Wiercenia otworów kierunkowych podnoszą bezpieczeństwo pracy i nie zakłócają procesów eksploatacji węgla

Artur Raczek, kierownik oddziału, Rafał Mędrygał, główny inżynier górniczy i dr Renata Cicha-Szot z Instytutu Nafty i Gazu-Państwowego Instytutu Badawczego w Krakowie

Wiercenie otworów kierunkowych nad eksploatowanymi pokładami węgla to jedna z najskuteczniejszych metod ujmowania metanu i co za tym idzie, profilaktyki metanowej w polskim górnictwie. Liderem w dziedzinie implementowania tej technologii jest Polska Grupa Górnicza.

Eksploatacji węgla kamiennego na Górnym Śląsku towarzyszą liczne zagrożenia naturalne. Przy wzrastającej średniej metanowości eksploatowanych pokładów należy skutecznie i efektywnie zwalczać zagrożenie metanowe. Służy temu właśnie innowacyjna technologia wiercenia otworów kierowanych. Zdaniem specjalistów z Zakładu Górniczych Robót Inwestycyjnych PGG, pozwoli ona w przyszłości zwiększyć ujęcia gazu z mniejszej liczby otworów.

Uwalniany w trakcie eksploatacji metan ujmowany jest długimi otworami kierunkowymi. Policzono, że dzięki ich zastosowaniu można ograniczyć emisję metanu do wyrobisk górniczych i środowiska nawet o 30 proc. w stosunku do stosowanych metod tradycyjnych. W jaki sposób wierci się tego rodzaju otwory, czy jest to operacja skomplikowana i ile czasu zajmuje? Zapytaliśmy o to specjalistów z Zakładu Górniczych Robót Inwestycyjnych w Bieruniu. 

Kluczowe są warunki
– Wszystko zależy od panujących w danym wyrobisku warunków geologiczno-górniczych. Otóż, odwiercenie otworu horyzontalnego o długości 500 m trwa średnio około jednego miesiąca. Każdy musi być ujęty w projekcie odmetanowania ściany. Istotne są ponadto: miejsce wiercenia oraz dostęp do mediów, wody i źródła napięcia, a także sprężonego powietrza i wreszcie dostęp do kopalnianej sieci odmetanowania – wyjaśnia Damian Dziuba, pracownik inżynieryjny Oddziału ZGRI.

Wiercenia otworów odbywają się zwykle poza eksploatacją, a więc w żaden sposób jej nie zakłócają. Natomiast do samego wiercenia używa się wiertnic specjalistycznych. Musi być też utrzymana ich właściwa trajektoria. Służą do tego celu narzędzia w postaci silnika wgłębnego oraz inklinometrów.

Warto dodać, że w przypadku tradycyjnych metod w chodnikach wierci się np. co 20 m wiązki 3-5 otworów o długościach 60 m do 120 m i średnicy 76 mm, co przekłada się nawet na ponad 200 otworów dla każdej ściany. Otwory takie – jak tłumaczą w ZGRI – można zastąpić lub wspomóc właśnie otworami kierunkowymi o średnicy np. 95-120 mm i długości nawet do 700 m w liczbie od jednego do kilku.

– Dla przykładu, gdy ze zrobów, w których nie wywiercono otworów, wydostanie się do atmosfery wraz z powietrzem wentylacyjnym np. 40 kubików metanu, to z wykonanymi otworami kierunkowymi wypłynie już tylko 15 kubików, a kolejnych 25 ujętych zostanie na stacji odmetanowania i zagospodarowanych właśnie poprzez zastosowanie otworów horyzontalnych – wyjaśnia Rafał Mędrygał, główny inżynier górniczy ds. usług górniczych ZGRI, a zarazem kierownik Działu Usług Górniczych.

Warto podkreślić, że w kopalni Mysłowice-Wesoła dwa otwory kierowane o długościach 483 m i 573 m ujmują w sumie połowę metanu z wybieranej ściany. Z kolei w kopalni Staszic-Wujek odmetanowaniem otworami horyzontalnymi objęto trzy ściany. W tym akurat przypadku także ściany już wyeksploatowane, z których nadal uchodzi metan i nie pozostaje to bez wpływu na stan zagrożenia.

– Dla przykładu w ścianie I-C eksploatacja zakończona została pięć lat temu. Tymczasem tradycyjne otwory służące odmetanowaniu są likwidowane przez zawał ściany. Otwory kierunkowe natomiast są wiercone z wysokości średnio 20-50 m nad ścianą i z tego właśnie powodu są aktywne nawet po zakończeniu eksploatacji. Metan bowiem jest lżejszy od powietrza i unosi się do góry. My go zaś ściągamy dzięki tak zaprojektowanym otworom – tłumaczy dalej Rafał Mędrygał. 

Kolejny projekt
Co ciekawe, we wrześniu br. ZGRI wróciło do odmetanowania eksploatowanej wcześniej ściany II-C w ruchu Staszic. Dodatkowo planuje się wywiercić w eksploatowanej ścianie II-C dwa kolejne otwory, które skierowane zostaną w przestrzeń zarobową. Ich zadaniem będzie ściąganie metanu przed i za frontem ściany. W kopalni występują bowiem duże problemy z koncentracją metanu ze zlikwidowanej ściany I-C i to zagrożenie – jak podkreślają inżynierowie z ZGRI – trzeba zniwelować.

Obecnie załogi ZGRI rozpoczynają również kolejny projekt wierceń kierunkowych w kopalni Mysłowice-Wesoła. Tym razem obejmie on partię Aw. W planie jest wykonanie ośmiu otworów kierunkowych o długości ponad 300 m każdy.

– Wiercenie otworów kierunkowych prowadzone będzie z dwóch stanowisk wiertniczych. Usytuowanie otworów kierunkowych w różnych odległościach pionowych względem eksploatowanego pokładu 510Aw ścianą 05Aw i 06Aw pozwoli określić zależność pomiędzy usytuowaniem frontu ściany a otworami do rozpoczęcia ich prac oraz sprawdzić zasięg zawału wysokiego na ewentualność ich degradacji – ujawnia kolejne plany ZGRI Tomasz Śpiewak, naczelny inżynier w bieruńskim zakładzie.

Na podstawie otrzymanych wyników z pierwszego wykonanego otworu kierunkowego mogą zostać przeprowadzone zmiany parametrów kolejnych. Ich liczba może ulec zmianie, biorąc pod uwagę efektywność odmetanowania, postęp i poziom zagrożenia metanowego w rejonie ścian 05Aw oraz 06Aw – dodaje Tomasz Śpiewak.

Wiercenia kierunkowe wykonywane z istniejących wyrobisk górniczych mogą być innowacyjnym sposobem szczegółowego rozpoznania zalegania pokładów węgla oraz występujących w nim zaburzeń geologicznych. Ponadto otwierają one nowe możliwości w zakresie likwidowania zbiorników wodnych z dużej odległości z wymaganym wyprzedzeniem czasowym.

– Technologia podziemnych wierceń kierunkowych pozwala także zwiększyć efektywność odmetanowania kopalń przy jednoczesnym podwyższeniu stopnia wykorzystania tego surowca. To z kolei ma bezpośrednie przełożenie na otrzymanie większych ilości metanu wykorzystanego w procesie przemiany w energię zarówno dla zaspokojenia potrzeb PGG SA, jak i przeznaczonego do sprzedaży – podsumowuje Damian Bera, dyrektor ZGRI w Bieruniu.