Přílohy k závěrečné zprávě

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: Ing. Pavel Mitka Schválil : Ing. Jaroslav Němec, DrSc generální ředitel společnosti, předseda představenstva. OSTRAVA, LISTOPAD 2006

75 1040 70 65 1035 60 55 barometrický tlak [hpa] 1030 1025 1020 1015 1010 1005 1000 995 990 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0-5 -10-15 -20-25 metan [%], objemové množství [m 3.h -1 ], teplota ve vrtu [ C], teplota okolí [ C] 985 980 18.8.2004 0:00 barometrický tlak [hpa] CH4 [%] Klouzavý průměr/3 (objemové množství [m3/h]) 19.8.2004 0:00 20.8.2004 0:00 21.8.2004 0:00 22.8.2004 0:00 23.8.2004 0:00 24.8.2004 0:00 25.8.2004 0:00 dny, hodiny 26.8.2004 0:00 27.8.2004 0:00 28.8.2004 0:00 29.8.2004 0:00 30.8.2004 0:00 31.8.2004 0:00-30 -35-40 -45 Příloha č. 1. Odplyňovací vrt MVE - 1, Hladnov

1035 75 70 1030 65 60 1025 55 50 barometrický tlak [hpa] 1020 1015 1010 1005 1000 995 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0-5 -10-15 metan [%], objemové množství [m3/h] 990-20 -25 985 980 27.5.2005 0:00 barometrický tlak [hpa] CH4 [%] Klouzavý průměr/3 (Objemové množství [m3.h-1]) 28.5.2005 0:00 29.5.2005 0:00 30.5.2005 0:00 31.5.2005 0:00 1.6.2005 0:00 2.6.2005 0:00 3.6.2005 0:00 dny, hodiny 4.6.2005 0:00 5.6.2005 0:00 6.6.2005 0:00 7.6.2005 0:00 8.6.2005 0:00 9.6.2005 0:00-30 -35-40 -45 Příloha č. 2. Odplyňovací vrt OV - 24a, Orlová

1035 75 70 1030 65 60 1025 55 50 45 1020 40 35 barometrický tlak [hpa] 1015 1010 1005 1000 995 30 25 20 15 10 5 0-5 -10-15 -20 metan [%], objemové množství [m 3.h-1] 990 985 barometrický tlak [hpa] CH4 [%] Klouzavý průměr/3 (Objemová množství (m3.h-1)) -25-30 -35-40 Příloha č. 3 980-45 27.8.2005 0:00 28.8.2005 0:00 29.8.2005 0:00 30.8.2005 0:00 31.8.2005 0:00 1.9.2005 0:00 2.9.2005 0:00 3.9.2005 0:00 dny, hodiny 4.9.2005 0:00 5.9.2005 0:00 6.9.2005 0:00 7.9.2005 0:00 8.9.2005 0:00 9.9.2005 0:00 Odplyňovací vrt HD-201, Hrušov

1035 85 80 75 1030 70 65 60 55 1025 50 45 barometrický tlak [hpa] 1020 1015 1010 1005 1000 995 990 985 980 15.2.2006 0:00 barometrický tlak [hpa] CH4 [%] teplota ve vrtu [ C] teplota okolí [ C] Klouzavý průměr/3 (objemové množství [m3/h]) 18.2.2006 0:00 17.2.2006 0:00 16.2.2006 0:00 19.2.2006 0:00 20.2.2006 0:00 21.2.2006 0:00 22.2.2006 0:00 dny, hodiny 23.2.2006 0:00 24.2.2006 0:00 25.2.2006 0:00 26.2.2006 0:00 27.2.2006 0:00 28.2.2006 0:00 40 35 30 25 20 15 10 5 0-5 -10-15 -20-25 -30-35 -40-45 -50-55 -60-65 -70-75 -80-85 -90-95 -100-105 teplota okolí [ C] metan [%], objemové množství [m 3.h-1], teplota ve vrtu [ C], Příloha č. 4 Odplyňovací vrt MV 39, Petřkovice

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 m 3 hlubinné vody, tj. [m 3.t -1 ] nebo [m 3.m -3 ]. Stanoví se měřením nebo výpočtem. Zbytková plynonosnost (PN zb ) 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 [m 3.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 [m 3.d -1 ]. Důlní degazace (Dg) preventivní odplyňování horninového masívu degazačním systémem, zkráceně se tak také nazývá množství degazovaného plynu, udává se v [m 3.d -1 ]. Absolutní plynodajnost celková (dolu, závodu, sloje, porubu atd.) (PD c ) součet množství exhalovaných plynových složek odváděné hlavními důlními ventilátory a degazací, udává se v [m 3.d -1 ]. Relativní plynodajnost dolu, závodu, porubu, sloje atd.) PD r 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 (PD zbc ) 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 [m 3.d -1 ]. 5

Zbytková plynodajnost uzavřeného dolu (PD zb ) představuje plynodajnost uhelných slojí a kolektorských hornin dolu po ukončení těžby a po případném uzavření jam, uvádí se v [m 3 CH 4.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 60 NADLOŽÍ Vzdálenost od dobývané sloje [m] 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: 2 () t 4. π. D. t = 1 exp 2 ( ) d q q [-] (4.1) kde: q( ) objem plynu uvolněný při poklesu tlaku v uhlí z p 1 na p 0 za nekonečně dlouhou dobu (celkový objem plynu v uhlí) [m 3 ], q(t) objem plynu uvolněný po čase t od skokové změny tlaku okolí z p 1 na p 0 [m 3 ], p 1 tlak plynu ve sloji (uhelné částici) [Pa], p 0 tlak okolí-barometrický tlak [Pa], t čas [s], d ekvivalentní průměr částice [m], D součinitel difuse [m 2.s -1 ]. Výpočet byl proveden pro hodnotu D/d 2 = 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 4 4,5 0,1 0,01 0,001 log [(q/q max )/t] 0,0001 0,00001 0,000001 0,0000001 0,00000001 Obr.č.4.2 čas [d] rychlost emise Časový průběh rychlosti emise metanu z kulové částice 9

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. 800 700 CH 4 Emission Rate, mcfd 600 500 400 300 200 100 Measured Emission Rate Hyperbolic Curve Fit 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 [m 3 CH 4.d -1 ] (4.2) kde: PD z zbytková plynodajnost dolu [m 3 CH 4.d -1 ] A koeficient závislý na: 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) [m 3 CH 4.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: PD zb ( 1 S) * A*exp[ K( t t )] = [m 3 CH 4.d -1 ] (4.4) 0 kde: PD zb plynodajnost uzavřeného dolu v čase t [m 3 CH 4.d -1 ], S stupeň zatopení dolu [-], uvádí se buď jako konstanta nebo logaritmická funkce času, což lépe proces zatápění, tj. ve tvaru: popisuje ( t ) S = B * ln t 0 kde: B koeficient, který je funkcí intenzity přítoků vody do opuštěného dolu a geometrické prostorové dispozice ložiska A plynodajnost dolu v době ukončení těžby [m 3 CH 4.d -1 ], K poklesová konstanta [-] t čas v době stanovení PD zb [rok] t 0 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: A F = t + k [%] (4.5) kde: F plynodajnost uzavřeného dolu v čase t, vyjádřená jako provcentuální podíl plynopdajnosti v době ukončení dobývání [%], A konstanta (65%) [%], t čas měřený od ukončení dobývání [rok], k konstanta (1.5) [rok] d) V literatuře [4.35] Se uvádí vztah pro výpočet plynodajnosti závalů; porubů,kde bylo ukončeno dobývání ve tvaru: q = q * a 0 t (4.6) kde: q exhalované množství plynu v čase t [m 3.min. -1 ], q 0 exhalované množství v době ukončení dobývání [m 3.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

1.00 Fraction of Mine Emission Rate At Closure 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 No Seal 50% Sealed 70% Sealed 80% Sealed 90% Sealed 95% Sealed 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 km 2, 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 km 2, 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 km 2, 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 km 2, 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 CH 4, 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 PD př 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 = PD PN * t [m 3 CH 4.d -1 ] (4.7) př c p kde: PD c celková plynodajnost porubu [m 3 CH 4.d -1 ], PN přírodní plynonosnost sloje (= 2,16) [m 3 CH 4.d -1 ]. t p denní těžba porubu [t.d -1 ]. Celková plynodajnost porubu byla stanovena podle vzorce: PD c = Q ( c 2 c )*864 [m 3 CH 4.d -1 ] (4.8) v * 1 kde: Q v objemový průtok větrů proudící porubem (kontinuálně stanovovaný na výdušné chodbě) porubu [m 3.s -1 ], c 2 koncentrace CH 4 měřená kontinuálně na výdušné chodbě [%], c 1 koncentrace CH 4 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 15000 PD př [m 3 CH 4.d -1 ] 10000 5000 0-5000 1.7.02 0:00 8.7.02 0:00 15.7.02 0:00 22.7.02 0:00 29.7.02 0:00 5.8.02 0:00 13.8.02 0:00 20.8.02 0:00 27.8.02 13:00 3.9.02 13:00 10.9.02 13:00 17.9.02 13:00 24.9.02 13:00 1.10.02 13.10.02 datum,čas Obr.č.4.5 PDpř 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) [m 3 CH 4.d -1 ] (4.9) s koeficientem spolehlivosti R 2 = 0,4999 nebo b) PD = 1340,3* ln(24 * t) + 10958 [m 3 CH 4.d -1 ] (4.10) s koeficientem spolehlivosti R 2 = 0,5321 kde: t doba od ukončení dobývání [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 8000 PD př [m 3 CH 4.d -1 ] 6000 4000 y = 4093,9e -0,001x R 2 = 0,4999 y = -1340,3Ln(x) + 10958 R2 = 0,5321 2000 0 18.7.2002 25.7.2002 1.8.2002 9.8.2002 16.8.2002 23.8.2002 21:00 30.8.2002 21:00 6.9.2002 21:00 13.9.2002 21:00 20.9.2002 21:00 27.9.2002 21:00 9.10.2002 0:00 datum,čas PDpř Logaritmický (PDpř) Exponenciální (PDpř) Obr.č. 4.6 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 40 000 m 3 CH 4.d -1 30 000 Ex Dg PD PDzb 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: Ex exhalace metanu odvedená z dolu větráním [m 3 CH 4.d -1 ], Dg degazované množství metanu (degazačním systémem v době těžby nebo odsávacím systémem po jejím ukončení [m 3 CH 4.d -1 ], PD plynodajnost dolu, je součtem exhalace a degazovaného množství plynu PD = Ex+Dg [m 3 CH 4.d -1 ]. PD zb zbytková plynodajnost dolu v době provozu [m 3 CH 4.d -1 ]. 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 [m 3 CH 4.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 1 mil.t/rok 0,8 0,6 Celk.těžba Sedlové Porubské Zakládáno 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: ( 0,15 ) PD zb = 15586*exp *t (4.11) kde: t doba od ukončení těžby na Dole František [rok] 26

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 12 000 m 3 CH 4.d -1 10 000 8 000 PDvyp PDskut 6 000 4 000 2 000 0 Obr.č.4.9 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 rok y=15 586*exp(-0,15*t) 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 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 2024 2025 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 Rok dobývání Sloj 562-34 sloj 1964-72 Sloj 558-35 sloj 1972-75 Sloj 554-36 a sloj 1971-79 Sloj 546-36 b sloj 1972-77 Sloj 534-37 b sloj 1977-80 Sloj 530-37 c1 sloj 1974-82 Sloj 524-37 c2 sloj 1974-82 Sloj. 522-38 a sloj 1979-85 Sloj 520-38 b sloj 1977-87 Sloj 514-39 sloj 1981-88 Sloj 504-40 sloj Prokop 1985-91 Sloj 503-40 sloj - Prokop - sp. l. 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 vodyhloubka Rok [m] [m] -670 952,27 1999-601 883,27 2005-580 862,27 2011-455 737,27 2017-418 700,27 2020 Kóta povrchu je 282,27 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 kóta pod povrchem [m] Rok zatopení Sloj č. 497, (Bulfric), nedobývaná -313 není Sloj č. 491,(Otakar), nedobývaná -380 není Sloj č. 483, (Natan), 1973-80 -390 není Sloj č. 479, (Max 1), 1978-95 -400 není Sloj č. 478, nedobývaná -403 není Sloj č.477, (Max 2) nedobývaná -408 není Sloj č.471, (Lotar 1) 1980-1990 -438 2018 Sloj č.463, (Lotar 4-5) 1980-1990 -443 2018 Sloj č.444, (Konrád vrch. l.) nedobývaná -518 2012 Sloj č.436, (Justin sp.l.) 1983-1996 -588 2006 Sloj č.432, (Ivan) 1986-1999 -613 2004 Sloj 428, (Heřman) 1993-1996 -668 1999 Sloj č.412, (František) 1997-1998 -683 1999 Sloj č.409, (Gustav 1) nedobývaná -688 1999 Sloj č.408, (Gustav 2) nedobývaná -698 1999 Sloj č.403, (Filip) 1996-1997 -718 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 20000 PD zb [m 3 CH 4.d -1 ] 15000 10000 METODA 1 METODA 2 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 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. 32

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 Výhody: - je zohledněn časový postup zatápění ložiska, Nevýhody: - vyšší pracnost než v předchozím případě, potřeba využití mapových podkladů jednotlivých dobývaných slojí 20 let zpětně od ukončení dobývání. 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