpoznawania zagrożeń metanowych w kopalniach węgla kamiennego Katowice 1986.
10 Borowski J.: Instrukcja użycia desorbometru manometrycznego cieczowego typu DMC-2 w celu pomiaru
intensywności desorpcji gazu z próbek zwiercin węglowych.
11 Beroff P.: Lisison gaz charbon. Publication Cerchar 1963/64.
12 Bertard C., Bruyet B., Gunther J.: Determination of desorabable gaz concentration of coal (direct method). Int. J.
Rock mechan. Min. Sci., 1970.
13 Budowa geologiczna Polski. T. 6. Złoża surowców mineralnych. Praca zbiorowa. Wyd. Geol. Warszawa 1987. 14 Buła i in.: Zarys budowy geologicznej i warunki geotermiczne utworów górnego karbonu w GZW. Wyd.
PPGSMiE PAN Kraków, 1995.
15 Dobecki M.: Zapewnienie jakości analiz chemicznych. Instytut Medycyny Pracy, Łodź 1998.
16 Diamond W. P., Levine J.: Direct method determination of the gas content of coal: procedures and results. U.S.
Bureau of Mines, 1981.
17 Diamond W. P., Schatzel S.: Measuring the gas content of coal: A review. National Institute of Occupational Safety
and Health, 1997.
18 Dmitrev i in.: Problemy gazonosti udolnych mestorożdenij. Izd. Nedra, Moskva 1982. 19 Frycz A., Kozłowski B.: Przewietrzanie kopalń metanowych. Wyd. Śląsk. Katowice 1979. 20 Gabzdyl W.: Geologia złóż. Wyd. Politechniki Śląskiej. Gliwice 1999.
21 Gawlik L., Grzybek I.: Szacowanie emisji metanu w polskich zagłębiach (system węgla kamiennego). IGSMiE
PAN, Kraków 2002.
22 Geochemiczne kryteria genezy gazów w utworach górnego karbonu południowo-zachodniej części GZW. Praca
doktorska M. Kotarby AGH 1979.
23 Grzybek I., Gawlik L.: Szacowanie emisji metanu w polskich zagłębiach (system węgla kamiennego). Wyd. IGSMiE PAN, Kraków 2002.
24 Hampton III G. I., Schwochow S.: Analiza zawartości gazu w weglu:porównanie metody bezpośredniej stosowanej
przez U.S. Bureau of Mines z metoda stosowana w polskiej KD Barbara, 1994.
25 Hyman D.: A review of the mechanisms of gas outbursts in coal. U.S. Bureau of Mines Information Circular. 1987. 26 Karwasiecka M., Kwarcinski J.: Zestawienie wyników badań laboratoryjnych dotyczących gazonośności węgli
kamiennych GZW wraz z ich weryfikacją i wstępną analizą przestrzennej zmienności. PIG OG, Sosnowiec 1994 (niepublikowane).
27 Kissel F. N., McCulloch. C.: The direct method of determining methane content of coalbeds for ventilation design.
U.S. Bureau of Mines report of Investigation. 1973.
28 Konstantynowicz E.: Geologia złóż kopalin. Wyd. Uniwersytetu Śląskiego, Katowice 1994.
29 Kotarba M.: Geneza gazów akumulowanych w górnośląskiej serii węglonośnej Dolnośląskiego Zagłębia
Węglowego i południowej części Rybnickiego Okręgu Węglowego. W: Górotwór jako ośrodek wielofazowy. Wyrzuty skalno-gazowe, J. Litwiniszyn (red.), Wyd. AGH, Kraków 1990.
30 Kotarba M.: Geneza metanu występującego w serii węglonośnej GZW i DZW, mat. Seminarium. Wyd. AGH
Kraków, 1994.
31 Kotarba M., Ney R.: Węglowodory w utworach węglonośnych górnego karbonu Górnego Zagłębia Węglowego.
W: Opracowanie modeli oraz bilansu generowania…, Centrum PPGSMiE PAN, Kraków 1995.
32 Kotarba M., Kowalski A., Senyrek G.: Model i bilans generowania gazów z pokładów węgla utworów górnego
karbonu Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. W: Opracowanie modeli oraz bilansu generowania…, Centrum PPGSMiE PAN, Kraków 1995.
33 Kotarba M. J, 2001: Composytion and origin of coalbedy gases in the Upper Silesian andy Lublin basins, Poland.
Organic Geochenistry 32.
33a Kotas A.: Coal-Bad Methane Potential of the Upper Silesian Basin, Poland. Prace Państw. Inst. Geol., t. 142,
Warszawa 1994.
34 Kozłowski B.: Prognozowanie zagrożenia metanowego w kopalniach węgla kamiennego. Wyd. Śląsk, Katowice
1972.
35 Kozłowski B., Grębski Z.: Odmetanowanie górotworu w kopalniach. Wyd. Śląsk, Katowice, 1982.
36 Kozłowski B.: Uwagi do projektowania ścian w warunkach wysokich zagrożeń metanowych i pożarowych. Prace
naukowe GIG seria konferencje nr 14, Katowice 1996.
37 Krause E., Trenczek. S.: Dynamiczna prognoza metanowosci bezwzględnej na przykładzie projektowanej
eksloatacji ściany 3J w pokł. 502 KWK "Śląsk". Katowice: GIG, Konferencja Naukowo-Techniczna zagrożenie metanowe i pożarowe w górnictwie. 1996.
38 Krause E., Sebastian Z.: Raport o stanie zagrozenia metanowego. GIG Katowice 2005.
39 Krzystolik P.: Analiza, ocena i strategia w profilaktyce metanowej kopalń wegla kamiennego. Katowice: GIG,
Konferencja Naukowotechniczna Zagrożenia metanowei pożarowe w górnictwie, wykorzystanie metanu z wegla. 1996.
40 Levine J. R.: Oversimplifications can lead to faulty coalbed gas reservoir analysis. Oil Gas J. 1992.
41 McFall K. S., Wicks D.: A geologic assessment of natural gas from coal seams in warrior basin, Alabama. GRI
Topical Rep. 1986.
42 Mizerski W., Sylwestrzak H.: Słownik geologiczny. Wyd. PWN. Warszawa 2002.
43 Niemczyk B.: Rozpoznanie gazowości złóż węglowych otworami wiertniczymi i praktyczne potwierdzenie
wyników badań na przykładzie Kopalni Krupiński. Techn. Poszuk. Geolog., z. 4, 1984.
44 Owen L. B., Sharer J.: Method calculates gas content per foot of coalbed methane pressure core. Oil Gas J. 1992. 45 Pawiński J., Roszkowski J.: Przewietrzanie kopalń. Wyd. Śląsk. Katowice 1979.
46 Saghafi A., Williams. D.: Determination of coal gas content by quick crushing method. CSIRO Investigation Rep.
(1995).
47 Sporysz G., Piątkowski S., Kulawik M.: Wpływ dyslokacji tektonicznych na stopień zagrożenia metanowego w
południowej części GZW na przykładzie KWK „ Brzeszcze-Silesia” – 4 Szkoła Aerologii Górniczej, Kraków 2006.
48 Sporysz G., Piątkowski S., Kulawik M.: Metoda CBiDGP prognozowania metanowości bezwzględnej wyrobisk
wybierkowych w oparciu o badania desorbometryczne ciśnienia złożowego gazu – XXIII seminarium zwalczania zagrożenia metanowego oraz wyrzutami gazów i skał – teoria i praktyka. Rybnik 2006.
49 Staniek L.: Migracja metanu w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym dyslokacjami dysjunktowymi. Zeszyt y
Naukowe Politechniki Śląskiej, Górnictwo, z. 140, 1986.
50 Struzik A.: Prognozowanie metanowości wyrobisk eksploatacyjnych na podstawie ciśnienia złożowego gazu,
przegląd Górniczy nr 12/1974
51 Stupnicka E.: Geologia regionalna Polski. Wyd.3 zm. Warszawa: Wydaw. Uniwersytetu Warszawskiego, 2007. 52 Szlązak N., Szlązak J. , Roszkowski J.: Zagrożenia metanowe w kopalniach węgla i jego zwalczanie. Mat. 1 Szkoły
Aerologii Górniczej. 1999.
53 Szlązak N. Borowski M., Obracaj D i in: Możliwosci oceny zagrozenia metanowego w ścianach w oparciu o
wczesniej prowadzona eksploatację. Górnictwo Zeszyt 4, 2000.
54 Szlązak N., Borowski M., Obracaj D. i in.: Estimation of methane emission during mining of a coal seam with
burst hazard. 29th International conference of safety in mines research institutes. 2001.
55 Szlązak N.,Borowski M., Obracaj D.: Hazard caused by mining gases in the area of abandoned underground mines
in Poland. 30th International conference of safety in mines research institutes. 2003.
56 Szlązak N., Borowski M., Obracaj D: Ocena zagrożenia metanowego w wyrobiskach ślepych z wentylacja
kombinowaną. Mat. 3 Szkoły Aerologii Górniczej. 2004.
57 Szlązak N., Borowski M.: Prognozowanie wydzielania metanu do wyrobisk ścianowych w kopalniach węgla
kamiennego. Mat. Szkoły Eksploatacji Podziemnej. 2004.
58 Szlązak N. Szlązak J.: Zagrożenia metanowe w kopalniach węgla i jego wpływ na bezpieczeństwo w trakcie ich
likwidacji. Mat. 3 Szkoły Aerologii Górniczej. 2004.
59 Szlązak N. Borowski M., Kubaczka C.: Wydzielanie metanu z ociosów wyrobisk chodnikowych drążonych
kombajnami w pokładach węgla. Mat. Szkoły Eksploatacji Podziemnej. 2005.
60 Szlązak N, Borowski M.: Prognozowanie wydzielania metanu do wyrobisk ścianowych w kopalniach węgła
kamiennego z wykorzystaniem sieci neuronowych. Mat. 4 Szkoły Aerologii Górniczej. 2006.
61 Szlązak N., Borowski M., Obracaj D.: Method of methane risk assessment in underground Polish coal mines.
Proceedings of the 32nd
conference of safety in mines research institutes. 2007.
62 Szlązak N., Borowski M., Obracaj D.: Prognozowanie zagrożenia metanowego w rejonie ścian eksploatacyjnych
prowadzonych w kopalniach węgla kamiennego. Mat. Szkoły Eksploatacji Podziemnej. 2007.
63 Szlązak N., Borowski M., Obracaj D.: Wydzielanie metanu do wyrobisk chodnikowych drążonych kombajnem w
pokładach węgla kamiennego. Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko. 2007.
64 Szlązak N., Borowski M., Obracaj D.: Wydzielanie metanu do wyrobisk ścianowych. Prace Naukowe GIG.
Górnictwo i Środowisko. 2007.
65 Tarnowski J.: Desorbometryczna metoda pomiaru ciśnień gazu w pokładzie węgla. Zeszyty Problemowe Górnictwa
t.4. z. 2.,1966.
66 Tarnowski J.: Występowanie metanu w złożu południowej części Rybnickiego Okręgu Węglowego. Prace GIG,
67 Tarnowski J.: Występowanie metanu w południowo-wschodniej części Górnośląskiej Niecki Węglowej. Przegląd
Górniczy, nr 10, 1973.
68 Tarnowski J.: Występowanie, pochodzenie i rozmieszczenie gazów w złożu Górnośląskiego Zagłębia Węglowego.
Przegląd Górniczy, nr 7-8, 1983.
69 Tarnowski J.: Geologiczne warunki występowania metanu w Górnośląskiej Niecce Węglowej. Zeszyty Naukowe
Politechniki Śląskiej, Górnictwo, z. 166, 1989.
70 Tarnowski J.: Wnioski wynikające z analizy oznaczen gazonośności węgla na przykładzie kopalni "Brzeszcze".
Przegląd Górniczy nr 6, 1995.
71 Twardowski K. i inni.: Ocena metanowości węgli kamiennych GZW na podstawie wyników pomiarów
otworowych. Wyd. PPGSMiE PAN Kraków, 1997.
72 Ulery J. P., Hyman D.: The modified direct method of gas content determination: Aplication and results.
Tuscaloosa: The University of Alabama. 1991.
73 Instrukcja użytkowania desorbometru izobarycznego. Instytut Bezpieczeństwa Górniczego KD „Barbara” 1973r.
Borowski J.
74 PN-G-04567:1996 Oznaczenie wskaźnika intensywności desorpcji gazów.
75 Projekt zagospodarowania złoża KWK „Brzeszcze” rozdz. 5.PTHU Carbo-Techmex, Katowice 2004r.
udostępnione przez KW S.A. KWK „Brzeszcze-Silesia”.
76 Charakterystyka warunków geologiczno-górniczych złoża KWK „Silesia” –rozdz.5 2003 r. udostępnione przez KW
S.A. KWK „Brzeszcze-Silesia”.
77 PB-07/06.2004 – Metoda CBiDGP prognozowania metanowości bezwzględnej wyrobisk wybierkowych.
78 Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z 2002r. w sprawie zagrożeń naturalnych w
zakładach górniczych, Dz. U. Nr 94 poz. 841.
79 Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy,
prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych, Dz. U. nr 139 Poz. 1169 .