autor: Kajetan Berezowski

 nowatorską technologię urabiania węgla

Wielu wieszczyło z góry niepowodzenie projektu, a jednak stało się inaczej. Naukowcy z Głównego Instytutu Górnictwa w Katowicach kończą z sukcesem eksperyment polegający na przetestowaniu innowacyjnej technologii hydrootworowej eksploatacji węgla brunatnego w warunkach złoża Bełchatów.

Zarówno w Polsce, jak i na świecie łatwo dostępne surowce były, są i będą wydobywane klasycznymi metodami górniczymi, odkrywkową i podziemną. Metody te są bardzo dobrze znane i mają niewątpliwe zalety, ale posiadają też niestety swoje wady i spore ograniczenia. Przemysł górniczy, podążając za wydobyciem surowców zalegających w trudnych warunkach geologicznych, coraz częściej mierzy się z ryzykiem, którego koszty są nieakceptowalne. Do tej pory z otworów wydobywano ropę i gaz ziemny, a także rudę siarki w postaci płynnej. Tym razem wydobyto węgiel, ale nowa metoda górnicza przeznaczona jest również do eksploatacji różnych innych atrakcyjnych surowców.

 Technologia hydrootworowa polega na urabianiu i rozdrabnianiu złoża wysokociśnieniowym strumieniem wody poprzez wywiercone otwory wielkośrednicowe o wymiarach 500-650 mm z powierzchni terenu do spągu złoża. Otwór jest zarurowany w warstwie nadkładowej i otwarty w warstwie złożowej, tzw. odcinek bosy. Do otworu opuszcza się wielofunkcyjne urządzenie urabiająco-wydobywcze, składające się z kolumny rur i obrotowej głowicy hydraulicznej. Struga wody jest narzędziem urabiającym i rozdrabniającym pokład węgla. Eksploatacja prowadzona jest warstwami o grubości ok. 0,2 m od spągu do stropu złoża. Urobek opada grawitacyjnie na dno otworu i powstającej kawerny, a wynoszony jest rurą wydobywczą na powierzchnię za pomocą podnośnika wodno-powietrznego, pompy typu „airlift”. Wykonana kawerna ma kształt cylindrycznej komory o promieniu kilku metrów, a po zakończonej eksploatacji pustka wypełniana jest materiałem podsadzkowym – opisuje dr hab. inż. Janusz Makówka, prof. GIG, wykonawca projektu.

W maju 2023 r., po przeprowadzeniu szeregu testów laboratoryjnych i terenowych z zakresu hydrocięcia i transportu urobku, w Kopalni Doświadczalnej Barbara (GIG) w Mikołowie odbyła się próba wydobycia węgla kamiennego z otworu badawczego o głębokości 35 m.

– Pierwsze rezultaty wykazały możliwość urabiania, rozdrabniania i wynoszenia węgla kamiennego na powierzchnię. Ze zmodyfikowanym urządzeniem wydobywczym oraz aparaturą badawczą przeprowadziliśmy drugą udaną próbę metody, tym razem na złożu węgla brunatnego w Bełchatowie. Testy wykazały lepsze rezultaty z uwagi na mniejszą twardość i wytrzymałość geomechaniczną węgla brunatnego – relacjonuje dr inż. Robert Hildebrandt, zastępca dyrektora KD Barbara.

Projekt HydroCoal Plus został wysoko oceniony przez Komisję Europejską, a także polskie Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego.

– Ja nie powiedziałbym, że się nam udało, bo to słowo nosi raczej znamiona przypadkowości. Zespół projektowy przystępując do konkursu posiadał wiedzę, doświadczenie i kompetencje, które zostały docenione i nagrodzone. Rozpoczęliśmy go od przeprowadzenia szeregu badań wstępnych i wykonując testy poszczególnych etapów metody na różnych złożach i w różnych warunkach. To pokazało techniczną możliwość wydobycia węgli z otworów wydobywczych – tłumaczy Bartłomiej Jura, współautor założeń projektowych i wykonawca projektu.

W kończącym się projekcie trwają obecnie prace związane z oceną ryzyka oraz oceną oddziaływania technologii eksploatacji hydrootworowej na środowisko. Przygotowywane jest również wstępne studium wykonalności i ekonomicznej opłacalności technologii hydrootworowej.

– To niekonwencjonalne i innowacyjne podejście górnicze oraz uzyskane rezultaty dają nie tylko nadzieję, ale i realne podstawy do dalszych działań związanych z ukierunkowanym rozwojem metody oraz jej docelowym wdrożeniem. Zapowiada się, że metoda otworowa ma szansę na dalszy rozwój i docelową komercjalizację w złożach, które nadal czekają na ich wydobycie, zarówno w Polsce, jak i za jej granicami. Przejście z jednego otworu wydobywczego do kilku to już czysta multiplikacja procesu, którą można wykorzystać do zaprojektowania docelowej kopalni otworowej – przyznaje Wiesław Jura, współtwórca koncepcji metody hydrootworowej.

Dodajmy, że technologia otworowa (HBM) została uznana przez wiodące jednostki naukowo-badawcze oraz największe firmy przemysłu wydobywczego na świecie za mogącą mieć przemysłowe zastosowanie w eksploatacji pokładów węgla brunatnego oraz innych cennych dla gospodarki minerałów, takich jak: metale ziem rzadkich, rudy uranu, bursztynu i kamieni szlachetnych.

We wrześniu br., w ramach organizowanej konferencji Szkoły Górnictwa Odkrywkowego, odbędą się warsztaty podsumowujące wyniki projektu – zapowiada Aleksander Wrana, koordynator projektu.

Obecnie na świecie rozpoczął się swego rodzaju wyścig technologiczny, którego pierwszym celem jest uran. Kanadyjczycy (Orano i Denison Mines) testują metodę na złożu rudy uranu „McClean Lake”, a niemiecki koncern maszynowy (Bauer) produkuje kolejne prototypy urządzeń wiertniczych i wydobywczych. Amerykańskie i australijskie firmy rozpoczynają pionierskie testy metody na złożach diamentów Kinley i Jet Mining.

Projekt HydroCoal Plus finansowany był ze środków Europejskiego Funduszu Badawczego Węgla i Stali oraz Polskiego Ministerstwa Nauki. Partnerami w międzynarodowym konsorcjum realizującym projekt HydroCoal Plus są: PGE GiEK – Bełchatów, Poltegor – Instytut Górnictwa Odkrywkowego PIB, Uniwersytet Techniczny Akademii Górniczej – TU BAF FREIBERG z Niemiec oraz spółka węglowa SD Severočeské Doly z grupy energetycznej CEZ.