J. Swolkień: Autoreferat

1

Załącznik nr. 2

Dr Justyna Swolkień

Wydział Górnictwa i Geoinżynierii Akademia Górniczo-Hutnicza

Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

AUTOREFERAT

10 sierpnia 2018 Kraków

J. Swolkień: Autoreferat

2

1. Imię i Nazwisko Justyna Swolkień

2. Posiadane dyplomy, stopnie naukowe magister chemii, specjalność: chemia nieorganiczna, specjalizacja:

Kataliza i Chemia Nowych Materiałów, Uniwersytet Jagielloński, Wydział Chemii, 2003 r.

doktor nauk technicznych w dyscyplinie górnictwo i geologia inżynierska, nadany uchwałą rady Wydziału Górnictwa i Geoinżynierii z dnia 31 stycznia 2008. Rozprawa doktorska: „Możliwości ograniczenia szkodliwego wpływu wód dołowych na stan rurociągów kolektora „Olza” i środowisko rzeki Odry” – obroniona z wyróżnieniem. Promotor dr hab. inż. Marian Branny prof. nadzw. AGH, recenzenci: prof. dr hab. inż. Jan Palarski – Politechnika Śląska, prof. dr hab. inż. Jacek Motyka - AGH

3. Informacje o dotychczasowym zatrudnieniu w jednostkach naukowych Akademia Górniczo –Hutnicza w Krakowie, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Katedra Górnictwa Podziemnego, Pracownia Mechaniki Płynów i Wentylacji Przemysłowej

Od 2003 – do 2007 – Studia doktoranckie na Wydziale Górnictwa i Geoinżynierii

Od 2008 – do 2010 – Stanowisko asystenta na Wydziale Górnictwa i Geoinżynierii

Od 2010 do teraz – stanowisko adiunkta na Wydziale Górnictwa i Geoinżynierii

4. Wskazane osiągnięcia wynikającego z art.16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz.U. nr 65, poz. 595 ze zm.)

a) Jako osiągnięcie naukowe wskazuje monografię zatytułowaną:

Przepływ gazów w zrobach ścian zawałowych i ocena wpływu zmian ciśnienia barometrycznego na wydzielanie gazów do wyrobisk.

b) Omówienie celu naukowego ww. pracy i osiągniętych wyników wraz z omówieniem

ich ewentualnego wykorzystania

Wprowadzenie

Polskie górnictwo podziemne charakteryzuje się istnieniem trudnych warunków geologiczno-górniczych oraz występowaniem praktycznie wszystkich zagrożeń naturalnych znanych w górnictwie światowym. Wśród nich istotną rolę odgrywają zagrożenia aerologiczne, takie jak pożarowe, metanowe, wybuchem pyłu węglowego, wyrzutami gazów i skał oraz klimatyczne. Wpływają one bezpośrednio na bezpieczeństwo prowadzonych robót.

J. Swolkień: Autoreferat

3

W mojej dotychczasowej pracy naukowej skupiałam się głównie na sprawach związanych z zagrożeniem metanowym i aspektami środowiskowymi jego emisji. Podstawowym celem mojej rozprawy habilitacyjnej było poznanie procesów zachodzących w zrobach ścian zwałowych przy różnych systemach eksploatacji oraz to jaki wywierają one wpływ na wyrobiska przyścianowe. Poznanie tych procesów pozwoli kopalniom na przygotowanie i wdrożenie odpowiedniej profilaktyki. W swojej pracy przedstawiłam opracowanie nowatorskiego modelu matematycznego filtracji powietrza oraz rozkładu stężenia gazów (metanu, azotu i tlenu) w zrobach ścian zawałowych przy różnych sposobach ich przewietrzania. W oparciu o opracowany model został przygotowany program komputerowy symulacji rozpływu powietrza w rejonie ściany i powstających zrobów zawałowych, a także rozkładu stężenia gazów w zrobach. Rozeznanie prawidłowości w formowaniu się zbiorników metanowych w obszarze zrobów stanowi podstawę dla prawidłowej oceny zakresu i stopnia tego zagrożenia. Analiza procesów zachodzących w zrobach ścian zwałowych, a także badanie wpływu ciśnienia barometrycznego na emisję metanu do wyrobisk ścianowych stanowi podstawę mojej pracy naukowej. Z bogatej literatury fachowej wynikają często sprzeczne spostrzeżenia dotyczące wypływu, szczególnie metanu, do wyrobisk górniczych przy zniżce ciśnienia barometrycznego. W związku z tym przeprowadziłam obszerne badania, oparte o pomiary kopalniane, w wyniku czego dokonałam oceny wpływu zmian ciśnienia na stan zagrożenia wyrobisk wzrostem stężenia metanu w powietrzu kopalnianym. Analizie poddałam wyniki pomiarów pochodzące z różnych ścian eksploatacyjnych przewietrzanych różnymi systemami i oceniałam skuteczność zastosowanych w nich instalacji odmetanowania.

Biorąc pod uwagę, iż aspekty środowiskowe emisji metanu są w mojej pracy badawczej bardzo istotne, oprócz analizy procesów zachodzących w zrobach postanowiłam przedstawić w jaki sposób nieujęty systemem odmetanowania metan, a odprowadzany za pośrednictwem szybów wentylacyjnych, wpływa na zanieczyszczenie powietrza atmosferycznego. Problemy środowiskowe emisji metanu są istotne z uwagi na fakt, iż metan jest gazem cieplarnianym, a jego emisja do atmosfery przyczynia się do zwiększenia efektu cieplarnianego.

Numeryczne wyznaczanie pola prędkości mieszaniny gazowej oraz pól stężeń składników tej mieszaniny w przestrzeni zrobów w kopalni węgla kamiennego

W większości kopalń polskich eksploatacja prowadzona jest na zawał, a pokłady eksploatowane charakteryzują się dużym zagrożeniem pożarowym. Intensywność przewietrzania zrobów ścian zawałowych stanowi główny czynnik decydujący o wielkości zagrożenia pożarowego w zrobach1. Przy małej intensywności przewietrzania, zroby wypełniają się gazami obojętnymi, wpływającymi hamująco na proces samozagrzewania węgla. Z kolei, bardzo duża intensywność przewietrzania powoduje odprowadzenie ciepła - powstającego na skutek procesów utleniania, zachodzących w zrobach i w ten sposób

1,Prognozowanie wpływów eksploatacji górniczej /Knothe S/, Wydawnictwo Śląsk, 1984, Katowice Jedno i wielowymiarowe modele niestacjonarnych przepływów powietrza i gazów w wyrobiskach kopalnianych: przykłady zastosowań /J. Krawczyk/ Archives Mining Sciences, Monograph Numer 2, 2007, Prezentacja wybranych trójwymiarowych modeli numerycznych migracji metanu w rejonie ściany przydatnych do weryfikacji programu VentZroby /J. Krawczyk/, Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN. Tom 11, nr 1-4, s. 145-152, 2009 Metody obliczania rozpływu powietrza i rozkładu stężenia metanu w zrobach ścian zawałowych. Przykłady wykorzystania /J. Szlązak/, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2010

J. Swolkień: Autoreferat

4

również wpływa hamująco na proces samozagrzewania węgla2 . Najbardziej niekorzystny jest przedział, w którym przy dostatecznym dopływie tlenu, brak jest skutecznego wychładzania zrobów. Akumulacja ciepła w zrobach przyśpiesza proces zapłonu węgla.

W obrębie wyeksploatowanego pokładu z zawałem stropu, skutkiem przemieszczania się skał powstaje strefa zawału, w której w polach metanowych gromadzi się metan. Wydziela się on z węgla pozostałego z przestrzeni zawałowej, a przede wszystkim dopływa z sąsiednich pokładów metanowych przez powstałe w górotworze szczeliny i spękania3. Intensywność wydzielania się metanu do zrobów jest różna i zależna od wielu czynników, między innymi od metanonośności złoża. Zroby tworzą pewnego rodzaju „zbiornik”, w którym następuje mieszanie się powietrza z metanem oraz gromadzenie się gazu. Skład gazów w zrobach jest zmienny w różnych miejscach zrobów i zależny między innymi od systemu przewietrzania i intensywności wydzielania się metanu ze złoża.

W zrobach występują przestrzenie wypełnione mieszaninami metanowo-powietrznymi o składzie:

niewybuchowym z powodu nadmiaru tlenu lub gazu inertnego, wybuchowym, niewybuchowym z powodu nadmiaru metanu. W przypadku gdy w wyrobiskach oraz w strefie zawału istnieją źródła inicjacji, może

nastąpić zapłon metanu, który w sprzyjających okolicznościach może pociągnąć za sobą wybuch pyłu węglowego. W praktyce górniczej znane są przypadki zapłonu metanu w przestrzeni zrobów, jak również zapalenia metanu wypchniętego ze zrobów do wyrobisk przyścianowych4.

Rozkład metanu w zrobach nie ulega istotnym zmianom w przypadku stałego dopływu metanu z górotworu i niezmiennego sposobu przewietrzania, ale ulega wolnym zmianom w czasie eksploatacji. Gwałtownym zmianom może jednak podlegać w przypadku wystąpienia zaburzeń wywołanych:

zmianami pola potencjału aerodynamicznego, zawałem skał stropowych, wskutek czego mogą nastąpić gwałtowne wypchnięcia

metanu, wzrostem metanonośności złoża.

2 Determination of Critical Conditions of Spontaneous Combustion of Coal in Longwall Gob Areas / J.Cygankiewicz / Archives of Mining Sciences, Vol.60, Issue 3, page 761÷776, 2015 Determination of aerodynamic drag of goafs of the breaking down longwalls. /J. Szlązak, N. Szlązak/ Archives of Mining Sciences. Vol. 32, Issue 4, s. 547-558, 1987a The air escapes through the caving goaves of the longwalls during the ventilation by C - system in the direction of the strike /J. Szlązak, N. Szlązak / Archives of Mining Sciences. Vol. 32, Issue 4, s. 559-568, 1987b The effectiveness of packing the longwall headings against the air flow through the cavings of the goaf /J. Szlązak, N. Szlązak/ Archives of Mining Sciences. Vol. 35, Issue 4, s. 631-644, 1990 Filtracja powietrza w zrobach ścian zawałowych /J. Szlązak, N. Szlązak / Górnictwo, kwartalnik AGH, r. 25, z. 4, Kraków 2001 A preliminary study of the unsteady states of the ventilation parameters at the longwall face during the shearer operation. /S. Wasilewski, M. Branny/ Proceedings of the 12 U. S. North Amercian mine ventilation symposium:June 9–11, 2008, Reno, Nevadaeds. Keith G. Wallace, Jr.: University of Nevada,ISBN:978-0-615-20009-5, s.107–114, 2008. 3 Odmetanowanie górotworu w kopalniach węgla kamiennego /N. Szlazak i in. / Wydawnictwa AGH, Kraków 2015 4 Studies on Open Fires under Varied Airflow at CIMFR Experimental Mine Fire Gallery /R. P. Singh, S. K. Ray/ Ninth International Mine Ventilation Congress, India. Oxford & IBH Publishing Co. Pvt. Ltd. New Delhi 2009. Zagrożenie wybuchem pyłu węglowego oraz ocena skuteczności działań profilaktycznych w polskich kopalniach węgla kamiennego /K.Cybulski/ Praca habilitacyjna. Prace naukowe Głównego Instytutu Górnictwa, nr. 864, Katowice 2005

J. Swolkień: Autoreferat

5

Występowanie wybuchów w zrobach ścian zawałowych stanowi w ostatnich latach najpoważniejsze zagrożenie gazowe. Jest ono przyczyną katastrof górniczych, co potwierdzają prowadzone w ostatnich latach statystyki5.

W pierwszej części swojej pracy przedstawiłam symulację transportu substancji wewnątrz porowatej struktury powstałej po wyeksploatowaniu pokładu węgla systemem ścianowym w kopalni podziemnej. Porowatość zrobów wyznaczana jest jako stosunek objętości pustek, znajdujących się między gruzowiskiem, czy niepodpartym stropem, do całkowitej objętości dla wydzielonego obszaru zrobów. Porowatość tego obszaru zależy od6: struktury skał, ich cech fizycznych, składu granulometrycznego. Gruzowisko zawałowe mogą tworzyć kawałki skał o różnych rozmiarach i wzajemnym ułożeniu. Skały stropu zasadniczego, podpierane przez gruzowisko tworzące zawał, wywierają na nie nacisk, doszczelniając go. Luźne ułożenie skał zawału uszczelnia się w miarę zwiększania odległości od frontu ściany. Przepuszczalność zrobów to parametr zależny od porowatości. Zależność ta jest uwarunkowana geometrycznym układem poszczególnych brył skalnych względem siebie7. Analizując literaturę, można stwierdzić, iż charakter zmian porowatości jest podobny do zmian przepuszczalności.

Pole przekroju ośrodka porowatego prostopadłe do głównego kierunku penetracji płynu składa się z dwóch części, a mianowicie; pola przekroju por otwartych, przez które zachodzi przepływ oraz pola przekroju ciała stałego. Stosunek pierwszego z tych pól do pola przekroju całkowitego jest z dobrym przybliżeniem równy wyżej wymienionej porowatości otwartej ośrodka. Wprowadza się pojęcia tzw. parametrów pozornych przepływu, a mianowicie, liniowej prędkości pozornej, pozornej gęstości strumienia substancji oraz pozornej gęstości źródła substancji, przy czym pod pojęciem substancji rozumie się zarówno mieszaninę składników gazowych, jak również każdy składnik oddzielnie. Prędkość pozorna odniesiona jest do całkowitego pola przekroju ośrodka, podczas gdy prędkość rzeczywista określana jest wyłącznie przez pole przekroju czynnego. Przy założeniu o pseudohomogeniczności ośrodka prędkość pozorna może być określana również punktowo i tworzyć w jego przestrzeni pole wektorowe. W związku z powyższym można zdefiniować pozorne gęstości strumieni zarówno dla całej mieszaniny gazowej, jak i dla poszczególnych jej składników. Wielkości te tworzą pola wektorowe w całej przestrzeni ośrodka porowatego.

Wewnątrz zrobów, w przestrzeni porowatej występują nieuniknione złożone procesy utleniania węgla oraz następuje wypływ metanu z warstw nasyconych metanem. Szybkość filtracji metanu, a co zatem idzie średnia wydajność jego źródeł w przestrzeni zawału, może być w przybliżeniu określona w oparciu o wyniki odpowiednich pomiarów kontrolnych dokonywanych w trakcie eksploatacji pokładu węgla. W obliczeniach uwzględniłam dodatkowo lokalną emisję azotu o zadanym wydatku doprowadzonego rurociągiem do wnętrza zawału wzdłuż dłuższego brzegu obszaru. W wyniku symulacji uzyskano następujące dyskretne dwuwymiarowe (2-D) pola fizyczne występujące w przestrzeni zawału:

pole przyrostu ciśnienia, Pa, pole prędkości pozornej mieszaniny składników gazowych, m/s, pole koncentracji molowej azotu N2, mol/m3,

5 Ocena stanu bezpieczeństwa pracy, ratownictwa górniczego oraz bezpieczeństwa powszechnego w związku z działalnością górniczo-geologiczną w 2016 roku. /WUG/ Katowice 2017 6.Reżim dwiżenija wozducha w wyrabotannom prostranstwie /Puczkow A.A/ Izw. wuzow. Gornyje żurnał, nr 10, 1965. 7 Modele procesów transportu masy, pedu i energii /J. Malczewski i M. Piekarski/ Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1992

J. Swolkień: Autoreferat

6

pole koncentracji metanu CH4, mol/m3, pole koncentracji tlenu O2, mol/m3.

Opracowany algorytm obliczeniowy oparty został na procedurze znanej pod nazwą Metoda Objętości Kontrolnej (Control Volume Method), którą w Polsce nazywano również Metodą Bilansów Elementarnych.

Kierując się kryterium najczęściej stosowanych systemów przewietrzania ścian, opracowany program komputerowy został wykonany dla dwóch różnych systemów przewietrzania:

systemu przewietrzania na U od granic, systemu przewietrzania na Y.

Zastosowany algorytm obliczeniowy składa się z dwóch części. Pierwsza z nich dotyczy wyznaczania rozkładów ciśnienia p oraz udziałów masowych składników mieszaniny gazowej i w rozważanym obszarze obejmującym łącznie zroby wraz z przylegającymi do niego chodnikami, którymi przepływa powietrze doprowadzane do ściany eksploatacyjnej.

Kolejny fragment procedury numerycznej dotyczy estymacji stałych dobieralnych E , których uśrednione wartości determinują dystrybucję ciśnienia powietrza wzdłuż chodnika, gdy zadana jest jego gęstość strumienia masy w punkcie wlotowym.

Przedstawiono kolejność postępowania numerycznego w przypadku zastosowanej procedury obliczeniowej. Sekwencja poszczególnych operacji przedstawia się następująco:

1. Wprowadzenie danych wejściowych (odpowiednich wartości liczbowych); ilości węzłów numerycznych wzdłuż poszczególnych osi układu współrzędnych, wymiary geometryczne strefy zrobów oraz chodników, dane dotyczące przepuszczalności zrobów, wydajność wewnętrznych źródeł metanu jednorodna w całym obszarze zrobów, punktowa wydajność źródła azotu w miejscu zainstalowania wylotu rury doprowadzającej, prędkość liniowa powietrza oraz jego skład objętościowy na wlocie do korytarza, właściwości fizyczne poszczególnych składników gazowych (masy molowe, lepkości dynamiczne, kinematyczne współczynniki dyfuzji).

2. Numeryczna generacja siatki obliczeniowej. 3. Określenie wartości przepuszczalności wewnątrz zrobów na powierzchniach

rozdzielających poszczególne objętości kontrolne. 4. Określenie pierwszego przybliżenia poszukiwanych pól fizycznych stanowiącego

podstawę do rozpoczęcia obliczeń iteracyjnych. 5. Kolejne etapy procesu iteracyjnego:

a. określenie właściwości fizycznych mieszaniny gazowej, takich jak gęstość oraz lepkość dynamiczna (algorytm Wilky’ego) zarówno w węzłach sieci jak i na powierzchniach rozdzielających poszczególne objętości kontrolne, b. wyznaczenie dyskretnego pola ciśnienia na drodze numerycznego rozwiązania odpowiednich równań, c. obliczenie współrzędnych wektora prędkości liniowej medium gazowego w oparciu o wzory Darcy’ego przy wykorzystaniu pola ciśnienia określonego w ramach punktu „b”, d. obliczenie dyskretnych pól udziałów masowych azotu i tlenu wewnątrz zrobów oraz w chodnikach, e. obliczenie dyskretnego pola udziału masowego metanu wewnątrz zrobów oraz w chodnikach,

J. Swolkień: Autoreferat

7

f. potraktowanie wyników uzyskanych w punktach „b-e” jako kolejnego przybliżenia i powrót do punktu „a”.

Proces iteracyjny zostaje przerwany gdy uzyskane wartości poszukiwanych pól zmieniają się w sposób zaniedbywalnie mały (poniżej wartości błędów ewentualnego pomiaru).

Opracowany program komputerowy umożliwia określenie zadanych pól fizycznych w dwóch wariantach różniących się warunkami brzegowymi. Wyniki tych obliczeń pozwalają na ocenę wybuchowości mieszaniny metanu w zrobach oraz rozkładu zawartości tlenu przyczyniającego się do procesów utleniania pozostawionych w zrobach resztek węgla.

Wpływ zmian ciśnienia barometrycznego na wydzielanie metanu do wyrobisk

Wpływ zmian ciśnienia barometrycznego na migrację gazów zrobowych jest w praktyce górniczej znany, ale nie do końca wyjaśniony. Zjawiska te stały się również przedmiotem badań w USA, a ich wyniki zaprezentowano8 na 16th North American Mine Ventilation Symposium w Colorado USA. W warunkach polskich od wielu lat kopalnie prowadzą rejestrację zmian ciśnienia z sygnalizacją i ostrzeganiem za pomocą transparentów i komunikatów ,,Uwaga zniżka baryczna”. Do tej pory przyjmuje się, że jedynie zniżki ciśnienia są groźne, bo mogą powodować wypływ gazów zrobowych do kanału ściany, czy wyrobisk przyległych. Istnieje również ryzyko dopływu gazów pożarowych z izolowanych pól pożarowych.

Z bogatej literatury fachowej wynikają często sprzeczne spostrzeżenia dotyczące wypływu, szczególnie metanu, do wyrobisk górniczych przy zniżce ciśnienia barometrycznego. Z tego też powodu w drugiej części pracy przeprowadziłam obszerne badania, oparte o pomiary kopalniane, pozwalające dokonać oceny wpływu zmian ciśnienia na stan zagrożenia wyrobisk wzrostem stężenia metanu w powietrzu kopalnianym. Dodatkowo określiłam wpływ wielkości wydobycia na emisję metanu do wyrobisk górniczych. Analizie poddałam cztery ściany przewietrzane systemem na U, ale przy zastosowaniu różnych rodzajów odmetanowania:

1. Dwie ściany z odmetanowaniem prowadzonym systemem na U. 2. Jedną ścianę z odmetanowaniem prowadzonym systemem na Y, a następnie na U. 3. Jedną ścianę z odmetanowaniem prowadzonym systemem na U z nadległym

chodnikiem drenażowym. W celu ustalenia wpływu ciśnienia barometrycznego na wydzielanie się metanu do

wyrobisk ścian eksploatacyjnych, na podstawie analizy statystycznej, wyznaczyłam wartości podstawowych estymatorów, charakteryzujących model probabilistyczny wielkości stężenia metanu, ciśnienia, które mierzono na wylotach z analizowanych ścian, a także wydobycia. Następnie oszacowałam ilościowy wpływ czynników, które mogą być połączone zależnością statystyczną zwaną korelacją lub zależnością funkcyjną, poprzez wyznaczenie wartości współczynników korelacji. Następnie podałam współczynnik determinacji, który stanowi miarę dokładności dopasowania zależności liniowej i informuje o zależności pomiędzy zmiennymi poprzez korelacje liniową. Kolejnym krokiem było podanie wartości statystyki t oraz prawdopodobieństwa i określenie istotności statystycznej badanego parametru.

Badania wykonywano w różnych okresach czasowych: dla dwóch ścian okres wynosił trzy miesiące, a dla pozostałych dwóch odpowiednio sześć i dziewięć i pół miesiąca.

8 Longwall Emissions During Falling Atmospheric Pressures and the Sample Frequency Required to Detect Them /R. B. Krog, K.A. Heasley/ Proceedings of the 16th North American Mine Ventilation Symposium Colorado School of Mines Golden, Colorado USA, June 17 - 22, 2017. pp. 14-1- 14-9, 2017

J. Swolkień: Autoreferat

8

W przypadku wszystkich ścian analizie poddałam wyniki pomiarów z całego dostępnego okresu czasu. W przypadku ścian B-11 w pokładzie 348 (przewietrzana na „U” z chodnikiem drenażowym) i D-2 w pokładzie 410 (przewietrzana na „U”), ze względu na długi (9,5 i 6 miesięcy) czas pomiarów, zebrane dane godzinowe wykreślono w okresach trzymiesięcznych. Bardzo duże fluktuacje wyników nie pozwoliły na dogłębną analizę, stąd też zdecydowałam o wykreśleniu danych w cyklach miesięcznych. Większa przejrzystość wyników pozwoliła wybrać do dalszej obserwacji, w przypadku ściany B-11 pięć, a w przypadku ściany D-2 cztery miesiące, w których zaobserwowałam największe zmiany ciśnień, mogące potencjalnie wpływać na stężenie metanu. Obserwacja wyników zmian poszczególnych parametrów w okresach miesięcznych pozwoliła mi wyznaczyć obszary spadku i wzrostu ciśnienia. Dla nich właśnie dokonałam wspomnianej wyżej analizy statystycznej.

Sumarycznie analizie poddałam 44 obszary, a ocena danych dla wszystkich ścian pokazała duże fluktuacje stężenia metanu i ciśnienia. Tylko w siedmiu przypadkach stwierdziłam wystąpienie korelacji stężeń metanu z ciśnieniem przeciwnie skierowanej wysokiej (cztery przypadki) i bardzo wysokiej (trzy przypadki). Zauważyłam również dziewięć przypadków korelacji przeciwnie skierowanej przeciętnej lub słabej. W sześciu przypadkach wystąpiła korelacja wysoka, w czternastu przeciętna lub słaba, ale zgodnie skierowana. W pozostałych obszarach korelacja była nikła. Przykładem bardzo wysokiej korelacji była ściana D-2 w pokładzie 410, gdzie w kwietniu w dwóch na trzy badane obszary prawie 64% (I obszar) i 56% (II obszar) wyników stężenia metanu można tłumaczyć odwrotną liniową zależnością od ciśnienia. Biorąc jednak pod uwagę, że kwiecień był miesiącem, w którym uruchamiano wydobycie na ścianie i fakt, że wysoka korelacja pojawiła się tylko jeszcze w jednym obszarze (sierpień), nie można jednoznacznie stwierdzić zależności między spadkiem czy wzrostem ciśnienia a wzrostem czy spadkiem stężenia metanu. W pozostałych analizowanych miesiącach korelacja stężenia metanu z ciśnieniem była wysoka lub przeciętna, ale zgodnie skierowana. Zdecydowanie najwyższą wartość współczynnika korelacji stężenia metanu z ciśnieniem przeciwnie skierowaną stwierdziłam w przypadku ściany B-11, gdzie w kwietniu prawie 70% wyników stężenia metanu można tłumaczyć odwrotną liniową zależnością od ciśnienia. Dla tej ściany wysoka korelacja wystąpiła jedynie w dwóch spośród dwunastu badanych obszarów (drugi przypadek wystąpił we wrześniu) i w obu przypadkach zanotowano jednocześnie korelację zgodną stężeń metanu z wydobyciem.

Spośród analizowanych obszarów korelację wysoką zgodnie skierowaną stężenia metanu z wydobyciem stwierdziłam w jedenastu przypadkach, w tym w jednym była ona bardzo wysoka. W 23 analizowanych obszarach stwierdziłam korelację przeciętną lub słabą. W pozostałych dziesięciu była ona nikła lub przeciwnie skierowana. Duży wpływ na wynik współczynnika korelacji miał fakt, iż w wielu obszarach wydobycie albo było w miarę stabilne, albo go nie prowadzono.

Porównując statystyki, w 34 przypadkach wystąpiła korelacja zgodna stężenia metanu z wydobyciem, a w 16 przeciwnie skierowana z ciśnieniem. Można więc stwierdzić, że zakres robót górniczych miał niewątpliwie olbrzymi wpływ na emisję metanu do wyrobisk ścianowych. Z uwagi na fakt, iż stałość, bądź małe wahania wydobycia mogły mieć wpływ na pozostałe 10 przypadków, wykonałam dodatkowe analizy statystyczne. Z pośród czterech ścian przyjęłam dwie i wybrałam krótsze odcinki czasu, gdzie zaobserwowałam gwałtowne zmiany wydobycia. W tych obszarach pierwsza analiza statystyczna wykazywała słabą zgodną korelację między stężeniem metanu a wydobyciem. Analizując uzyskane dane zauważyłam, że przyjęcie do badań statystycznych krótszego odcinka pomiarowego spowodowało zmiany

J. Swolkień: Autoreferat

9

w wartościach współczynników korelacji. Dla wszystkich wyodrębnionych okresów korelacja stężenia metanu z wydobyciem była wysoka lub bardzo wysoka zgodnie skierowana. Od 49 do 55% wyników stężeń metanu można było tłumaczyć liniową zależnością od wydobycia. Generalnie można stwierdzić, że wzrost wydobycia pociągał za sobą wzrost emisji metanu. Jednocześnie w każdym obszarze korelacja z ciśnieniem była bardzo wysoka lub wysoka, ale zgodnie skierowana. Oznacza to, że wzrost ciśnienia powodował wzrost stężenia metanu.

Podsumowując, złożony charakter zjawisk zachodzących w trakcie prowadzonej eksploatacji nie pozwala na wykazanie jednoznacznych powiązań między zmianami ciśnienia barometrycznego a stężeniem metanu. Analiza przedstawionych badań pokazała, że tzw. zwyżki, bądź zniżki baryczne nie mają wpływu na zmiany emisji metanu do wyrobisk ścianowych.

Na korelację między badanymi parametrami żadnego wpływu nie miał również przyjęty sposób odmetanowania ściany. Obserwacja miesięczna i obszarowa wykazała, że zmiany stężenia metanu były w większym stopniu wywołane zmiennością wydobycia prowadzonego w poszczególnych ścianach. Pojawienie się w pewnych obszarach korelacji przeciwnie skierowanej stężeń metanu z ciśnieniem wywołane było nakładaniem się jego zwyżek bądź zniżek na zmiany wydobycia. Ponieważ zarówno w przypadku wydobycia, jak i ciśnienia, nie wykazałam pełnej korelacji ze zmianami stężenia metanu, należy przypuszczać, że inne czynniki naturalne, nie uwzględnione w moich rozważaniach, miały pozostały udział w emisji metanu do wyrobiska ścianowych.

Wpływ wydzielania metanu z szybów wentylacyjnych kopalń węgla kamiennego na zanieczyszczenie powietrza atmosferycznego

Analiza procesów zachodzących w zrobach ścian zwałowych, a także badanie wpływu ciśnienia barometrycznego na emisję metanu do wyrobisk ścianowych stanowiła podstawę mojej pracy. Chcąc jednak w pełni zobrazować złożoność prezentowanych zagadnień, uzupełniłam pracę o aspekt środowiskowy. Przedstawiłam nie tylko procesy mogące zachodzić w zrobach, między innymi rozkład stężenia metanu, czy wpływ jaki wywierają różne czynniki na jego emisję, ale także szkodliwe dla powietrza atmosferycznego aspekty jego odprowadzania z szybów wentylacyjnych kopalń.

Złożoność zjawisk zachodzących w zrobach, jak również czynniki, które wpływają na zwiększoną emisję metanu do wyrobisk ścianowych, będąc tym samym przyczyną wybuchów metanu, a także zagrożenia pożarami, mają istotne znaczenie ze względów bezpieczeństwa pracy9. Odpowiednio dobrana profilaktyka metanowa, pozwala na zachowanie bezpiecznych stężeń metanu w wyrobiskach ścianowych, na poziomie dopuszczonym przepisami prawa10. Ograniczenie wypływu metanu do wyrobisk górniczych, tak by dochować norm prawnych wiąże się z koniecznością stosowania środków zapobiegających powstaniu zagrożenia, tzn. odmetanowania górotworu11, które przy zaliczeniu pokładu do IV kategorii zagrożenia metanowego jest obligatoryjne. Przy braku odmetanowania metan usuwany jest przy użyciu systemu wentylacyjnego, poprzez rozrzedzenie odpowiednio dobranym strumieniem powietrza. Następnie, wraz z grupowymi prądami zużytego powietrza kierowany jest do

9 Pożary podziemne /A. Strumiński/ Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1986 Test Results and Practical Use of the Water Bags Barriers / K. Cybulski i in./ 29-th International Conference of Safety in Mines Research Institutes. Szczyrk 2001. 10 Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 23 czerwca 2016 11 Odmetanowanie górotworu w kopalniach węgla kamiennego /N. Szlazak i in. / Wydawnictwa AGH, Kraków 2015

J. Swolkień: Autoreferat

10

szybów wentylacyjnych, a stamtąd bezpośrednio emitowany do atmosfery (VAM). Polskie kopalnie prowadzą aktywne odmetanowanie, uzyskując przy tym dobre efektywności. Przedstawione w pracy dane wyraźnie wskazują jednak, iż w ostatnich czterech latach racjonalne wykorzystanie metanu pochodzącego z odmetanowania spadło prawie o 10%. Kopalnie borykają się z problemami infrastrukturalnymi i są niedofinansowane, w wyniku czego nie są w stanie w pełni wykorzystać ujęty metan. Niskie opłaty za emisję metanu do atmosfery powodują, że kopalniom bardziej opłaca się wypuszczać metan do atmosfery, niż poszukiwać nowych technologii jego zagospodarowania. Powoduje to, że do atmosfery wraz z powietrzem wentylacyjnym przedostają się większe jego ilości. Biorąc pod uwagę powyższe oprócz aspektu bezpieczeństwa załóg górniczych pracujących pod ziemią, istotny jest aspekt środowiskowy emisji metanu.

Metan jest gazem cieplarnianym i stanowi on poważne zagrożenie w kontekście zmian klimatycznych. Jednocześnie występujący w pokładach węgla wpływa niekorzystnie na stan bezpieczeństwa w podziemnych zakładach górniczych, z uwagi na jego uwalnianie podczas prowadzonych robót górniczych. W 2014 roku światowa emisja metanu do atmosfery wynosiła 41,33 miliony mega gram ekwiwalentu CO2 i w porównaniu do roku bazowego (1988) była mniejsza o 46,1%12. Jednocześnie metan, podobnie jak CO2, został uznany przez Międzynarodowy Panel do Spraw Zmian Klimatu13 jako gaz cieplarniany, czyli substancję pochłaniającą promieniowanie podczerwone, a co za tym idzie przyczyniającą się do globalnego ocieplenia. Waga metanu jako gazu cieplarnianego, pomimo jego znacznie mniejszej ilości w atmosferze w stosunku do CO2, wynika głównie z faktu, iż szacowany potencjał globalnego ocieplenia (GWP) przypadający na cząsteczkę CH4 jest o 25 razy większy od dwutlenku węgla, a czas jego przebywania w atmosferze wynosi 12 lat14. W antropogenicznym zanieczyszczeniu atmosfery metanem w Polsce udział górnictwa wynosi 28,85%.

Z uwagi na wzrost ogólnej emisji metanu do atmosfery w swojej pracy analizie poddałam dane emisji metanu z szybów wentylacyjnych trzech ruchów tworzących kopalnię zespoloną KWK „Borynia-Zofiówka-Jastrzębie”. Dane obejmowały okres od stycznia 2015 do sierpnia 2016. Pomiary stężenia metanu wykonywane były około 10 m poniżej wylotu do kanału szybu wentylacyjnego w poszczególnych ruchach. Mając dane strumienie objętościowe powietrza przeliczyłam stężenia metanu na wydatki. Jednocześnie dla każdego ruchu określiłam ilości metanu ujętego systemem odmetanowania, a także wyznaczyłam metanowość całkowitą.

Z punktu widzenia kopalń węgla kamiennego, istotne znaczenie mają stężenia metanu uwalnianego do atmosfery z szybów wentylacyjnych. Zgodnie z obowiązującymi przepisami prawa, w grupowych prądach zużytego powietrza stężenie metanu nie może przekraczać 0,75%15. Analiza przebiegu zmian wyraźnie pokazała, że w żadnym z szybów wentylacyjnych nie zanotowano przekroczeń dopuszczalnych stężeń, co więcej, stężenie metanu nie przekraczało 0,5%. Z prawnego punktu widzenia kopalnie przestrzegają przepisów prawa. Patrząc jednak na sumaryczną ilość odprowadzanego metanu z poszczególnych ruchów kopalni zespolonej, rysuje się trochę inny obraz. Biorąc pod uwagę okres 20 miesięcy, w

12Inwentaryzacja gazów cieplarnianych w Polsce dla lat 1988-2014. Raport syntetyczny /Krajowy raport inwentaryzacyjny/ IOŚ-PIB, Warszawa, maj 2016 13 The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change /IPCC/ 2013 14 The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change /IPCC/ 2013 15 Rozporządzenie Ministra Energii z dnia 23 listopada 2016 r. Dz. U. 2017 poz.1118

J. Swolkień: Autoreferat

11

którym przeprowadzano obserwacje, ilość metanu uwolniona do atmosfery, tylko z Ruchu Zofiówka sięgała prawie 55 milionom m3. Sumarycznie z wszystkich trzech ruchów odprowadzono prawie 97 mln m3, co stanowiło łącznie 69805 Mg metanu uwolnionego do atmosfery. Mając na uwadze, że w Polsce aktywnie działa 20 kopalń metanowych, ilość ta ulega znacznemu wzrostowi, co wpływa na wzrost efektu cieplarnianego. Kopalnie nie czują się zobligowane do zmniejszania ilości uwalnianego metanu, gdyż opłata za emisje jest zbyt niska. Przykładowo, za wspomniane 69805 Mg uwolnionego metanu kopalnia musiała zapłacić około 20243,45 PLN, co w skali miesięcznej stanowi niecałe 1012,17 PLN. Z kolei podniesienie stawek opłat za emisję doprowadzi kopalnie do stanu nierentowności.

Z punktu widzenia ochrony powietrza atmosferycznego, a także zapewnienia dobrego funkcjonowania przemysłu wydobywczego w Polsce konieczne jest wprowadzenie uregulowań prawnych, tak jak ma to miejsce w Niemczech, co zachęci zarządców kopalń do poszukiwania rozwiązań zwiększających ujęcie metanu z odmetanowania, oraz technologii jego wykorzystania.

Biorąc pod uwagę powyższe rezultaty badań uważam, że moja monografia pt. „Przepływ gazów w zrobach ścian zawałowych i ocena wpływu zmian ciśnienia barometrycznego na wydzielanie gazów do wyrobisk”, stanowi wkład w rozwój nauk górniczych w zakresie zwalczania zagrożeń aerologicznych zgodnie z art. 16 ust. 2 w/w ustawy16. Osiągnięcia te stanowią mój wkład naukowy w rozwój dyscypliny górnictwo i geologia inżynierska.

5. Omówienie pozostałych osiągnięć naukowo – badawczych

Po ukończeniu studiów na Wydziale Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego w 2003 roku rozpoczęłam studia doktoranckie na Wydziale Górnictwa i Geoiżnynierii Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie w Katedrze Górnictwa Podziemnego, w Pracowni Mechaniki Płynów i Wentylacji Przemysłowej. W trakcie studiów postanowiłam wykorzystać swoją wiedzę chemiczną do oceny jakości wód dołowych odprowadzanych z kopalń Rybnickiego Okręgu Węglowego za pośrednictwem systemu rurociągów kolektora „Olza”. Nawiązałam współpracę z Przedsiębiorstwem Gospodarki Wodnej i Rekultywacji S.A. gdzie zapoznałam się z budową i zasadą funkcjonowania kolektora „Olza”. W trakcie współpracy przeprowadzałam analizy składu wód odprowadzanych kolektorem, a także składu wód rzeki Odry. Podczas Studiów Doktoranckich opublikowałam klika artykułów, których tematyka ściśle związana jest z zagadnieniami górnictwa i inżynierii środowiska17. Dodatkowo uczestniczyłam w Konferencji Naukowej Szkoły Eksploatacji Podziemnej w 2005 roku18.

31 stycznia 2008 roku uzyskałam stopień doktora nauk technicznych z wyróżnieniem w dyscyplinie górnictwo i geologia inżynierska.

Od 2008 do 2010 roku byłam zatrudniona na stanowisku asystenta w Katedrze Górnictwa Podziemnego, w Pracowni Mechaniki Płynów i Wentylacji Przemysłowej, na Wydziale Górnictwa i Geoinżynierii AGH. Swoją uwagę skupiałam na problematyce dotyczącej wpływu

16 Ustawa z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki 17 Zastosowanie zeolitów dotowanych jonami metali przejściowych do ograniczenia emisji tlenków azotu /N. Szlązak, J. Szlązak/ Ochrona powietrza i problemy odpadów, 2004, R38, nr 6 Możliwości redukcji tlenków azotu z gazów spalinowych maszyn górniczych. /N. Szlązak, J. Szlązak/- Kwartalnik „Górnictwo i Geoinżynieria”, Rok 29, Zeszyt 1, 2005 18 Zastosowanie układu CoZSM-5 jako katalizatora ograniczającego emisję tlenków azotu z maszyn górniczych /N. Szlązak, J. Szlązak/, w Mat. Konf. Szkoły Eksploatacji Podziemnej, 2005, Szczyrk 21-25 luty

J. Swolkień: Autoreferat

12

modernizacji systemu Olza na jakoś wód rzeki Odry i Olzy i ich stanu zasolenia19, a także zastosowania mojego autorskiego programu do regulacji rozpływem wód w kolektorze20. W wspomnianych artykułach opisałam swój autorski program komputerowy „Dyspozytor”, dzięki któremu możliwe było wyregulowanie objętościowego natężenia przepływu wód pochodzących z poszczególnych kopalń, oraz ciśnień na poszczególnych pompowniach. Pozwoliło to na zachowanie w rzece stężeń, przede wszystkim jonów chlorkowych, na odpowiednim, stałym poziomie przez całą dobę. Zajmowałam się również problematyką związaną z mieszaniem się wód o różnym składzie chemicznym w osadnikach kopalnianych21. Przy pomocy metod komputerowej Mechaniki Płynów (CFD), wykorzystując model przepływu dwufazowego płynu, podjęłam próbę określenia efektywności strącania siarczanu baru w osadnikach przykopalnianych. Wariantowe obliczenia przepływu przez osadnik zawiesiny o rożnym strumieniu masowym pozwoliły zobrazować przebieg zjawiska sedymentacji. Wiedza ta pozwalała określić warunki przy których siarczan baru, jak również inne cząsteczki stałe (np. zawiesiny ogólne), w całości osadzały sie na dnie zbiornika. Dzięki temu nie wytrącały się one w rurociągach i powodowały zwiększania ciśnienia potrzebnego do przepompowania wody.

Od 2010 roku do chwili obecnej pracuję jako adiunkt na Wydziale Górnictwa i Geoinżynierii w Katedrze Górnictwa Podziemnego w Pracowni Mechaniki Płynów i Wentylacji Przemysłowej. Moją pracę badawczą realizuję w następujących obszarach tematycznych:

- prowadzenia eksploatacji w warunkach zagrożenia metanowego w kopalniach węgla kamiennego

- prowadzenia eksploatacji w warunkach zagrożenia pożarami podziemnymi w kopalniach węgla kamiennego

- prowadzenia eksploatacji w warunkach zagrożenia temperaturowego w kopalniach węgla kamiennego

- szkodliwych dla środowiska aspektów emisji metanu z kopalń węgla kamiennego. O pracy we wspomnianym powyżej zakresie tematycznym zdecydował niejako mój udział

w zespole pracującym nad projektem badawczo rozwojowym finansowanym przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju22, a mającym na celu opracowanie nowej metody oznaczania metanonośnosci w pokładach węgla. Praca w projekcie była dla mnie ciekawym doświadczeniem i dużym wyzwaniem, ale pozwoliła na wykorzystanie mojej wiedzy chemicznej w naukach górniczych. Odpowiadałam między innymi za opracowanie tematyki związanej z procesami sorpcji i desorpcji metanu dla próbek węgla a także przygotowaniem i opracowaniem procedury postępowania przy oznaczaniu metanonośności w pokładach węgla kamiennego.

19 Wpływ modernizacji systemu retencyjno-dozującego „Olza” na jakość wód rzeki Odry, Olzy i Leśnicy / J. Swolkień/ Górnictwo i Geoinżynieri AGH, 2009 R. 33 z. 3, s. 103–114 Stan zasolenia rzeki Odry za kolektorem „Olza” w zależności od jej przepływu i warunków atmosferycznych / J. Swolkień/ Górnictwo i Geoinżynieria AGH, 2010 R. 34 z. 3/1, s. 153–162. 20 Wpływ modernizacji systemu retencyjno-dozującego „Olza” na jakość wód rzeki Odry, Olzy i Leśnicy /J.Swolkień/ Górnictwo i Geoinżynieria, AGH, 2009 R. 33 z. 3, s. 103–114. 21 Usage of FLUENT application in the process of numerical calculation of barium sulphate deposits flow through the Jankowice and Pniowek coal mines' settling tanks / M. Branny, J. Swolkień/ Archives of Mining Sciences, 2010 vol. 55 no. 3, s. 501–516. Sedymentacja siarczanu baru w osadniku jako metoda ograniczenia ilości osadów stałych w rurociągu odpływowym KWK „Jankowice” / M. Branny, J. Swolkień/ Rocznik Ochrona Środowiska, 2010 t. 12, s. 927–946 Wpływ zmian technologicznych w kolektorze „Olza” na skład chemiczny wód rzeki Odry i jej dopływów / J. Swolkień, K. Filek/ Rocznik Ochrona Środowiska ; 2012 t. 14, s. 945–959. 22 Projekt badawczo rozwojowy N R09002106: „Opracowanie metody oznaczania zawartości metanu (metanonośności) w pokładach węgla kamiennego”

J. Swolkień: Autoreferat

13

Obowiązująca dotychczas metoda była szeroko krytykowana, a problemy z jej weryfikacją były wielokrotnie podnoszone podczas prac komisji powypadkowych powoływanych przez Prezesa Wyższego Urzędu Górniczego. Ustaliliśmy przebieg prac, które należało podjąć w celu oceny i weryfikacji obecnie stosowanej metody, a następnie opracowaliśmy procedurę poboru próbek do badań przewidzianych w projekcie rozwojowym. Największym moim osiągnięciem był współudział w opracowaniu nowej metody pomiaru metanonośności, która opisana została w monografii 23, a której jestem współautorem i opracowanie normy24 opisującej sposób oznaczania metanonośności w pokładach wygala kamiennego.

Wykorzystując wiedzę i doświadczenie zdobyte w czasie dotychczasowej pracy w 2011 roku weszłam w skład Zespołu pracującego nad strategicznym projektem badawczym o tematyce „Poprawa bezpieczeństwa pracy w kopalniach”25. W projekcie zajmowałam się tematyką związaną z opracowaniem nowej kategoryzacji zagrożeń naturalnych, zasad projektowania robót górniczych w warunkach występowania skojarzonego zagrożenia metanowo-pożarowego w aspekcie systemów przewietrzania, a także zasad pomiarów i badań parametrów powietrza kopalnianego dla oceny wspomnianych zagrożeń. Za szczególnie istotny uważam swój udział w zadaniu 4 projektu, który dotyczył poprawy efektywności odmetanowania górotworu w warunkach dużej koncentracji wydobycia w podziemnych zakładach górniczych wydobywających węgiel kamienny26. Celem prowadzonych badań było określenie metody odmetanowania górotworu, która może mieć zastosowanie w różnych warunkach górniczo-geologicznych i która przyczyni się do wzrostu ujęcia metanu z odmetanowania. Badania pozwoliły na opracowanie wytycznych postępowania przy zwalczaniu zagrożenia metanowego podczas projektowania eksploatacji pokładów węgla. Przeprowadzona analiza wykazała, że efektywności odmetanowania wyrobisk eksploatacyjnych przy różnych systemach przewietrzania i odmetanowania przyjmują duże wartości podczas stosowania odmetanowania w trakcie prowadzenia eksploatacji. Na wielkość efektywności odmetanowania ma wpływ sposób wykonywania otworów drenażowych oraz ich uszczelnienia. W swojej pracy zajmowałam się również określeniem wpływu parametrów sieci wentylacyjnej na ujęcie metanu ze zrobów. Z przeprowadzonych analiz wynikało, że sposoby przewietrzania, w których występuje intensywna migracja powietrza przez zroby, powodują uzyskiwanie niskiej efektywności ujęcia metanu. Zajmowałam się również określeniem wpływu postępu ściany na zmianę wydzielania metanu i tym samym uzyskiwane efekty odmetanowania. Brałam udział w opracowywaniu katalogu systemów odmetanowania. Poddałam analizie statystycznej wyniki pomiarów uzyskane z kopalń w celu określenia zależności między ilością metanu odciągniętego stosowanymi metodami odmetanowania, a metanowością całkowitą rejonu ściany eksploatacyjnej. Umożliwiło to wykazanie celowości i przydatności stosowanych systemów odmetanowania pokładów węgla.

Za największe moje osiągnięcie w trakcie pracy w projekcie uważam to, że wyniki badań, w których brałam udział zostały uwzględnione przy projektowaniu odmetanowania 23 Metoda oznaczania metanonośności w pokładach węgla kamiennego / N. Szlązak i in./, Kraków : Wydawnictwa AGH, 2011. ISBN: 978-83-7464-362-7 24 Górnictwo – Oznaczanie matanonośności w pokładach węgla kamiennego – Metoda zwiercinowa : polska norma : PN-G-44200 /N. Szlązak, M. Borowski, D. Obracaj, J. Swolkień, M. Korzec/. Warszawa : Polski Komitet Normalizacyjny, cop. 2013. — 17 s.— ISBN: 978-83- 25 Strategiczny projekt badawczy pt.” Poprawa bezpieczeństwa pracy w kopalniach”, okres realizacji od 2011-2013 finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. 26 Strategiczny projekt badawczy pt.” Poprawa bezpieczeństwa pracy w kopalniach”, SP/K/4/143704/11, okres realizacji od 2011-2013 finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.

J. Swolkień: Autoreferat

14

w trzech ścianach eksploatacyjnych, w których prowadzono kontrolę działania odmetanowania i kształtowania się zagrożenia metanowego podczas eksploatacji.

Wyniki przeprowadzonych w trakcie trwania projektu badań dotyczących zagadnień odmetanowania pokładów węgla w polskim i światowym górnictwie stanowiły podstawę dwóch monografii zespołowych, w skład których wchodziłam27, a także publikacji w czasopismach umieszczonych na liście w bazie Journal Citation Reports (JCR)28 i zgłoszonego i przyznanego patentu29. Moja praca badawcza po zakończeniu udziału w projekcie stanowiła kontynuację problematyki związanej z odmetanowaniem. W związku z tym, iż problematyka ta dotyczy nie tylko górnictwa polskiego, ale również światowego, pod redakcją prof. dr hab. inż. Nikodema Szlązaka brałam udział w przygotowywaniu dwóch monografii anglojęzycznych dotyczących zagadnień związanych z zagrożeniem metanowym i problemami wentylacyjnymi występującym w kopalniach węgla kamiennego30. Monografie te są powszechnie wykorzystywane podczas zajęć ze studentami studiującymi na Wydziale Górnictwa i Geoinżynierii w ramach programu Erazmus+, a także kierunku Mining Engineering. W ostatnich dwóch latach moje zainteresowania badawcze skupiły się na problematyce gospodarczego wykorzystania metanu31, a także szkodliwego wpływu jego emisji z szybów wentylacyjnych na powietrze atmosferyczne. Tematykę tę poruszałam w trakcie prezentacji w ramach IV Polskiego Kongresu Górniczego w 2017 roku i w rozdziale monografii będącej podsumowaniem obrad 9 Szkoły Aerologii Górniczej 32. Mój łączny opublikowany dorobek naukowy po uzyskaniu stopnia doktora nauk technicznych to 88 publikacji, w tym jednej monografii stanowiącej rozprawę habilitacyjną, 6 monografii, których jestem współautorką (w tym dwóch w języku angielskim), 1, której jestem współredaktorem, 22 fragmentów (rozdziałów monografii). Jestem również współautorką jednego opublikowanego i jednego zgłoszonego patentu, jednej normy i współautorką 7 publikacji umieszczonych na liście w bazie Journal Citation Reports (JCR), o łącznym wskaźniku IF wynoszącym 5,642 Jestem autorką lub współautorką licznych artykułów i referatów (dokładny wykaz znajduje się w załączniku nr.4).

27 Metody odmetanowania pokładów węgla / N. Szlązak i in./ Wydawnictwa AGH, 2012. ISBN: 978-83-7464-508-9 Odmetanowanie górotworu w kopalniach węgla kamiennego / N. Szlązak i in./ ; pod red. Nikodema SZLĄZAKA: Wydawnictwa AGH, 2015. ISBN: 978-83-7464-725-0 28 Comparison of methane drainage methods used in Polish coal mines / N. Szlązak I in./ Archives of Mining Sciences. 2014vol. 59 no. 3, s. 655–675 Methane drainage from roof strata using an overlying drainage gallery / N. Szlazak i in./ International Journal of Coal Geology. ISSN 0166-5162. — 2014 vol. 136, s. 99–115. The effectiveness of the methane drainage of rock-mass with a U ventilation system/N. Szlązak, J. Swolkień/ Archives of Mining Sciences : ISSN 0860-7001. — 2016 vol. 61 no. 3, s. 617–634. Possibilities of increasing the effectiveness of mining methane drainage in conditions of low permeability of coal seams / N. Szlązak i in./Journal of Energy and Power Engineering ; ISSN 1934-8975. — 2014 vol. 8 no. 7, s. 1167–1176. The effectiveness of the methane drainage of the rock-mass with a parallel ventilation heading during longwall mining / N. Szlązak iin./ Journal of Energy and Power Engineering ; ISSN 1934-8975. — 2014 vol. 8 no. 11, s. 1876–1888. 29 Sposób odmetanowania górotworu w otoczeniu ścian eksploatacyjnych— Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie; wynalazca /N. Szlazak, D. Obracaj, J. Swolkień, A. Jakubów/. Polska. — Opis patentowy ; PL 225469 B1 ; Udziel. 2016-11-16 ; Opubl. 2017-04-28. — Zgłosz. nr P.408907 z dn. 2014-07-18. 30 Selected issues related to methane hazard in hard coal mines / N. Szlązak i in./ ; ed. by Nikodem SZLĄZAK. Kraków : AGH University of Science and Technology Press, 2014. — 148. ISBN: 978-83-7464-726-7 Current ventilation problems in hard coal mines /N. Szlązaki I in/ ed. by Nikodem SZLĄZAK. Kraków : Wydawnictwa AGH, 2017. — 155. ISBN: 978-83-7464-894-3 31 Utilizing of methane from Polish hard coal mines / J. Swolkień // Journal of Energy and Power Engineering ; ISSN 1934-8975. — 2015 vol. 9 no. 2, s. 149–160. 32 Wpływ wydzielania metanu z szybów wentylacyjnych wybranych kopalń węgla kamiennego na stan powietrza atmosferycznego /J. Swolkień W: IV Polski Kongres Górniczy 2017 : 20–22.11.2017, Kraków.

J. Swolkień: Autoreferat

15

Za działalność naukową pięciokrotnie otrzymałam nagrody zespołowe II stopnia Rektora AGH:

6. Działalność dydaktyczna

W okresie po uzyskaniu stopnia doktora prowadziłam i prowadzę zajęcia dydaktyczne na Wydziale Górnictwa i Geoinżynierii Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie dla kierunków: Budownictwo, Górnictwo i Geologia oraz Inżynieria Środowiska. Dokładny wykaz prowadzonych zajęć znajduje się w załączniku nr 4. Od roku 2013 prowadzę również wykłady zarówno na studiach stacjonarnych jak i niestacjonarnych. W ramach pracy dydaktycznej opracowałam konspekt wykładów z mechaniki płynów w języku angielskim. Prowadziłam również zajęcia i seminaria dla studentów w języku angielskim, jak również opiekowałam się studentem z Niemiec w ramach programu Erazmus+. Jestem również koordynatorem kierunku Mining and Engineering na naszym wydziale. Byłam opiekunką licznych prac inżynierskich i promotorem prac magisterskich (dokładny wykaz w załączniku nr.4).

Za swoje osiągnięcie dydaktyczne uważam przygotowanie wniosku o dofinansowanie projektu „Kompetentny student na rynku pracy” współfinansowanym ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego, działanie 3.1 „Kompetencje w szkolnictwie wyższym Program Operacyjny Wiedza Edukacja Rozwój (POWER)”. Od stycznia 2017 roku projekt jest realizowany na Wydziale Górnictwa i Geoinżynierii dla dwóch kierunków - Inżynieria Środowiska i Budownictwo pod moim kierunkiem. Okres realizacji projektu to dwa i pół roku

7. Osiągnięcia w zakresie współpracy z instytucjami, organizacjami i towarzystwami naukowymi w kraju i za granicą, oraz popularyzacji wiedzy

W ramach współpracy z przemysłem w 2010 roku odbyłam sześciotygodniowy staż przemysłowy w Kompanii Węglowej S.A., gdzie zapoznałam się z funkcjonowaniem Zakładu Ochrony Środowiska. W trakcie studiów doktoranckich i pracy jako asystent angażowałam się w pracę nad problemami związanymi stricte z aspektami górniczej działalności kopalń, poprzez czynny udział projektach badawczych na zlecenie przemysłu33. Pracę tę kontynuowałam również jako asystent doskonaląc swoje umiejętności projektowe34. W okresie swojej działalności naukowej brałam udział w przygotowywaniu 17 prac dla przemysłu (2 przed i 15 po doktoracie).

W latach 2011 i 2017 byłam członkiem komitetu organizacyjnego Szkoły Aerologii Górniczej, a od 2016 roku jestem Sekretarzem Sekcji Aerologii Górniczej Komitetu Górnictwa PAN. W 2016 roku byłam członkiem komitetu organizacyjnego International Conference of

33 Projekt badawczy nr 4T12A 04830 (umowa nr 1128/T02/2006/30): „Analiza stanu przewietrzania wyrobisk ścianowych w kopalniach węgla kamiennego w warunkach występowania zagrożenia metanowego i temperaturowego.”, (2006-2008). Praca badawcza /Koncepcja rozbudowy KWK „Pniówek” poprzez udostępnienie i zagospodarowanie zasobów w obrębie złoża „Pawłowice 1”/ Zleceniodawca JSW S.A., 2006. Praca badawcza: „Projekt koncepcyjny budowy nowego poziomu 1290 m w KWK ”Budryk” S.A.”, Zleceniodawca KWK Budryk S.A., 2007. 34 Praca badawcza: „Projekt techniczno - organizacyjny połączeń technologicznych pomiędzy kopalniami wchodzącymi w skład Centrum Wydobywczego Południe z uwzględnieniem aspektów wentylacyjnych i kształtowania się zagrożeń naturalnych oraz ograniczenia kosztów produkcji węgla.”, Zleceniodawca KW S.A., 2008. Korekta opracowania „Koncepcja rozbudowy KWK Pniówek poprzez udostępnienie i przemysłowe zagospodarowanie zasobów w obrębie złoża Pawłowice 1 oraz weryfikacja opracowania "Koncepcja i rozbudowa KWK Pniówek poprzez udostępnienie i przemysłowe zagospodarowanie zasobów w obrębie złoża Pawłowice 1 z uwzględnieniem możliwości zwiększenia projektowanego obszaru górniczego w części wschodniej złoża Pawłowice".,2008, Umowa nr 5.5.100.331

J. Swolkień: Autoreferat

16

Mining and Clean Coal Technology i współredaktorem monografii “Selected Issues releated to mining and clean coal technology”.

W ramach popularyzacji nauki na arenie międzynarodowej przygotowałam jako współautor liczne referaty na konferencjach międzynarodowych takich jak : International Mine Ventilation Congress, International Conference of Safety in Mines Research Institutes, International Coal Conference, World Mining Congress, a także krajowych (dokładny wykaz w załączniku nr.4). Prowadziłam seminaria dotyczące zagadnień emisji, ujęcia i utylizacji metanu z kopalń węgla kamiennego dla przedstawicieli przemysłu z Indii, a także dla przedstawicieli Niemieckiego Centrum Kosmicznego.

Od 2015 roku jestem członkiem Grupy Ekspertów UNECE Coal Mine Methane. Grupa prowadzi swoją działalność pod patronatem ONZ (Economic Commission for Europe, Committee on Sustainable Energy, Group of Experts on Coal Mine Methane). Jest organizacją non-profit i wspiera działania w zakresie budowania potencjału w państwach członkowskich Organizacji Narodów Zjednoczonych służąc jako platforma do dyskusji na temat bezpieczeństwa, aspektów środowiskowych i ekonomicznych wykorzystania metanu w kopalniach węgla kamiennego (CMM). W szczególności skupia się na takich kwestiach, jak skuteczny drenaż metanu w kopalniach węgla, zmniejszenie emisji do atmosfery CH4, oraz wykorzystanie przechwyconego metanu w opłacalny i społecznie zyskowny sposób.

W 2016 roku nawiązałam współpracę z Niemieckim Instytutem Fizyki i Atmosfery w Niemieckim Centrum Lotnictwa (DLR-IPA), a także Uniwersytetem Bremen w zakresie badania emisji metanu i jego ujmowania z rejonu Rybnickiego Okręgu Węglowego. Jestem członkiem zespołu prowadzącego projekt CoMet (CO2 i metan), który jest realizowany w oparciu o loty wykonywane za pomocą samolotu badawczego HALO należącego do DLR (Niemiecki Instytut Badań Powietrznych – oznaczenie D-ADLR). Celem projektu jest udoskonalenie metodyki pomiarów wydajności strumieni gazów (dwutlenku węgla, metanu) w skali lokalnej i regionalnej. Poprzez analizę danych zebranych przez misje CoMet, możliwe będzie uzyskanie nowej wiedzy na temat globalnego rozkładu i chwilowych zmian tych gazów cieplarnianych. Dzięki tym działaniom rozkład przestrzenny i czasowy stężenia składników śladowych powietrza będzie mógł być śledzony z powietrza zdalnymi metodami o wysokiej rozdzielczości co przyczyni się do poznania procesów emisji i pochłaniania gazów cieplarnianych.