Factors that influence the temporal variability of atmospheric methane emission from Upper Silesia coal mines: A case study from CoMet mission

Errors in assumed pollutant emission characteristics can significantly impact the magnitude of the estimated emissions constrained by instantaneous observations obtained with airborne or remote sensing instruments, especially on the local scale. Realistic emissions from individual point sources are a valuable input for numerical models, as by minimizing the errors stemming from inaccurate emissions, they could allow a better characterization of errors caused by transport mechanisms. Here we provide a detailed description of factors influencing the coal-mine methane emission variability, based on high-frequency (up to hourly) temporal data obtained from seven coal mines from the Upper Silesian Coal Basin during CoMet 1.0 (Carbon dioxide and Methane) mission which took place from May 14 to June 13, 2018. The knowledge of these factors for the particular ventilation shaft is essential for linking the observations achieved during the CoMet 1.0 with models, as most of the publicly available data in the bottom-up worldwide inventories provide annual emissions only. The methane concentrations in examined shafts ranged from 0.10 % to 0.55 % during the study period and were subject to a significant variation on a day-to-day basis due to the changing scope of mining works performed underground. The yearly methane average emission rate calculated based on temporal data of the analyzed subset of mines was of the order of 142.68 kt yr-1, an estimate lower by 27 % than the oficially published WUG (State Mining Authority) data and 36 % than reported to E-PRTR (European Pollutant Release and Transfer Register). Additionally, we found that emissions from individual coal mine facilities were over- or underestimated by between 4 % to 60 %, compared to E-PRTR, when short-term records were analysed. We show that the observed discrepancies between annual emissions based on temporal data and public inventories result from, firstly, the incorrect assumption that the methane concentrations in the time-invariant, secondly, from the methodology of measurements, and lastly, from frequency and timing of measurements. From the emission monitoring perspective, we recommend usage of a standardized emission measurement system for all coal mines, similar to the the SMP-NT/A methane fire teletransmission monitoring system (which most coal mines are equipped with). Such a system could, allow for gas flow quantification, necessary for accurate and precise estimations of methane emissions at high temporal resolution. Using this system will also reduce the emission uncertainty due to factors like frequency and timing of measurements. In addition, separating the emissions from individual ventilation shafts and methane drainage stations would be beneficial in closing the gap between bottom-up and top-down approaches for coal mine emissions, as the intermittent releases of unutilized methane from the drainage stations is currently not considered when constructing regional methane budgets.</p

Quantifying anthropogenic methane emissions and their uncertainties using very high spatial and spectral resolution satellite and airborne data

Methane is one of the most powerful greenhouse gases that has contributed to about a third of the 2010-2019 global warming relative to the pre-industrial times in 1850-1900. The Upper Silesian Coal Basin in southern Poland is one of the strongest anthropogenic methane (CH4) emitters in Europe, with emissions ranging from 228 to 339 ktCH4yr-1. In that region, ventilation shafts and drainage stations used in coal mines are the main sources of CH4 emissions, of which the mass flows and their sources of uncertainties can be assessed using an adapted version of the Integrated Mass Enhancement (IME) method

Observational constraints on methane emissions from Polish coal mines using a ground-based remote sensing network

Given its abundant coal mining activities, the Upper Silesian Coal Basin (USCB) in southern Poland is one of the largest sources of anthropogenic methane (CH$_{4}$) emissions in Europe. Here, we report on CH$_{4}$emission estimates for coal mine ventilation facilities in the USCB. Our estimates are driven by pairwise upwind–downwind observations of the column-average dry-air mole fractions of CH$_{4}$ (XCH$_{4}$) by a network of four portable, ground-based, sun-viewing Fourier transform spectrometers of the type EM27/SUN operated during the CoMet campaign in May–June 2018. The EM27/SUN instruments were deployed in the four cardinal directions around the USCB approximately 50 km from the center of the basin. We report on six case studies for which we inferred emissions by evaluating the mismatch between the observed downwind enhancements and simulations based on trajectory calculations releasing particles out of the ventilation shafts using the Lagrangian particle dispersion model FLEXPART. The latter was driven by wind fields calculated by WRF (Weather Research and Forecasting model) under assimilation of vertical wind profile measurements of three co-deployed wind lidars. For emission estimation, we use a Phillips–Tikhonov regularization scheme with the L-curve criterion. Diagnosed by the emissions averaging kernels, we find that, depending on the catchment area of the downwind measurements, our ad hoc network can resolve individual facilities or groups of ventilation facilities but that inspecting the emissions averaging kernels is essential to detect correlated estimates. Generally, our instantaneous emission estimates range between 80 and 133 kt CH$_{4}$ a$^{-1}$ for the southeastern part of the USCB and between 414 and 790 kt CH$_{4}$a$^{-1}$ for various larger parts of the basin, suggesting higher emissions than expected from the annual emissions reported by the E-PRTR (European Pollutant Release and Transfer Register). Uncertainties range between 23 % and 36 %, dominated by the error contribution from uncertain wind fields

Możliwości ograniczenia szkodliwego wpływu wód dołowych na stan rurociągów kolektora &quot;Olza&quot; i środowisko rzeki Odry rozprawa doktorska /

Tyt. z ekranu tytułowego.Praca doktorska. Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica (Kraków), 2008.Bibliogr.Dostępna także w wersji drukowanej.Tryb dostępu: Internet.Charakterystyka geologiczna, hydrogeologiczna południowo-zachodniej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, budowa GZW, skład chemiczny wód, czynniki go kształtujące, źródła jonów siarczanowych w wodach, jonów barowych w wodach dołowych kopalń regionu, promieniotwórczość wód dołowych, oddziaływanie wód dołowych odprowadzanych z kopalń na ekosystem rzeki Odry i jej dopływów, charakterystyka hydrograficzna dorzecza, główne zanieczyszczenia odprowadzane do rzeki, kryteria, normy prawne jakości wód powierzchniowych i kopalnianych, wpływ zasolenia na ekosystem rzeki, charakterystyka systemu hydrotechnicznej ochrony wód Olza, budowa techniczna kolektora, charakterystyka systemu retencyjno-dozującego, aspekty prawne funkcjonowania systemu retencyjno-dozującego, analiza składu wód odprowadzanych z kopalń południowo-zachodniej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego kolektorem Olza, analiza porównawcza składu i ilości wód odprowadzanych do kolektora, analiza wpływu wód dołowych odprowadzanych kolektorem „Olza” na środowisko rzeki, analiza składu wód dołowych komory spustowej kolektora, analiza zmian składu wód Leśnicy przed i po otwarciu zrzutu do rzeki, wód Olzy, wpływ wytrącających się osadów siarczanu baru na jakość i opór rurociągów, analiza chemiczna procesu strącania siarczanu baru w wybranych punktach kolektora, charakterystyka odcinka kolektora między węzłem WVI a WV, od kopalni Pniówek do węzła WV, od węzła WV do węzła WIII, od węzła WIV do węzła WII, od węzła WII do węzła WI, wyznaczanie bezwymiarowego współczynnika oporu i jednostkowego oporu rurociągów na wybranych odcinkach kolektora, metodyka pomiarów wykonywanych w systemie „Olza”, analiza wyników pomiarów, symulacja numeryczna przepływu siarczanu baru przez osadnik, komputerowe modelowanie przepływu wielofazowego, opis modelu Eulera-Lagrange’a, zestawienie równań różniczkowych stosowanych w przyjętym modelu turbulencji, warunki brzegowe, obliczenia numeryczne trójwymiarowego (3D) przepływu dwufazowego przez osadniki, metody usuwania szkodliwych osadów siarczanu baru bez konieczności wprowadzania ich do rurociągów kolektora, metody usuwania szkodliwych jonów baru w kopalni Jankowice, Borynia, Krupiński, Pniówek, Zofiówka, Jas-Mos, ruch Moszczenia, zastosowanie programu komputerowego Dyspozytor jako narzędzia w procesie regulacji rozpływu wody, charakterystyka pierwszej, drugiej, trzeciej, czwartej zakładki programu, dane wejściowe do program

Wpływ modernizacji systemu retencyjno-dozującego &quot;Olza&quot; na jakość wód rzeki Odry, Olzy i Leśnicy

Tyt. z nagłówka.Bibliografia s.114.Dostępny również w formie drukowanej.ABSTRACT: This article treats about the influence of dropping system &quot;Olza&quot; modernization on the Odra, Lesnica and Olza rivers ecosystem. Both, Leśnica and Olza were the most jeopardize ones, taking into consideration the fact that the mine waters were directly thrown to their waters. Strongly contaminated, mostly with chlorides and sulphates, mine waters, transported through the interceptor-sewer, managed to destroy the whole rivers ecosystem. Huge chloride fluctuations were the cause of biological balance dysfunction. Most of animals and plants species were destroyed. The brake through came after the new dropping system was activated. The new system was placed in the bottom of Odra river and was equipped with 51 nozzles settled down between two river banks. The new system allowed to eliminate the contamination of the Leśnica and Olza rivers and prevented their flora and fauna from total distraction. It also allowed to mix the mine and the river waters just after the drop. It led to the elimination of huge chloride fluctuation in the Odra river and had a huge impact on its quality improvement. KEYWORDS: &quot;Olza&quot; retaining-dose system, interceptor-sewer, river ecosystem, water quality, mine waters, odra river contamination, chlorides, sulphates, dropping system modernization, water classes. STRESZCZENIE: W artykule przedstawiono zagadnienia związane z wpływem przeprowadzonej modernizacji sytemu retencyjno-dozującego (kolektora) &quot;Olza&quot; na jakość wód rzeki Odry, Olzy i Leśnicy. Silnie zanieczyszczone jonami chlorkowymi, siarczanowymi wody kopalniane odprowadzane z kopalń południowo-zachodniej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (GZW), za pośrednictwem kolektora, wywierają niekorzystny wpływ na ekosystem rzeczny. Szczególnie groźne są silne wahania stężeń jonów chlorkowych, które zaburzają równowagę biologiczną eko-systemu, narażając na wyginięcie różne gatunki roślin i zwierząt. Uruchomienie bezpośredniego odprowadzania wód kopalnianych do rzeki Odry za pomocą systemu zrzutowego zainstalowanego w dnie rzeki zapewniło odpowiednie wymieszanie wód kopalnianych z jej wodami na krótkim 100-metrowym odcinku. System wyposażony jest w 51 dysz rozmieszczonych między prawym i lewym brzegiem rzeki. Takie rozwiązanie pozwoliło uniknąć silnych wahań stężeń, przede wszystkim jonów chlorkowych, i uchroniło florę i faunę rzeki Odry przed wyniszczeniem. Uruchomienie zmodernizowanego odcinka kolektora wyeliminowało również konieczność odprowadzania wód kopalnianych do Odry za pośrednictwem rzek Leśnicy i Olzy. Przyczyniło się to do znaczącej poprawy jakości wód tych rzek i powolnego odbudowania się ich ekosystemu. SŁOWA KLUCZOWE: system retencyjno-dozujący (kolektor) &quot;Olza&quot;, ekosystem rzeczny, wody dołowe, jakość wód, zanieczyszczenia rzeki Odry, stężenia jonów chlorkowych i siarczanowych, modernizacja systemu zrzutowego, instalacja zrzutowa, klasy czystości wód

Stan zasolenia rzeki Odry za kolektorem &quot;Olza&quot; w zależności od jej przepływu i warunków atmosferycznych

Tyt. z nagłówka.Bibliogr. s. [162].Dostępny również w formie drukowanej.STRESZCZENIE: W artykule skupiono się na określeniu zależności zasolenia rzeki Odry od jej przepływu i warunków atmosferycznych. Silne zasolenie rzeki jest wynikiem wprowadzania do niej wód kopalnianych odprowadzanych z obszaru południowo-zachodniej części GZW za pośrednictwem kolektora &quot;Olza&quot;. W artykule podzielono przepływy na pięć kategorii i przypisano im możliwe do uzyskania klasy czystości ze względu na jony chlorkowe. Na podstawie wyznaczonych za pomocą programu komputerowego &quot;Dyspozytor&quot; marginesów przepływu i na podstawie przynależności rzeki do danej klasy czystości określono, jaki wpływ na stan zasolenia wywiera proces retencjonowania i dozowania wody kopalnianej z kolektora. Ustalono również, w jakich warunkach można dotrzymać najwyższych, a w jakich najniższych norm czystości w rzece ze względu na jony chlorkowe. SŁOWA KLUCZOWE: stężenie jonów chlorkowych, przepływ rzeki, kolektor &quot;Olza&quot;, wody kopalniane, chłonność rzeki. ABSTRACT: This article treats about the state of salinity in Odra river in connection with its flow and atmospheric conditions. Very high chlorides concentration in the river is a consequence of dropping into its water highly contaminated mine waters form the south - western part of Upper Silesian Coal Basin. Mine waters are transported through the interceptor sewer called &quot;Olza&quot;. The author divides the river flows on the five categories and classifies them due to the exact water classes. Taking into consideration flow margins calculated by using the computer program called &quot;Dyspozytor&quot; and river absorptiveness due to the specific water class, it was possible to estimate the influence of dosing and retaining on the state of river waters salinity. It was also possible to state in which conditions there is a chance to keep the highest water class and in which there is no such a chance. KEYWORDS: chlorides concentration, &quot;Olza&quot; interceptor-sewer, river flow, mine waters, river absorptiveness

Zastosowanie programu komputerowego &quot;Dyspozytor&quot; jako narzędzia w procesie regulacji rozpływu wody w kolektorze &quot;Olza&quot;

Tyt. z nagłówka.Bibliogr. s. [93].Dostępny również w formie drukowanej.STRESZCZENIE: W artykule opisano zastosowanie programu komputerowego &quot;Dyspozytor&quot; do regulowania procesu rozpływu wód kopalnianych odprowadzanych za pośrednictwem kolektora &quot;Olza&quot; do rzeki Odry. Brak regulacji rozpływu powoduje drastyczne skoki stężeń jonów chlorkowych i siarczanowych, co jest zabójcze dla ekosystemu rzeki. Wykonane obliczenia komputerowe pokazują, iż utrzymanie stabilnych stężeń wspomnianych jonów w rzece, przy określonym przepływie, możliwe jest tylko i wyłącznie przy odpowiednio dobranych parametrach pracy wskazanych obiektów systemu. Odpowiednia regulacja pozwala również na zachowanie w miarę niskich ciśnień na wybranych połączeniach sieci kolektora, co znacząco poprawia jego energochłonność. SŁOWA KLUCZOWE: program komputerowy &quot;Dyspozytor&quot;, regulacja rozpływu wód, kolektor &quot;Olza&quot;, normy czystości, stężenia jonów chlorkowych i siarczanowych, ciśnienia pompowania, wody kopalniane. ABSTRACT: The article treats about the usage of &quot;Dyspozytor&quot; application in mine waters' flow regulation inside the &quot;Olza's&quot; interceptor sewer. Lack of its regulation is a main reason for huge variations of chlorides and sulphates concentration in the Odra river what in the end drives its ecosystem to the total destruction. Computer calculations show that in order to remain stable chlorides and sulphates concentration it is necessary for each interceptor sewer's object to work with a proper working parameters'. The computer program, together with &quot;Olza's&quot; interceptor sewer, helps to regulate water flow from each mine. It determines what kind of water class is possible to obtain taking into consideration river flow and its earlier contamination. Thanks to it is possible to maintain constant chlorides and sulphates concentration due to the exact water class. It is also possible to maintain low pressure in the interceptor sewer's pipelines what improves its energy consumption. KEYWORDS: computer program &quot;Dyspozytor&quot;, chlorides and sulphates concentration, river flow regulation, &quot;Olza&quot; interceptor-sewer, mine waters, water classes, pumping pressure

Possibilities of Capturing Methane from Hard Coal Deposits Lying at Great Depths

Methane present in coal seams is a natural hazard present during the exploitation of underground mining plants. It is an explosive and flammable gas that is released into mining excavations, and it is necessary to reduce its concentration. Capturing methane while preparing extraction is virtually impossible due to the low permeability of coal resulting from its deposition depth. After the beginning of exploitation and disrupting the seam’s structure, methane is released into mine air. The most common method of minimizing gas released into ventilation air is draining the rock mass. This method allows achieving the desired ventilation parameters but requires appropriate mining techniques in hazardous areas. The article presents the example of methane capture during the operation in the longwall B-15 with an overlying drainage gallery. The authors have highlighted an example of the longwall B-15 that when using this particular drainage method, allowed capturing twice the amount of methane forecasted, thus increasing the efficiency of methane drainage. At the preliminary stage of longwall development, the amount of methane charged by the drainage system had relatively low values, reaching 15 m3/min. In the next few months, these parameters increased and varied between 35 to 55 m3/min. A significant difference in methane capture appeared in the second stage of exploitation, where the highest value of captured methane reached 82 m3/min. This particular longwall example shows that it is crucial to properly design the drainage system for seams with high forecasted methane release. It is worth remembering that using a drainage gallery provides an increase in the methane capture from the desorption zone areas, thus increasing total methane capture in comparison to forecasts

The Impact of the Coexistence of Methane Hazard and Rock-Bursts on the Safety of Works in Underground Hard Coal Mines

Several natural threats characterize hard coal mining in Poland. The coexistence of methane and rock-burst hazards lowers the safety level during exploration. The most dangerous are high-energy bumps, which might cause rock-burst. Additionally, created during exploitation, safety pillars, which protect openings, might be the reason for the formation of so-called gas traps. In this part, rock mass is usually not disturbed and methane in seams that form the safety pillars is not dangerous as long as they remain intact. Nevertheless, during a rock-burst, a sudden methane outflow can occur. Preventing the existing hazards increases mining costs, and employing inadequate measures threatens the employees&rsquo; lives and limbs. Using two longwalls as examples, the authors discuss the consequences of the two natural hazards&rsquo; coexistence. In the area of longwall H-4 in seam 409/4, a rock-burst caused a release of approximately 545,000 cubic meters of methane into the excavations, which tripled methane concentration compared to the values from the period preceding the burst. In the second longwall (IV in seam 703/1), a bump was followed by a rock-burst, which reduced the amount of air flowing through the excavation by 30 percent compared to the airflow before, and methane release rose by 60 percent. The analyses presented in this article justify that research is needed to create and implement innovative methods of methane drainage from coal seams to capture methane more effectively at the stage of mining

Functioning Efficiency of the Central Air-Conditioning System on the Selected Example

One of the particularly significant threats during exploitation is the climatic threat, which is associated with an increase in the overall costs that are allocated to combating it. The rise in the virgin temperature of the rock mass by 1oC increases the demand for the required cooling capacity to be taken from the air. The publication assesses the effectiveness of the air-conditioning installation by testing its operation on a selected example. The assessment of the efficiency of the air-conditioning installation for a selected hard coal mine showed that none of the five tested coolers achieved the maximum assumed rated power. The use of total power (7.5 MW) in mining excavations was less than 50% and amounted to η = 0.472%. The research showed that the main reason for obtaining low cooling parameters is the inability to locate them in the place of the highest air temperatures. The other problem is an insufficient airflow rate of cooling water supplied to the coolers at too high temperature. The above considerations indicated that the cooling power from built-in air- conditioning systems is not properly and effectively used. Improving the efficiency of its functioning is possible by proceeding research that will eliminate the above factors and by using air conditioning equipment, taking into account the periodic audit of their work to reduce electricity consumption