Nr 1 - 2 (139-140) Styczeń - Luty 2007 r.

KOPALNI NIE MA - PROBLEMY SĄ
ZAGRAŻA WODA

W dobie restrukturyzacji górnictwa węgla kamiennego, w konsekwencji której wiele kopalń przestaje istnieć, bardzo ważnym, wręcz priorytetowym stał się problem dotyczący uwarunkowań koegzystencji kopalni czynnej w aspekcie zagrożeń wodnych, związanych z oddziaływaniem sąsiedniej kopalni zlikwidowanej.

Dr hab. inż. Marek Pozzi, prof. Politechniki Śląskiej., kierownik Zakładu Geologii Środowiska, Hydrologii i Gospodarki Wodnej Instytutu Geologii Stosowanej Wydziału Górnictwa i Geologii Politechniki Śląskiej oraz dr Edward Cempiel, pracownik naukowy tego Instytutu, zaprezentowali na VI Konferencji Naukowo – Technicznej „Ochrona środowiska na terenach górniczych” referat, w którym dogłębnie omówiony został ów problem. 

Autorzy podkreślają, że następstwem zaprzestania odwadniania wyrobisk górniczych w likwidowanej kopalni jest ich samozatopienie wodami pochodzącymi z dopływu naturalnego. Zaprzestanie odwadniania prowadzi do systematycznego wypełniania się leja depresyjnego w górotworze, obejmującym zlikwidowaną kopalnię i jej otoczenie. Następuje w tym czasie częściowe lub całkowite zatopienie wyrobisk górniczych w kopalni likwidowanej, prowadzące do utworzenia w starych zrobach rozległych zbiorników wodnych o znacznej pojemności. Poziom wody w zatapianych zrobach ustala się w zależności od łączności hydraulicznej z kopalniami sąsiadującymi, co uzależnione jest zarówno do budowy geologicznej i warunków hydrogeologicznych, jak i warunków górniczych likwidowanego zakładu i kopalni sąsiedniej. W przypadku istnienia łączności hydraulicznej pomiędzy takimi zakładami górniczymi, piętrzenie wody w zrobach kopalni likwidowanej może spowodować wystąpienie niekontrolowanych przepływów z tworzonych zbiorników wodnych do wyrobisk kopalń sąsiednich, co zmienia w nich stan zagrożenia wodnego. Jednym z podstawowych uwarunkowań hydrogeologicznych likwidacji kopalni jest zapewnienie kopalni czynnej, położonej w bezpośrednim sąsiedztwie, pełnego bezpieczeństwa w aspekcie zagrożeń wodnych. 

Ochrona sąsiednich kopalń czynnych przed zagrożeniem wodnym może być realizowana poprzez: 

• odwadnianie kopalń zlikwidowanych (pompowanie wody przy pomocy pompowni stacjonarnych lub głębinowych, usytuowanych w obszarze kopalni zlikwidowanej); 
• udrażnianie połączeń między kopalniami (sprowadzanie wody z obszaru kopalni zlikwidowanej ),
• budowę tam wodnych i korków hydroizolacyjnych. 

Ocena zagrożenia wodnego kopalni czynnej położonej w sąsiedztwie likwidowanej obejmuje przede wszystkim analizę filarów granicznych pomiędzy tymi zakładami pod względem szczelności i wytrzymałości, w tym potencjalnych połączeń hydraulicznych w obrębie tych filarów, ze względu na możliwości przepływu wody oraz wyznaczenie na tej podstawie dopuszczalnej rzędnej piętrzenia wody w zrobach. Dr Edward Cempiel wyjaśnia, że dla oceny zagrożenia wodnego kopalń sąsiadujących z kopalnią zatapianą niezbędne jest rozpoznanie wszelkich połączeń pomiędzy wyrobiskami tych kopalń i ustalenie rzędnej najniższego połączenia. Maksymalne piętrzenie wody w zrobach likwidowanej kopalni zależy od istnienia lub braku połączeń tych zrobów z kopalniami sąsiednimi. O dopuszczalnym poziomie piętrzenia wody w zrobach decyduje charakter kontaktów hydraulicznych między kopalniami w obrębie filaru granicznego. Najistotniejszym elementem naruszającym szczelność i wytrzymałość tego filaru są roboty górnicze, które lokalnie mogą spowodować znaczne zmniejszenie jego szerokości.

Filary graniczne, ze względu na stan robót górniczych, można rozpatrywać jako : 

• nienaruszone robotami górniczymi; 
• naruszone tylko wyrobiskami korytarzowymi; 
• naruszone wyrobiskami eksploatacyjnymi i korytarzowymi. 

W filarze granicznym nienaruszonym wyrobiskami górniczymi należy się liczyć tylko z możliwością filtracji wody przez filar. Nie przewiduje się wystąpienia zagrożenia, polegającego na przerwaniu filara i wdarciu się wody z kopalni likwidowanej do sąsiedniej. W tych warunkach istnieje możliwość znacznego spiętrzenia wody, co uzależnione jest od szczelności i wytrzymałości calizny skalnej. 

W filarze granicznym rozciętym tylko wyrobiskami korytarzowymi, dopuszczalny poziom piętrzenia wody uwarunkowany jest rzędną wyrobiska, która określa poziom przelewu wody. W tych warunkach jednak, z uwagi na brak wpływów robót eksploatacyjnych, możliwe jest podniesienie poziomu piętrzenia wody w zatapianej kopalni po wykonaniu w wyrobisku korytarzowym przegrody izolacyjnej w postaci tam wodnych lub korków hydroizolacyjnych. 

W filarze granicznym rozciętym wyrobiskami eksploatacyjnymi, w warunkach bardzo skomplikowanej sieci wyrobisk górniczych, rozmieszczonych na różnych poziomach i w różnych pokładach, w górotworze niejednorodnym, naruszonym deformacjami tektonicznymi oraz wpływami eksploatacyjnymi, następuje trudne do oceny naruszenie wytrzymałości i szczelności calizny skalnej. Eksploatacja „szufladkowa” powoduje naruszenie filarów granicznych oraz zmniejszenie lub utratę ich wytrzymałości i własności izolacyjnych. Istotne są tu strefy osłabienia filara granicznego spowodowane również spękaniami eksploatacyjnymi i deformacjami tektonicznymi, szczególnie w przypadku „szufladkowych” granic eksploatacyjnych między kopalniami. Należy się więc liczyć z możliwością występowania niekontrolowanych dróg krążenia wód w górotworze z zatopionej kopalni w kierunku niżej położonych wyrobisk sąsiedniego zakładu górniczego. W tych warunkach nie ma praktycznie możliwości uszczelnienia górotworu w strefie filara granicznego. 

Dr Cempiel omawia uwarunkowania dopuszczalnego piętrzenia wody w zlikwidowanej kopalni „Dębieńsko” w aspekcie nieskrępowanego zagospodarowania bazy zasobowej przez KWK „Szczygłowice”. 

- W rozpatrywanym przypadku, z uwagi na naruszenie strefy filara granicznego robotami eksploatacyjnymi, podstawowym zagadnieniem jest określenie bezpiecznego poziomu piętrzenia wody w zlikwidowanej kopalni w oparciu o analizę stanu dokonanych i projektowanych robót górniczych i niedopuszczenie do powstawania zbiorników wodnych w zrobach połączonych bezpośrednio z zatapianymi wyrobiskami KWK „Dębieńsko”. „Szczygłowice” graniczą od południa ze zlikwidowaną w 2000 roku KWK „Dębieńsko” W obszarze przygranicznym występują liczne stare zroby poeksploatacyjne „Dębieńska”, które dość głęboko wchodzą w obszar górniczy KWK „Szczygłowice” na zasadzie tzw. eksploatacji „szufladkowej”. Struktura górnicza zlikwidowanej czynnej kopalni w granicznej partii złoża tych zakładów stworzyła bardzo skomplikowaną sytuację hydrogeologiczną z punktu widzenia możliwości zabezpieczenia przed zagrożeniami wodnymi czynnych „Szczygłowic” z uwagi na to, że w południowej partii złoża skoncentrowana jest jej główna baza zasobowa. Projektowany dalszy rozwój kopalni bazuje w znacznym stopniu na zasobach występujących w tej części złoża. W rejonie fałdu knurowskiego kopalnia ma zaplanowaną eksploatację w pokładach 402, 403/1, 403/2, 404/2, 404/4, 405/1, 405/3. Zasoby bilansowe wiązki pokładów 402 – 405/3 pod przewidywanym zbiornikiem wodnym buforowym w pokładzie 401/1 ( przy rzędnej zwierciadła wody –445 m npm) wynoszą ok. 55,6 mln ton, w tym zasoby bilansowe wiązki pokładów 402 – 404/2 ok. 14,6 mln ton. Kontakty hydrauliczne pomiędzy tymi kopalniami związane są ze zbliżeniami ich wyrobisk w północno – zachodnim skrzydle antykliny fałdu knurowskiego na rzędnych od - 447,1 do – 414 m npm, gdzie kopalnia „Dębieńsko” w latach 1981 – 1987 prowadziła eksploatację pokładu 401/1 systemem zawałowym. W pokładzie tym na poziomie 690 m i poniżej, nastąpiło przekroczenie filara granicznego ok. 1100 m w głąb obszaru „Szczygłowice”. Zroby te sąsiadują ze zrobami i czynnymi wyrobiskami „Szczygłowic”, gdzie miejscami odległość miedzy zrobami dochodzi do 25 – 40 m. Istotnym czynnikiem rzutującym na stan zagrożeń wodnych kopalni „Szczygłowice” jest możliwość tworzenia się zbiorników wodnych w starych zrobach poeksploatacyjnych położonych w południowej części obszaru górniczego. Powstawanie takich zbiorników jest uzależnione od poziomu piętrzenia wody w zatapianych zrobach zlikwidowanej kopalni „Dębieńsko”. Przy ustalaniu bezpiecznego poziomu piętrzenia i prognozowaniu zasięgu tworzących się zbiorników wodnych należało uwzględnić również obniżanie się zrobów pod wpływem deformacji wywołanych oddziaływaniem robót eksploatacyjnych kopalni „Szczygłowice”. 

Dopuszczalna wysokość piętrzenia wody i rozwiązanie odwadniania zlikwidowanej kopalni „Dębieńsko” są ściśle związane z bezpieczeństwem czynnej KWK „Szczygłowice” i powinny zapewnić nie tylko bezpieczeństwo czynnego zakładu górniczego w chwili obecnej ale także umożliwić jego dalszy rozwój oraz pełne zagospodarowanie zasobów węgla. Można to osiągnąć poprzez niedopuszczenie do zamrożenia złoża w filarach bezpieczeństwa. Poziom piętrzenia wody uzależniony jest od aktualnego stanu wytrzymałości i szczelności filarów węglowych rozdzielających wyrobiska obu kopalń oraz od zakresu projektowanej w tym rejonie eksploatacji górniczej. 

Osoby problem, o innym charakterze niż opisany przykład, stanowi zatopienie kopalni „Gliwice” w aspekcie bezpieczeństwa KWK „Sośnica – Makoszowy” po uprzednim uszczelnieniu wyrobisk korytarzowych. W ramach prac przeprowadzonych w związku z podjętą w grudniu 1998 r. decyzją o likwidacji kopalni „Gliwice” zrobiona została między innymi analiza możliwości całkowitego zatopienia zakładu. Zaprzestanie pompowania wody i zatopienie wyrobisk jest najkorzystniejszym rozwiązaniem, bowiem pozwala na wyeliminowanie kosztów związanych z dalszym pompowaniem i zrzutem wód zasolonych. 

Jednak przeprowadzona analiza warunków hydrogeologicznych i górniczych wykazała brak połączeń hydraulicznych likwidowanej kopalni „Gliwice” z kopalniami sąsiednimi. „Gliwice” nie posiadają z nimi bezpośrednich połączeń wyrobiskami eksploatacyjnymi i korytarzowymi. Istnieją jednak zbliżenia wyrobisk korytarzowych w strefie filara granicznego. Najmniejsze odległości pomiędzy wyrobiskami górniczymi KWK „Gliwice” a zakładów sąsiednich, występują w części południowo – wschodniej obszaru górniczego, w strefie granicznej z kopalnią „Sośnica – Makoszowy” . W latach 80-tych „Gliwice” prowadziły szereg wyrobisk korytarzowych w obrębie obszaru górniczego KWK „Sośnica – Makoszowy” na poziomach 403 m i 520 m. Roboty skoncentrowane były w rejonie przekopów G, L i M, gdzie występuje pięć miejsc zaklasyfikowanych jako strefy pośrednich kontaktów hydraulicznych. Tam wyrobiska korytarzowe obu kopalń zbliżają się do siebie, a ich wzajemna odległość wynosi od 32 do 93 m. Najbardziej newralgicznym, determinującym sposób odwadniania kopalni „Gliwice” po jej likwidacji, jest kontakt pośredni przekopu M5E na poz. 520 m i przecznicy E5 na poz. 550 m. Wykonany w latach 80-tych przekop M5E kopalni „Gliwice” usytuowany został ponad przecznicą E5 „Sośnicy”. Wyrobiska te na odcinku ok. 350 m występują bezpośrednio jedno nad drugim w odległości pionowej 32 m. W latach 90-tych przekop ten oraz przecznica zostały zlikwidowane przez odcinkowe usunięcie obudowy a następnie otamowane. Zatopienie KWK „Gliwice” (która nie istnieje już od pięciu lat), z uwagi na uwarunkowania geomechaniczno – hydrogeologiczne nie zostało zrealizowane. Jako rozwiązanie docelowe przyjęto dalsze odwadnianie kopalni za pomocą pompy głębinowej przy dopuszczalnym piętrzeniu wody do poz. 510 m. Koszty pompowania wody ponosi Centralny Zakład Odwadniania Kopalń, a wynoszą one rocznie niebagatelną sumę 5 mln zł. 

Szczegółowa analiza uwarunkowań hydrogeologicznych i górniczych pozwala jednak na stwierdzenie, że zatopienie kopalni jest uzasadnione i możliwe pod względem technicznym, o czym decyduje brak naruszenia filaru granicznego wpływami robót eksploatacyjnych oraz izolacyjny charakter górotworu. Wymaga to jednak uszczelnienia wyrobisk korytarzowych korkami hydroizolacyjnymi w strefie zbliżeń wyrobisk I i III. Z uwagi na niedostępność wyrobisk górniczych korki hydroizolacyjne mogą być wykonane z wykorzystaniem otworów wiertniczych kierunkowych wierconych z powierzchni. Przy właściwie wykonanym uszczelnieniu korkami hydroizolacyjnymi zbliżeń I i III nie należy się obawiać wystąpienia niebezpieczeństwa nagłego wdarcia wody z utworzonego zbiornika wodnego dla czynnej kopalni „Sośnica – Makoszowy”.

Spisała MB Kolumna dofinansowana ze środków Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej w Katowicach