Eksperyment w kopalni Mysłowice-Wesoła - przedeksploatacyjny odzysk metanu z pokładów węgla

kopalnia-miniJest szansa by zmniejszyć zagrożenie metanowe w kopalniach Górnego Śląska. PIG-PIB zakończył pomyślnie testy instalacji do usuwania metanu z pokładów węgla przed rozpoczęciem wydobycia. Próby prowadzono w jednej z najbardziej niebezpiecznych kopalń GZW: Mysłowice-Wesoła. Tej samej, w której 6 października doszło do tragicznego w skutkach zapłonu metanu.

 

Kiedy w 2012 roku spośród czterech lokalizacji do przeprowadzenia badań Państwowego Instytutu Geologicznego w ramach projektu „Przedeksploatacyjne odmetanowanie pokładów węgla otworami powierzchniowymi...” wybrano kopalnię „Mysłowice-Wesoła” nikt nie przewidywał, że właśnie w tym zakładzie 6 października 2014 r. dojdzie do tragicznego w skutkach zapłonu metanu. Takich wypadków w przyszłości będzie można uniknąć, jeśli na dużą skalę zastosuje się metodę opisaną w artykule Janusza Jureczki. Jak powiedział nam autor tekstu, odmetanowanie z odzyskiem metanu powinno wyprzedzać eksploatację w nowych polach lub na nowych poziomach wydobywczych, tak by górnicy mogli podejmować pracę w środowisku w znacznym stopniu pozbawionym metanu. Zwiększy to nie tylko bezpieczeństwo pracy, ale także znacząco obniży koszty wydobycia węgla kamiennego. Efekt odmetanowania metodą wiertniczą nie jest natychmiastowy – prace trzeba prowadzić przynajmniej przez 3 do 5 lat, aby w planowanych do eksploatacji pokładach węgla obniżyć zawartość metanu do bezpiecznego poziomu. Warto podjąć taki wysiłek, bo warunki geologiczne w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym w miarę schodzenia na coraz większe głębokości z całą pewnością będą się pogarszały. Dlatego decyzję o kontynuacji badań i ich rozszerzeniu na cały sektor górnictwa węgla kamiennego należy podjąć już teraz.

 

Redakcja

 

 

W skali światowej metan z pokładów węgla jest jednym z podstawowych, alternatywnych źródeł energii (w USA jego wydobycie sięga 50 mld m3 rocznie). W Polsce dużym potencjałem zasobowym metanu cechuje się Górnośląskie Zagłębie Węglowe (ok. 230–250 mld m3). Mimo znacznych zasobów, gaz ten do tej pory nie był przedmiotem eksploatacji przemysłowej, a w górnictwie węglowym jeszcze 15–20 lat temu traktowany był na ogół jako odpad, na dodatek stwarzający duże zagrożenie dla bezpieczeństwa pracy. Większość kopalń GZW to kopalnie silnie metanowe, prowadzące odmetanowanie, co znacząco podnosi koszt wydobycia węgla kamiennego.

 

metan 

Metan w polskich zagłębiach węglowych

 

Uwalniany w czasie eksploatacji metan w większości emitowany jest poprzez szyby do atmosfery. Wykazywana przez kopalnie roczna emisja metanu przekracza 800 mln m3, z czego zagospodarowywane jest około 20%.

 

W nadchodzących latach problem metanowości kopalń będzie narastał ze względu na sukcesywne zwiększanie głębokości eksploatacji i związaną z tym wyższą metanonośność udostępnianych pokładów węgla. Długofalowym rozwiązaniem tego problemu może być wprowadzenie wyprzedzającego odmetanowania pokładów węgla na kilka-kilkanaście lat przed eksploatacją, co pozwoliłoby na wcześniejsze ujęcie cennego surowca energetycznego, jakim jest metan, a następnie na eksploatację złóż węgla w korzystniejszej sytuacji górniczej i ekonomicznej ze względu na zmniejszenie zagrożenia metanowego i poprawę bezpieczeństwa pracy w kopalniach, a co za tym idzie znaczące obniżenie kosztów wydobycia.

 

W działania na ten cel wpisują się eksperymentalne prace badawcze prowadzone od 2012 r. przez Państwowy Instytut Geologiczny w ramach projektu „Przedeksploatacyjne odmetanowanie pokładów węgla otworami powierzchniowymi – ocena zastosowania w warunkach złożowych i górniczych Górnośląskiego Zagłębia Węglowego wraz z odwierceniem otworu badawczego”. Projekt ten jest realizowany jako zadanie państwowej służby geologicznej, finansowane ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej.

 

Celem realizowanego przez PIG-PIB projektu jest określenie warunków przedeksploatacyjnego odzysku metanu z pokładów węgla powierzchniowymi, kierunkowymi otworami wiertniczymi, z analizą możliwości zastosowania szczelinowania hydraulicznego. Projekt składa się z dwóch zintegrowanych etapów prac.

 

Etap pierwszy (studium wykonalności), zakończony w 2013 r., obejmował m.in.: komplementarne opracowanie warunków geologiczno-górniczych, środowiskowych i formalno-prawnych lokalizacji otworów kierunkowych do odzysku metanu, przegląd 33 złóż kopalń metanowych, wariantowy wybór lokalizacji otworu badawczego (4 lokalizacje), badania analityczne węgla w wybranej lokalizacji oraz opracowanie projektu robót geologicznych do wykonania otworów badawczych. Optymalną lokalizację do przeprowadzenia eksperymentu wyznaczono w obszarze KWK „Mysłowice-Wesoła”, w pokładach węgla 501-510.

 

kopalnie490 

Zagospodarowanie złóż węgla kamiennego oraz metanowość kopalń GZW (kopalnie: 1 – „Knurów-Szczygłowice” Ruch „Szczygłowice”, 2 – „Sośnica-Makoszowy” Ruch „Sośnica”, 3 – „Budryk”, 4 – „Mysłowice-Wesoła”)

 

Etap drugi, obecnie realizowany, obejmuje odwiercenie otworów badawczych, wykonanie testów polowych i badań laboratoryjnych oraz opracowanie dokumentacji geologicznej. W ramach tego etapu odwiercone zostały otwór pionowy Wesoła PIG-1 o głębokości 1000 m oraz otwór kierunkowy Wesoła PIG–2H o długości 1918 m, intersekcyjny do PIG-1, z odcinkiem horyzontalnym w pokładzie 510 o długości 600 m.

 

profil490

Profile otworów badawczych

 

Otwór kierunkowy, wiercony z drugiej lokalizacji, w odległości około 460 m od otworu pionowego, przeciął jego oś na głębokości 972 m w spągu pokładu 510.

 

 intersekcja

Wesoła PIG-1 – intersekcja z otworem Wesoła PIG-2H (obraz zarurowania z pomiarów geofizyki wiertniczej)

 

Prace wiertnicze zostały zakończone pełnym sukcesem, pomimo bardzo trudnych warunków geologicznych i górniczych. W obu otworach wykonano profilowania geofizyki wiertniczej, a na próbach węgla z rdzenia otworu Wesoła PIG-1 przeprowadzono szeroko zakrojone badania analityczne właściwości gazowych, petrofizycznych i petrograficznych, według polskich i amerykańskich metod badawczych. Łącznie opróbowano 14 pokładów węgla, pobierając po 31 prób na poszczególne rodzaje badań, w tym po 14 prób z pokładów 501-510.

 

Po zakończeniu badań rdzeni oraz analizie ich wyników, w drugiej połowie czerwca rozpoczęto testy produkcyjne dopływu metanu, których pierwszą serię zakończono w połowie sierpnia. W czasie testów otrzymano stały dopływ metanu, w ilości ok. 250 m3/dobę, co biorąc pod uwagę bardzo słabe parametry zbiornikowe węgla jest wynikiem dość optymistycznym. Obecnie prowadzone są prace przygotowawcze do wykonania zabiegów intensyfikacji produktywności metanu w pokładzie 510; po szczelinowaniu testy produkcyjne będą kontynuowane.

 

Rozwój technologii wierceń horyzontalnych oraz metod stymulacji produktywności metanu otwiera nowe perspektywy dla jego eksploatacji, w tym także dla przedeksploatacyjnego odmetanowania pokładów węgla w połączeniu z odzyskiem metanu. Projekt realizowany przez PIG-PIB jest całkowicie nowatorski, a jego wyniki mogą stanowić podstawę komercyjnej eksploatacji metanu i odmetanowania kopalń w Polsce. Wcześniejsze ujęcie metanu znacząco zmniejszy także jego emisję do atmosfery, co ma istotne znaczenie dla ograniczania skutków efektu cieplarnianego.

 

Realizacja projektu wzbudza duże zainteresowanie środowisk górniczych i geologicznych, dlatego też PIG-PIB organizuje regularne spotkania informacyjno-dyskusyjne, prezentując aktualny stan zaawansowania i wyniki prac projektowych. Ostatnie takie spotkanie, z udziałem m.in. głównego geologa kraju, ministra Sławomira Brodzińskiego, odbyło się 29 września. Spotkanie to w znacznej części było poświęcone planowanemu zabiegowi szczelinowania, który w otworze horyzontalnym, w warunkach czynnej kopalni będzie przeprowadzony po raz pierwszy w Polsce, a przypuszczalnie także po raz pierwszy w skali światowej.

 

Janusz Jureczka