Metan w kopalni – skąd się bierze?

W tym materiale chcę wam opowiedzieć, skąd w kopalni bierze się metan i dlaczego jest on tak niebezpieczny dla górników. To temat, który do większego grona odbiorców trafia niestety tylko wtedy, gdy wydarzy się tragedia. Niestety, znowu się wydarzyła. 

Dylemat

Zawsze w takich przypadkach mam spory dylemat. Zdarza się tragedia, giną ludzie. Czy powinienem w tym kontekście mówić o nauce albo technologii? To nie tak, że ja tylko szukam kontekstów, żeby zaistnieć albo że chcę na fali algorytmów – wtedy gdy wszyscy klikają w konkretne tematy – polecieć w niebo. Ale z drugiej strony, tak już jest, że niektórymi sprawami interesujemy się dopiero wtedy, gdy się wydarzą. A gdy już się pojawią, wraz z nimi pojawia się ogromny informacyjny szum. Pojawiają się fejki, pojawiają się zwykłe bzdury. Po chwili osoba zainteresowana właściwie nie wie co myśleć, nie wie jaką na dany temat opinię sobie wyrobić.

Zawsze chciałem, żeby Nauka To Lubię jest było miejscem wiarygodnych informacji. Miejscem, w którym z szacunkiem i bez niepotrzebnych, bo czasami zaciemniających obraz, emocji mówię o nauce, edukacji i technologii. Nawet jeżeli ta opowieść dotyka ludzkich tragedii. Także w takich trudnych sytuacjach, a może szczególnie w takich trudnych sytuacjach, tłumaczenie świata uważam za swoją powinność. W tym materiale będę opowiadał o szczegółach wybuchu metanu. Jeżeli ktoś nie chce usłyszeć o tym jak to wygląda, co wtedy dzieje się pod ziemią, proszę by dalej nie czytał. 

Co to jest metan?

Gdy sprawdza się statystyki wypadków górniczych, metan jest najczęstszą ich przyczyną. Mówię tutaj o kopalniach w Polsce. Metan to gaz. Jego cząsteczka jest bardzo prosta, to jeden atom węgla i cztery atomy wodoru, czyli CH4. Metan jest głównym składnikiem tzw. gazu ziemnego, którym zasilane są np. kuchenki gazowe albo piece centralnego ogrzewania.

Mówiąc głównym, mam na myśli powyżej 90 proc. Metan nie ma zapachu, nie ma barwy i jest lżejszy od powietrza. Nie da się go wykryć naszymi zmysłami. I tutaj od razu wyjaśnię, tzw. zapach gazu, np. wtedy, gdy domowa instalacja gazowa jest nieszczelna. To nie jest w rzeczywistości zapachem gazu. Do gazu ziemnego, wykorzystywanego np. w domach, dodawane są związki zapachowe, właśnie po to by łatwiej można go było wykryć, łatwiej wyczuć nosem. W rzeczywistości metan nie pachnie w ogóle. 

Metan – skąd się wziął?

Skąd on się wziął? Metan powstaje w wyniku rozkładu materii organicznej, ale w środowisku beztlenowym. Powstał więc wraz z węglem wtedy, gdy kolejne warstwy ziemi czy pyłów przykrywały obumarłe i butwiejące karbońskie lasy. Metanu w polskich kopalniach jest bardzo dużo. Kilkanaście lat temu GIG – Główny Instytut Górnictwa opublikował wyliczenia –z których wynikało, że w pokładach węgla mamy go około 250 mld m³. Gdyby go wydobyć, Polska mogłaby się stać samowystarczalna w gaz na wiele, wiele lat.

To, że w niektórych pokładach węgla nie ma metanu albo jest go niewiele, nie znaczy, że go tam nie było, tylko że przez setki tysięcy lat po prostu z nich uciekł. Z drugiej strony, gdy pokłady węgla są przykryte warstwami nieprzepuszczalnymi, metan w tych pokładach się kumuluje. I tak jest w wielu polskich kopalniach.

Czy można wydobyć metan z kopalni? Jasne, że można, ale mam wrażenie, a właściwie nawet pewność, że nie staramy się o to. Łatwiej nam wydobywać węgiel, a metan po prostu wypuszczać. No ale – znowu – to trochę inny temat. 

To, co może być wykorzystywane w energetyce albo wykorzystywane jako paliwo, może być niebezpieczne. To żadne odkrycie. Ale niebezpieczeństwa związane z metanem są szczególnie duże. 

Metan w kopalni – tykająca bomba

Gdy metan jest w odpowiednich proporcjach z tlenem, gdy pojawi się najmniejsza iskra, dochodzi do potężnej eksplozji. Tutaj wystarczy, by metanu w powietrzu było od 5 proc. do 15 proc. Maksymalna siła eksplozji jest wtedy, gdy stężenie metanu wynosi 9,5 proc.

Specjaliści wybuch metanu porównują do wybuchu potężnej bomby, wybuchu, który w zamkniętych kopalnianych korytarzach, wyrobiskach jest szczególnie niszczycielski. Szybki wzrost ciśnienia i temperatury – nawet powyżej 2 tysięcy st. C oraz zużycie tlenu są śmiertelną mieszanką. Nie tylko zabija, ale także demoluje infrastrukturę zabezpieczającą korytarze, często powoduje, że ulegają one zawaleniu.

Niszczycielska fala

Fala uderzeniowa rozchodzi się we wszystkie strony niszczy wszystko co napotka na swojej drodze. Nawet jeżeli górnik wybuch metanu i falę uderzeniową jakimś cudem przeżyje, a jest to możliwe tylko wtedy, gdy znajduje się daleko od tego wybuchu, jego obrażenia, głównie poparzenia ciała i dróg oddechowych są bardzo trudne do leczenia. Czasami stężenie metanu jest tak duże, że z wyrobiska wypchnięty jest tlen i zanim górnicy się zorientują po prostu nie ma tam czym oddychać. Wtedy co prawda do wybuchu nie dochodzi, bo nie ma tlenu, ale górnicy po prostu się duszą. 

Polskie kopalnie metanowe

W Polsce wiele kopalń, to tzw. kopalnie metanowe. Ten gaz znajduje się w pokładach węgla, ale nie wszędzie w takich samych ilościach. W efekcie przez dłuższy czas w jakimś miejscu stężenie metanu może być niskie, a w jednej chwili, w wyniku np. ruchu górotworu, przekracza wszelkie normy. Może być też tak, że metan uwolnią podczas prac sami górnicy, rozbijając, urabiając albo dowiercając się do – nie wiem jak to opisać – zbiornika gazu w skale.

To trochę wygląda tak, jak gdyby podczas prac remontowych ekipa przerwała rurę z gazem. I nagle ten gaz z uszkodzonej instalacji, pod ciśnieniem, bardzo szybko wypływa i wypełnia pomieszczenie. Z tym, że w przypadku gazu ziemnego w instalacji domowej, jak wspominałem, dodawany jest zapach, więc wszyscy od razu go czują. Poza tym można otworzyć okno i uciec. W kopalni nie ma gdzie uciec, a metan nie ma zapachu. Oczywiście odpowiednie urządzenia powinny o tym natychmiast informować. Oczywiście jeżeli są sprawne i odpowiednio zainstalowane.

Nadmiar metanu powinna też natychmiast usunąć odpowiednio zaprojektowana i wykonana instalacja wentylacyjna. Gdy automatyczne czujniki wykryją wzrost metanu powyżej 2 proc., automatycznie wyłączane jest zasilanie elektryczne w tym wyrobisku. Ale ryzyko zawsze istnieje, bo pojawienie się metanu czasami jest bardzo nagłe. 

Co się dzieje, gdy dochodzi do wybucha metan?

W gorszym scenariuszu, wybuch metanu powoduje zapalenie się i wybuch pyłu węglowego. To drobinki węgla, pyłek węglowy przypominający mąkę, no tyle że czarną, który zalegają w kopalni np na spągu – czyli podłodze korytarza, ale także na urządzeniach czy innych płaszczyznach. Gdy dochodzi do wybuchu metanu, powstaje fala uderzeniowa, która wzbija ten węglowy pył i miesza go z powietrzem. Gdy na metr sześcienny powietrza jest więcej niż 50 gramów pyłu, dochodzi do kolejnego wybuchu.

Pod niektórymi względami wybuch pyłu jest nawet gorszy, bo może mieć znacznie większy zasięg niż wybuch metanu. Co ciekawe, a może bardziej przerażające, średnio w takim wybuchu bierze udział tylko 2proc. pyłu węglowego, który jest dostępny. Więcej się nie spala, bo cały tlen zostaje zużyty. Jeżeli gdzieś zostały źle zaprojektowane i zainstalowane zapory przeciwwybuchowe, albo gdy wybuch jest bardzo duży i zostały one zniszczone, do miejsca w którym do wybuchu pyłu węglowego doszło, zostaje zassane powietrze z innych wyrobisk, a wtedy może dojść do wybuchu wtórnego, bo wraz tym zassanym powietrzem dostarczany jest tam tlen. 

Widziałem to!

Podczas wybuchu pyłu węglowego fala uderzeniowa, fala ciśnienia jest szybsza, niż fala płomienia. Fala ciśnienia wzbija pył węglowy ze spągu, czyli z podłogi, ale także ze ścian i w zasadzie wszelkich powierzchni, a ogień, który idzie za tym, zapala ten wzburzony pył. Bez zapór, taki wybuch może z ogromną prędkością przemieszczać się na odległość wielu kilometrów demolując wszystko na swojej drodze. 

Pozwólcie, że podzielę się z wami osobistymi doświadczeniami. Jestem ze Śląska. Znam wielu górników, jednym z najbliższych moich znajomych jest człowiek, który pracuje jako zawodowy ratownik górniczy. Gdy to mówię uczestniczy w akcji ratunkowej w której z dwóch ostatnio dotkniętych kopalń Pniówek albo Zofiówka. Na dole, w kopalni, nawet takiej działającej, a nie dostosowanej do ruchu turystycznego, byłem wiele razy. W Mikołowie działa kopalnia doświadczalna Barbara, w której widziałem nie symulacje, ale prawdziwy wybuch pyłu węglowego. I to nie jakieś duże ilości, może z 20, może z 30 kg pyłu. Jak na warunki kopalniane to prawie nic. Gdy ten wybuch zainicjowano, jestem pewien że w okolicznych domach latały szyby. To jest tak ogromna siła, wręcz niewyobrażalna. Jak bardzo widać to na zdjęciach z miejsc w których do wybuchu doszło.

W ciągu ostatnich 20 lat z powodu wybuchu metanu w polskich kopalniach zginęło prawie 100 osób. O nich się zwykle nie pamięta, gdy analizujemy zalety i wady konkretnych technologii w energetyce. 

Źródła:

https://www.wnp.pl/gornictwo/gig-metan-z-pokladow-wegla-wazniejszy-od-atomu-i-lupkow,197140.html

Autor

Tomasz Rożek

Z wykształcenia jestem fizykiem, a z zawodu dziennikarzem naukowym. Od lat tworzę markę Nauka. To Lubię, a dodatkowo kieruję działem naukowym w tygodniku Gość Niedzielny i współpracuję z wieloma mediami i redakcjami. Jestem szczęśliwym tatą bliźniaków: Zuzi i Janka oraz mężem Ani.

Więcej od tego autora