Analiza literaturowa publikacji dotyczących wyrzutów gazów i skał wskazuje, że jednym z istotnych czynników wpływających na wzrost zagrożenia metanowego i wyrzutowego jest występowanie węgla o strukturze odmienionej (przetartej, zmylonityzowanej). Węgle te charakteryzują się gęstą sieci spękań wewnętrznych, rozbudowaną strukturą, małą zwięzłością i wysoką pojemnością gazową. Aktualnie brak jest efektywnych metod wykrywania tego typu struktur. Występowanie węgla odmienionego strukturalnie było jedną z przyczyn wystąpienia wyrzutu metanu i skał w KWK „Zofi ówka” w roku 2005 (Jakubów i in. 2006). W pracy przedstawiono dwie metody wykrycia i opisu węgla o strukturze przetartej a przedstawione wyniki dotyczą badań wykonanych na próbkach węglowych pobranych w rejonie uskoku, w bezpośrednim sąsiedztwie kawerny wyrzutowej w KWK ”Zofi ówka”- rys. 1.

 

Dla każdej próbki przeprowadzono analizę punktową w trakcie której identyfikowano ślady następujących obiektów: kleju, witrynitu (V), inertynitu oraz liptynitu, (I+L), mylonitu (M), spękań na witrynicie (Fr(V)), spękań na inertynicie oraz liptynicie (Fr(I+L)), spękań na mylonicie (Fr(M)) oraz substancji nieorganicznych (N).

 

Przykłady węgla nieodmienionego strukturalnie oraz węgla zmylonityzowanego pokazano na rys. 2. Wyniki analizy stereologicznej przeprowadzonej dla wszystkich pobranych prób węgla prezentuje tabela 1. Próby pobrane w bezpośrednim sąsiedztwie uskoku i kawerny powyrzutowej charakteryzuje duży udział objętościowy mylonitu. W pozostałych próbkach węgla, mylonit występuje jedynie w ilościach śladowych. Udział mylonitu w całości substancji węglowej widocznej na poszczególnych zgładach pokazano na wykresie z rys. 3. Obliczono również gęstość spękań na węglu odmienionym (mylonicie) oraz na całej strukturze węgla. Wyniki obliczone ze wzorów (1-2) przedstawione w tabeli 2 pokazują, że węgiel pobrany w rejonie szczeliny uskokowej posiada o rząd większą ilość spękań niż węgiel pobrany w pewnej odległości od niej.

 

Druga, nowo zaproponowana metoda, oparta jest na wykorzystaniu profi lometrii laserowej w celu analizy ukształtowania powierzchni próbek węgla. Do odwzorowania powierzchni z opisanych uprzednio próbek węglowych użyto profi lomierz laserowy zaprojektowany i zestawiony w Instytucie Mechaniki Górotworu Polskiej Akademii Nauk (Młynarczuk, 2004). Zmierzono pola o wielkości 256x256 punktów oddalonych od siebie o 20μm. W celu wyróżnienia składowej chropowatości zmierzonych powierzchni, otrzymane dane fi ltrowano fi ltrami sekwencyjnymi przemiennym o rozmiarze 10 punktów (200 μm). W prezentowanych badaniach użyto odmiany wariogramu zwanej madogramem (Emery, 2005), zdefi - niowanej równaniami (7) i (8) . Na rysunku 4 pokazano wykresy madogramów dla badanych węgli. Progi madogramów dla węgli o strukturze odmienionej plasują się poniżej madogramów dla węgli nieodmienionych. Nieco odmienny jest madogram próbki L4 związany jest prawdopodobnie z występowaniem dużych ilości wtrąceń substancji nieorganicznych (patrz tabela 1). Jeżeli wyeliminujemy tą próbkę z madogramu (rys. 5), różnice pomiędzy węglami odmienionymi strukturalnie a nienaruszonymi stają się dużo bardziej widoczne. Wykazano, że metoda ta doprowadzić może do wykrycia stref węgla o strukturze przetartej. Jej zaletą jest fakt, że nie wymaga ona długiego etapu przygotowawczego i żmudnych zliczeń jak ma to miejsce we wspomnianej wcześniej analizie stereologicznej. Tego typu badania, przy zastosowaniu odpowiedniego (iskrobezpiecznego) sprzętu można wykonać bezpośrednio na ociosie, lub np. w otworach wyprzedzających.

 

Autorzy uważają, że proponowane badania strukturalne węgla mogą być przydatne w prognozowaniu i ocenie stanu zagrożenia metanowego oraz wyrzutami metanu i skał dlatego też wymagają one dalszego rozwinięcia.