|
Polskie kopalnie węgla kamiennego w większości nie należą do „łatwych”. Eksploatacja prowadzona jest w trudnych warunkach geologiczno-górniczych. W naszych kopalniach występują wszystkie skojarzone zagrożenia naturalne, czyli zagrożenie tąpaniami, pożarowe, metanowe, pyłowe, klimatyczne oraz wodne w najwyższych stopniach, kategoriach czy klasach. Właśnie problem wysokich temperatur w kopalniach węgla kamiennego zawsze rozpatrywany był przede wszystkim w kontekście pracy górników i związanym z tym bezpieczeństwem i higieną pracy. Górnicze przepisy bhp określały temperaturę w wyrobiskach eksploatacyjnych na maksimum 28 st. C. Takie obostrzenia wymusiły konieczność stałego monitorowania temperatury w oku toku eksploatacji. Dostarczały także danych do oceny rozkładu pola geotermicznego na obszarach poszczególnych kopalń oraz w skali regionu. W wielu zakładach górniczych wydobycie węgla prowadzi się na głębokościach poniżej 800, a nawet 1000 m. W rejonach prowadzenia robót eksploatacyjnych i przygotowawczych występują miejsca ( ściany, przodki, chodniki przyścianowe), gdzie temperatura pierwotna skał wynosi ok. 44 stopni C. Taki stan rzeczy ma niekorzystny wpływ na komfort pracy oraz wydajność i podwyższa koszt produkcji. W miejscach gdzie występuję temperatura powietrza w granicach 28 - 30 st C czas pracy skrócony jest do sześciu godzin wraz ze zjazdem pod ziemię, i wyjazdem na powierzchnię. Ale właśnie na tych głębokościach zalegają najlepsze gatunki węgla lecz ich wydobycie utrudnione jest przez nasilające się tam zagrożenie klimatyczne. Jak sobie więc radzić z tym problemem? W większym stopniu występuje on na dużych głębokościach, co związane jest z temperaturą pierwotną skał. Zagrożenie to narasta również ze względu na wzrastająca koncentrację produkcji, co z kolei związane jest ze zwiększającą się mocą pracujących urządzeń energo-mechanicznych. Aby zminimalizować zagrożenie klimatyczne w kopalniach prowadzi się działania profilaktyczne polegające m.in. na zwiększeniu ilości powietrza kierowanego do przodków. Stosowane są również przewoźne urządzenia chłodnicze o działaniu bezpośrednim pozwalające obniżyć temperaturę powietrza. szyby wentylacyjne wyposażone w stacje wentylatorów. Na dole zakładu należy zapewnić odpowiednią wentylację w poszczególnych wyrobiskach w zakresie ilości powietrza i jego prędkości, aby rozrzedzić gazy kopalniane, tak by panowały tam właściwe warunki klimatyczne. Na świecie oraz w Polsce od dawna prowadzone są badania mające n. celu wykorzystania ciepła pochodzącego z wnętrza ziemi dla dobra ludzi, obiektów istniejących na jej powierzchni i środowiska naturalnego. Dr Eleonora Solik – Heliasz, specjalista hydrolog górniczy, adiunkt w Zakładzie Geologii i Geofizyki Głównego Instytutu Górnictwa podkreśla, że kopalnie węgla są bowiem obiektami o wielorakich możliwościach użyteczności, zmieniającymi się stopniowo wraz ze zmianą ich funkcji podstawowej – czyli źródła węgla i pracy górniczej. Kopalnia może pozostać użyteczna także po zaprzestaniu eksploatacji węgla. Jednak plany wykorzystania jej walorów poeksploatacyjnych należy przygotować możliwe wcześnie. Jednym z najcenniejszych walorów kopalń węgla kamiennego są zasoby energii cieplnej (geotermicznej) zawartej w wodach, skałach i powietrzu wentylacyjnym. W Polsce istnieją różnorodne możliwości użytkowania naturalnego ciepła z ziemi, które mogły by się przyczynić do uatrakcyjnienia naturalnego środowiska i znacznego ograniczenia emisji gazów do atmosfery. Na obszarach objętych górniczą eksploatacją podziemną możliwe jest wykorzystanie ciepła pochodzącego z wód kopalnianych, powietrza wentylacyjnego, podsadzki, skał. Temperatury sięgają 35, 45 a nawet 60 stopni C. W czynnych kopalniach powietrze, woda i skały schładzane są o przeszło 10 st.C na skutek grawitacyjnego dopływu wód z płytszych poziomów wodonośnych, pod wpływem działania systemów wentylacyjnych. Natomiast w kopalniach likwidowanych, po zaniku przepływu powietrza wentylacyjnego, temperatura ośrodka ulega podwyższeniu stosownie do stopnia geotermicznego, jak również z powodu wolnego rozkładu siarczków zawartych w węglu i skałach otaczających oraz na skutek powolnego utleniania się węgla. -Ciepło z wyrobisk kopalnianych można transferować na powierzchnię terenu za pomocą zamkniętych wymienników rurowych w postaci spiral wypełnionych pyłem, zainstalowanych w wyrobiskach wypełnionych podsadzką i połączonych izolowanymi rurami pionowymi z wymiennikami na powierzchni – pisze dr Solik – Heliasz - w swoim referacie „Możliwości wykorzystania ciepła z wód kopalnianych”. – Podobnie ciepło może być odzyskiwane z wód kopalnianych. Role wymiennika pobierającego ciepło z otoczenia może też pełnić agregat chłodniczy stosowany do obniżenia temperatury w wyrobiskach kopalnianych. Przepływ w systemie wymiennikowym może odbywać się konwencyjnie, ze stosownym wspomaganiem w okresie większego zapotrzebowania na ciepło. W zależności od przeznaczenia sytemu grzewczego, ciepło z wymienników na powierzchni może być wykorzystane przy zastosowaniu pomp ciepła do ogrzewania pomieszczeń i wody użytkowej, l bezpośrednio, na przykład do podpodłogowego ogrzewania pomieszczeń mieszkalnych i biurowych, a szczególnie do odmrażania i osuszania zimą nawierzchni drogowych i parkingów, schodów oraz drogowych przejść dla pieszych. Latem ten sam system wymiennikowy może być wykorzystany do klimatyzacji pomieszczeń i schładzania rozgrzanych nawierzchni drogowych oraz parkingów za pomocą wymuszonej cyrkulacji płynu w systemie wymienników. Ciepło może być również odzyskiwane z gruntu, z głębokości od kilku do kilkunastu metrów. Ze względu na stosunkowo małe wydajności i niewysokie temperatury, systemy grzewcze i chłodnicze oparte na cieple gruntu nadają się szczególnie do wykorzystania w małych, wyizolowanych obiektach, jak izolowane obiekty przemysłowe, gospodarstwa rolne o zabudowie rozproszonej, ośrodki hodowlane, pensjonaty. Odzysk ciepłą z wód podziemnych, z gruntu lub głębszych struktur geologicznych bazuje na systemie pomp ciepła. Opłacalność instalowania systemów grzewczych wzrasta w obszarach o wysokich wymaganiach ekologicznych oraz wtedy, gdy wykorzystywane są równolegle urządzenia grzewcze i chłodzące. Zapotrzebowanie na takie podwójne wykorzystanie energii cieplnej będzie wzrastać wraz z odnoszeniem poziomu życia i wprowadzaniem nowoczesnych technologii w budownictwie mieszkaniowym, w hodowli i przemyśle. Oprócz zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową i sezonowe ogrzewanie pomieszczeń mieszkalnych i produkcyjnych, będzie coraz bardziej potrzebne utrzymanie niskiej temperatury w magazynach żywnościowych, czy pomieszczeniach, gdzie wymagana jest stała temperatura urządzeń. Ekonomiczną ekologiczną wartość instalacji geotermalnych można zwiększyć przez stosowanie instalacji, do których doprowadzane jest ciepło odpadowe z przemysłowych kotłowi, ze spalarni śmieci, kompostowni, przemysłowych systemów wentylacyjnych oraz ścieków i wysypisk komunalnych. Koszty instalacji grzewczych z pompami ciepłą są obecnie stosunkowo wysokie, ale jest to spowodowane ich małą podażą, niską kulturą techniczną w zakresie infrastruktury ciepłowniczej. Obszar Górnośląskiego Zagłębia Węglowego jest dobrze rozpoznawalny w zakresie geologii złożowej i hydrogeologii. W ostatnich latach zintensyfikowano prace zmierzające do oceny zasobów energii geotermalnej skumulowanej w skałach i wodach podziemnych,. W tym zakresie znane są liczne prace w zakresie temperatur niezaburzonych górotworu oraz prace utylitarne dotyczące temperatur wód kopalnianych, możliwych do zyskania przy uwzględnieniu istniejących uwarunkowań techniczno – ruchowych w kopalniach wykonane przez GIG. W pracach GIG-u określono m.in. zasoby energii cieplnej istniejące w wypompowanych wodach kopalnianych zarówno czynnych jak i zlikwidowanych zakładów górniczych. Określone zasoby uwzględniają zespól czynników ruchowo – technicznych istniejących w kopalniach, takich jak: istniejące i planowane systemy odwodnieniowe; planowane przekierunkowanie wód między kopalniami w związku z ich likwidacją; planowane zmiany ilości wypompowanych wód w związku z ograniczeniem wydobycia węgla. Wszystkie te elementy wpływają na temperatury wypompowanych wód, a co za tym idzie na zasoby energii cieplnej związane z wodami kopalnianymi. Mogą one rzutować na opłacalność budowy instalacji geotermalnej. Ciepło geotermalne odbierane jest w wiecie na wiele sposobów. Istnieją instalacje odbierające energię geotermalną z: wód i zbiorników powierzchniowych; z wód gruntowych na głębokości do 2 m ppt; z wód podziemnych i skał na głębokościach od kilkunastu do kilku tysięcy metrów ppt; z powietrza wentylacyjnego. Klasycznym przykładem instalacji geotermalnych są głębokie otwory wiertnicze, mierzące 2 – 3 tys. metrów, z których odzyskiwana jest energia cieplna z wód podziemnych bądź gorących skał. W tym zakresie na świecie istnieją uprzywilejowane strefy, głównie młodego magmatyzmu, np. w Stanach Zjednoczonych, Islandii, Japonii, Włoszech. Również strefy przyległe do nich wykazują korzystne warunki. Do nich można zaliczyć m.in. rejon całego Niżu Polskiego oraz kotlinę nowotarską. W rejonie Nowego Targu w 1995 r. powstała jedna z pierwszych instalacji geotermalnych o mocy grzewczej 9 MW, bazująca na głębokich otworach ponaftowych W trakcie realizacji znajdują się nowe ciepłownie geotermalne. Oprócz tych instalacji istnieją dwie inne znajdujące się w Pyrzycach koło Szczecina o mocy 14,8 MW i w Mszczonowie koło Warszawy o mocy ok. 7 MW. Dr Solik – Heliasz zwraca uwagę na fakt, iż na Śląsku istnieją również dogodne warunki w zakresie pozyskania energii. Istniej tutaj duża liczba szybów kopalnianych, którymi wypompowane jest z kopalń ponad 600 tys. m sześć. wody na dobę. W kosztach budowy instalacji geotermalnych nie trzeba więc będzie uwzględnić nakładów na wiercenie nowych otworów wiertniczych ani pompowanie wód. Warunki temperaturowe wód na Śląsku nie są tak korzystne, jak w innych rejonach. Występujące wody kopalniane zaliczają się do tzw. wód geotermalnych niskotemperaturowych. Jednakże duża ilość wód kopalnianych i długi przedział czasowy, w którym będą one odprowadzane z kopalń umożliwi spłatę instalacji w ekonomicznie korzystnym czasie. |
Opracowała: Mira Borkiewicz  |