Surowiec do lepszego wykorzystania

W polskich kopalniach odmetanowanie wyrobisk prowadzone jest głównie dla zapewnienia bezpieczeństwa prac górniczych.

Gospodarcze wykorzystanie metanu jest niezwykle ważnym zadaniem dla polskiego górnictwa. Jest on groźny dla podziemnego środowiska pracy, ale także jest to jeden z najbardziej aktywnych gazów cieplarnianych. Jego potencjał cieplarniany jest 25 razy większy od potencjału dwutlenku węgla. W ciągu minionych dwustu lat stężenie metanu w atmosferze wzrosło ponad dwukrotnie.

6 czerwca 2016 r. w Głównym Instytucie Górnictwa odbyły się warsztaty na temat praktycznych aspektów wdrożenia w polskim górnictwie węgla kamiennego technologii wyprzedzającego odmetanowania pokładów za pomocą otworów wierconych kierunkowo (Challenges of underground directional methane drainage drilling in the hard coal mines). W spotkaniu uczestniczyli m.in.: przedstawiciel amerykańskiej Agencji ds. Ochrony Środowiska Felicia Ruiz (US EPA), konsul USA w Krakowie – Andrew Caruso, Jonathan Kelafant (Advanced Resources International), Daniel Brunner (firma REI Drilling), a także prawie 70 przedstawicieli polskich kopalń, urzędów i firm, m.in. urzędów górniczych, Polskiej Grupy Górniczej, Katowickiego Holdingu Węglowego, Jastrzebskiej Spółce Węglowej oraz PGNiG w osobach prezesa Piotra Woźniaka i wiceprezesa ds. Rozwoju Łukasza Kroplewskiego.

W polskich kopalniach odmetanowanie wyrobisk prowadzone jest głównie dla zapewnienia bezpieczeństwa prac górniczych, a ujmowany metan w przeważającej części uwalniany jest do atmosfery.

– Aktualnie stosowane sposoby odmetanowania w polskich kopalniach węgla kamiennego to odmetanowanie wyprzedzające, prowadzone z drążonych wyrobisk korytarzowych zagrożonych wyrzutami gazów i skał, odmetanowanie eksploatacyjne prowadzone podczas eksploatacji oraz odmetanowanie zrobów spoza tam izolacyjnych – podkreślał w swoim wystąpieniu Eugeniusz Krause z Głównego Instytutu Górnictwa. – A ok. 40 proc. metanu pochodzi obecnie z pokładów eksploatowanych.

(ICE-CMM to organizacja non-profit, której celem jest wspieranie działań mających na celu upowszechnianie najlepszych praktyk związanych ze zmniejszaniem emisji metanu i jego wykorzystaniem w sposób ekonomicznie opłacalny oraz społecznie akceptowalny. Gromadzone  będą  informacje  dotyczące  studiów  przypadków i doświadczeń w zakresie zarządzania metanem z kopalń z zachowaniem zasad zrównoważonego rozwoju. ICE-CMM organizouje również szkolenia i wizyty specjalistów.)

Średnio rocznie uwalniane jest ok. 860 mln m3 metanu z pokładów węgla, z czego ujmowane jest ok. 30 proc., a tylko ok. 60% ujętego metanu wykorzystywane jest gospodarczo. W Jastrzębskiej Spółce Węglowej tylko w 2015 r. ujęcie metanu wyniosło 177 mln m sześc., co daje 39 proc. efektywności odmetanowania – podkreślał Kazimierz Gatnar z JSW. Przedstawiciel Polskiej Grupy Górniczej, która posiada 6 stacji odmetanowania (Sośnica, Jankowice, Marcel, Halemba-Wirek, Bielszowice, Rydułtowy-Anna) szacuje, że zysk z 1 m sześc. ujętego metanu to ok. 1 zł. Eksperci podkreślali też, że ważne jest stworzenie przyjaznego ustawodawstwa, które ułatwi i zachęci do ujmowania oraz wykorzystania metanu, co nabiera szczególnego znaczenia w świetle nowych przepisów Komisji Europejskiej (tzw. System ETS), dotyczących drastycznego wzrostu opłat za jego emisję do atmosfery, które mają wejść w życie w roku 2021.

Podczas seminarium jako case study, prezentowane było wdrażanie technologii dołowych wierceń kierunkowych w kopalni Pniówek, należącej do JSW, inwestycja finansowana przez US EPA. Zwiększenie efektywności odmetanowania stanowi jeden z głównych celów technicznych Spółki. Kopalnia Pniówek stosuje odmetanowanie eksploatacyjne, prowadzone równocześnie z eksploatacją pokładów węgla, w górotworze, w którym naturalna równowaga złoża została naruszona eksploatacją, w skałach o zmieniającym się w czasie stanie naprężeń.

Jako najbardziej odpowiadające potrzebom kopalni spośród wielu ofert wybrano Modułowy System Wiertniczy australijskiej firmy VLI Drilling Pty Ltd.

– Argumenty przemawiające za stosowaniem długich otworów to przede wszystkim bardzo duża metanowość, słabo rozpoznany górotwór oraz duże koszty ponoszone w związku z tradycyjnym odmetanowaniem, a otwory kierunkowe mogą być alternatywą dla chodników drenażowych. Urządzenia wiertnicze, umożliwiające wiercenie długich otworów z pełną kontrolą przebiegu i korelacji trajektorii w trakcie wykonania wiercenia pozwalają na lepszą dokładność wiercenia oraz skuteczność odmetanowania, rozpoznanie zaburzeń i zwalczania zagrożeń – uważają przedstawiciele kopalni.

(System ETS to unijny system handlu uprawnieniami do emisji dwu- tlenku węgla i innych gazów cieplarnianych. System działa w oparciu o mechanizmy zdefiniowane Protokołem z Kioto i ruszył w 2005 r. Polega na ustanowieniu zmniejszanego co roku limitu całkowitej emisji w sektorach przemysłu o wysokiej emisji gazów cieplarnianych.  W  ramach  tego  limitu  przedsiębiorstwa  mogą  kupować i sprzedawać uprawnienia do emisji zgodnie z własnymi potrzebami. System EU ETS obejmuje ponad 11 tys. elektrowni i zakładów produkcyjnych w 28 państwach członkowskich UE, a także na Islandii, w Liechtensteinie i Norwegii. System obejmuje również emisje powstające podczas lotów w obrębie większości z tych państw i pomiędzy nimi. Łącznie około 45 proc. całkowitych emisji w UE jest objętych limitami EU ETS. Obłożenie emisji metanu kosztami uprawnień zostało zawieszone do 1 stycznia 2021 r.)

– Aktualny stan technologii wyprzedzającego odmetanowania pokładów za pomocą otworów wierconych kierunkowo pozwala na uzyskanie większych długości, większych średnic i dokładniejsze rozmieszczenie otworów w celu poprawy efektywności odmetanowania – mówił Daniel Brunner przedstawiciel firmy REI. – Technologia kierunkowego wiercenia zapewnia możliwość utrzymania odwiertów w złożu lub w sąsiadujących warstwach, osiągniecia wyznaczonych celów oraz połączenia systemów powierzchniowych z podziemnymi. Dla skutecznego stosowania technologii wierceń kierunkowego odmetanowania ważne jest zbadanie właściwości złoża, warunków geologicznych, planów górniczych, ale też gromadzenie i zarządzanie metanem.

Warunki geologiczno-górnicze w kopalni Pniówek są trudne. Przedstawiciele kopalni podkreślają, że system jest nowatorski i może być zastosowany do ujęcia metanu przy odmetanowaniu ścian lub uzupełnienia odmetanowania tradycyjnego. Duża ilość otworów pozwala na elastyczne prowadzenie odmetanowania, w przypadku odcięcia jednego otworu z wiązki, odmetanowanie prowadzone jest przez pozostałe. Można też zastosować wiertnice wykonujące otwory o długości nawet 1 km. Jednak mała gazoprzepuszczalność węgla wymusza zastosowanie dodatkowych systemów odmetanowania w celu zmniejszenia zagrożenia metanowego, takich jak chodniki drenażowe czy otwory kierunkowe.

Czerwcowe warsztaty w GIG były pierwszym spotkaniem zorganizowanym w ramach Międzynarodowego Centrum Doskonałości w zakresie metanu z kopalń węgla (ICE-CMM, International Centre of Excellence on Coal Mine Methane), które działa w Instytucie pod auspicjami Grupy Eksperckiej ds. Metanu z Kopalń Europejskiej Komisji Gospodarczej Narodów Zjednoczonych (UNECE, United Nations Economic Commission for Europe). UNECE jest jedną z komisji regionalnych Organizacji Narodów Zjednoczonych, której zadaniem jest rozwijanie współpracy gospodarczej oraz promowanie i wdrażanie zrównoważonego rozwoju.

Działalność Centrum rozwija się dynamicznie. 8 lipca 2016 r. w Warszawie w obecności Michała Kurtyki, podsekretarza stanu w Ministerstwie Energii, podpisany został aneks na mocy którego do tej eksperckiej instytucji przystąpiło Polskie Górnictwo Naftowe i Gazownictwo SA oraz Państwowy Instytut Geologiczny–Państwowy Instytut Badawczy.

– Współpraca w ramach Centrum ma przyczynić się do rozwoju nowych metod odzyskiwania i gospodarczego wykorzystania metanu jako surowca energetycznego. Metan to cenne źródło energii, które w dużej części marnujemy przy eksploatacji kopalń węgla kamiennego. Jego odzyskiwanie powinno być na znacznie wyższym poziomie. Współpraca z Międzynarodowym Centrum Doskonałości pozwoli na rozwój nowych technologii, na zwiększenie efektywności odmetanowania kopalń, ale także na pozyskiwanie metanu z pokładów węgla – powiedział podczas podpisania aneksu do umowy Piotr Woźniak, prezes PGNiG.

Jesienią 2016 r. PGNiG wraz z Państwowym Instytutem Geologicznym rozpocznie testowanie nowatorskiej metody wydobycia metanu z pokładów węgla kamiennego (CBM) w Gilowicach na terenie Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. PGNiG wykorzysta tam swoje doświadczenia z zabiegów stymulacji poprzez hydrauliczne szczelinowanie, które wykonywało już w ramach prac związanych z poszukiwaniem gazu z formacji łupkowych.

Uczestnicy lipcowego spotkania w Warszawie podkreślali znaczenie działalności Centrum w upowszechnianiu wiedzy na temat metanu oraz dostęp do eksperckiej wiedzy, która zapewnia wsparcie merytoryczne i technologiczne dla projektów realizowanych przez partnerów Centrum, m.in. PGNiG.

– Cieszę się, że działania wokół Centrum Doskonałości nabierają rozpędu. Mamy nadzieję zwiększyć zasięg Centrum i angażować w jego prace kolejnych partnerów, którzy pomogą nam rozwijać świadomość o wyzwaniach i możliwościach związanych z zagospodarowaniem metanu – mówił Scott Foster z UNECE.

Sylwia Jarosławska-Sobór