Szukaj w serwisie
 
Nasze prace
paad
zwałowiska pogórnicze
BIOGEO-SILESIA ORSIP
only PL / Serwis Internetowy Geowizualizacja 3D
only PL / Serwis o dziedzictwie geologicznym województwa śląskiego
only PL / Mapa geologiczna Karkonoszy
Ostatnia aktualizacja:

2017-09-20

Modelowanie pola geotermicznego


Zastosowanie numerycznego modelowania pola geotermicznego w obszarach zlikwidowanych kopalń na przykładzie Kopalni Węgla Kamiennego w Nowej Rudzie

Zbigniew Małolepszy
Uniwersytet Śląski, Wydział Nauk o Ziemi, Katedra Geologii Podstawowej
ul. Będzińska 60,
41-200 Sosnowiec
tel. (32)3689458, e-mail malol@us.edu.pl

 
 
STRESZCZENIE

W projekcie badawczym przeprowadzono numeryczne modelowanie pola geotermicznego w obszarze zlikwidowanej kopalni węgla kamiennego w Nowej Rudzie z zastosowaniem programu symulacyjnego TOUGH2. Badania zostały wykonane dla pola eksploatacji "Piast", w którym zakończono roboty górnicze w 1994 roku, a następnie wyłączono systemy odwadniania powodując całkowite zatopienie wyrobisk. Na podstawie zgromadzonych danych w pierwszej fazie opracowano trójwymiarowy model górotworu dla symulacji naturalnych, nie zaburzonych robotami górniczymi warunków geotermicznych. Z uzyskanych wyników wykreślono:

- mapę gradientów geotermicznych,
- głębokościowe mapy powierzchni geoizotermicznych 15, 20, 25, 30°C w odniesieniu do poziomu morza oraz do powierzchni terenu,
- mapy geotermiczne dla spągowej części wyrobisk (poziom 4 łupków ogniotrwałych) oraz dla pokładu 410,
- przekroje geologiczno-geotermiczne.

Dla określenia stopnia wychłodzenia górotworu w trakcie prowadzonych robót górniczych wykonano dwuwymiarowy model wzdłuż przekroju prostopadłego do rozciągłości eksploatowanych pokładów. Przeprowadzone symulacje wykazały wielkość zaburzonej termicznie strefy w spągu i stropie wyrobisk. Na podstawie symulacji określono czas odbudowy naturalnych warunków geotermicznych po zakończeniu eksploatacji i całkowitym zatopieniu wyrobisk. Prognozy wskazują iż w warunkach całkowitego wypełnienia wyrobisk wodą w ciągu 10 lat po ich zatopieniu temperatura w zrobach osiągnie poziom 85-95% niezaburzonej temperatury skał otaczających. Wyniki przeprowadzonych symulacji wskazują na korzystne warunki do podjęcia planowanej w Nowej Rudzie eksploatacji ciepłych wód z wyrobisk górniczych dla pozyskiwania energii geotermalnej. Temperatura wód w wyrobiskach po okresie stabilizacji (około 2005 roku) osiągnie wartości od 15°C w najpłytszych partiach do ponad 26°C w najgłębszych partiach zrobów. Dla określenia warunków wydobywania wód z wyrobisk opracowano model zrobów przy założeniu istnienia dubletu otworów - eksploatującego wodę o temp. 23°C i zatłaczającego wodę po schłodzeniu do temp. 3°C. W wyniku symulacji określono wielkość wychłodzenia zbiornika w wyrobiskach oraz otworze eksploatacyjnym. Należy przypuszczać iż wychłodzenie w trakcie eksploatacji może wynieść od 4 do 10°C w zależności od ilości pobieranej wody (10-20 l/s).

CEL BADAŃ

Zlikwidowana kopalnia węgla kamiennego w Nowej Rudzie dzieli się na cztery pola eksploatacyjne. Jednym z nich jest pole „Piast”, które znajduje się w najbliższym sąsiedztwie miasta Nowa Ruda. W związku z lokalizacją wyrobisk górniczych pod terenami zabudowanymi oraz przeznaczonymi pod zabudowę rozpatruje się możliwość wykorzystania zrobów poeksploatacyjnych jako źródła niskotemperaturowych wód geotermalnych w pompach ciepła. Korzystne warunki geologiczno-złożowe umożliwiają stosunkowo nieskomplikowany dostęp do zrobów na głębokościach do 700 m, w których należy przewidywać występowanie wód o temperaturze powyżej 20°C. W związku z powyższym autor przeprowadził badania, których celem było określenie warunków temperaturowych w wyrobiskach na podstawie numerycznych symulacji procesów geotermicznych zachodzących w zrobach po likwidacji i zatopieniu kopalni.
 
WNIOSKI

Pole geotermiczne w obszarze pola eksploatacji „Piast” w Nowej Rudzie jest kształtowane przez struktury geologiczne występujące w badanym obszarze. Znaczący wpływ na rozkład temperatur górotworu wykazuje zapadająca w kierunku zachodnim formacja karbońskich skał osadowych o wysokiej anizotropii własności termofizycznych, jak również masyw gabro zalęgający poniżej. Zmienność pola geotermicznego została zaprezentowana w formie szeregu map i przekrojów geotermicznych, które powinny zostać wykorzystane do dalszej eksploracji geotermalnej w rejonie Nowej Rudy.

Na podstawie symulacji numerycznych określono czas odbudowy naturalnych warunków geotermicznych po zakończeniu eksploatacji i całkowitym zatopieniu wyrobisk. Prognozy wskazują iż w warunkach całkowitego wypełnienia wyrobisk wodą w ciągu 10 lat po ich zatopieniu temperatura w zrobach osiągnie poziom 85-95% niezaburzonej temperatury skał otaczających. Temperatura wód w wyrobiskach po okresie stabilizacji (około 2005 roku) osiągnie wartości od 15°C w najpłytszych partiach do ponad 26°C w najgłębszych partiach zrobów.

Dla określenia warunków wydobywania wód z wyrobisk opracowano model zrobów przy założeniu istnienia dubletu otworów - eksploatującego wodę o temp. 23°C i zatłaczającego wodę po schłodzeniu do temp. 3°C. W wyniku symulacji określono wielkość wychłodzenia zbiornika w wyrobiskach oraz otworze eksploatacyjnym. Należy przypuszczać iż wychłodzenie w trakcie eksploatacji może wynieść od 4 do 10°C w zależności od ilości pobieranej wody (10-20 l/s).

Zasoby energii geotermalnej zgromadzone w wyrobiskach górniczych są odnawialne. Wskazują na to symulacje warunków eksploatacji ciepłych wód i zatłaczania wód schłodzonych na powierzchni, których wynikiem są wartości energii pozyskanej wielokrotnie przewyższające wielkość zasobów statycznych.

Wykorzystanie zasobów odnawialnej i ekologicznie bezpiecznej energii geotermalnej powinno znaleźć się w planach zrównoważonego rozwoju obszaru zlikwidowanej kopalni węgla kamiennego w Nowej Rudzie, jak również w innych obszarach eksploatacji górniczej.

PODZIĘKOWANIA

Autor dziękuje Dyrekcji Spółki Restrukturyzacji Kopalń za udostępnienie danych archiwalnych z kopalni węgla kamiennego „Nowa Ruda”. Dziękuje również pracownikom kopalni za ich wszechstronną pomoc. Wyniki przedstawionych badań opracowano w ramach projektu badawczego KBN nr 5 T12B 047 22. 

 

« Powrót do poprzedniej strony