Přílohy k závěrečné zprávě

Transkript

Program výzkumu a vývoje Českého báňského úřadu
„Zvýšení úrovně bezpečnosti práce v dolech a eliminace nebezpečí
od unikajícího metanu z uzavřených důlních prostor“
PROJEKT č. 23/2003
„Využití důlní degazace pro předcházení neřízených výstupů metanu na povrch po
likvidaci dolu“.
Přílohy k závěrečné zprávě
Zodpovědný řešitel:
Schválil :
Ing. Pavel Mitka
Ing. Jaroslav Němec, DrSc
generální ředitel společnosti,
předseda představenstva.
OSTRAVA, LISTOPAD 2006
50
1025
45
40
1020
35
30
1015
25
20
1010
15
10
1005
5
0
1000
-5
-10
995
-15
-20
990
-25
barometrický tlak [hPa]
-30
CH4 [%]
Klouzavý průměr/3 (objemové množství [m3/h])
-35
-40
980
-45
dny, hodiny
Odplyňovací vrt MVE - 1, Hladnov
Příloha č. 1.
16:00
8:00
31.8.2004 0:00
16:00
8:00
30.8.2004 0:00
16:00
8:00
29.8.2004 0:00
16:00
8:00
28.8.2004 0:00
16:00
8:00
27.8.2004 0:00
16:00
8:00
26.8.2004 0:00
16:00
8:00
25.8.2004 0:00
16:00
8:00
24.8.2004 0:00
16:00
8:00
23.8.2004 0:00
16:00
8:00
22.8.2004 0:00
16:00
8:00
21.8.2004 0:00
16:00
8:00
20.8.2004 0:00
16:00
8:00
19.8.2004 0:00
985
16:00
8:00
1035
metan [%], objemové množství [m 3.h-1], teplota ve vrtu [°C],
teplota okolí [°C]
18.8.2004 0:00
1040
75
70
65
60
1030
55
16:00
8:00
9.6.2005 0:00
16:00
8:00
8.6.2005 0:00
16:00
8:00
7.6.2005 0:00
16:00
8:00
6.6.2005 0:00
16:00
8:00
5.6.2005 0:00
16:00
8:00
4.6.2005 0:00
16:00
8:00
3.6.2005 0:00
16:00
8:00
2.6.2005 0:00
16:00
8:00
1.6.2005 0:00
16:00
8:00
31.5.2005 0:00
16:00
8:00
30.5.2005 0:00
16:00
8:00
29.5.2005 0:00
16:00
8:00
985
28.5.2005 0:00
16:00
8:00
1030
1015
35
30
1010
25
20
15
1005
10
5
1000
0
-5
Klouzavý průměr/3 (Objemové množství [m3.h-1])
metan [%], objemové množství [m3/h]
980
27.5.2005 0:00
1035
75
70
65
60
1025
55
50
1020
45
40
995
-10
-15
990
-20
-25
CH4 [%]
-35
-40
-45
dny, hodiny
Odplyňovací vrt OV - 24a, Orlová
Příloha č. 2.
-30
65
1030
1015
30
25
15
10
5
1000
0
-5
995
-10
-15
1010
1005
990
-25
-30
-40
-45
980
16:00
8:00
9.9.2005 0:00
16:00
8:00
8.9.2005 0:00
16:00
8:00
7.9.2005 0:00
16:00
8:00
6.9.2005 0:00
16:00
8:00
5.9.2005 0:00
16:00
8:00
4.9.2005 0:00
16:00
8:00
3.9.2005 0:00
16:00
8:00
2.9.2005 0:00
16:00
8:00
1.9.2005 0:00
16:00
8:00
31.8.2005 0:00
16:00
8:00
30.8.2005 0:00
16:00
8:00
29.8.2005 0:00
16:00
8:00
28.8.2005 0:00
16:00
8:00
27.8.2005 0:00
dny, hodiny
Odplyňovací vrt HD-201, Hrušov
Příloha č. 3
-35
985
CH4 [%]
Klouzavý průměr/3 (Objemová množství (m3.h-1))
metan [%], objemové množství [m 3.h-1]
20
75
1035
70
60
1025
55
50
1020
45
40
35
-20
50
1025
40
35
30
25
20
15
10
5
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
-60
-65
-70
990
1020
1015
1005
1000
995
-75
985
-85
-90
-95
-100
-105
16:00
8:00
28.2.2006 0:00
16:00
8:00
27.2.2006 0:00
16:00
8:00
26.2.2006 0:00
16:00
8:00
25.2.2006 0:00
16:00
8:00
24.2.2006 0:00
16:00
8:00
23.2.2006 0:00
16:00
8:00
22.2.2006 0:00
16:00
8:00
21.2.2006 0:00
16:00
8:00
20.2.2006 0:00
16:00
8:00
19.2.2006 0:00
16:00
8:00
18.2.2006 0:00
16:00
8:00
17.2.2006 0:00
16:00
8:00
16.2.2006 0:00
16:00
8:00
15.2.2006 0:00
dny, hodiny
Odplyňovací vrt MV 39, Petřkovice
Příloha č. 4
-80
CH4 [%]
teplota ve vrtu [°C]
Klouzavý průměr/3 (objemové množství [m3/h])
980
metan [%], objemové množství [m 3.h-1], teplota ve vrtu [°C],
0
1010
85
1035
80
1030
75
70
65
60
55
45
Příloha č. 5.
Způsoby stanovení zbytkové plynodajnosti uzavíraných dolů.
1
Obsah:
Úvod.......................................................................................................................................... 5
4.1 Využitím
poznatků
a
vlastního
výzkumu
stanovení
zbytkové
plynodajnosti uzavíraných dolů a predikce metanu na povrch
navrhnout uplatnění aktivních prvků pro uzavíraní dolů v karvinské a
jižní části OKD.......................................................................................................... 6
4.1.1 Shrnutí dosavadních poznatků v ČR potřebných pro stanovení
zbytkové plynodajnosti uzavřených dolů...................................................... 6
Přírodní a zbytková plynonosnost uhelných slojí ......................................................... 7
Odplyňovací prostor, stupeň odplynění nadloží a podloží dobývané sloje................... 7
Stanovení časového faktoru snižování plynodajnosti ................................................... 8
Matematické popis časového průběhu poklesu plynodajnosti uzavřeného dolu......... 10
Vliv postupu zatápění uhelných slojí na plynodajnost uzavřeného dolu .................... 14
Vliv stupně utěsnění dolu a komunikace s okolím (např. odsávání metanu,
migrace plynu na povrch-neřízené výstupy) na zbytkovou plynodajnost
uzavřeného dolu .......................................................................................................... 14
Predikce nebezpečí výstupů plynů na povrch..............................................................15
Dlouhodobé biologické procesy probíhající v uzavřeném dole .................................. 18
4.1.2 Výsledky vlastního výzkumu stanovení zbytkové plynodajnosti
uzavřených dolů .......................................................................................... 18
4.1.3 Shrnutí vstupních poznatků pro vypracování metodiky zbytkové
plynodajnosti dolu po ukončení dobývání .................................................. 21
4.1.4 Metodika stanovení zbytkové plynodajnosti uzavřeného dolu................... 22
4.1.5 Ověření
vypracovaných
metodik
stanovení
zbytkové
plynodajnosti uzavřeného dolu na příkladu uzavřeného Dolu
František...................................................................................................... 24
Časový sled odrubávání spodních sušských slojí........................................................ 28
Časový sled odrubávání sedlových slojí ..................................................................... 28
Postup zatápění ložiska ............................................................................................... 29
Časový sled odrubávání porubských slojí uzavřeného Dolu František,
včetně jejich postupného zatápění............................................................................... 30
Shrnutí výsledků řešení etapy č. 4.1............................................................................ 32
2
4.1.6 Navrhnout uplatnění aktivních prvků pro uzavíraní dolů
v karvinské a jižní části OKD. .................................................................... 34
4.2 Stanovení rozsahu ponechaného degazačního systému v dole, kapacity a
způsobu provozu degazační stanice ....................................................................... 36
4.3 Analyzovat současný stav likvidace hlavních důlních děl, zejména
jámových stvolů, se zaměřením na zachování degazačního systému pro
následní ovlivnění nebezpečí neřízeného výstupu metanu po likvidaci
dolu. ........................................................................................................................ 38
4.4 Vypracovat návrh novely vyhlášky ČBÚ č.52/1997 Sb., kterou se stanoví
požadavky k zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci a
bezpečnosti provozu při likvidaci hlavních důlních děl. ....................................... 40
Závěr ....................................................................................................................................... 44
Podetapa 4.1 Využitím poznatků a vlastního výzkumu stanovení zbytkové
plynodajnosti uzavíraných dolů a predikce metanu na povrch navrhnout
uplatnění aktivních prvků pro uzavíraní dolů v karvinské a jižní části
OKD. ....................................................................................................................... 44
Podetapa 4.2 Navrhnout využití a rozsah degazace při likvidaci dolu pro
zpracování technického plánu likvidace. ................................................................ 46
Podetapa 4.3 Analyzovat současný stav likvidace hlavních důlních děl,
zejména jámových stvolů, se zaměřením na zachování degazačního
systému pro následní ovlivnění nebezpečí neřízeného výstupu metanu po
likvidaci dolu........................................................................................................... 47
Podetapa 4.4 Vypracovat návrh novely vyhlášky ČBÚ č.52/1997 Sb., kterou
se stanoví požadavky k zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci a
bezpečnosti provozu při likvidaci hlavních důlních děl.......................................... 47
Seznam literatury použité při řešení Etapy 4 .......................................................................... 48
Příloha č. 4.1.Metodika stanovení zbytkové plynodajnosti uzavřených dolů...................53
3
Výsledky a závěry
Etapy č. 4
Etapa č. 4 Na základě dosavadních poznatků a vlastního výzkumu vypracovat
způsob řešení a metodiku stanovení zbytkové plynodajnosti
uzavíraných
dolů
a
predikci
výstupu
metanu
na povrch.
Pro eliminaci výstupu metanu na povrch navrhnout využití důlní
degazace při likvidaci dolu a po ukončení hornické činnosti se
stanovením potřebné kapacity degazační stanice a způsob
jejího provozu.
Hlavní náplň a zaměření řešení:
a) Využitím poznatků a vlastního výzkumu stanovení zbytkové plynodajnosti uzavíraných dolů
a predikce metanu na povrch, navrhnout uplatnění aktivních prvků pro uzavíraní dolů
v karvinské a jižní části OKD.
b) Navrhnout využití a rozsah degazace při likvidaci dolu pro zpracování technického plánu
likvidace.
c) Analyzovat současný stav likvidace hlavních důlních děl, zejména jámových stvolů, se
zaměřením na zachování degazačního systému pro následní ovlivnění nebezpečí neřízeného
výstupu metanu po likvidaci dolu.
d) Vypracovat návrh novely vyhlášky ČBÚ č.52/1997 Sb., kterou se stanoví požadavky
k zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci a bezpečnosti provozu při likvidaci hlavních
důlních děl.
Řešení bylo dále strukturováno do subkapitol, které byly v průběhu řešení upřesňovány a
doplňovány na základě požadavků kontrolních dnů s cílem dosažení optimálních výsledků.
4
Úvod
Při řešení projektu byly použity pojmy uvedené v návrhu oborové normy ON 44 00 01
„Hornické názvosloví a značky“ Praha 1976, pojmy používané v odborné literatuře a dále
pojmy nově navržené . Jedná se zejména o následující pojmy:
Přírodní plynonosnost (PN) množství plynných složek (vázaných nebo volných) přítomných
v uhelných slojích a kolektorských horninách neovlivněných dobýváním (uhelné sloje,
průvodní karbonské horniny, sedimenty pokryvného útvaru) nebo rozpuštěných v hlubinných
vodách. Vyjadřuje se zpravidla v objemových jednotkách plynu na jednu tunu kolektorské
horniny nebo 1 m3 hlubinné vody, tj. [m3.t-1] nebo [m3.m-3]. Stanoví se měřením nebo
výpočtem.
Zbytková plynonosnost (PNzb) plynonosnost uhelných slojí nebo kolektorských hornin po
jejich částečném odplynění v důsledku ovlivnění horninového masívu dobýváním nadložní
nebo podložní sloje. Stanoví se výpočtem pomocí koeficientu ovlivnění v [m3.t-1].
Důlní exhalace (Ex) je stálé a pozvolné uvolňování plynových složek z kolektorských hornin,
případně důlních vod do důlního ovzduší a odváděných hlavními důlními ventilátory. Rovněž
se tak zkráceně nazývá množství uvolňovaného plynu, udává se v [m3.d-1].
Důlní degazace (Dg) preventivní odplyňování horninového masívu degazačním systémem,
zkráceně se tak také nazývá množství degazovaného plynu, udává se v [m3.d-1].
Absolutní plynodajnost celková (dolu, závodu, sloje, porubu atd.) (PDc) součet množství
exhalovaných plynových složek odváděné hlavními důlními ventilátory a degazací, udává se v
[m3.d-1].
Relativní plynodajnost dolu, závodu, porubu, sloje atd.) PDr Absolutní plynodajnost vztažená
na 1 t průměrné těžby (dolu, závodu, sloje, porubu atd.), uvádí se v [m3.t-1.d-1].
Zbytková plynodajnost činného dolu (PDzbc) je součet plynodajnosti všech neproduktivních
důlních děl, tj. těch děl, ve kterých se netěží ani nerazí čelby. Její číselná hodnota představuje
to množství metanu, které se bude nadále z ovlivňované části horninového masívu uvolňovat,
v případě, že by došlo k zastavení hornických prací, uvádí se v [m3.d-1].
5
Zbytková plynodajnost uzavřeného dolu (PDzb) představuje plynodajnost uhelných slojí a
kolektorských hornin dolu po ukončení těžby a po případném uzavření jam, uvádí se v
[m3CH4.d-1]
4.1 Využitím poznatků a vlastního výzkumu stanovení zbytkové plynodajnosti
uzavíraných dolů a predikce metanu na povrch navrhnout uplatnění aktivních
prvků pro uzavíraní dolů v karvinské a jižní části OKD.
Problematika zbytkové plynodajnosti uzavřených dolů je nová v ČR i v zahraničí a začala
být v ČR (i v Polsku) aktuální od poloviny 90tých let 20. století, kdy bylo zahájeno uzavírání
dolů v ostravské části OKR a Hornoslezské pánvi v Polsku a začaly být řešeny problémy
související s neřízenými výstupy metanu na povrch. Podobná situace existuje ve Velké Británii,
Německu a ve Francii, kde byly podobné problémy řešeny poněkud dříve [4.2],[4.5], [4.6],
[7],[4.33], [4.38].
Zatímco problematika stanovení plynodajnosti provozovaných dolů, porubů a
přípravných důlních děl je rozpracována detailně a existuje několik metodik pro stanovení
plynodajnosti jak provozovaných porubů tak přípravných důlních děl [4.19], [4.26], [4.30],
[48] stanovení plynodajnosti uzavřených dolů je problematika v ČR nová a zahraniční literatuře
zmiňovaná pouze ojediněle (např. ve spojitosti s hodnocením emisí metanu z uzavřených dolů
jako skleníkového plynu v USA [4.44, 4.45] a Británii [4.2]). Poněvadž procesy řídící
plynodajnost uzavřených a činných dolů jsou podobné a přesto poněkud odlišné, byly před
vypracováním metodiky stanovení zbytkové plynodajnosti shrnuty výchozí poznatky jak v ČR
tak v zahraničí a byl proveden vlastní výzkum časového poklesu plynodajnosti porubu, kde
bylo ukončeno dobývání.
4.1.1 Shrnutí dosavadních poznatků v ČR potřebných pro stanovení zbytkové
plynodajnosti uzavřených dolů
Základními faktory ovlivňující zbytkovou plynodajnost dolu po ukončení těžby jsou:
-
přírodní a zbytková plynonosnost uhlí ponechaného v dole,
6
-
velikost
odplyňovacího
prostoru
(prostorový
rozsah
horninového
masivu
ovlivněného dobývacími pracemi), stupeň odplynění nadloží a podloží,
-
časový pokles plynodajnosti uzavřeného dolu,
-
vliv zatápění uhelných slojí na plynodajnost dolu,
-
stupeň utěsnění dolu a komunikace s okolím (např. odsávání metanu), migrace
důlního plynu na povrch
-
dlouhodobé biologické procesy probíhající v uzavřeném dole
Přírodní a zbytková plynonosnost uhelných slojí
V uhelné hmotě v přírodním stavu se nachází plyn volný a vázaný (sorbovaný)
v rovnováze. Tlak plynu ve sloji se pohybuje v rozmezí 0,5-5 MPa, s ohledem na vysokou
sorpční schopnost uhlí je poměr plynu volného a vázaného cca 1:10. Maximální objem plynu
v uhlí (stav nasycení) při různém tlaku udává tzv. Langmuirova sorpční izoterma, což je křivka
ve tvaru paraboly. Uhelné sloje OKR jsou charakteristické nenasyceností plynem, což
znamená, že při daném tlaku bude plynonosnost menší než maximálně možná, kterou udává
sorpční izoterma. Sloje nacházející se v nadloží nebo podloží dobývané sloje jsou odplyněny
pouze částečně (podle stupně odplynění dané sloje v závislosti na vzdálenosti od dobývané
sloje) a jejich plynonosnost je menší než přírodní a nazývá se zbytková plynonosnost.
Odplyňovací prostor, stupeň odplynění nadloží a podloží dobývané sloje
Oblast porušeného horninového masivu, kde dochází k desorpci a proudění plynů se
nazývá odplyňovací prostor. V odplyňovacím prostoru dochází k porušení rovnováhy tlaku a
koncentrace plynů, které mají za následek desorpci plynu z uhelné hmoty a jeho migraci ve
směru tlakového spádu, tj. do aktivních důlních děl nebo volných prostor.
Poměrné množství plynu (z celkové hodnoty přírodní plynonosnosti) uvolněné z uhelných slojí
v nadloží a podloží je dáno křivkou odplynění, která je buď vyjádřena graficky, nebo
matematickým vzorcem, což je vhodnější pro výpočet na počítači. V případě víceslojového
dobývání, jak je tomu v ODP, PDP a KDP je situace složitější. V důsledku vzájemného
ovlivňování jednotlivých odplyňovacích prostorů ( částečně odplyněné podloží vyšší sloje je
dále odplyňováno jako nadloží níže uložené sloje). Odplyňovací prostory jednotlivých důlních
děl se navzájem překrývají a stupně odplynění nadloží a podloží se navzájem kombinují.
7
Příklad křivek stupně odplynění pro nadloží a podloží dobývané sloje podle [4.30] je uvedena
na Obr.č. 4.1, kde na vodorovné ose je znázorněna vzdálenost od dobývané sloje do nadloží a
do podloží a na vodorovné ose je znázorněn stupeň odplynění slojí v nadloží nebo podloží
v dané vzdálenosti.
Křivky stupně odplynění nadloží a podloží porubu
140
120
100
80
NADLOŽÍ
Vzdálenost od dobývané sloje [m]
60
40
20
0
-20
PODLOŽÍ
-40
-60
-80
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Stupeň odplynění [%]
Obr.č.4.1
Křivky stupně ovlivnění nadloží a podloží podle [4.30]
Stanovení časového faktoru snižování plynodajnosti
Po ukončení dobývacích prací se metan dále uvolňuje z uhelných slojí ponechaných
v dole a ovlivněných dobývacími pracemi. Jak bude uvedeno dále , předpokládá se, že
plynodajnost zatopených slojí je nulová, jednak z důvodu změn fyzikálních vlastností uhlí
(bobtnání) a jednak z důvodu působení vodního sloupce. Intenzita uvolňování metanu
8
s narůstajícím časem klesá a po určité době nastane rovnováha, kdy se tlak plynu v uhlí
vyrovná tlaku okolí a uvolňování metanu ustane.
Časový průběh snižování plynodajnosti v čase je zřejmý z matematického modelu kinetiky
desorpce metanu z kulové uhelné částice, který je popsán ve [4.33] ve tvaru:
 4.π 2 .D.t 
q(t )

= 1 − exp  −
q(∞ )
d 2 

[-]
(4.1)
kde:
q(∞)
q(t)
p1
p0
t
d
D
objem plynu uvolněný při poklesu tlaku v uhlí z p1 na p0 za nekonečně dlouhou dobu
(celkový objem plynu v uhlí)
[m3],
objem plynu uvolněný po čase t od skokové změny tlaku okolí z p1 na p0 [m3],
tlak plynu ve sloji (uhelné částici)
[Pa],
tlak okolí-barometrický tlak
[Pa],
čas
[s],
ekvivalentní průměr částice
[m],
součinitel difuse
[m2.s-1].
Výpočet byl proveden pro hodnotu D/d2 = 10-8 m podle [4.25].
Časový průběh rychlosti emise metanu z kulové částice, tj. výraz podle rovnice (4.1) dělený
časem, na Obr.č.4.2. Svislá osa y je znázorněna v logaritmických souřadnicích.
Časový průběh rychlosti emise metanu z kulové částice
1
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0,1
0,01
log [(q/qmax)/t]
0,001
0,0001
0,00001
0,000001
0,0000001
0,00000001
čas [d]
rychlost emise
Obr.č.4.2
Časový průběh rychlosti emise metanu z kulové částice
9
4
4,5
Ze vzorce (4.1) a z grafického znázornění uvedeného na Obr.č.4. 2 vyplývá, že, že
emise metanu z uhelné částice s narůstajícím časem klesá. Zpočátku je pokles prudký a posléze
je strmost křivky menší. Lze oprávněně předpokládat, že rovněž pokles plynodajnosti
uzavřeného dolu v čase bude mít podobný časový průběh daný exponenciální závislostí a tento
poznatek bude aplikován v dalším řešení.
Výsledky měření časového poklesu plynodajnosti uzavřených dolů (zbytkové
plynodajnosti) provedených na amerických dolech jsou uvedeny ve [4.44] a [4.45]. Výsledky
měření jsou znázorněny na Obr.č. 4.3, kde na vodorovné časové ose je znázorněna doba od
uzavření dolu (ve dnech) a na svislé ose je uvedena plynodajnost dolu (miliony krychlových
stop za den). Tato křivka je tvarově podobná křivce rychlosti desorpce metanu znázorněné
na Obr. č.4.2, což potvrzuje správnost teoretických předpokladů, což znamená, že po ukončení
dobývání bude klesat plynodajnost podle exponenciální nebo hyperbolické funkce.
800
CH4 Emission Rate, mcfd
700
600
Measured Emission Rate
Hyperbolic Curve Fit
500
400
300
200
100
0
-
100
200
300
400
500
600
700
Days from Abandonment
Obr. č. 4.3
Časový průběh plynodajnosti uzavřeného dolu
Matematické popis časového průběhu poklesu plynodajnosti uzavřeného dolu
Pro provedení prognózy zbytkové plynodajnosti je rozhodující znalost časový průběh
plynodajnosti uzavřeného dolu, která se používá k prognóze zbytkové plynodajnosti, je
10
uvedena v řadě publikací v různých tvarech, jak je uvedeno v následujícím přehledu. Některé
rovnice zahrnují vliv zatápění ložiska, jiné jej neberou v úvahu.
a) V literatuře [4.23]
je plynodajnost dolu po ukončení dobývání rozdělena na dvě etapy, jejichž matematický popis
je odlišný.
1. Etapa
trvá od 4 do 14 měsíců po ukončení dobývání, aproximační křivka poklesu plynodajnosti
v čase má tvar:
PD z = − A * ln(t ) + B
[m3CH4.d-1]
(4.2)
kde:
PDz
zbytková plynodajnost dolu
A
koeficient závislý na:
[m3CH4.d-1]
umístění zdrojů plynu,
permeabilitě uhlí a prouhelněných hornin,
hloubce dobývání,
změnách barometrického tlaku
B
koeficient definující počáteční plynodajnost a propustnost vrstev a je závislý na:
objemu vyrubaných prostor a odplyňovacího prostoru,
plynonosnosti uhlí,
těsnosti uzavření dolu.
t
doba od ukončení dobývání
[měs.]
2. Etapa
v této etapě plynové poměry v dole dosahují stabilizovaného stavu a plynodajnost závisí na
charakteru vyrubaných prostor a změnách barometrického tlaku. Tato etapa trvá od 14 měsíců
do 25 let po ukončení dobývání.
Pro popis poklesu zbytkové plynodajnosti v této etapě byla navržena následující aproximační
křivka:
11
PD = C * exp(− D * t )
[m3CH4.d-1]
(4.3)
kde:
C, D
koeficienty definující vlastnosti plynového kolektoru,
t
čas od ukončení dobývání [rok]
K této metodice je nutno poznamenat, že zde není zahrnut vliv postupu zatápění dolu vodou,
zároveň se uvádí, že plynodajnost zatopených uhelných slojí je nulová.
b) V literatuře [4.44]
se uvádí matematický popis plynodajnosti opuštěného dolu se zahrnutím vlivu zatápění dolu ve
tvaru:
PDzb = (1 − S ) * A * exp[K (t − t0 )]
[m3CH4.d-1]
(4.4)
kde:
PDzb
plynodajnost uzavřeného dolu v čase t
[m3CH4.d-1],
S
stupeň zatopení dolu
[-],
uvádí se buď jako konstanta nebo logaritmická funkce času, což lépe
popisuje
proces zatápění, tj. ve tvaru:
S = B * ln(t − t0 )
kde:
B
koeficient, který je funkcí intenzity přítoků vody do opuštěného dolu a
geometrické prostorové dispozice ložiska
A
plynodajnost dolu v době ukončení těžby
[m3CH4.d-1],
K
poklesová konstanta
[-]
t
čas v době stanovení PDzb
[rok]
t0
čas v době uzavření dolu
[rok]
12
Problémem při provádění prognóz plynodajnosti uzavřených dolů podle této metodiky je
skutečnost, že obsahuje koeficienty S, B a K, které nejsou spolehlivě známy a proto prognóza
zpracovaná tímto způsobem představuje odhad plynodajnosti uzavřeného dolu.
c) V literatuře [4.1]
Je uveden vztah navržený British National Coal Board ověřený na dolech v Británii ve tvaru:
F=
A
t+k
[%]
(4.5)
kde:
F
plynodajnost uzavřeného dolu v čase t, vyjádřená jako provcentuální podíl
plynopdajnosti v době ukončení dobývání
[%],
A
konstanta
[%],
t
čas měřený od ukončení dobývání
[rok],
k
konstanta
[rok]
(65%)
(1.5)
d) V literatuře [4.35]
Se uvádí vztah pro výpočet plynodajnosti závalů; porubů ,kde bylo ukončeno dobývání ve
tvaru:
q = q0 * t − a
(4.6)
kde:
q
exhalované množství plynu v čase t
[m3.min.-1],
q0
exhalované množství v době ukončení dobývání
[m3.min.-1],
t
čas od ukončení dobývání
[měs.],
a
koeficient (podrobnosti nejsou udány)
[-].
Bližší podrobnosti nejsou uvedeny.
13
Vliv postupu zatápění uhelných slojí na plynodajnost uzavřeného dolu
Po ukončení dobývání a uzavření dolu je ukončení rovněž čerpání vod z dolu a dochází
k postupnému zatápění ložiska. Problematika zatápění dolů v OKR byla řešena např. v [4.3].
Po zatopení uhelných slojí dojde ke změně jejich fyzikálních parametrů (bobtnání uhelné
hmoty), čímž se zvýší difusní odpor a zvýšený tlak vodního sloupce rovněž způsobí snížení
tlakového rozdílu mezi tlakem plynů v uhelné hmotě a okolím. Experimentální výzkum týkající
se plynodajnosti zatopených slojí nebyl proveden a proto je v dalším řešení přijata hypotéza
zformulovaná ve [4.23], že v důsledku výše uvedených vlivů zatopením plynodajnost uhelných
slojí ustane.
Vliv stupně utěsnění dolu a komunikace s okolím (např. odsávání metanu, migrace plynu
na povrch-neřízené výstupy) na zbytkovou plynodajnost uzavřeného dolu
V rámci měření emisí metanu z opuštěných dolů USA byl zkoumán rovněž vliv stupně
komunikace uzavřeného dolu s povrchem na jeho plynodajnost. Grafické zpracování výsledků
měření je uvedeno na Obr.č.4.4. Na vodorovné ose je znázorněn počet dnů od uzavření dolu a
na svislé ose je znázorněn poměr plynodajnosti dolu v daném okamžiku a při jeho uzavření.
Jednotlivé křivky představují různé stupně utěsnění podzemí vůči povrchu.
No seal
důl není vůči povrchu utěsněný
% seal
% utěsnění
Z diagramu je patrné, že vyšší stupeň utěsnění dolu má za následek jeho nižší
plynodajnost, což odpovídá teoretickým předpokladům (při utěsněném dole je v podzemí vyšší
tlak a koncentrace plynu z čehož vyplývá nižší tlakový a koncentrační spád mezi uhelnou
hmotou a důlním prostředím a tím i nižší intenzita desorpce plynu z uhlí. Tento poznatek je
důležitý při konstrukci úvah výpočtu zbytkové plynodajnosti uzavřeného dolu. Vplývá z něj, že
tato zbytková plynodajnost bude záviset na stupni utěsnění dolu a jeho komunikaci s povrchem.
Pokud bude plyn z dolu odsáván bude komunikace uzavřeného dolu s povrchem největší (bude
docházet k tzv. stimulaci) a pokud bude důl neprodyšně uzavřen dojde k vyrovnání tlaků a
koncentrací plynů v uhelné hmotě a důlním prostředí a plynodajnost dolu ustane (do doby
vytvoření komunikace s okolním prostředím nebo zahájení odsávání).
14
Fraction of Mine Emission Rate At Closure
1.00
0.90
0.80
No Seal
50% Sealed
70% Sealed
80% Sealed
90% Sealed
95% Sealed
0.70
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
-
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
6,000
7,000
8,000
9,000
10,000
Days from Abandonment
Obr.č. 4.4
Vliv stupně utěsnění uzavřeného dolu na jeho plynodajnost
Predikce nebezpečí výstupů plynů na povrch
Rozhodujícím faktorem ovlivňujícím nebezpečí výstupů plynů na povrch je kromě zbytkové
plynodajnosti uzavřeného dolu také vlastnosti pokryvu ložiska, kde bylo ukončeno dobývání.
Hodnocením nebezpečí výstupů plynů z uzavřených dolů a
návrh metodiky hodnocení
(kategorizace) území z hlediska nebezpečí výstupů plynů bylo provedeno v rámci řešení
projektu ČBÚ č. 01/1999 [4.9]
Práce byly zaměřeny především na lokalizaci stařin vydobytých porubních bloků a byla
provedena kategorizace na území nebezpečné výstupy důlních plynů, území ohrožené a území
bez nebezpečí. Definice těchto území se postupně upřesňovaly a její aktuální znění je uvedeno
v dalším textu.
Oprávněnost těchto zařazení, respektive ověření věrohodnosti zařazení jednotlivých lokalit
nebo parcel do globálně stanovených kategorií předmětných území lze potvrdit nebo naopak
vyvrátit jen přímým měřením výskytu metanu „in situ“ obvyklým, všeobecně uznávaným
15
způsobem. V současné době je tímto způsobem metanscreening monitorující přítomnost a
koncentraci metanu v půdním ovzduší.
Kontury území, na němž je ohrožena povrchová zástavba nekontrolovatelnými výstupy důlních
plynů byly v souladu se stávající úrovní poznání dané problematiky konstruovány podle těchto
základních kritérií a předpokladů:
•
padesátimetrová vrstva miocénních usazenin a kvartérních hornin pokrývající
karbonské pohoří je v současné době smluvní hodnotou považovanou za dostatečně
bezpečnou pro zabránění nekontrolovanému výstupu plynů z uzavřených dolů na
povrch,
•
výchozy na povrch tektonicky, hornicky nebo zvětráním narušených hornin, tzv.
karbonská okna byla objektivně zařazena mezi plochy potenciálně nejvíce nebezpečné
nekontrolovanými výstupy metanu,
•
možnost průniku metanu na povrch mechanismem jeho laterální filtrace není vyloučena
ani přes hydrogeologické izolátory, které jsou prokázány existencí zvodní a plní
zároveň i funkci plynových izolátorů,
•
pro stařinnou atmosféru o tlacích řádově desítek až tisíců Pa jsou prakticky nepropustné
neporušené vrstvy karbonu a miocenních jílů již v mocnostech jednotek metrů,
z kvartérních sedimentů jsou dobrými izolátory pouze sprašové hlíny,
•
nenarušené vrstvy karbonu a pokryvu se mohou vyskytovat pouze v oblastech, kde se
neprovozovaly dobývací práce, z čehož dále vyplývá:
o nad dobýváním porušeným karbonem nelze s jistotou předpokládat neporušený
miocén,
o ve stejném prostoru nelze předpokládat stálé zvodnění ať již karbonu nebo
kvartéru, nelze tudíž s jistotou vyloučit nekontrolovaný výstup důlních plynů
přes tyto v neporušeném pohoří pro vodu i plyny nepropustné vrstvy,
o pro vytyčení kontury nebezpečného území nekontrolovatelnými výstupy důlních
plynů z uzavřených dolů byl zvolen kolmý průmět stařin situovaných nad úrovní
štolových pater až do maximální hloubky cca 100 m pod povrchem, zvětšený o
16
padesátimetrové bezpečnostní pásmo. O toto bezpečnostní pásmo byly zvětšeny
i obrysy karbonských oken.
Výstupy metanu na povrch terénu jsou dlouhodobým jevem neboť i po uzavření dolů zůstalo
v podzemí značné množství uhlí, které nebylo vytěženo. Výstupy plynů jsou ovlivněny řadou
faktorů, z nichž nejvýznamnější je vývoj barometrického tlaku a rozdílem teplot mezi
podzemím a povrchem.
Na povrchu OKR, jehož integrované dobývací prostory dolů, kde se dobývalo uhlí od roku
1946 mají rozlohu cca 319 km2, byla vymezena formou tzv. kategorizace území OKR v pořadí
od nejmenšího nebezpečí nekontrolovatelných výstupů plynů uzavřených prostor po největší
následujícím způsobem:
1) Území s možnými náhodnými nekontrolovatelnými výstupy metanu na povrch
Jsou ohraničena nulovou izolínií vlivů dobývacích prací , tzv. hranicí poklesových kotlin, které
představují celkovou plochu cca 240,8 km2, tj. cca 75,5 % plochy integrovaných dobývacích
prostorů OKR.
2) Území nebezpečná nekontrolovatelnými výstupy metanu
Jsou ohraničena 50 m izolínií souvrství pokryvného útvaru, nacházející se uvnitř území
s možnými náhodnými nekontrolovatelnými výstupy metanu na povrch, představují celkovou
plochu cca 15,8 km2, což je cca 6.6 % z této plochy a cca 5 % z plochy integrovaných
dobývacích prostorů OKR.
3) Území ohrožená nekontrolovatelnými výstupy metanu na povrch
Jsou ohraničena konturami ploch vydobytých porubů do hloubky 100 m pod povrchem
zvětšenými o 50 m široké bezpečnostní pásmo. Jsou situována uvnitř území ohrožených
nekontrolovanými výstupy metanu na povrch, představují celkovou plochu cca 13,5 km2, což je
cca 85 %z této plochy a cca 4,3 % z plochy integrovaných dobývacích prostorů OKR.
17
Do celkové plochy území nebezpečných nejsou zahrnuta hlavní důlní díla s bezpečnostními
pásmy situovaná mimo území nebezpečná, která jsou však klasifikovaná rovněž jako území
nebezpečná nekontrolovatelnými výstupy metanu na povrch.
4) Území s prokázanými nekontrolovatelnými výstupy metanu na povrch
Jsou ohraničena izolínií 1000 ppm CH4, která je dvojnásobkem hodnoty přirozeného pozadí
naměřenou metodami atmogeochemie. Plocha těchto území je proměnná, s rostoucím počtem
atmogeochemických měření se zvětšuje, avšak tvoří ve srovnání s ostatními kategorizovanými
územími nejmenší plochu.
Dlouhodobé biologické procesy probíhající v uzavřeném dole
Výsledky analýzy metanu s rozdělením na termogenní – vzniklý v průběhu
prouhelňovacího procesu a biologický – vzniklý činností mikroorganismů, tj. biologickou
konverzí uhlí ponechaného v dole ukončení dobývání na metan v uzavřených dolech v Porůří
jsou uvedeny ve [4.42]. Z provedených analýz vyplývá, že biologický metan může za určitých
podmínek tvořit významnou část metanu produkovaného v uzavřeném dole a tento důl se tak
stane tzv. bioreaktorem a praktickým výsledkem tohoto jevu je, hodnota plynodajnosti
uzavřeného dolu neklesá dle předpokladů a důl produkuje metan i po 30 letech po jeho
uzavření [4.2]. Zhodnocení geochemického typu plynu na specializovaném pracovišti (v ČR
Český geologický ústav v Praze) hmotnostním spektrofotometrem na základě izotopického
složení uhlíku metanu.
Vhledem k tomu, že uvedená problematika je v současné době ve stádiu základního výzkumu,
nebyla produkce metanu v důsledku biologických procesů při vypracování metodiky stanovení
zbytkové plynodajnosti uzavřeného dolu, brána v úvahu.
4.1.2 Výsledky vlastního výzkumu stanovení zbytkové plynodajnosti uzavřených dolů
Vlastní výzkum časového průběhu poklesu přídatné plynodajnosti porubu po ukončení
dobývání byl proveden vyhodnocením plynodajnosti porubu č. 138 202 na Dole Lazy.
18
Přídatná plynodajnost PDpř porubu č. 138 202 (tj. plynodajnost horninového masívu a
nadložních a podložních slojí) v průběhu dobývání a po jeho ukončení byla stanovena ze
vzorce:
PD př = PDc − PN * t p
[m3CH4.d-1]
(4.7)
kde:
PDc
celková plynodajnost porubu
[m3CH4.d-1],
PN
přírodní plynonosnost sloje (= 2,16)
[m3CH4.d-1].
tp
denní těžba porubu
[t.d-1].
Celková plynodajnost porubu byla stanovena podle vzorce:
PDc = Qv * (c 2 − c1 ) * 864
[m3CH4.d-1]
(4.8)
kde:
Qv
objemový průtok větrů proudící porubem (kontinuálně stanovovaný na výdušné
chodbě) porubu
[m3.s-1],
c2
koncentrace CH4 měřená kontinuálně na výdušné chodbě
[%],
c1
koncentrace CH4 úvodní chodbě ( není měřena, ve výpočtech je použita hodnota
=0,05%)
[%].
Přídatná plynodajnost porubu ve fázi dokopávání a po ukončení dobývání je graficky
znázorněna na Obr.4.5. Z grafu vyplývá, že po ukončení dobývání dochází k prudkému
poklesu přídatné plynodajnosti porubu a po cca 3 měsících se tato plynodajnost ustálí na cca
10-20 % hodnoty přídatné plynodajnosti existující bezprostředně po ukončení dobývání.
19
PLYNODAJNOST PORUBU PŘÍDATNÁ
1.7.-13.10.2002
20000
UKONČENO DOBÝVÁNÍ
PDpř [m3CH4.d-1]
15000
10000
5000
0
0
:0
0
16
02
2
16
:0
0
0.
.1
13
1.
10
.0
2
13
:0
0
24
.9
.0
2
13
:0
0
.0
17
.9
.0
.9
9.
2
13
:0
0
13
10
27
3.
.8
02
13
.0
2
2
.0
.8
20
:0
0
:0
00
0:
00
0:
2
.0
.8
13
8.
02
0:
00
00
5.
29
.7
.0
2
0:
00
.0
2
0:
00
.7
22
15
.7
.0
2
0:
00
0:
02
7.
8.
1.
7.
02
0:
00
-5000
datum,čas
PDpř
Obr.č.4.5
Klouzavý průměr/6 (PDpř)
Přídatná plynodajnost porubu v době dobývání a po jejím ukončení
Regresní analýzou byly stanoveny křivky poklesu plynodajnosti po ukončení dobývání ke
kterému došlo dne 18.7.2002 ve tvaru:
a) PD = 4093,9 * exp(−0,024 * t )
[m3CH4.d-1]
(4.9)
[m3CH4.d-1]
(4.10)
s koeficientem spolehlivosti
R2 = 0,4999
nebo
b) PD = −1340,3 * ln(24 * t ) + 10958
s koeficientem spolehlivosti
R2 = 0,5321
kde:
t
[d].
Regresní křivky jsou znázorněny na Obr.č 4.5
20
STANOVENÍ POKLESOVÉ KŘIVKY PLYNODAJNOSTI PORUBU PO UKONČENÍ DOBÝVÁNÍ
18.7.-13.10.2002
12000
10000
PDpř [m3CH4.d-1]
8000
6000
-0,001x
y = 4093,9e
R2 = 0,4999
4000
y = -1340,3Ln(x) + 10958
R2 = 0,5321
2000
00
0
00
9.
10
.2
00
2
2
21
0:
:0
0
.2
27
.9
.2
.9
20
13
.9
.2
00
2
21
:0
21
00
2
21
02
6.
:0
0
0
:0
0
20
9.
.2
.8
30
23
.8
.2
00
2
21
:0
0
21
00
2
2
00
16
.8
.2
20
8.
9.
:0
00
8:
00
02
8:
1.
8.
20
02
8:
00
00
8:
2
00
.2
.7
25
18
.7
.2
00
2
8:
00
0
datum,čas
PDpř
Obr.č. 4.6
Logaritmický (PDpř)
Exponenciální (PDpř)
Stanovení poklesové křivky přídatné plynodajnosti po ukončení dobývání
Výsledky vlastního výzkumu potvrdily teoretické poznatky publikované v zahraniční
literatuře týkající se časového poklesu plynodajnosti v čase, který bude v dalším uvažován
v exponenciálním tvaru, tj. tvaru rovnice (4.8), poněvadž tento exponenciální tvar lépe
vystihuje fyzikální podstatu daného jevu.
4.1.3 Shrnutí vstupních poznatků pro vypracování metodiky zbytkové plynodajnosti dolu
po ukončení dobývání
Byly analyzovány základní faktory ovlivňující zbytkovou plynodajnost dolu po
ukončení těžby a následnou predikci plošných výstupů plynů na povrch. Bylo zjištěno, že
základními parametrem pro stanovení nebezpečí výstupů plynů na povrch jsou vlastnosti
pokryvu dobývaného ložiska dané kategorizací území provedené na základě analýzy
geologické a důlněměřičské dokumentace. Nejspolehlivějším způsobem stanovení nebezpečí
výstupů plynů je provedení atmogeochemického měření, která je však možno provést až po
uzavření dolu a stabilizaci plynových poměrů nikoli ve fázi projektování likvidace dolu.
Provedení kategorizace povrchu uzavíraného dolu (dobývacího prostoru) musí být
prvním krokem v hodnocení nebezpečí od vystupujících plynů metanu z dolu po jeho uzavření.
21
Dalším krokem při hodnocení nebezpečí od vystupujících plynů je stanovení zbytkové
plynodajnosti uzavřeného dolu a rozhodnutí o způsobu likvidace jámy a rozsahu ponechaného
degazačního systému v dole s ohledem na snížení nebezpečí výstupů plynů.
Zbytkové plynodajnosti uzavřeného dolu závisí na následujících parametrech:
-
přírodní a zbytková plynonosnosti uhlí ponechaného v dole v oblasti ovlivnění,
-
velikosti odplyňovacího prostoru (prostorový rozsah horninového masivu
ovlivněného dobývacími pracemi), stupeň odplynění nadloží a podloží,
-
časovém poklesu plynodajnosti uzavřeného dolu,
-
časovém postupu zatápění uhelných slojí,
-
stupni utěsnění dolu a komunikaci s okolím (např. odsávání metanu), migraci
důlního plynu na povrch,
-
dlouhodobých biologických procesech probíhající v uzavřeném dole.
4.1.4 Metodika stanovení zbytkové plynodajnosti uzavřeného dolu
Metodika stanovení zbytkové plynodajnosti uzavřeného dolu byla vypracovány ve dvou
variantách a to:
a) Časová extrapolace hodnot zbytkové plynodajnosti dolu v době provozu, plynodajnosti dolu
po ukončení těžby a po jeho uzavření
b) Výpočet na základě stupně odplynění uhelných slojí a hornin a plynové bilance horninového
masivu v odplyňovacím prostoru
Metodika v obou variantách je založena na následujících výchozích předpokladech:
1. Výpočtem podle varianty a) je jednodušší, není v něm však možno zohlednit časový postup
zatápění uhelných slojí. Časový postup zatápění je zohledněn ve výpočtu podle varianty b).
2. Výpočet podle obou variant vychází z plynodajnosti dolu ve fázi dobývání respektive těsně
po jeho ukončení. Není proto zde zohledněn stupeň utěsnění dolu vzhledem k okolí případně
odsávání metanu. Obecně lze říci, že plynodajnost dolu stanovena podle navržených metodik
22
bude vyšší než plynodajnost uzavřeného dolu bez komunikací s povrchem a bude se blížit
hodnotě plynodajnosti dolu v případě, že veškerý uvolněný metan je odsáván. odsávací stanicí.
3. Plynodajnost uzavřeného dolu v důsledku dlouhodobých biologických procesů není brána
v úvahu z důvodů nedostatečné znalosti podstaty uvedeného jevu.
ad a) Časová extrapolace hodnot zbytkové plynodajnosti dolu v době provozu
Tato metoda spočívá ve statistickém vyhodnocení zbytkové plynodajnosti dolu v době provozu,
po ukončení těžby a po jeho uzavření s časovou extrapolací takto zjištěných hodnot
plynodajnosti.
Výhody:
-jednoduchost a rychlost stanovení,
Nevýhody:
-nezahrnuje pokles plynodajnosti dolu po jeho uzavření v důsledku zatápění uhelných slojí, kdy
jsou zatápěny nejdříve nejhlubší partie ložiska , kde bylo dobývání ukončeno jako poslední,
b) Výpočet na základě stupně odplynění uhelných slojí a hornin a plynové bilance
horninového masivu v odplyňovacím prostoru
Tento způsob stanovení zbytkové plynodajnosti vychází z metodik prognózy přídatné
plynodajnosti porubů (tj. uhelných slojí v nadloží ovlivněných dobýváním v závislosti na
vzdálenosti od dobývané sloje), tj. [4.19], [4.26], [4.30], [48]. Tvar křivky časového průběhu
poklesu přídatné plynodajnosti byl stanoven vlastním výzkumem na základě vyhodnocení
plynodajnosti porubu č. 138 202 na dole Lazy po ukončení dobývání v tomto porubu, jak bylo
uvedeno výše.
Výhody:
- je zohledněn časový postup zatápění ložiska,
23
Nevýhody:
- vyšší pracnost než v předchozím případě, potřeba využití mapových podkladů jednotlivých
dobývaných slojí 20 let zpětně od ukončení dobývání.
Metodika stanovení zbytkové plynodajnosti uzavřeného dolu podle obou variant je uvedena
v Příloze č. 4.1
4.1.5
Ověření vypracovaných metodik stanovení zbytkové plynodajnosti uzavřeného
dolu na příkladu uzavřeného Dolu František
Pro ověření vypracovaných metodik stanovení zbytkové plynodajnosti uzavřeného dolu byl
vybrán Důl František. Důvody pro výběr tohoto dolu byly následující:
-
v předmětné lokalitě je provozováno odsávání metanu z uzavřeného dolu a je možno
proto provést ověření výsledků stanovení zbytkové plynodajnosti,
-
jsou k dispozici mapové, geologické a další podklady [4.50],
-
je k dispozici časová posloupnost zatápění ložiska [4.50],
-
jsou k dispozici údaje o plynodajnosti, množství degazovaného plynu [4.50].
a) Stanovení zbytkové plynodajnosti uzavřeného dolu František na základě extrapolace
hodnot jeho zbytkové plynodajnosti v době provozu
Stanovení zbytkové plynodajnosti uzavřeného dolu František na základě extrapolace hodnot
jeho zbytkové plynodajnosti v době provozu bylo provedeno podle metodiky uvedené v Příloze
č. 4.1
Hodnoty exhalace, degazace a absolutní plynodajnosti Dolu František v době provozu dolu
byla převzaty z [4.50], po ukončení provozu dolu byly hodnoty o odsávaném množství metanu
poskytnuty OKD, DPB a.s. v rámci řešení projektu. Uvedené hodnoty jsou graficky znázorněny
na Obr.č.4.7.
Zbytková plynodajnost bývalého Dolu František za provozu byla stanovena na základě celkové
plynodajnosti graficky znázorněné na Obr.č.1, plynonosnosti slojí jednotlivých souvrství
24
uvedené v Tabulce č. 4.1 a podílu těžeb z karvinského a ostravského souvrství znázorněného na
Obr.č.4.8 postupem uvedeným v Příloze č. 4.1.
Důl František
exhalace, degazace, celková a zbytková plynodajnost dolu v době těžby
60 000
50 000
m3CH4.d-1
40 000
Ex
Dg
PD
PDzb
30 000
20 000
10 000
0
1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999
rok
Obr.č.4.7
Exhalace, degazace, celková a zbytková plynodajnost bývalého Dolu
František v době těžby
kde:
[m3CH4.d-1],
Ex
exhalace metanu odvedená z dolu větráním
Dg
degazované množství metanu (degazačním systémem v době těžby nebo odsávacím
[m3CH4.d-1],
systémem po jejím ukončení
PD
plynodajnost dolu, je součtem exhalace a degazovaného množství plynu
PD = Ex+Dg
[m3CH4.d-1].
PDzb
[m3CH4.d-1].
zbytková plynodajnost dolu v době provozu
Výsledky měření s stanovení přírodní plynonosnosti slojí Dolu František byly shromážděny v
[4.1]. Jedná se o výsledky měření desorbometrickou metodou a stanovení báňsko-statistickou
metodou. Průměrné hodnoty přírodní plynonosnosti slojí bývalého Dolu František jsou
uvedeny v Tabulce č.4.1.
25
Tabulka č. 4.1
Průměrná plynonosnost slojí bývalého Dolu František
PN [m3CH4.m-3]
sloje karvinského souvrství
4
sloje ostravského souvrství
8
Těžba uhlí na Dole František s členěním na těžbu ze slojí ze sedlového a ostravského souvrství
je uvedena na Obr.č. 2
Struktura těžeb na Dole František
1,4
1,2
mil.t/rok
1
0,8
Celk.těžba
Sedlové
Porubské
Zakládáno
0,6
0,4
0,2
0
1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999
rok
Obr.č. 4.8
Podíl těžeb z karvinského a ostravského souvrství na bývalém Dole
František
Zbytková plynodajnost uzavřeného dolu František se stanoví postupem uvedeným v Příloze
č.4.1 , tj. z rovnice:
PD zb = 15586 * exp(− 0,15 * t )
(4.11)
kde:
t
doba od ukončení těžby na Dole František
26
[rok]
a je graficky znázorněná na Obr.č. 4.9. V Obr.č.4.9 jsou rovněž vyneseny hodnoty
plynodajnosti dolu po ukončení těžby a po jeho uzavření na základě údajů poskytnutých OKD,
DPB a.s.
Z porovnání vypočtených (prognózovaných) hodnot zbytkové plynodajnosti uzavřeného dolu
František a hodnot měřené plynodajnosti dolu po ukončení dobývání vyplývá, že překládaná
metodika poskytuje dostatečně přesné údaje o zbytkové plynodajnosti dolu.
Důl František
stanovení zbytkové plynodajnosti po uzavření dolu na základě extrapolace hodnot zbytkové
plynodajnosti za provozu dolu, porovnání s měřenými hodnotami
18 000
16 000
14 000
m3CH4.d-1
12 000
10 000
PDvyp
PDskut
8 000
6 000
4 000
y=15 586*exp(-0,15*t)
2 000
24
25
20
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
23
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
11
10
09
08
07
06
05
04
03
02
01
00
12
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
19
99
0
rok
Obr.č.4.9
Stanovení zbytkové plynodajnost uzavřeného Dolu František
b) Stanovení zbytkové plynodajnosti uzavřeného dolu František na základě stanovení
stupně odplynění uhelných slojí a hornin a plynové bilance horninového masívu
ba) Vypracování seznamu slojí dobývaných 20 let zpětně před předpokládaným ukončením
dobývání podle jednotlivých slojí včetně příslušných slojových map a geologických profilů.
Pro analýzy byla využita mapová dokumentace, která je součástí Závěrečného výpočtu zásob
[4.50]. Na Dole František byly dobývány sloje spodních sušských, sedlových a porubských
vrstev, jejich mapy jsou součástí této dokumentace..
27
Sloje spodních sušských vrstev jsou reprezentovány slojemi č.27 (676) až 33b (605) a byly
dobývány na dole František od roku 1912 do roku 1976 a do výpočtu zbytkové plynodajnosti
nejsou proto zahrnuty.
Sloje sedlových vrstev dobývané na Dole František v letech 1956-1994, jsou charakteristické
značně proměnlivou mocností, nestálostí plošného vývoje, převládajícím podílem pískovců a
slepenců v průvodních horninách a nejintenzivnějším rozšířením pestrých vrstev. S dobýváním
slojí sedlových vrstev bylo na Dole František započato v roce 1956, první porub byl ve sloji 34
(565) v 1. kře. Poslední zásoby sedlových vrstev byly vydobyty 24. ledna 1994 ve sloji Prokop
(č. 504) ve 3. kře v rubání 10314.
Sloje porubských vrstev byly dobývány od 1.9.1973 do ukončení těžby na Dole František tj.
do 30.6.1999. V posledních šesti letech, kdy Důl František dobýval jen sloje porubských
vrstev, se čistá dobývaná mocnost pohybovala v rozmezí 94 až 106 cm.
Sloje jakloveckých vrstev jsou známy jen z vrtného průzkumu. Oproti slojím porubských
vrstev jsou stálejší, dosahují větších průměrných mocností.
Časový sled odrubávání spodních sušských slojí
Jak již bylo uvedeno, dobývání slojí spodních sušských bylo ukončeno v roce 1976 a do
výpočtu zbytkové plynodajnosti tedy nejsou zahrnuty .
Časový sled odrubávání sedlových slojí
Sedlové sloje dolu František byly odrubávány v následujícím sledu (tučně jsou označeny sloje
zahrnuty do výpočtu, tj sloje dobývané po r. 1980, uvedeném v Tabulce č. 4.2.
28
Tabulka č. 4.2
Časový sled odrubávání sedlových slojí
Sloj
Sloj
Sloj
Sloj
Sloj
Sloj
Sloj
Sloj
Sloj.
Sloj
Sloj
Sloj
Sloj
Rok dobývání
562
558
554
546
534
530
524
522
520
514
504
503
-
34 sloj
35 sloj
36 a sloj
36 b sloj
37 b sloj
37 c1 sloj
37 c2 sloj
38 a sloj
38 b sloj
39 sloj
40 sloj – Prokop
40 sloj - Prokop - sp. l.
1964-72
1972-75
1971-79
1972-77
1977-80
1974-82
1974-82
1979-85
1977-87
1981-88
1985-91
1982-92
Slojové mapy těchto slojí jsou uvedeny v Mapových přílohách k základní zprávě.
Porubské vrstvy budou po ukončení dobývání postupně zatápěny a proto časový sled jejich
dobývání byl proveden po vyhodnocení zatápění ložiska.
Postup zatápění ložiska
Postup zatápění ložiska byl podrobně rozveden v předchozích dílčích zprávách, kde byly
uvedeny i vertikální řezy ložiskem se zakreslenými hladinami vod v letech 1999, 2005, 2011,
2017, 2020. Jednotlivé kóty zatápění jsou uvedeny v Tabulce č.4.3, podle [4.50].
Tabulka č. 4.3
Postup zatápění ložiska bývalého Dolu František
Hladina vody-kóta Hladina vody[m]
hloubka [m]
-670
952,27
-601
883,27
-580
862,27
-455
737,27
-418
700,27
Kóta povrchu je 282,27
Rok
1999
2005
2011
2017
2020
Jelikož se počva nejspodnější sloje Prokop nachází v hloubce cca 555 m pod povrchem, jak je
patrné z geologických řezů jámami F 1, F 2 a F 4 uvedených v Mapových přílohách uvedených
v základní zprávě neovlivní zatápění ložiska zbytkovou plynodajnost sedlových slojí.
29
Časový sled odrubávání porubských slojí uzavřeného Dolu František, včetně jejich
postupného zatápění
Jak již bylo uvedeno, dobývání slojí porubských slojí byl o zahájeno v roce 1973 a
ukončeno v roce 1999. Podle uvedené metodiky se zahrnují do výpočtu sloje, kde bylo
dobývání ukončeno 20 let a později před uzavřením dolu, tj. po roce 1979. Jelikož časový
horizont dobývání nebyl u všech slojí podrobně uveden v mapových podkladech byly časové
horizonty v těchto případech odhadnuty. Údaje o časovém horizontu dobývání jednotlivých
slojí, včetně průměrné koty pod povrchem a předpokládaným rokem, kdy dojde k zatopení
sloje, jsou uvedeny v Tabulce č.4.4.
Tabulka č. 4.4
Časový sled odrubávání porubských slojí, kóta pod povrchem
(průmětná) a předpokládaný rok zatopení sloje
Sloj
Roky dobývání
Sloj č. 497, (Bulfric),
Sloj č. 491,(Otakar),
Sloj č. 483, (Natan),
Sloj č. 479, (Max 1),
Sloj č. 478,
Sloj č.477, (Max 2)
Sloj č.471, (Lotar 1)
Sloj č.463, (Lotar 4-5)
Sloj č.444, (Konrád vrch. l.)
Sloj č.436, (Justin sp.l.)
Sloj č.432, (Ivan)
Sloj 428, (Heřman)
Sloj č.412, (František)
Sloj č.409, (Gustav 1)
Sloj č.408, (Gustav 2)
Sloj č.403, (Filip)
kóta pod povrchem [m]
nedobývaná
nedobývaná
1973-80
1978-95
nedobývaná
nedobývaná
1980-1990
1980-1990
nedobývaná
1983-1996
1986-1999
1993-1996
1997-1998
nedobývaná
nedobývaná
1996-1997
-313
-380
-390
-400
-403
-408
-438
-443
-518
-588
-613
-668
-683
-688
-698
-718
Rok zatopení
není
není
není
není
není
není
2018
2018
2012
2006
2004
1999
1999
1999
1999
1999
Mapy těchto slojí jsou uvedeny v Mapových přílohách k dílčím zprávám, včetně řezů ložiskem.
Vybraný řez ložiskem včetně hladiny vody v jednotlivých letech je uveden na Obr.č. 4.10
30
Obr.č. 4.10
Vybraný řez ložiskem bývalého Dolu František
31
Postup stanovení zbytkové plynodajnosti podle metodiky uvedené v příloze 4.1, výsledky jsou
uvedeny na Obr.č. 4.11 včetně porovnání výsledků stanovení zbytkové plynodajnosti oběma
metodami.
Důl František
porovnání stanovení zbytkové plynodajnosti oběma metodami
30000
25000
PDzb [m3CH4.d-1]
20000
METODA 1
METODA 2
15000
10000
5000
0
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
rok
Obr.č. 4.11
Výsledky stanovení zbytkové plynodajnosti bývalého Dolu František po
jeho uzavření
Shrnutí výsledků řešení etapy č. 4.1
Na základě analýzy teoretických a praktických poznatků z ČR a ze zahraničí a vlastního
výzkumu byla vypracovaná metodika stanovení zbytkové plynodajnosti uzavřených dolů ve
dvou variantách a to:
a) Časová extrapolace hodnot zbytkové plynodajnosti dolu v době provozu
plynodajnosti.
32
Výhody:
Nevýhody:
Výhody:
- je zohledněn časový postup zatápění ložiska,
Nevýhody:
Z porovnání výsledků stanovení zbytkové oběma metodami je patrné, že METODA 2, tj
výpočet na základě stupně odplynění uhelných slojí a hornin a plynové bilance horninového
masivu v odplyňovacím prostoru dává výsledky zpočátku vyšší než METODA 1. Příčinou
může být skutečnost, že veškerý metan, který se uvolní (nebo může uvolnit) v dole
z ukončených porubů není odveden do větrního proudu a případně odsát na povrch.
S rostoucím časovým úsekem od uzavření dolu se výsledky stanovení oběma metodami
vyrovnávají. Je tomu tak v důsledku skutečnosti, že METODA 1 nebere v úvahu zatápění
ložiska a následný pokles zbytkové plynodajnosti, přítoky vod jsou však na Dole František
relativně nízké.
Při praktickém stanovení zbytkové plynodajnosti se doporučuje nejdříve vyhodnotit
hydrogeologické poměry na ložisku. Pokud bude přítok vod nízký je možno použít metodu 1,
v opačném případě se doporučuje použít i metodu 2. V případech, že se provádí rozhodnutí o
možném komerčním provozu odsávání metanu a investicích do plynová zátky v jámě a
odsávání metanu (včetně modernizace odsávací stanice) se doporučuje věnovat stanovení
zbytkové plynodajnosti více pozornosti a provést její výpočet oběma metodami a výsledek
porovnat.
33
Vypracovaná metodika stanovení zbytkové plynodajnosti oběma metodami byla ověřena na
příkladu výpočtu zbytkové plynodajnosti uzavřeného Dolu František, kde s ohledem na
mocnost mezislojového pásma 130-160 mezi vrstvami sedlovými a porubskými bylo možné
provést tento výpočet samostatně pro každé souvrství.
Pro výpočet zbytkové plynodajnosti
byly využity výsledky a podklady uvedené
v Závěrečném výpočtu zásob černého uhlí OKD, a.s., Dolu Odra, o.z. závod František,
zpracované OKD a.s., DPB Paskov [4.50].
Bylo provedeno porovnání výsledků stanovení zbytkové plynodajnosti uzavřeného dolu
metodami jednak časové extrapolace hodnot plynodajnosti stanovené na základě vyhodnocení
měření odsávaného metanu (METODA 1) a jednak metodou výpočtu na základě stupně
odplynění uhelných slojí a hornin a plynové bilance horninového masivu v odplyňovacím
prostoru (METODA 2). Provedené ověřovací výpočty a následné porovnání prognózovaných
hodnot zbytkové plynodajnosti a s hodnotami měřenými na odsávací stanici plně prokázaly
spolehlivost vypracovaných metodik a jejich použitelnost v praxi.
4.1.6
Navrhnout uplatnění aktivních prvků pro uzavíraní dolů v karvinské a jižní části
OKD.
Uplatněním aktivních prvků po uzavírání dolů v karvinské a jižní části OKD se rozumí
odsávání metanu z uzavřených dolů ať již pomocí ponechaného degazačního systému nebo
jeho částí nebo odsávání metanu z prostoru pod zátkou. Pří návrhu uplatnění aktivních prvků
bylo vycházeno z následujících pokladů:
1. Popis degazačních systémů dolů Lazy, Darkov, ČSA a ČSM a Paskov provedených
v rámci řešení Etap č. 1 a č.5, jakožto i provozovaných odsávacích stanic na dolech:
Paskov
3 jámy (úvodní, výdušná, Řepiště)
Heřmanice
2 jámy
Vrbice, Koblov
Rychvald
2 jámy
František
2. Mapa kategorizace území OKR (zpracovaná v rámci řešení projektu ČBÚ č. 1/1999)
34
3. Mapa předpokládaných plynových komunikací mezi doly OKR ((zpracovaná v rámci
řešení projektu ČBÚ č. 1/1999)
Z provedených analýz vyplývá následující doporučený postup (etapizace) při návrhu uplatnění
aktivních prvků pro uzavírání dolů v karvinské a jižní části OKR:
1. Etapa
Upřesnění provedené kategorizace povrchu uzavřeného dolu (ložiska)
z hlediska nebezpečí výstupů plynů na povrch (upřesnění mapy zpracované v rámci řešení
projektu ČBÚ č. 1/1999) a zařazení území do následujících kategorií:
Kategorie 1: Území s možnými náhodnými nekontrolovatelnými výstupy metanu na povrch
Kategorie 2: Území nebezpečná nekontrolovatelnými výstupy metanu
Kategorie 3: Území ohrožená nekontrolovatelnými výstupy metanu na povrch
Charakteristika jednotlivých kategorií byla uvedena v předchozí subkapitole. Dle zmíněné
mapy kategorizace území OKR se území odpovídající kategorii 2 a kategorii 3 v karvinské a
jižní části OKR nacházejí na katastrálních územích:
Orlová
Doubrava u Orlové
Karviná doly
Lazy u Orlové
jedná se tedy o dobývací prostory dolů CSA, Darkov a Lazy (bez Dolu Dukla).
2. Etapa
Rozhodování podle výsledků analýzy provedené v bodě 1
a) V dobývacím prostoru uzavřeného dolu se nacházejí území kategorie 2 a 3 podle
kategorizace území ať již se zástavbou nebo bez zástavby
pokračovat řešení podle bodu 3, v TPL se zabývat snížením nebezpečí výstupů plynů na
povrch pomocí aktivních prvků.
35
b) V dobývacím prostoru uzavřeného dolu se nacházejí území kategorie 1 podle kategorizace
území, na kterých je umístěna zástavba nebo ji územní plán předpokládá – pokračovat v řešení
uvedeného podle bodu 3, v TPL se zabývat snížením nebezpečí výstupů plynů na povrch
použitím aktivních prvků.
c) V dobývacím prostoru uzavřeného dolu se nachází území kategorie 1 bez zástavby ani se
zástavba dle územního plánu nepředpokládá, v TPL se nezabývat snížením výstupů plynů na
povrh, případné použití aktivních prvků (odsávání plynu z uzavřené jámy- kolektoru ) řešit jako
komerční projekt.
3. Etapa
Vyhodnocení časového postupu zatápění dolu a jednotlivých uhelných slojí
4. Etapa
Stanovení zbytkové plynodajnosti uzavřeného dolu podle vypracovaných metodik
5. Etapa
Vyhodnocení možností využití degazace po uzavření dolu (stařiny na horních s napojením na
hluboké horizonty). V návaznosti na postup zatápění dolu budou stařiny na nejhlubších patrech
zatápěny a degazační systém se stane nefunkční.
Při návrhu aktivních prvků zohlednit skutečnost, že cílené odsávání (využití degazačního
potrubí ponechaného v dole) je nespolehlivé a po určité kratší či delší době dojde k jeho
zavodnění v důsledku vysoké vlhkosti odsávaného plynu a tím k přerušení proudění
degazované směsi bez možnosti opravy. Při řešení dlouhodobých záměrů se doporučuje brát
v úvahu pouze potrubí vyústěné pod zátku do plynového kolektoru uzavřené jámy.
4.2 Stanovení rozsahu ponechaného degazačního systému v dole, kapacity a
způsobu provozu degazační stanice
Jak již bylo uvedeno v předchozí subkapitole degazační systém v dole vyžaduje údržbu
(odvodňování) a pokud je systém ponechán v uzavřeném dole bez možnosti oprav a údržby,
stává se po určité době nefunkční. Proto se dlouhodobějších záměrech doporučuje brát v úvahu
pouze odsávání z plynového kolektoru pod jámovou zátkou.
36
V rámci řešení etap č. 1 a č.5 byly porovnány kapacity degazačních stanic na
uzavřených dolech a následně odsávaného množství metanu po ukončení provozu dolu, rovněž
byl proveden přehled kapacit degazačních stanic na provozovaných dolech. Z provedených
analýz vyplynulo, že degazační stanice na provozovaných dolech pracují s dostatečnou
rezervou. Kapacita odsávání na jednotlivých uzavřených dolech je dle provedených analýz na
úrovni kapacity degazace před uzavřením dolu (tedy při snižující plynodajnosti) a proto lze
oprávněně předpokládat, že kapacita degazačních stanice dolů v současné době provozovaných
bude dostačující i po ukončení dobývání a uzavření dolu a přechodu degazační stanice na režim
odsávání. Skutečnost, zda byla odsávací stanice provozována nepřetržitě nebo v přerušovaném
provozu nebylo možné dohledat, neboť údaje o odsávaném množství plynu jsou udávány
v ročním průměru. V komerčním provozu je nejdůležitější hledisko koncentrace odsávaného
plynu, neboť nedostatečnou koncentraci plynu není možno dodávat do sítě SMP případně jinak
technologicky využívat a jakékoli další úpravy plynu za účelem zvýšení koncentrace
ekonomicky neúnosné.
Při případném nekomerčním provozu se doporučuje provozovat odsávací systém
v nepřetržitém provozu za účelem trvalého udržování alespoň části uzavřeného dolu v podtlaku
a vytvoření tak rezervy pro nebezpečnou situaci vzniklou v případě náhlého nárůstu
barometrického tlaku.
Na Obr.č. 4.12 je uveden příklad stanovení kapacity degazační a následně odsávací
stanice Dolu František. Vycházelo ze záznamů o plynodajnosti a degazovaném množství dolu
v době těžby a po jejím ukončení. V daném případě dosahuje v době uzavření jam množství
odsávaného metanu cca 70 % degazovaného množství v době provozu jak je patrné z Obr. č.
4.12 V tomto případě je možné využít stávající zařízení v období krátce po uzavření dolu,
postupně však bude nutné výkon zařízení snižovat s postupem poklesu zbytkové plynodajnosti
buď výměnou odsávacího agregátu nebo přerušovaným provozem.
37
Plynodajnost a degazace z dolu v době těžby a po uzavření
70 000
60 000
ukončena těžba
50 000
m3CH4.d-1
uzavřena jáma
40 000
PD
DG
PROGNÓZA
30 000
20 000
10 000
23
25
20
19
17
15
13
11
09
07
05
03
01
99
97
95
93
91
89
87
85
21
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
19
19
19
19
19
19
19
81
83
19
19
19
19
79
0
rok
Obr. č.4.12
Plynodajnost a degazace v době těžby a po uzavření Dolu František
Zde je však nutno zdůraznit, že vybavení degazačních stanic je v řadě případů zastaralé,
vyžadující stálý dozor s minimální možností automatizace provozu. a jejich provozování
v režimu odsávání je ekonomicky náročné. Proto se provádí převybavování odsávacích stanic
na moderní jednotky – dmychadla, která pracují na suchém principu pracující s výrazně
nižšími náklady na provoz možností automatizace a bezobslužný provoz[4.20].
4.3 Analyzovat současný stav likvidace hlavních důlních děl, zejména jámových
stvolů, se zaměřením na zachování degazačního systému pro následní ovlivnění
nebezpečí neřízeného výstupu metanu po likvidaci dolu.
Analýza současného stavu likvidace hlavních důlních děl byly provedena v rámci řešení
etapy č.1, kde je provedena podrobná analýza problematiky, v dalším textu je uveden stručný
výtah potřebný pro provedení závěrů.
.
DIAMO, státní podnik odštěpný závod Odra je v současné době tvořen bývalými doly,
ke kterým jsou přiřazeny tyto dobývací prostory:
− Důl Odra — dobývací prostor Přívoz
38
− Důl Jan Šverma dobývací prostory Mariánské Hory a Svinov
− Důl Ostrava - dobývací prostory Slezská Ostrava I a III a Vítkovice
− Důl Heřmanice - dobývací prostory Heřmanice a Michálkovice
− Důl Fučík - dobývací prostory Petřvald I a II, Poruba a Radvanice
− Důl Paskov - dobývací prostor Paskov
− Důl František - dobývací prostor Horní Suchá
Uvedené doly se staly Od 1.1.2002 prodejem od OKD, a.s. součástí DIAMO, státní podnik
odštěpný závod ODRA v souladu s usnesením vlády České republiky Č. 453 ze dne 9.5.2001.
Na jednotlivých bývalých dolech bylo při vyhlášení útlumu činných celkem 51 hlavních
důlních děl - jam. Během útlumu bylo zlikvidováno v létech 1991 - 2001 47 činných jam –
z toho 34 jam v ostravské části, 6 jam na lokalitě Fučík, 4 jámy na lokalitě Paskov a 3
na lokalitě František.
Zbývající 4 jámy, z toho 2 na lokalitě Jeremenko a 2 na lokalitě Žofie slouží od srpna,
resp.října 2001 k čerpání důlních vod, resp. udržování vodní hladiny ve stanovených
horizontech, aby nedošlo k přetoku důlních vod do činných částí OKD,a.s.
Likvidace jam zpočátku probíhala s využitím tradičního nezpevněného zásypového materiálu výpěrků a hlušiny, v několika případech bylo použito popílku, popelovin a slévárenských
písků. S postupem útlumových prací a zpřísňování báňské legislativy v létech 1995-1987 bylo
přistoupeno k likvidaci jam zpevněným zásypovým materiálem - cementopopílkové směsi a
beton. Většinou byly jámy likvidovány v celém stvolu, v případech, kdy měla být zachována
degazace důlního pole, byly jámy likvidovány pouze ve vrchní částí nad vybudovanou
betonovou jámovou zátkou (byly vybudovány tzv. plynové jámy). S ohledem na další využití
těchto důlních děl a jejich kontrolu v souladu s vyhláškou ČBÚ Č.52/1 997 Sb. v platném znění
byly v jámách ponechány potrubní tahy (případně položeny nové), které slouží k odvodu
důlních plynů z jámového stvolu, k monitoringu výšky vodní hladiny při zatápění a
v budoucnu umožní ukládaní popílku do opuštěných volných důlních prostor.
Náklady na likvidaci modelové jámy zpevněným zásypem jsou ve výši 32,367 mil. Kč.
Náklady na likvidaci stejné modelové jámy nezpevněným zásypem činí 8,399 mil. Kč.
Při použití nezpevněného zásypu dochází u likvidace stejné jámy k úspoře 23,968 mil. Kč,
doba likvidace jámy zpevněným zásypem je dvojnásobná ve srovnání s dobou likvidace jámy
39
nezpevněným zásypem. Náklady na likvidaci výdušné jámy Paskov činily 19,316 mil. Kč,
z toho betonová zátka na 1. patře 4,483 mil. Kč. Náklady na likvidaci všech jam byly kryty
dotací ze státního rozpočtu. Jak vyplynulo z provedených analýz rozhodování o způsobu
uzavírání jam byla vedena více požadavky na komerční využití odsávaného plynu než
požadavky na snížení rizika od vystupujících plynů na povrch.
Při rozhodování o způsobu likvidace jámy se doporučuje postupovat v etapách uvedených
v podetapě 4.1.3.
4.4 Vypracovat návrh novely vyhlášky ČBÚ č.52/1997 Sb., kterou se stanoví
požadavky k zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci a bezpečnosti
provozu při likvidaci hlavních důlních děl.
Definice základních pojmů:
Útlum těžby poslední etapa životnosti dolu, kdy jsou zastaveny veškeré investiční akce,
dokončena jsou jen nezbytná přípravná důlní díla. dále je útlum těžby charakterizován
postupným výklizem, pleněním a uzavíráním vydobytých a pro další těžbu neefektivních
oblastí dolů, a to jak ve vertikálním tak v horizontálním členění Tyto práce jsou prováděny
v souladu s ustanovením vyhlášky č. 22/1989 Sb. a v souladu s technickým projektem likvidace
dolu (TPL).
Zajištění a likvidace dolu
po ukončení dobývacích prací plynule pokračuje výkliz, plenění a
postupné výbuchuvzdorné uzavírání odhozených oblastí dolu podle schváleného TPL až do
vytvoření posledního malého větrního okruhu s průchodním větrním proudem. Do této fáze se
práce řídí podle vyhlášky č. 22/1989 Sb.
Vlastní práce na likvidaci hlavních důlních děl, jimiž likvidace dolu končí, včetně opatření na
horizontálních dílech ústících do likvidované jámy se rovněž řídí TPL, který musí být
zpracován podle vyhlášky ČBÚ č. 52/1997 Sb., v platném znění a vyhlášky ČBÚ č. 104/1988
Sb. v platném znění.
40
a) Doplnění Vyhlášky č. 369/2004 Sb.
Metodiku výpočtu zbytkové plynodajnosti uzavřeného dolu jak byla uvedena v Příloze č.4.1, se
doporučuje zařadit jako přílohu Vyhlášky č.369/2004 Sb. o projektování , provádění a
vyhodnocování geologických prací, oznamování rizikových geofaktorů a o postupu při výpočtu
zásob výhradních ložisek. Tato vyhláška obsahuje v příloze č. 6 Osnovu likvidačního výpočtu
zásob včetně příloh. Jelikož tento likvidační výpočet zásob obsahuje rozsáhlé informace o
ložisku potřebné k výpočtu zbytkové plynodajnosti uzavřeného dolu (a je používán při řešení
předmětného projektu), navrhuje se zabudovat povinnost stanovení zbytkové plynodajnosti
uzavřeného dolu do této vyhlášky (s vazbou na další legislativní akty) včetně metodické
osnovy, která bude vypracována v rámci řešení projektu.
b) Doplnění Vyhlášky Českého báňského úřadu č. 52/1997 Sb.ze dne 25. února 1997, kterou se
stanoví požadavky k zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci a bezpečnosti provozu při
likvidaci hlavních důlních děl
Doplnění § 3, Dokumentace,
odst 2, V dokumentaci se určí zejména:
vložení dalšího písmena po písmenu l:
l a) Způsob zamezení ohrožení povrchu vystupujícím plynem. v etapách následujícím
způsobem:
1. Etapa
Upřesnění provedené kategorizace povrchu uzavřeného dolu (ložiska)
z hlediska nebezpečí výstupů plynů na povrch (upřesnění mapy zpracované v rámci řešení
projektu ČBÚ č. 1/1999) a zařazení území do následujících kategorií:
Kategorie 1: Území s možnými náhodnými nekontrolovatelnými výstupy metanu na povrch
Kategorie 2: Území nebezpečná nekontrolovatelnými výstupy metanu
Kategorie 3: Území ohrožená nekontrolovatelnými výstupy metanu na povrch
41
Charakteristika jednotlivých kategorií byla uvedena v předchozí subkapitole. Dle zmíněné
mapy kategorizace území OKR se území odpovídající kategorii 2 a kategorii 3 v karvinské a
jižní části OKR nacházejí na katastrálních územích:
Orlová
Doubrava u Orlové
Karviná doly
Lazy u Orlové
jedná se tedy o dobývací prostory dolů CSA, Darkov a Lazy (bez Dolu Dukla).
2. Etapa
Rozhodování podle výsledků analýzy provedené v bodě 1
a) V dobývacím prostoru uzavřeného dolu se nacházejí území kategorie 2 a 3 podle
kategorizace území ať již se zástavbou nebo bez zástavby
pokračovat řešení podle bodu 3, v TPL se zabývat snížením nebezpečí výstupů plynů na
povrch pomocí aktivních prvků.
b) V dobývacím prostoru uzavřeného dolu se nacházejí území kategorie 1 podle kategorizace
území, na kterých je umístěna zástavba nebo ji územní plán předpokládá – pokračovat v řešení
uvedeného podle bodu 3, v TPL se zabývat snížením nebezpečí výstupů plynů na povrch
použitím aktivních prvků.
c) V dobývacím prostoru uzavřeného dolu se nachází území kategorie 1 bez zástavby ani se
zástavba dle územního plánu nepředpokládá, v TPL se nezabývat snížením výstupů plynů na
povrh, případné použití aktivních prvků (odsávání plynu z uzavřené jámy- kolektoru ) řešit jako
komerční projekt.
3. Etapa
Vyhodnocení časového postupu zatápění dolu a jednotlivých uhelných slojí
4. Etapa
Stanovení zbytkové plynodajnosti uzavřeného dolu v horizontu předchozích 20 let podle
vypracovaných metodik.
42
5. Etapa
Vyhodnocení možností využití degazace po uzavření dolu (stařiny na horních s napojením na
hluboké horizonty). V návaznosti na postup zatápění dolu budou stařiny na nejhlubších patrech
zatápěny a degazační systém se stane nefunkční.
Při návrhu aktivních prvků zohlednit skutečnost, že cílené odsávání (využití degazačního
potrubí ponechaného v dole) je nespolehlivé a po určité kratší či delší době dojde k jeho
zavodnění v důsledku vysoké vlhkosti odsávaného plynu a tím k přerušení proudění
degazované směsi bez možnosti opravy. Při řešení dlouhodobých záměrů se doporučuje brát
v úvahu pouze potrubí vyústěné pod zátku do plynového kolektoru uzavřené jámy.
Projekt prevence neřízených výstupů plynů z uzavřeného dolu na povrch musí být součástí
technického plánu likvidace dolu
1. Součástí tohoto projektu prevence výstupů plynů na povrch musí být:
a. výpočet zbytkové plynodajnosti uzavřeného dolu
b. vyhodnocení možností neřízených výstupů plynů na povrch, včetně možných
lokalit a jejich situování vzhledem ke stávajícímu důlnímu poli, odhad intenzity
výstupů s ohledem na zbytkovou plynodajnost a charakter komunikací
s povrchem, zhodnocení nebezpečí plynoucího z těchto výstupů plynů.
c. vyhodnocení možností komerčního využívání plynu z uzavřeného dolu
2. Pokud existuje možnost neřízených výstupů plynů na povrch vypracuje se projekt jejich
řízeného odvádění-uplatnění aktivních prvků, se stanovením:
a. potřebné kapacity odsávací stanice a jejího provedení,
b. lokalizaci potrubí v dole napojeného na cílené odsávání, (rozsah degazace ),
c. technické prostředky pro zajištění funkce tohoto potrubí i po uzavření dolu,
3. Po zprovoznění odsávací stanice musí být technické údaje o množství odsátého plynu,
jeho koncentraci a podtlaku shromažďovány pověřenou organizací a průběžně
vyhodnocovány spolu s hodnocením nebezpečí neřízených výstupů plynů na povrch.
Doplnění § 14, Zvláštní opatření pro plynující doly
43
odst (1) Byl-li důl v době jeho provozu zařazen jako plynující, je nutno před zpracováním
dokumentace vyhodnotit zbytkovou plynodajnost celého dolu při zohlednění vlivu
barometrického tlaku
Závěr
ETAPA č.4 projektu č. 23/2003 byla řešena ve čtyřech pod etapách, jejichž výsledky jsou
následující:
Podetapa 4.1 Využitím poznatků a vlastního výzkumu stanovení zbytkové
plynodajnosti uzavíraných dolů a predikce metanu na povrch navrhnout
uplatnění aktivních prvků pro uzavíraní dolů v karvinské a jižní části
OKD.
Na základě analýzy teoretických a praktických poznatků z ČR a ze zahraničí a vlastního
výzkumu byla vypracovaná metodika stanovení zbytkové plynodajnosti uzavřených dolů
uvedená v příloze č. 4.1 ve dvou variantách a to:
a) Časová extrapolace hodnot zbytkové plynodajnosti dolu v době provozu
plynodajnosti.
Výhody:
Nevýhody:
44
Výhody:
-
je zohledněn časový postup zatápění ložiska,
Nevýhody:
Z porovnání výsledků stanovení zbytkové oběma metodami je patrné, že METODA 2, tj
výpočet na základě stupně odplynění uhelných slojí a hornin a plynové bilance horninového
masivu v odplyňovacím prostoru dává výsledky zpočátku vyšší než METODA 1. Příčinou
může být skutečnost, že veškerý metan, který se uvolní (nebo může uvolnit) v dole
z ukončených porubů není odveden do větrního proudu a případně odsát na povrch.
S rostoucím časovým úsekem od uzavření dolu se výsledky stanovení oběma metodami
vyrovnávají. Je tomu tak v důsledku skutečnosti, že METODA 1 nebere v úvahu zatápění
ložiska a následný pokles zbytkové plynodajnosti, přítoky vod jsou však na Dole František
relativně nízké.
Při praktickém stanovení zbytkové plynodajnosti se doporučuje nejdříve vyhodnotit
hydrogeologické poměry na ložisku. Pokud bude přítok vod nízký je možno použít metodu 1,
v opačném případě se doporučuje použít i metodu 2. V případech, že se provádí rozhodnutí o
možném komerčním provozu odsávání metanu a investicích do plynová zátky v jámě a
odsávání metanu (včetně modernizace odsávací stanice) se doporučuje věnovat stanovení
zbytkové plynodajnosti více pozornosti a provést její výpočet oběma metodami a výsledek
porovnat.
Vypracovaná metodika stanovení zbytkové plynodajnosti oběma metodami byla
ověřena na příkladu výpočtu zbytkové plynodajnosti uzavřeného Dolu František, kde
s ohledem na mocnost mezislojového pásma 130-160 mezi vrstvami sedlovými a porubskými
bylo možné provést tento výpočet samostatně pro každé souvrství.
45
Pro výpočet zbytkové plynodajnosti byly využity výsledky a podklady uvedené v Závěrečném
výpočtu zásob černého uhlí OKD, a.s., Dolu Odra, o.z. závod František, zpracované OKD a.s.,
DPB Paskov [4.50].
Bylo provedeno porovnání výsledků stanovení zbytkové plynodajnosti uzavřeného dolu
metodami jednak časové extrapolace hodnot plynodajnosti stanovené na základě vyhodnocení
měření odsávaného metanu (METODA 1) a jednak metodou výpočtu na základě stupně
odplynění uhelných slojí a hornin a plynové bilance horninového masivu v odplyňovacím
prostoru (METODA 2). Provedené ověřovací výpočty a následné porovnání prognózovaných
hodnot zbytkové plynodajnosti a s hodnotami měřenými na odsávací stanici plně prokázaly
spolehlivost vypracovaných metodik a jejich použitelnost v praxi.
Podetapa 4.2 Navrhnout využití a rozsah degazace při likvidaci dolu pro zpracování
technického plánu likvidace.
Z provedených analýz vyplynulo, že degazační systém v dole vyžaduje údržbu
(odvodňování) a pokud je ponechán v uzavřeném dole bez možnosti oprav stává se po určité
době nefunkční. Proto se dlouhodobějších záměrech doporučuje brát v úvahu pouze odsávání
z plynového kolektoru pod jámovou zátkou.
V rámci řešení etap č. 1 a č.5 byly porovnány kapacity degazačních stanic na
uzavřených dolech a následně odsávaného množství metanu po ukončení provozu dolu, rovněž
byl proveden přehled kapacit degazačních stanic na provozovaných dolech. Z provedených
analýz vyplynulo, že degazační stanice na provozovaných dolech pracují s dostatečnou
rezervou a jejich výkon bude postačující i v případě, že po uzavření dolu bude provoz převed
na režim odsávání. Kapacita odsávání na jednotlivých uzavřených dolech je dle provedených
analýz na úrovni kapacity degazace před uzavřením dolu (tedy při snižující plynodajnosti) a
proto lze oprávněněn předpokládat, že kapacita degazačních stanice dolů v současné době
provozovaných bude dostačující i po ukončení dobývání a uzavření dolu a přechodu degazační
stanice na režim odsávání.
46
Vybavení degazačních stanic je v řadě případů zastaralé, vyžadující stálý dozor
s minimální možností automatizace provozu. a jejich provozování v režimu odsávání je
ekonomicky náročné. Proto se provádí převybavování odsávacích stanic na moderní jednotky –
dmychadla, která pracují na suchém principu pracující s výrazně nižšími náklady na provoz
s možností automatizace a bezobslužný provoz a tento trend lze doporučit i do budoucna.
Podetapa 4.3 Analyzovat současný stav likvidace hlavních důlních děl, zejména
jámových stvolů, se zaměřením na zachování degazačního systému pro
následní ovlivnění nebezpečí neřízeného výstupu metanu po likvidaci
dolu.
Likvidace jámy nezpevněným zásypem je podstatně levnější a rychlejší než likvidace
zpevněným zásypem a vytvoření plynové jámy pro odsávání plynu. Jak vyplynulo
z provedených analýz rozhodování o způsobu uzavírání jam byla vedena více požadavky na
komerční využití odsávaného plynu než požadavky na snížení rizika od vystupujících plynů na
povrch.
Na základě provedených analýz byl vypracován doporučený postup (etapizace) rozhodování o
způsobu likvidace jam a návrhu uplatnění aktivních prvků pro uzavírání dolů v karvinské a
jižní části OKR, který je uveden v legislativním výstupu.
Podetapa 4.4
Vypracovat návrh novely vyhlášky ČBÚ č.52/1997 Sb., kterou se
stanoví požadavky k zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci a
bezpečnosti provozu při likvidaci hlavních důlních děl.
Shrnuje výsledky řešení etapy 4 ve formě legislativního výstupu.
47
Seznam literatury použité při řešení Etapy 4
[4.1]
Bódi, J., 1992, ”Těžba metanu z karbonských uhelných slojí”, Výzkumná zpráva VVUÚ OstravaRadvanice.
[4.2]
Burrell, R., Kershaw,S., Whitworth, K., 2004, “Coal Mine Methane Rewiew of the Mechanism for Control
of Emissions“(Důlní metan – Přehled mechanismů pro řízení emisí), Report No. Coal R
256/DTI/Pub/URN 04/85, IMC, U.K.
[4.3]
Dvorský, J., 1992, Studie „Nakládání s důlními vodami při utlumování dolů ostravské dílčí pánve OKR“,
Důlní průzkum a bezpečnost Paskov, a.s., červen.
[4.4]
Collings, R., C., 2003, “Numerical Simulationof Coalmethane Recovery (Numerická simulace produkce
uhelného metanu), UMSICHT-Schriftenreihe Band 44, Obrhausener Grubengas Tage 2003.
[4.5]
Coté, M., M., Collings, R.C., 2003, Talkington, C., C., 2003, “Methane Emissions Estimates &
Methodology for Abandoned Coal Mines in the United States“. (Odhady plynodajnosti a příslušná
metodika pro opuštěné uhelné doly v USA), Proceedings of the 3rd International Methane & Nitrous Oxide
Mitigation Conference, Beijing, China, November 17-21. (
[4.6]
Creedy, D., P., 1998, ”Gas in Abandonned Mines: A Hazard and a Resource (Plyn v uzavřených dolech:
Nebezpečí a zdroj energie)”. Proceedings of International Conference on Coal –Bed Methane –
Technologies of Recovery and Utilisation, pp. 507-524, 27-28 May, Ustron, Poland.
[4.7]
Couillet, J-C., Pokryszka, Z., Tauziede, C., Prince, M., 1998, “Mathematical Model for Firedamp
Reservoirs”.(Matematický model pro zásobník metanu), Proceedings of International Conference on Coal
–Bed Methane –Technologies of Recovery and Utilisation, pp. 25-40, 27-28 May, Ustron, Poland (
[4.8]
Diamond, W., P., Levine, J., R., 1981, “Direct Method Determination of the Gas content of Coal:
Porcedures and Results (Přímá metoda stanovení plynonosnosti uhlí: Postupy a výsledky)“. Bureau of
Mines Report of Investigations, RI 8515.
[4.9]
Eliminace nebezpečí od metanu unikajícího z podzemních prostorů, kde byla ukončena hornická činnost“,
2001, projekt č 01, který byly součástí programu výzkumu a vývoje ČBÚ „Zvýšení úrovně bezpečnosti
v dolech a eliminace nebezpečí od unikajícího metanu z uzavřených prostor, OKD DPB a.s.
[4.10] Francart, W., J., Beiter, D., A., 1997, “Barometric Pressure Influence in Mine Fire Sealing”, (Vliv
barometrického tlaku na uzavřená požářiště), Proceedings of the 6th International Mine Ventilation
Congress”, editor Raja V. Ramani, pp. 341-342, May 17-22, Pittsburgh, Pensylvania, USA.
[4.11] Franklin, P., 2004, “Methane Recovery from Abandoned Mines: A Unique Resource (Těžba metanu z
opuštěných dolů: jedinečný zdroj)“ th Annual Coalbed & Coal Mine Methane Conference, Denver, USA.
[4.12] Hedbávny, B., 1988, “Zásady regulace plynodajnosti ve vysokokapacitních porubech“, VVUÚ OstravaRadvanice.
[4.13] Hedbávny, B., 1979, “Výzkum přírodní plynonosnosti kolektorských typů sedlových vrstev“ Závěrečná
zpráva dílčího úkolu 12 201, VVUÚ Ostrava-Radvanice.
[4.14] Hedbávny, B., 1992, “Metodiky měření desorbovatelné plynonosnosti, plynonosnosti kontejnerovou
metodou, plynopropustnosti uhlí, tlaku plynu ve sloji, VVUÚ Ostrava-Radvanice.
[4.15] Higuchi, K., Ohga, K., 1989, “Measurements and Simulations of the Relation between Methane Flow Rate
into Headings and Surrounding Geological Conditions (Měření a simulace vztahů mezi emisemi metanu
v neproražených důlních dílech a okolními geologickým prostředím)“, Proceedings of the 23rd
International Conference of Safety in Mine Research Institutes, 11.-15. September, Washington DC, USA.
[4.16] Janas, J., 1966, “Prognóza plynodajnosti dolů OKR hornicko-statistickou metodou podle uhelných slojí“,
VVUÚ Ostrava-Radvanice, zpráva č. 34.
[4.17] Janas, J., 1968, Prognóza plynodajnosti dolů OKR, VVUÚ Ostrava –Radvanice, samostatná zpráva č. 3.
[4.18] Kalisz, J., Kozlowski, B., Sobala, E.,1976, “Porownania stosowanych w kopalniach wegla metod
prognozowanija metanowosci wyrobisk scianovych“ (Porovnání použitých metodik plynodajnosti porubů)
. Przeglad Gorniczy, No.:1.
[4.19] Kozlowski, B., 1998, ”Elements of methane emissions prognosis in mining design”.(Základy prognózy
emisí metanu v plánování dolů), International Conference on Coalbed Methane Technology of Recovery
and Utilisation. GIG Katowice, Poland.
48
[4.20] Křenek, d., Grezl, O., 2000,”Současný stav a možnosti využití metanu z uzavřených dolů”, Uhlí-RudyGeologický průzkum, ročník 42, č.8, str. 10-12
[4.21] Lát, J., 2004, “Stanovení objemu volných prostor v podzemí uzavřených dolů”, Záchranář, č.3
[4.22] Lohe, E., 1990, Geologic Parameters in Coalbed Methane Generation and Exploration in Methane
Drainage from Coal (Geologické parametry uplatňované při vzniku metanu a při jeho těžbě z uhlí), Edited
by Lincoln Paterson, CSIRO Division of Geomechanics, Australia.
[4.23] Lunarzewski, L., W., 2003,“ Coal Mine Gas Emission Assessment for Sealed Goaf Area or Abandoned
Mine” (Odhad plynodajnosti uzavřených stařin nebo opuštěných dolů), Proceedings of the 3rd International
Methane & Nitrous Oxide Mitigation Conference, Beijing, China, November 17-21.
[4.24] Machálek, M., 1988, Vývoj závalu v porubu 7 3759 na Dole Doubrava dle modelového pokusu, VVUÚ
Ostrava-Radvanice
[4.25] McPherson, M., 1993, “Subsurface Ventilation and Environmental Engineering“ (Větrání podzemních
objektů a životní prostředí) Chapman and Hall.
[4.26] Metodický pokyn pro stanovení prognózy plynodajnosti přípravných předků a porubů, 1990, VVUÚ
Ostrava-Radvanice.
[4.27] Realizační studie opatření na eliminaci výstupů důlních plynů na povrch v regionu ostravské dílčí pánve,
1994, OKd, DPB a.s..
[4.28] Sage, P., W., Creedy, D., P., 2003, “Reducing the Environmental Impact of Abandoned Coal Mines in
China” (Snižování vlivu uzavřených dolů na životní prostředí v Číně) . Proceedings of the 3rd International
Methane & Nitrous Oxide Mitigation Conference, Beijing, China, November 17-21. (Snižování vlivu
opuštěných dolů na životní prostředí
[4.29] Sheta, H., Helmig,R., Hinkelman, R., 2003, Dreidimensionale Numerische simulation von Methangas
migration im Untergrund (Trojrozměrná číslicová simulace pohybu metanu v podzemí), UMSICHTSchriftenreihe Band 44, Oberhausener Grubengas Tage 2003.
[4.30] Směrnice č. 29/1998, 1998, Prognóza plynodajnosti, Správa OKD, a.s.
[4.31] Solotych, S., S., Kaplunov, J., V., 2003, “Zustand und Perspektiven der Absaugung und Nutzung von
Grubengas in Rußland am Beispiel des Kohlenreviers Kusnetskij-Kusbass”. (Současný stav a perspektivy
odsávání a využití důlního metanu v Rusku na příkladu uhelného revíru Kusnetskij-Kuzbas). UMSICHTSchriftenreihe Band 44, Oberhausener Grubengas-Tage 2003, CMM Technologie, Erfahrungen und
Aussichten in Deutschland und International, Fraunhofer IRB Verlag.
[4.32] Soubor opatření řešících zamezení výstupů důlních plynů na povrch v regionu ostravské dílčí pánve, 1996,
OKD, DPB a.s.
[4.33] Staff, M., G., Sizer, K.E., Newson, S., R., “The Potential for surface Emissions of Methane from
Abandoned Mine Workings“, separát Wardell Armstrong, U.K.
[4.34] Stanovení plynodajnosti, Směrnice č.13, Ostravsko-karvinské doly, koncern, Ostrava, 27.3.1981, zn. TB114-896/81-Ing. Su/Ly.
[4.35] Szlazak, J., Szlazak, N., 2004, Zagrozenie metanove v kopalniach wegla i jego wplyw na bezpieczenstwo
v trakcie ich likvidacji, (Nebezpečí od metanu a jeho vliv na bezpečnost práce v dolech v průběhu jejich
uzavírání), Materialy 3 Szkoly Aerologii Gorniczej, Zakopane 12.-15.9.
[4.36] Škuta , K., 1971, Plynodajnost dolů OKR, možnosti její regulace a kriteria pro stanovení její prognózy,
VVUÚ Ostrava – Radvanice, Zpráva č.95
[4.37] Škuta, K., 1984, “Upřesnění prognózy provozní plynodajnosti v karbonském masivu na lokalitě Frenštát“,
VVUÚ Ostrava-Radvanice.
[4.38] Takla, G., 2003, “Uvolňování metanu při hlubinné těžbě uhlí”, Plyn, č.4.
[4.39] Takla, G., Konečný, M., 2003, ”Coal Mine Methane in Ostrava-Karviná Region in the Czech Republic or
What is new since Oberhausen CMM Days 2001“, (Metan odsávaný z uzavřených dolů v OstravskoKarvinském regionu neboli co je nového od „dnů důlního plynu v Oberhausenu 2003“). UMSICHTSchriftenreihe Band 44, Oberhausener Grubengas-Tage 2003, CMM Technologie, Erfahrungen und
Aussichten in Deutschland und Interbational, Fraunhofer IRB Verlag.
[4.40] Talkington, C., 2003, Successes and Challenges in US CMM Development and Developing Future
Markets”. (Úspěchy a výzvy ve využití důlního metanu v USA a jeho budoucí trhy), UMSICHTSchriftenreihe Band 44, Oberhausener Grubengas-Tage 2003, CMM Technologie, Erfahrungen und
49
Aussichten in Deutschland und Interbational, Fraunhofer IRB Verlag.
[4.41] Talkington, C., 2003, Successes and Challenges in US CMM Development and Developing Future
Markets, (Úspěchy a výzvy v rozvoji amerického uhelného metanu a rozvoj nových trhů), UMSICHTSchriftenreihe Band 44, Oberhausener Grubengas Tage 2003.
[4.42] Thielemann, T., Cramer, B., Schippers, A., 2004, “Coalbed in the Ruhr Basin Germany: A renewable
energy Resource, (Slojový metan v uhelném revíru Porůří: Obnovutelný zdroj energie) Organic
Geochemistry, 35(2004) 1537-1549
[4.43] U.S. Environmetal Protection Agency, 2004,“ Coal Mine Methane Units Converter“,
www.epa.gov/coalbed (Převodník jednotek používaných v oboru důlní metan)
[4.44] U.S. Environmental Protection Agency, 1998, Per Review: Draft Analysis of Abandoned Coal Mine
Methane Emissions Estimation Methodology (K posouzení: Návrh analýzy metodologie stanovení emisí
metanu z opuštěných dolů dolů) Washington, D.C., May
[4.45] Methodology for Abandoned Coal Mines in the United States (Stanovení emisí metanu a metodika pro
opuštěné uhelné doly v USA) Washington, D.C., January.
[4.46] Vasil, J., Voráček, V., Slavík, J., Machálek, M., 1988, Experimentální výzkum proudění větrů závaly
provozovaných porubů, VVUÚ Ostrava-Radvanice.
[4.47] Voráček, V., 1999, ” Možnosti projektování odplyňovacích vrtů v ODP pomocí matematických
modelů”.Sborník referátů z mezinárodní konference Stavební likvidace dolů. 8.-9. června Ostrava.
[4.48] Wytyczne prognozowania metanowosci wyrobisk eksploatacyjnych, (Směrnice pro prognózování
plynodajnosti porubů), Ministerstwo Gornictwa, Katowice, 1978
[4.49] Zaidenvark, V., E., Ruban, A., D., Zaburdjajev, V., S., Bardyšev, E., V., 2002, “Metodičeskije položenija
ocenki ostatočnych resursov metana I voymožnych objemovego izvlečenija na zakryvajemych šachtach,
(Metodické základy hodnocení zbytkových zdrojů metanu a možných objemů jeho odsávání na uzavíraných
dolech,)Ugol, No.:11, pg. 7-12.
[4.50] Závěrečný výpočet zásob černého uhlí, OKD, a.s. Důl Odra, o.z., závod František stav k 1.7.1999, (OKD,
DPB Paskov,a.s., odbor výpočtu zásob).
[4.51] Závěrečná zpráva bývalého závodu FRANTIŠEK, DIAMO, státní podnik, odštěpný závod ODRA,
ESIP,s.r.o., 01/2003).
[4.52] Zuber, M. D., 1997, “Application of Coalbed Methane Reservoir Simulators for Estimation of Methane
Emissions in Longwall Mining (Využití simulátoru chování rezervoáru uhelného metanu pro stanovení
emisí metanu při stěnovém dobývání)”, Proceedings of the 6th International Mine Ventilation Congress”,
editor Raja V. Ramani, pp. 435-440, May 17-22, Pittsburgh, Pensylvania, USA.
[4.53] Zuber, M.D., Boyer, C., M., Deloizer, D., L., 1999, “Design of Methane Drainage System to Reduce Mine
Ventilation Requirements (Návrh systému degazace pro redukci nároků na důlní větrání)”, Proceedings of
the 8th U.S. Mine Ventilation Symposium, editor Jerry C. Tien, pp. 147-154, June 11-17, Rolla,
50
Příloha
Způsoby stanovení zbytkové plynodajnosti uzavřených dolů
1. Stanovení zbytkové plynodajnosti uzavřeného dolu na základě časové extrapolace hodnot
jeho zbytkové plynodajnosti v době provozu (těžby)
Stanovení zbytkové plynodajnosti uzavřeného dolu na základě časové extrapolace hodnot jeho
zbytkové plynodajnosti v době provozu (těžby) během provozu a po jeho uzavření
nezohledňuje zatápění ložiska a provádí se v následujících krocích.
1. Vyhodnocení plynodajnosti dolu v době jeho provozu
(těžby), tj.stanovení
v jednotlivých letech:
absolutní plynodajnosti dolu,
degazovaného množství metanu,
zbytkové plynodajnosti provozovaného dolu.
Zbytková plynodajnost provozovaného dolu se stanoví ze vztahu:
n
n
1
1
PDzb1 = PDc − ∑ PD pi − ∑ PDči
kde:
i =n
∑ PD
součet plynodajností jednotlivých provozovaných porubů
či
součet plynodajností jednotlivých provozovaných ražených důlních děl [m3CH4.d-1]
i =1
i =n
∑ PD
i =1
[m3CH4.d-1]
pi
pokud nejsou k dispozici údaje z větrních výkazů pro stanovení plynodajnosti provozovaných
porubů a ražených důlních děl je možné provést hrubý odhad zbytkové plynodajnosti dolu ze
vztahu:
PD zb1 = PDc − PN * t
PN
průměrná plynonosnost dobývaných slojí
[m3CH4.t-1]
t
průměrná denní těžba
[m3CH4.d-1]
2. Matematické zpracování
Zbytková plynodajnost uzavřeného dolu v jednotlivých letech po ukončení dobývání se stanoví
ze vzorce:
PDzb = PDzb1stř * exp(− D * t )
[m3CH4.d-1]
51
kde:
PDzbstř
průměrná zbytková plynodajnost provozovaného dolu v posledních pěti letech jeho
[m3CH4.d-1]
provozu
D
koeficient jehož hodnota se pohybuje v rozmezí -0,12 až -0,15
t
doba od ukončení těžby dolu
[rok-1]
[rok]
2. Stanovení zbytkové plynodajnosti uzavřených dolů na základě stanovení stupně odplynění
uhelných slojí a hornin a plynové bilance horninového masívu
Metodika stanovení zbytkové plynodajnosti uzavíraných dolů na základě stanovení stupně
odplynění uhelných slojí a hornin a plynové bilance horninového masivu vychází
z teoretických principů prognózy plynodajnosti porubů stanovených v „Metodickém pokynu
pro stanovení prognózy plynodajnosti přípravných předků a porubů,“ VVUÚ 1990.
1.
Shrnutí základních teoretických východisek výpočtu zbytkové plynodajnosti
uzavřených dolů
a)
Plynodajnost odplyňovacího prostoru porubu po ukončení dobývání exponenciálně klesá
z původní hodnoty přídatné plynodajnosti v době dobývání porubu na hodnotu blízkou
nule (rovnovážný stav) v průběhu 20 let.
b)
Zbytková plynodajnost uzavřeného dolu je součtem plynodajností odplyňovacích prostorů
jednotlivých porubních bloků s uvážením časového faktoru poklesu plynodajnosti
vzhledem k době ukončení jejich dobývání.
c)
Při stanovení zbytkové plynodajnosti se předpokládá, že po uzavření dolu bude udržován
tlakový a koncentrační spád mezi ovlivněnými uhelnými slojemi a důlními prostory, tj. že
plyn je z uzavřeného dolu odváděn. V opačném případě lze očekávat, že hodnota zbytkové
plynodajnosti bude nižší.
d)
Zbytková plynodajnost zatopených partií ložiska je nulová
e)
Plyn uvolňovaný z hornin v nadloží se do výpočtu nezahrnuje (předpokládá se, že byl
odveden větráním nebo degazací v průběhu dobývání),
f)
Nezahrnuje se plynodajnost z obtížně identifikovatelných zdrojů (fukačů, plynodajných
poruch, pokryvu apod.),
g)
Oblast, ze které se uvolňuje plyn z ovlivněné oblasti vydobytého porubu (odplyňovací
prostor) má tvar hranolu o velikosti:
odrubaná plocha x výška odplyňovacího prostoru
52
h)
Stupeň ovlivnění nadloží a podloží je určován v závislosti na:
a. vzdálenosti od dobývané sloje,
b. výšce přímého nadloží (celkové mocnosti dobývané sloje),
c. skladbě a pevnosti litologických složek masivu (pevnostní profil) a vrstevnatosti
hornin,
d. úklonu sloje.
Navržený postup stanovení zbytkové plynodajnosti byl redukován za účelem
zjednodušení
výpočtu následovně:
§
úhel pevnostního spádu je konstantní, tj. 45 % (středně pevné nadloží)
§
součinitel nakypření byl zvolen jako konstanta k = 1,17 (středně pevné nadloží)
§
součinitel vrstevnatosti byl zvolen 0,75 – pro 10 a více vrstev v nadloží či podloží
Produkce metanu v důsledku činností mikroorganismů není ve výpočtu zahrnuta
i)
2.
Podkladové materiály pro stanovení prognózy plynodajnosti porubu
a) Slojové mapy zahrnující období 20 a méně let před ukončením dobývání s vyznačenými
vydobytými plochami a daty dobývání
b) Popis geologické stavby ložiska
Geologický profil ložiska, členění ložiska na kry, v profilu označit:
•
kóty počvy a stropu slojí a proslojků nebo mocnosti slojí a vzdálenosti mezi nimi,
•
typ hornin a pevnosti v tlaku hornin a uhlí
c) Údaje o plynonosnosti uhelných slojí
stanoví se měřením nebo výpočtem.
Výpočet se provede podle vzorce:
PN = a1 * W a + a 2 * ln σ tl + a 3
[m3CH4.t-1],
kde:
PN
přírodní plynonosnost uhelných slojí
Wa
rovnovážný obsah analytické vody
σtl
pevnost uhelné hmoty v tlaku
[m3CH4t-1]
váhová [%],
[MPa].
Hodnoty koeficientů jsou:
a1 = -0,961681
a2 = -3,106520
a3 = 16,955400
53
Plynonosnot uhelné sloje je možné stanovit také pomocí nomogramu znázorňujícího výše
uvedenou rovnici.
d) Technicko - provozní údaje
•
•
•
•
čistá a celková mocnost dobývané sloje,
způsob likvidace vyrubaného prostoru-zakládka, zával,
postup zatápění ložiska v jednotlivých průřezových letech,
doba od ukončení dobývání daného porubu k datu uzavření dolu.
3
Stanovení zbytkové plynonosnosti ovlivněných slojí v nadloží a podloží
V průběhu dobývání sloje je část plynu obsažena v nadložních a podložních slojích odvedena
větráním nebo degazací (tzv. přídatná plynodajnost porubu). Plyn neodvedený z ovlivněných
54
slojí v nadloží a podloží v průběhu dobývání (zbytková plynonosnost) se dále postupně
uvolňuje a vystupuje do volných prostor provozovaného nebo uzavřeného dolu (zbytková
plynodajnost).
Časový faktor poklesu plynodajnosti ovlivněných slojí se předpokládá exponenciální, tj. ve
tvaru:
PD zb = PD př * exp(− D * t )
[m3CH4.d-1]
kde:
[m3CH4.d-1],
PDpř
přídatná plynodajnost porubního bloku v době ukončení dobývání
D
koeficient časového poklesu plynodajnosti, je závislý na místních podmínkách,
pohybuje se v rozmezí-0,12 až-0,15 (doporučená hodnota =-0,15)
t
čas od ukončení dobývání daného porubu
[rok]
Zbytková plynonosnost slojí v nadloží nebo podloží se vypočte podle vzorce:
PN zbi = PN i *
Oi
100 i
[m3CH4.t-1]
kde:
[m3CH4.d-1],
PNi
plynonosnost i-té sloje
Oi
součinitel ovlivnění sloje v nadloží nebo podloží
4
Stanovení zbytkové plynodajnosti ze sousedních slojí v nadloží a podloží v
[-].
případě víceslojového dobývání.
Zbytková plynodajnost ze sousedních slojí s uvážením ovlivnění horninového masivu
předchozími dobývacími pracemi se vypočte ze vzorce:
PD zb = ∑ L * v stř * mi *
Oi
* PN i * exp(− 0,15 * t )
100
[m3CH4.d-1],
kde:
mi
mocnost i-té sloje v nadloží, podloží
[m],
L
délka porubu
[m],
vstř
průměrný denní postup porubu
Oi
stupeň odplynění i-té sloje
PNi
plynonosnost i-té sloje
[m.d-1],
[%],
[m3CH4.t-1],
[m3CH4.t-1],
PNzbi zbytková plynonosnost i-té sloje
t
[rok].
55
4.1
Stanovení průměrného denního postupu porubu
Na základě mapových podkladů se stanoví celková odrubaná délka jednotlivých porubů a
podělí se dobou životnosti porubního bloku (dobou dobývání) podle vzorce:
v stř . =
LH
t
LH
celková odrubaná vzdálenost porubního bloku
[m],
t
celková doba dobývání porubu
[d].
5
Stanovení stupně odplynění slojí v nadloží
[m.d-1],
Oi = 85 * exp(−η i )
[%]
η i = 0,022 * (h1 − h2 )
pro h < h1 je ηi=0 a tudíž Oi=85 %
kde:
ηi
koeficient vyjadřující snížení odplynění do nadloží
[%],
h
vzdálenost od dobývané sloje
[m],
h1
výška přímého nadloží (závalu)
[m],
Výpočet výšky přímého nadloží h1 se provede ze vzorce:
h1 = 6 * m d
[m]
kde:
md
celková mocnost dobývané sloje
[m],
6
Stanovení stupně odplynění do podloží
O p = 70 * exp(−η p )
[%]
přičemž:
η p = 0,055 * (h − h2 )
kde:
ηp
koeficient vyjadřující snížení odplynění do nadloží
[%],
h
vzdálenost od dobývané sloje
[m],
h2
mocnost efektivního podloží, které se aktivně podílí na deformačních projevech
[m],
Mocnost efektivního podloží:
h2 = 0,7* hl
56
7
Vliv vyrubaných slojí na výpočet plynodajnosti
Dříve vyrubané sloje mají vliv na snížení plynonosnosti nadrubávaných (podrubávaných) slojí.
Pro výpočet mohou nastat situace, kdy vztažná (dobývaná) sloj bude:
-
plně ovlivněna,
-
částečně ovlivněna,
-
neovlivněna.
Pro neovlivněnou nebo plně ovlivněnou sloj je výpočet jednoznačný. Pro částečně ovlivněnou
sloj se stanoví a ohodnotí velikost ovlivnění a výpočet se provedede podle následujících zásad.
§
Při ovlivnění do 1/3 plochy porubu, výpočet provádět jako pro neovlivněnou sloj
§
Při situaci, kdy část směrné délky porubního bloku je plně ovlivněna a druhá část
ovlivněna není, nutno provést alternativní výpočet ovlivněné a neovlivněné sloje.
8
Postup při výpočtu zbytkové plynodajnosti uzavřeného dolu
1. Vypracuje se seznam slojí dobývaných 20 let zpětně před předpokládaným ukončením
dobývání podle jednotlivých slojí včetně příslušných slojových map a geologických profilů.
2. Stanoví se postup zatápění ložiska v jednotlivých letech, plynodajnost zatopených slojí se
předpokládá nulová.
3. Výpočet se provádí pro jednotlivé průřezové roky, rozhodující pro zahrnutí do výpočtu
zbytkové plynodajnosti je rok ukončení dobývání v porubu.
4. Vypracuje se seznam slojí z litologického profilu nadloží do formuláře s označením:
výškových kót počvy a stropu slojí nebo
mocnosti slojí a vzdáleností od dobývané sloje.
5. Vypočte se procento odplynění pro jednotlivé sloje v závislosti na jejich vzdálenosti od
dobývané sloje.
6. K jednotlivýnm slojím se připojí hodnota jejich plynonosnosti stanovená některým
způsobem (výpočtem nebo měřením)
7. Stanoví se kubatura ovlivněného uhlí v jednotlivých slojích.
8. Vypočtená kubatura se vynásobí plynonosností a procentem odplynění, tím dostaneme
množství uvolněného plynu z dané sloje a vynásobí se časovým faktorem poklesu
plynodajnosti
9. Pro podmínky v ovlivněném horninovém masivu se za plynonosnost jednotlivých slojí
dosadí vypočtená PNzbi.
57

Přílohy k závěrečné zprávě

Transkript

Podobné dokumenty

Zvýšení úrovně bezpečnosti práce v dolech a

komentáře odborníků ve zdravotnictví

Zpravodaj České geologické společnosti č.11

TĚŽBA A ZPRACOVÁNÍ BITUMENU A EXTRA TĚŽKÉ ROPY

cz - INO-HGF

Zpravodaj UGA říjen 2012

3 metodika srovnávací analýzy vybraných regionů