Uwarunkowania i kierunki rozwoju technologii podziemnej eksploatacji z³ó w polskim górnictwie wêgla kamiennego

Transkrypt

1 GOSPODARKA SUROWCAMI MINERALNYMI Tom Zeszyt 1/2 ANDRZEJ ZORYCHTA *, ZBIGNIEW BURTAN** Uwarunkowania i kierunki rozwoju technologii podziemnej eksploatacji z³ó w polskim górnictwie wêgla kamiennego Wprowadzenie Okreœlenie kierunków rozwoju technologii podziemnej eksploatacji z³ó wêgla kamiennego wymaga przeprowadzenia analizy warunków geologiczno-górniczych oraz czynników techniczno-organizacyjnych wp³ywaj¹cych na mo liwoœæ ich zagospodarowania. Poœród warunków geologicznych o kierunkach rozwoju eksploatacji decydowaæ bêd¹ takie parametry charakteryzuj¹ce zaleganie z³o a, jak: g³êbokoœæ zalegania z³o a, gruboœæ z³o a, nachylenie z³o a, w³aœciwoœci fizykomechaniczne ska³, zaburzenia geologiczne. Z kolei za wa ne warunki górnicze determinuj¹ce odpowiedni sposób wybierania z³o a nale y uznaæ: zasz³oœci eksploatacyjne, w tym obszary resztkowe, uwolnione filary szybowe i rejony przygraniczne ³¹czonych kopalñ, wymogi ochrony powierzchni. Jednoczeœnie charakter zalegania z³o a wraz z uwarunkowaniami górniczymi oraz technologi¹ eksploatacji wp³ywaæ bêd¹ na wielkoœæ typowych dla górnictwa wêglowego zagro eñ naturalnych, takich jak: zagro enie metanowe, zagro enie po arowe, zagro enie klimatyczne, * Prof. dr hab. in., ** Dr in., Wydzia³ Górnictwa i Geoin ynierii AGH, Kraków; zorychta@agh.edu.pl

2 54 zagro enie wstrz¹sami i t¹paniami, zagro enie wyrzutami gazów ska³. Do istotnych, z punktu widzenia rozwoju technologii eksploatacji czynników technologicznych, organizacyjnych oraz spo³eczno-ekonomicznych nale y zaliczyæ system eksploatacji, koncentracjê wydobycia, eksploatacjê podpoziomow¹ oraz ochronê œrodowiska naturalnego. Wymienione uwarunkowania, decyduj¹c o kierunkach zmian w technologii eksploatacji z³ó, wskazywaæ bêd¹ zarówno na szanse wybierania pok³adów cienkich, obszarów resztkowych czy zasobów w uwolnionych filarach ochronnych szybów, jak i na utrudnienia wynikaj¹ce miêdzy innymi z wystêpowania zagro eñ naturalnych, potrzeby ochrony œrodowiska, czy eksploatacji podpoziomowej. Dyskusja mo liwoœci wykorzystania szans i ograniczenie niebezpieczeñstw, pozwoli³a na wytypowanie kierunków rozwoju technologii podziemnej eksploatacji z³ó wêgla kamiennego oraz wyznaczenie umo liwiaj¹cych ten rozwój kierunków prac badawczych. W oparciu o przeprowadzon¹ analizê i sformu³owane kierunki zmian przedstawiono perspektywy rozwoju technologii eksploatacji z³ó wêgla kamiennego w Polsce. 1. Ocena uwarunkowañ charakteryzuj¹cych perspektywiczne zasoby z³ó wêgla kamiennego 1.1. Warunki geologiczne G³êbokoœæ zalegania z³o a Sukcesywne sczerpywanie zasobów z³ó wêgla kamiennego w Polsce powoduje, i ich eksploatacja odbywa siê na coraz wiêkszych g³êbokoœciach. Aktualnie g³êbokoœæ ta siêga 1200 m, a 5 kopalñ prowadzi wybieranie poni ej 1000 m [2]. Obecnie 92% wydobycia wêgla pochodzi z g³êbokoœci powy ej 500 m, zaœ œrednia g³êbokoœæ prowadzanych robót górniczych, wzrastaj¹c ka dego roku od 5 do 8 m, dochodzi do 700 m [6]. Zwiêkszenie g³êbokoœci zalegania z³o a skutkuje: wzrostem naprê eñ pierwotnych w górotworze, zmniejszeniem wytrzyma³oœci wêgla w pok³adach (z wyj¹tkiem wêgli matowych) oraz wzrostem wytrzyma³oœci ska³ otaczaj¹cych pok³ady [6], wzrostem pierwotnej temperatury ska³, wzrostem metanonoœnoœci pok³adów. Te niekorzystne zmiany wp³ywaj¹ na wielkoœæ zagro enia zawa³owego, wstrz¹sami i t¹paniami, klimatycznego, po arowego, metanowego, wyrzutami gazów i ska³, a tak e ingeruj¹ w statecznoœæ wyrobisk górniczych. Wzrastaj¹ca g³êbokoœæ eksploatacji (wskutek intensyfikacji zagro eñ naturalnych) sprawia, e prowadzenie robót górniczych bêdzie coraz bardziej niebezpieczne. Z g³êbokoœci¹ zalegania z³o a wi¹ e siê sposób jego udostêpnienia. Wzrost g³êbokoœci stwarza bowiem koniecznoœæ zak³adania nowych poziomów wydobywczych, a tym samym

3 pog³êbianie obecnych i budowê nowych szybów. Nale y zwróciæ uwagê, e w przypadku z³ó zalegaj¹cych na mniejszych g³êbokoœciach, znaczne korzyœci mo e przynieœæ ich udostêpnienie za pomoc¹ upadowych z powierzchni [15]. Gruboœæ z³o a Gruboœæ pok³adów wêgla kamiennego w Polsce kszta³tuje siê od kilkudziesiêciu centymetrów do ponad dwudziestu metrów. Z uwagi na efektywnoœæ eksploatacji, do zasobów przemys³owych kwalifikuje siê tylko pok³ady o mi¹ szoœci wiêkszej ni 1,0 m. Procentowy udzia³ tych zasobów w poszczególnych przedzia³ach gruboœci pok³adów (wed³ug stanu na koniec 2005 roku) wynosi³ [4, 12]: do 1,5 m 18,5%, 1,5 3,5 m 56,8% i powy ej 3,5 24,7%. Nale y zwróciæ uwagê na znacz¹cy udzia³ pok³adów cienkich (do 1,5 m), pomimo du ego spadku na skutek dokonanych w ostatnich latach przekwalifikowañ (38,3% w 1990 r.). Œwiadczy o tym miêdzy innymi rozk³ad procentowego udzia³u wydobycia w tych samych przedzia³ach gruboœci; wed³ug stanu na koniec 2004 roku wynosi³ odpowiednio [12]: do 1,5 m 5,1%, 1,5 3,5 m 73,9%, powy ej 3,5 21,0%. Trzeba dodaæ, e udzia³ wydobycia z pok³adów cienkich w ostatnim okresie tak e bardzo siê zmniejszy³ wynosz¹c 13%, w 2001 r. i 18% w 1998 r. Znaczna dysproporcja pomiêdzy wielkoœci¹ wydobycia z pok³adów cienkich a wielkoœci¹ zasobów w tych pok³adach wynika (powodem jest d¹ enie do poprawy efektywnoœci procesu wydobycia) z rezygnacji wybierania pok³adów o mi¹ szoœci mniejszej ni 1,5 m. Mo na jednak prognozowaæ, i w wyniku nieuniknionego sczerpywania siê zasobów w pok³adach œrednich i grubych, wydobycie z pok³adów cienkich bêdzie siê zwiêkszaæ. Spowoduje to równie powrót do stosowanych w tych pok³adach strugowych technologii urabiania, co zreszt¹ zaplanowano ju w kopalni Zofiówka [16]. Znaczny udzia³ zasobów w pok³adach grubych oznacza, e nadal prowadziæ siê bêdzie ich eksploatacjê na warstwy. Eksploatacja wielowarstwowa, zw³aszcza w warunkach potrzeby ochrony powierzchni, bêdzie wymuszaæ zastosowaniu podsadzki hydraulicznej. Wybieranie pok³adów grubych sprzyjaæ bêdzie wzrostowi zagro enia po arowego i t¹paniami. Nachylenie z³o a Wiêkszoœæ pok³adów wêgla kamiennego w Polsce charakteryzuje siê nachyleniem mniejszym ni 35 pozwalaj¹cym na ich wybieranie systemem œcianowym. Niektóre z kopalñ posiadaj¹ jednak znaczne zasoby uwiêzione w pok³adach silnie nachylonych i stromych. Przyk³adem jest kopalnia Kazimierz-Juliusz gdzie dla potrzeb wybierania stromo zalegaj¹cego pok³adu 510 opracowano i wdro ono system chodnikowy-podbierkowy [7]. System ten mo na stosowaæ w pok³adach o nachyleniu powy ej 40 i mi¹ szoœci nie mniejszej ni 1,5 m. Istnieje zatem sposobnoœæ wybierania pok³adów silnie nachylonych i stromych w innych kopalniach, co jednak z uwagi na brak udostêpnienia tych pok³adów mo e byæ przesuniête w czasie. 55

4 56 W³aœciwoœci fizykomechaniczne wêgla pok³adów i ska³ otaczaj¹cych Pod wzglêdem litologicznym warstwy karboñskie wykszta³cone s¹ jako kompleks i³owcowo-piaskowcowo-mu³owcowy z pok³adami wêgla. Do poszczególnych odmian litologicznych ska³ mo na zaliczyæ wêgiel i ³upek wêglowy, i³owce, mu³owce, piaskowce i zlepieñce. Ska³ami o najmniejszej wytrzyma³oœci s¹ wêgle i i³owce, zaœ o wytrzyma³oœci najwiêkszej mu³owce i piaskowce. W³asnoœci wytrzyma³oœciowe wêgli z wyj¹tkiem odmian wêgli matowych wskazuj¹ na ich spadek wraz z g³êbokoœci¹. Przeciwnie, w ska³ach otaczaj¹cych pok³ady z g³êbokoœci¹ zaznacza siê nierównomierny, wyraÿniejszy w piaskowcach ni i³owcach wzrost wytrzyma³oœci [6]. Charakterystyczna dla zalegaj¹cych na wiêkszych g³êbokoœciach warstw rudzkich i siod³owych grubowarstwowa budowa górotworu, przejawiaj¹ca siê wystêpowaniem w utworach stropowych pok³adów grubych i zwiêz³ych (o du ej wytrzyma³oœci) warstw piaskowców i mu³owców, coraz czêœciej jest przyczyn¹ wystêpowania zagro enia wstrz¹sami i t¹paniami [16]. Równie wzrastaj¹ca z g³êbokoœci¹ metanonoœnoœæ pok³adów wêgla sprzyja intensyfikacji zagro eñ metanowego oraz wyrzutami metanu i wêgla. Zaburzenia geologiczne Poœród licznych nieregularnoœci w zaleganiu z³ó wêgla kamiennego do najczêœciej spotykanych i najbardziej uci¹ liwych przy prowadzeniu robót górniczych nale y zaliczyæ zaburzenia sedymentacyjne i tektoniczne. Te pierwsze wystêpuj¹ zazwyczaj w postaci œcienieñ, wymyæ i zaników pok³adów oraz anomalii gruboœci i odleg³oœci pomiêdzy pok³adami. W przypadku zaburzeñ tektonicznych dotyczy to przede wszystkim uskoków, zarówno tych pok³adowych o ma³ych zrzutach, jak i charakteryzuj¹cych siê du ymi zrzutami uskoków lokalnych, miejscowych i regionalnych. Zaburzenia te czêsto wyznaczaj¹ granice obszarów górniczych, partii pok³adów i pól eksploatacyjnych, a tym samym decyduj¹ o geometrii pól œcianowych i parametrach eksploatacji oraz niejednokrotnie powoduj¹ pozostawienie resztek eksploatacyjnych. Wystêpowanie uskoków wywo³uje zmianê pierwotnego stanu naprê enia w górotworze wp³ywaj¹c na potêgowanie zjawisk geodynamicznych w tym wstrz¹sów i t¹pañ. Zarejestrowane do tej pory wstrz¹sy o maksymalnych wartoœciach energii sejsmicznej oraz towarzysz¹ce im katastrofalne w skutkach t¹pniêcia niejednokrotnie mia³y miejsce w s¹siedztwie uskoków o du ych zrzutach [3, 18]. Za reprezentatywny dla Górnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego pod wzglêdem iloœci generowanych zjawisk sejsmicznych nale y uznaæ przebiegaj¹cy wzd³u granic kilku kopalñ Uskok K³odnicki o zrzucie przekraczaj¹cym 400 m. Kopalnie granicz¹ce z tym uskokiem posiadaj¹ du e zasoby zlokalizowane po obu jego stronach. Trzeba zaznaczyæ, e eksploatacja w rejonie uskoków oraz innych zaburzeñ geologicznych poza zagro eniem wstrz¹sami i t¹paniami zwiêksza równie zagro enia po arowe, metanowe i wyrzutami gazów i ska³.

5 Warunki górnicze Zasz³oœci eksploatacyjne Wielopok³adowy charakter z³ó wêgla kamiennego w Polsce powoduje, i istotn¹ cech¹ prowadzonej eksploatacji górniczej jest wystêpowanie ró nego rodzaju zasz³oœci eksploatacyjnych. Oddzia³ywanie okreœlonych tym mianem: zrobów, krawêdzi czy filarów resztkowych, wywo³uje w górotworze zmianê pierwotnego stanu naprê enia, powoduj¹c spadek naprê eñ w otoczeniu zrobów oraz podwy szenie naprê eñ, lokalizuj¹ce siê w rejonach niewybranych calizn wêglowych. Powsta³e zaburzenia mog¹ ograniczaæ lub potêgowaæ intensywnoœæ zjawisk geomechanicznych, wp³ywaj¹c tym samym na stan zagro enia: wstrz¹sami i t¹paniami, wyrzutami metanu i ska³, czy wreszcie decyduj¹c o statecznoœci wyrobisk. Odnosi siê to nie tylko do ni ej lub wy ej le ¹cych pok³adów, ale wszystkich warstw górotworu, zw³aszcza grubych i zwiêz³ych warstw skalnych, gdzie wp³ywy zasz³oœci eksploatacyjnych mog¹ byæ jednym z czynników wyst¹pienia wysokoenergetycznych wstrz¹sów [17]. Mo na sadziæ, e znajomoœæ zasiêgu i wielkoœci oddzia³ywania zasz³oœci eksploatacyjnych bêdzie coraz bardziej niezbêdna zarówno przy projektowaniu i prowadzeniu robót górniczych w ich rejonie, jak i przy ocenie stanu zagro enia t¹paniami czy wyrzutami gazów i ska³. Obszary resztkowe Problemem wiêkszoœci polskich kopalñ wêgla kamiennego, zw³aszcza tych, które ju w znacznej mierze sczerpa³y swoje z³o e, jest nieuchronnoœæ wybierania z³o a uwiêzionego w nieregularnych, resztkowych obszarach takich jak filary ochronne i oporowe likwidowanych szybów czy wyrobisk kapitalnych oraz pozostawione resztki eksploatacyjne. Wybieranie tych parcel nie bêdzie jednak mo liwe bez wykorzystania coraz rzadziej stosowanych systemów krótkofrontowych. Obecnie w kilku kopalniach dla potrzeb wybierania obszarów resztkowych opracowano i wdro ono kilka takich systemów [7, 16]. W kopalni Staszic wprowadzono system chodników eksploatacyjnych z wcinkami pozwalaj¹cy eksploatowaæ nieregularne resztki w pok³adach œrednich i grubych o niezbyt du ych nachyleniach i korzystnych warunkach stropowych. Wdro ony w Zak³adzie Górniczym Siltech system chodników eksploatacyjnych pozwala z kolei eksploatowaæ resztki o dowolnych kszta³tach z licznymi zasz³oœciami w pok³adzie w postaci starych wyrobisk oraz zaburzeñ geologicznych. Wprowadzony w kopalni Borynia system ubierkowy mo liwy jest do stosowania w parcelach zarówno s³abo, jak i silnie nachylonych, wszêdzie gdzie mo na zaprojektowaæ pole eksploatacyjne o adekwatnej do d³ugoœci ubierki szerokoœci m. Wymieniany wczeœniej system chodnikowy podbierkowy opracowany w KWK Kazimierz- -Juliusz mo e byæ tak e stosowany przy wybieraniu resztkowych parcel pok³adów silnie nachylonych. Ka dy z tych systemów charakteryzuje siê okreœlon¹ specyfik¹ i wynikaj¹cym st¹d zakresem stosowania w odpowiednich dla siebie warunkach geologiczno-górniczych. Jednak e zalety tych systemów oraz uzyskane dotychczas doœwiadczenia wskazuj¹ na mo liwoœæ realnego i efektywnego ich stosowania na szersz¹ skalê zarówno w zagro onych likwidacj¹ kopalniach czynnych, jak i kopalniach ju zlikwidowanych [7].

6 58 Uwolnione filary szybowe oraz przygraniczne rejony ³¹czonych kopalñ Efektem ochrony wyrobisk górniczych czy granic obszarów górniczych s¹ filary ochronne szybów, filary oporowe czy filary graniczne s¹siaduj¹cych kopalñ, a z³o a uwiêzione w tych filarach stanowi¹ znaczny udzia³ procentowy ogólnych zasobów. Podjête i kontynuowane dzia³ania, zw³aszcza w Kompanii Wêglowej, dotycz¹ce ³¹czenia kopalñ i zmiany granic pomiêdzy kopalniami, zwiêkszaj¹ mo liwoœæ eksploatacji z³o a w filarach ochronnych i granicznych. W wyniku upraszczania struktury kopalñ, zw³aszcza kopalñ po³¹czonych, likwidowane s¹ zbêdne szyby, co powoduje uwolnienie do eksploatacji zasobów zalegaj¹cych w ich filarach. W wielu przypadkach s¹ to zasoby w znacznym stopniu udostêpnione, dobrze rozpoznane, po³o one w pobli u g³ównych dróg transportowych. W najbli szych latach przewiduje siê likwidacjê szybów i eksploatacjê ich filarów miêdzy innymi w kopalniach: Piekary, Bobrek-Centrum, Halemba-Wirek, Pokój, Brzeszcze-Silesia (Ruch Brzeszcze, Rydu³towy-Anna, Jankowice, Knurów i Szczyg³owice [9]. Powstanie centrów wydobywczych w Kompanii Wêglowej umo liwi³o zmiany granic pól eksploatacyjnych i dopasowanie ich do naturalnych granic geologicznych. Dzia³ania te pozwol¹ na eksploatacjê likwidowanych pomiêdzy kopalniami filarów granicznych. Dotychczas zmieniono granice eksploatacyjne pomiêdzy kopalniami: Piast i Ziemowit, Makoszowy i Bielszowice, Pokój i Bielszowice, Pokój i Halemba, Knurów i Szczyg³owice, Marcel i Jankowice. Przyk³adem optymalizacji wykorzystania z³o a w procesie likwidacji i ³¹czenia kopalñ mog¹ te byæ zamierzenia dotycz¹ce kopalñ Pokój i Polska-Wirek [9]. W wyniku ³¹czenia i likwidacji kopalñ oraz zmian pomiêdzy ich granicami, wybieranie uwolnionych filarów ochronnych szybów oraz rejonów przygranicznych mo e przed³u yæ ywotnoœæ kopalñ. Wymogi ochrony obiektów powierzchniowych Wymogi ochrony powierzchni, stanowi¹ce przyczynê tworzenia filarów ochronnych dla obiektów infrastruktury powierzchniowej, znacznie ograniczaj¹ wielkoœæ mo liwych do wyeksploatowania zasobów. W obrêbie filarów ochronnych znajduje siê 22% ogólnej wielkoœci zasobów przemys³owych, z tego na czynnych poziomach a 30%. W 9 kopalniach udzia³ zasobów w filarach ochronnych przekracza 50% udostêpnionych zasobów. Najwiêkszy udzia³ zasobów w obrêbie filarów na poziomach czynnych i obecnie wykonywanych wystêpuje w kopalniach: Pokój (96%) i Polska-Wirek (88%). Równie pomimo bardzo du ej iloœci zasobów przemys³owych, jakie wykazuj¹ kopalnie Halemba i Bielszowice, odpowiednio 53% i 66% z nich ma miejsce w filarach [12]. Wybieranie uwiêzionych w filarach zasobów, z uwagi na brak przyzwolenia w³adz samorz¹dowych oraz koniecznoœæ stosowania podsadzki, jest utrudnione i doœæ kosztowne. Ilustruje to udzia³ eksploatacji z podsadzk¹, który z 9,4 mln Mg w 1995 r. zmniejszy³ siê do 3,6 mln Mg w 2004 r., stanowi¹c oko³o 4% ca³kowitego wydobycia. Tymczasem w wyniku nowych inwestycji wielkoœæ filarów w kopalniach Górnego Œl¹ska bêdzie wzrastaæ. Dotyczy to zw³aszcza projektowanej autostrady A-1, która przebiegaæ bêdzie przez obszary górnicze kopalñ: Piekary, Soœnica-Makoszowy, Knurów, Budryk, Borynia, Marcel i Jas-Mos. Nale y

7 zwróciæ uwagê, e istniej¹ca autostrada A-4 przebiega ju przez obszary górnicze kopalñ: Mys³owice, Wieczorek, Katowice-Kleofas, Wujek (Ruchy Wujek i Œl¹sk), Polska-Wirek, Halemba, Bielszowice i Soœnica-Makoszowy. Przewiduje siê, e potrzeba ochrony autostrad A-4 i A-1 w obszarach wymienionych kopalñ uwiêzi 460 mln Mg zasobów przemys³owych, co stanowi oko³o 10% zasobów ca³kowitych. Najwiêkszy udzia³ zasobów w filarach pod autostradami dotyczyæ bêdzie kopalñ: Halemba, Makoszowy, Bielszowice, Wieczorek, Mys³owice i Polska-Wirek. W sytuacji zaniechania wybierania filarów ochronnych w tych kopalniach, ich ywotnoœæ ulegnie znacznemu skróceniu [12]. Trzeba zaznaczyæ, i czêœæ zasobów znajduj¹cych siê w obrêbie filarów ochronnych infrastruktury powierzchniowej, ze wzglêdu na ich niedostêpnoœæ, negatywne decyzje w³adz samorz¹dowych, czy zbyt wysokie koszty eksploatacji nie zostanie wybrana. Czêœæ z nich mo e jednak wybieraæ z odpowiednim zachowaniem wymogów ochrony powierzchni, poprzez zastosowanie podsadzki hydraulicznej. Wykorzystanie jako materia³ów podsadzkowych odpadów górniczych czy energetycznych mo e przyczyniæ siê do obni enia kosztów eksploatacji z podsadzk¹, stanowi¹c zarazem korzystne dzia³anie na rzecz ochrony œrodowiska Zagro enia naturalne Zagro enie metanowe Powa ny problem dla prowadzenia bezpiecznej i intensywnej eksploatacji wêgla kamiennego w Polsce stanowiæ bêdzie zagro enie metanowe. O jego wielkoœci decyduj¹ coraz wiêksza g³êbokoœæ eksploatacji, z któr¹ wzrasta metanonoœnoœæ pok³adów wêgla. Na 33 kopalnie wêgla kamiennego, 24 prowadzi eksploatacjê w warunkach zagro enia metanowego, w tym 15 w najwy szej IV kategorii zagro enia metanowego. Udzia³ wydobycia z pok³adów metanowych stale roœnie, wynosz¹c obecnie 79% [8, 11]. W roku 2007 metanowoœæ kopalñ Kompanii Wêglowej osi¹gnie 800 m 3 CH 4 /min i dalej bêdzie wzrastaæ [5]. Wzrostowi zagro enia metanowego sprzyjaæ bêdzie równie utrzymanie wysokiej koncentracji wydobycia ze œcian. Skutecznym sposobem ograniczania tego zagro enia bêdzie przede wszystkim odpowiedni sposób przewietrzania. Istotnym bêdzie tak e rozwój systemów metanometrii oraz zwiêkszenie ujêcia metanu w procesie odmetanowania górotworu, a w konsekwencji jego gospodarcze wykorzystanie. Zagro enie po arowe Najpowszechniej wystêpuj¹cym zagro eniem naturalnym w górnictwie wêgla kamiennego jest zagro enie po arowe. Dotyczy ono praktycznie wszystkich kopalñ, gdzie poza naturaln¹ sk³onnoœci¹ wêgla do samozapalenia wystêpuje szereg czynników potêguj¹cych to zagro enie. Do najwa niejszych z nich nale y zaliczyæ wzrastaj¹c¹ g³êbokoœæ eksploatacji, która wp³ywa na wielkoœæ naprê eñ pierwotnych (skutkuj¹cych procesami tworzenia siê stref spêkañ w pok³adach) oraz na zwiêkszenie temperatury pierwotnej ska³ [5]. Tak e wybieranie pok³adów zagro onych t¹paniami, w tym skutki wystêpowania wstrz¹sów i sto-

8 60 sowanej profilaktyki mo e niekorzystnie wp³ywaæ na wielkoœæ zagro eniu po arowego. Wzrost zagro enia po arowego bêdzie zwiêkszaæ równie stosowanie profilaktyki metanowej, zarówno poprzez prowadzenie œwie ego powietrza wzd³u zrobów, jak i stosowanie odmetanowania, które powoduje sprzyjaj¹cy dla powstania po aru dop³yw powietrza w miejsca wczeœniej zajmowane przez metan. Skuteczne zwalczanie zagro enia po arowego zapewni nie tylko stosowanie odpowiedniej profilaktyki po arowej, w tym w³aœciwego sposobu przewietrzania, prawid³owego projektowania eksploatacji czy wprowadzenia nowoczesnych metod monitoringu, ale tak e dobór najmniej kolizyjnych profilaktyk zagro eñ wspó³wystêpuj¹cych. Zagro enie klimatyczne Istotnym zagro eniem, stale wzrastaj¹cym wraz z g³êbokoœci¹ eksploatacji, st¹d te bêd¹cym udzia³em coraz wiêkszej liczby kopalñ, jest zagro enie klimatyczne. Nieobojêtnym dla zwiêkszenia tego zagro enia jest równie wysoka koncentracja wydobycia oraz du e moce maszyn urabiaj¹cych i urz¹dzeñ odstawczych. W 2006 roku w 21 kopalniach wêgla kamiennego ze wzglêdu na przekroczon¹ temperaturê powietrza suchego (powy ej 28 C) lub gdy intensywnoœæ ch³odzenia by³a ni sza od 11 katastopni wilgotnych, prowadzono roboty górnicze w wyrobiskach w skróconym czasie pracy [11]. Obecnie 29% zasobów przemys³owych wystêpuje w rejonach o temperaturze górotworu przekraczaj¹cej 28 C, a udzia³ wydobycia warunkach przekroczenia tej temperatury wynosi 27% [8, 12]. Wysoka temperatura w miejscu pracy wp³ywa na wydajnoœæ pracy, nie tylko z uwagi na skrócony czas tej pracy, ale tak e ze wzglêdu na ograniczenia wydolnoœci organizmu ludzkiego [1]. Efektywnym sposobem obni enia temperatury w wyrobiskach górniczych jest stosowanie zarówno intensywnej wentylacji, jak i odpowiednich uk³adów klimatyzacji. Profilaktyka zagro enia klimatycznego winna równie wynikaæ z optymalnego projektowania eksploatacji oraz zmniejszenia emisji ciep³a z zainstalowanych w wyrobiskach maszyn i urz¹dzeñ du ej mocy. Zagro enie wstrz¹sami i t¹paniami Zagro enie wstrz¹sami i t¹paniami dotyczy coraz wiêkszej liczby kopalñ. Obecnie na 33 czynnych kopalñ wêgla kamiennego w 24 eksploatuje siê pok³ady zaliczone do zagro- onych t¹paniami, z czego w 14 kopalniach pok³ady zaliczono do najwy szego trzeciego stopnia zagro enia [11]. Poœród wszystkich zasobów przemys³owych 16% wystêpuje w pok³adach zaliczonych do II i III stopnia tego zagro enia [12]. W ostatnich latach, pomimo spadku wydobycia, nast¹pi³ znaczny wzrost udzia³u wydobycia z pok³adów zagro onych t¹paniami; wynosi³ w 2006 roku 44,2%, w tym z pok³adów o najwy szym III stopniu zagro enia 16,7% [8]. Równie liczba rejestrowanych wysokoenergetycznych wstrz¹sów wykazuje tendencjê wzrostow¹. Wysoki poziom zagro enia sejsmicznego wynika zarówno ze wzrastaj¹cej g³êbokoœci eksploatacji, geomechanicznych w³as-

9 noœci pok³adów i ska³ czy grubowarstwowej budowy górotworu (w tym wystêpowania wstrz¹sogennych warstw piaskowców i ³upków piaszczystych), ale tak e ze znacznego skrêpowania eksploatacji, coraz czêœciej prowadzonej w rejonach zaburzeñ tektonicznych i sedymentacyjnych, w obszarach oddzia³ywania zasz³oœci eksploatacyjnych czy w resztkowych partiach pok³adów [3]. Nie bez znaczenia dla zagro enia t¹paniami jest tak e uzasadniona ekonomicznie tendencja utrzymania wysokiej koncentracji wydobycia. Maj¹c na uwadze te uwarunkowania g³ównymi, dzia³aniami w zakresie profilaktyki zagro enia t¹paniami winna byæ optymalizacja rozciêcia z³o a oraz prowadzenie robót górniczych zgodnie z technologi¹ uwzglêdniaj¹c¹ minimalizacjê tego zagro enia. Niezmiernie istotnym jest bie ¹ca analiza stanu zagro enia uwzglêdniaj¹ca równoczesne stosowanie kilku metod badawczych, w tym kompleksow¹ interpretacjê ich wskazañ oraz stosowanie aktywnych metod profilaktyki t¹paniowej [16]. Zagro enie wyrzutami gazów i ska³ Zagro enie wyrzutami gazów i ska³ stanowi jedno z najbardziej niebezpiecznych zagro eñ naturalnych wystêpuj¹cych w górnictwie podziemnym. Obecnie zagro enie to wystêpuje w kopalniach Jastrzêbskiej Spó³ki Wêglowej: Pniówek, Jas-Mos i Zofiówka, przy czym roboty górnicze w pok³adach zaliczonych do sk³onnych lub zagro onych wyrzutami metanu i ska³ obecnie prowadzone s¹ tylko w KWK Zofiówka [2, 8]. Wzrost zagro enia wyrzutami metanu i wêgla, dotycz¹cy kopalñ eksploatuj¹cych wêgle koksowe, bêdzie wynika³ ze zwiêkszenia g³êbokoœci prowadzenia eksploatacji oraz podjêcia robót górniczych w czêœciach z³o a sk³onnych do wyrzutów. Wraz z g³êbokoœci¹ zwiêksza siê stan naprê eñ w górotworze, zmniejsza siê wytrzyma³oœæ pok³adów wêgla i wzrasta ich metanonoœnoœæ, co przy jednoczesnym obni eniu siê przepuszczalnoœci gazowej wêgla przyczyniaæ bêdzie siê do intensyfikacji tego zagro enia. W kopalniach prowadz¹cych roboty w warunkach wystêpuj¹cego zagro enia wyrzutami metanu i ska³ przyjêto dwie linie obrony przed tym zagro eniem [16]. Pierwsza polega na intensyfikacji rozpoznania górotworu wierceniami wyprzedzaj¹cymi i badaniach stanu zagro enia przed czo³em przodku, druga sprowadza siê do odsuniêcia ludzi od miejsc zagro enia poprzez wprowadzenie stref szczególnego zagro enia wyrzutami metanu i ska³ oraz do wdro enia zdalnego sterowania kombajnami chodnikowymi. Wspó³wystêpowanie zagro eñ Przy prowadzeniu robót górniczych w warunkach kilku zagro eñ naturalnych mo e poprzez wzajemne oddzia³ywanie dochodziæ do intensyfikacji ich wystêpowania. Dotyczy to zw³aszcza zagro eñ metanowego, po arowego i t¹paniami. Pewne znaczenie odgrywa równie zagro enie py³owe i klimatyczne. Coraz czêœciej metody profilaktyki stosowane do zwalczania jednych zagro eñ mog¹ powodowaæ skutki potêguj¹ce wielkoœæ pozosta³ych z nich. St¹d te w doborze profilaktyk skojarzonych ze sob¹ zagro eñ naturalnych istotne znaczenie bêdzie mieæ ich mo liwie najmniejsza kolizyjnoœæ. 61

10 62 Ze scharakteryzowanego stanu zagro eñ naturalnych wynika, i w trakcie przysz³ej eksploatacji nast¹pi intensyfikacja wystêpowania takich zagro eñ, jak: metanowego, po- arowego, klimatycznego, t¹paniami i wyrzutami gazów i ska³. Dlatego te za niezmiernie wa ny nale y uznaæ rozwój metod monitorowania i zwalczania tych zagro eñ naturalnych. Udoskonalenie istniej¹cych, a tak e wypracowanie nowych metod oceny stanu i profilaktyki zagro eñ naturalnych pozwoli w przysz³oœci na ukierunkowany rozwój bezpiecznej technologii robót górniczych Czynniki technologiczne, organizacyjne i spo³eczno-ekonomiczne System eksploatacji Poœród systemów eksploatacji stosowanych w polskim górnictwie wêgla kamiennego nale y wyró niæ powszechnie stosowane systemy œcianowe (d³ugofrontowe) oraz rzadziej wykorzystywane systemy krótkofrontowe czy specjalne. Najbardziej rozpowszechniony jest system œcianowy pod³u ny z zawa³em stropu. System ten bêdzie tak e podstawowym sposobem eksploatacji wêgla kamiennego w najbli szej przysz³oœci. W du o mniejszym stopniu, z uwagi na koszty, wykorzystywany bêdzie system œcianowy poprzeczny z podsadzk¹ hydrauliczn¹, który znajdzie jednak zastosowanie przy wybieraniu pok³adów grubych na warstwy czy w warunkach potrzeby ochrony powierzchni. Ze wzglêdu na sygnalizowan¹ ju (determinowan¹ sczerpywaniem siê z³o a) potrzebê siêgniêcia po zasoby uwiêzione w obszarach resztkowych czy uwolnionych filarach ochronnych szybów jako rozwojowe wy³aniaj¹ siê systemy krótkofrontowe, do których nale y zaliczyæ systemy chodnikowe, czy systemy ubierkowe. Z kolei wybieranie w korzystnych warunkach pok³adów grubych mo e przyczyniæ siê do rozwoju systemów podbierkowych, zarówno œcianowych, ubierkowych, jak i chodnikowych [14]. Do systemów przysz³oœciowych nale y zaliczyæ podziemne zgazowanie pok³adów. Wydaje siê jednak, e pomimo swej innowacyjnoœci, technologia ta nie znajdzie w najbli szych latach zastosowania. Jednak e okreœlenie uwarunkowañ stosowania podziemnego zgazowania wêgla kamiennego oraz opracowanie i wdro enie w³aœciwej dla nich technologii powinno byæ przedmiotem prac badawczych. Koncentracja wydobycia W górnictwie wêgla kamiennego utrzymywaæ siê bêdzie ekonomicznie uzasadniona tendencja pozyskiwania jak najwiêkszego wydobycia z mo liwie najmniejszej liczby jednostek eksploatacyjnych. Dotyczy to zarówno pojedynczych œcian, pok³adów wêgla, poziomów wydobywczych, czy ³¹cz¹cych siê kopalñ. Wraz ze zmniejszaj¹c¹ siê liczb¹ czynnych œcian, wybieranych pok³adów, poziomów czy kopalñ winna siê zwiêkszaæ wielkoœæ jednostkowego wydobycia. Uzyskanie odpowiedniej wielkoœci wydobycia zale y od wielu czêsto wzajemnie powi¹zanych czynników geologiczno-górniczych i techniczno-organizacyjnych. Po ¹dane efekty determinuj¹ nie tylko w³aœciwie zaprojektowane systemy eks-

11 ploatacji, ale wynikaj¹ przede wszystkim z korzystnych uwarunkowañ w zaleganiu z³o a. Tymczasem, jak ju zaznaczono, wydobywanie wêgla kamiennego coraz czêœciej przebiegaæ bêdzie w z³o onych warunkach geologiczno-górniczych. Eksploatacja prowadzona bêdzie na coraz wiêkszych g³êbokoœciach, w rejonach zaburzeñ tektonicznych, w obszarach oddzia- ³ywania zasz³oœci eksploatacyjnych, w filarach ochronnych obiektów podziemnych i powierzchniowych, czy w rejonach o du ej metanonoœnoœci i trudnych warunkach klimatycznych. Uzyskiwanie coraz wiêkszego wydobycia ze œcian bêdzie równie utrudnione miêdzy innymi poprzez potrzeby ograniczania prêdkoœci frontu eksploatacyjnego z uwagi na zagro enie t¹paniami, zagro enie metanowe czy ochronê powierzchni b¹dÿ te poprzez zmniejszenie d³ugoœci œcian ze wzglêdu na zagro enie po arowe. Trzeba zatem stwierdziæ, i op³acalne ekonomicznie utrzymanie wysokiej koncentracji wydobycia sprzyjaæ bêdzie intensyfikacji zagro eñ naturalnych, zw³aszcza metanowego, klimatycznego i t¹paniami. Eksploatacja podpoziomowa Bêd¹ca efektem ograniczenia nak³adów na roboty udostêpniaj¹ce eksploatacja podpoziomowa prowadzona jest w na coraz wiêksz¹ skalê. Obeclnie na 33 kopalnie wêgla kamiennego 27 prowadzi wybieranie poni ej poziomu udostêpnienia, a z podpoziomów pozyskiwane jest 55% ca³kowitego wydobycia [2]. G³êbokoœæ podpoziomów siêga nawet do 200 m, a udzia³ wydobycia z podpoziomów o g³êbokoœci powy ej 170 m wynosi oko³o 20%. Prowadzenie eksploatacji podpoziomowej jakkolwiek pozwala na szybkie rozpoczêcie eksploatacji poni ej czynnych poziomów, dopuszcza niestety mo liwoœæ odwrócenia pr¹du powietrza w przypadku wyst¹pienia po aru [10]. Wprawdzie wybieranie z³o a poni ej poziomu udostêpnienia zasadniczo nie wp³ywa na wzrost wielkoœci zagro eñ naturalnych, to mo e mieæ niekorzystny wp³yw na skutki ich wystêpowania. Dotyczy to zw³aszcza wyst¹pienia po aru, wybuchów metanu i py³u wêglowego, t¹pniêcia czy wdarcia wody [2]. Niew¹tpliwym czynnikiem poprawiaj¹cym bezpieczeñstwo eksploatacji podpoziomowej jest dobór odpowiedniego sposobu przewietrzania oraz stosowanie ci¹g³ego monitoringu wentylacji i zagro eñ naturalnych. Ochrona œrodowiska Oddzia³ywanie eksploatacji z³ó wêgla kamiennego wywo³uje niekorzystne zmiany œrodowiska naturalnego, przejawiaj¹ce siê miêdzy innymi przez: deformacje powierzchni, przekszta³cenia hydrogeologiczne, wytwarzanie ska³ p³onnych i odpadów górniczych, zanieczyszczenie wody i powietrza czy generowanie oddzia³ywuj¹cych na powierzchniê wstrz¹sów górotworu. Ograniczenie wp³ywów eksploatacji na powierzchniê terenu, w szczególnoœci w rejonach wymagaj¹cych ochrony obiektów zabudowy i infrastruktury, warunkuje dobór w³aœciwych parametrów wybierania, w tym zastosowania podsadzki w likwidacji zrobów. Jako materia³ do podsadzki, zarówno hydraulicznej czy suchej, mog¹ byæ wykorzystywane tak ska³y p³onne, jak i odpady górnicze. Mo liwoœci ograniczenia iloœci tych ska³ i odpadów daje ich lokowanie w podziemnych wyrobiskach górniczych. Trzeba zaznaczyæ, e istotne zna- 63

12 64 czenie dla zmniejszenia iloœci wydobywanych ska³ p³onnych ma odpowiednie projektowanie robót udostêpniaj¹cych, skutkuj¹ce ograniczeniem d³ugoœci wyrobisk korytarzowych. Poniewa ska³y te w wielu przypadkach s¹ Ÿród³em szkodliwego promieniowania jonizuj¹cego, st¹d tak wa ne jest ograniczenie ich wydobywania na powierzchniê. Tak e redukcjê zanieczyszczenia wód powierzchniowych mo na równie uzyskaæ przez lokowanie zasolonych wód podziemnych w zrobach na dole kopalñ. Wody te mo na lokowaæ wraz z odpadami energetycznymi czy poflotacyjnymi [16], co ma to tak e istotne znaczenie z uwagi na ich promieniotwórczoœæ. Nadmierne wydzielanie siê uwolnionego w podziemnych wyrobiskach górniczych metanu zanieczyszcza atmosferê, przyczyniaj¹c siê do zwiêkszenia efektu cieplarnianego. St¹d te zwiêkszenie iloœci ujmowanego metanu w procesie odmetanowania górotworu pozwoli na redukcjê jego emisji do atmosfery oraz pozwoli na jego gospodarcze wykorzystanie, Jednym z niekorzystnych przejawów sejsmicznoœci generowanej prowadzon¹ eksploatacj¹ górnicz¹ s¹ oddzia³ywania dynamiczne na powierzchniê, które w postaci drgañ gruntu mog¹ w niektórych przypadkach powodowaæ uszkodzenia obiektów powierzchniowych, a bêd¹c odczuwalne przez ludzi, mog¹ staæ Ÿród³em ich dyskomfortu psychicznego [5]. Wa ne jest zatem, by profilaktyka zagro enia wstrz¹sami i t¹paniami uwzglêdnia³a nie tylko bezpieczeñstwo na dole kopalni, ale równie bezpieczeñstwo powszechne na powierzchni. Poniewa na œrodowisko naturalne niekorzystnie wp³ywaj¹ miêdzy innymi takie zagro enia naturalne jak wodne, metanowe i t¹paniami, to odpowiednia profilaktyka tych zagro eñ bêdzie sprzyjaæ ochronie œrodowiska naturalnego. Z uwagi na szerokie ostatnio zainteresowanie mo liwoœci¹ perspektywicznego zastosowania podziemnego zgazowania wêgla, nale y mieæ na uwadze wp³yw tej technologii na œrodowisko naturalne. Jak wykazuj¹ bowiem dotychczasowe doœwiadczenia w skali przemys³owej, podziemne zgazowanie mo e prowadziæ do znacznej degradacji tego œrodowiska [14] Kierunki rozwoju, cele szczegó³owe oraz kierunki prac badawczych w zakresie technologii podziemnej eksploatacji z³ó Kierunki rozwoju technologii podziemnej eksploatacji z³ó Analiza perspektywicznych uwarunkowañ wybierania wêgla kamiennego w Polsce wraz z ocen¹ aktualnego stanu technologii górniczych pozwala sformu³owaæ podstawowe kierunki rozwoju technologii podziemnej eksploatacji z³ó wêgla kamiennego. Do najistotniejszych z nich nale y zaliczyæ [15]: Modyfikacjê prowadzenia robót udostêpniaj¹cych i przygotowawczych poprzez: zwiêkszenie postêpów dr¹ enia wyrobisk, obni enie aktualnie du ej materia³och³onnoœci obudów wyrobisk, poprawê warunków bezpieczeñstwa wykonywania i utrzymywania wyrobisk. Dalsze doskonalenie systemów œcianowych ze szczególnym uwzglêdnieniem: niezawodnoœci poszczególnych elementów wyposa enia,

13 modyfikacji wykonywania i poprawy warunków utrzymania wyrobisk przyœcianowych, w tym skrzy owañ ze œcian¹, lepszego dostosowania do warunków zagro eñ naturalnych, zw³aszcza zagro- enia t¹paniami, po arowego i metanowego, stosowania zdalnych systemów sterowania i automatyki. Szersze wprowadzenia istniej¹cych lub opracowania nowych technologii umo liwiaj¹cych efektywne wybieranie: obszarów resztkowych oraz uwolnionych filarów ochronnych i granicznych, rejonów pod obiektami infrastruktury powierzchniowej z zachowaniem wymogów ochrony powierzchni, pok³adów cienkich, pok³adów grubych o du ych nachyleniach. Rozwój istniej¹cych i wprowadzanie nowych systemów pomiarowo-obserwacyjnych dla monitorowania takich zagro eñ naturalnych, jak: po arowe, metanowe i t¹paniami. Rozwój systemów klimatyzacji zwi¹zany z koniecznoœci¹ prowadzenia eksploatacji na coraz wiêkszych g³êbokoœciach. Wypracowanie nowych metod profilaktyki zagro eñ naturalnych oraz najmniej kolizyjnych zasad profilaktyki przy wspó³wystêpowaniu zagro eñ. Zwiêkszenie gospodarczego wykorzystania zasobów metanu. Podjecie dzia³añ, co do mo liwoœci zastosowania podziemnego zgazowania wêgla. Cele szczegó³owe podziemnej eksploatacji z³ó Na podstawie sformu³owanych kierunków rozwoju, dla potrzeb ankiety zrealizowanej w ramach projektu foresight wêglowy, okreœlono cele szczegó³owe w obszarze technologii podziemnej eksploatacji z³ó. Nale ¹ do nich: Poprawa warunków bezpieczeñstwa wykonywania i utrzymywania wyrobisk korytarzowych. Dostosowanie systemów eksploatacji do warunków zagro eñ naturalnych. Doskonalenie istniej¹cych i wypracowanie nowych metod profilaktyki zagro eñ naturalnych oraz najmniej kolizyjnych zasad profilaktyki zagro eñ skojarzonych. Ograniczenie oddzia³ywania eksploatacji na œrodowisko naturalne. Wprowadzenie technologii umo liwiaj¹cych efektywne wybieranie pok³adów cienkich, obszarów resztkowych oraz pok³adów silnie nachylonych i stromych. Doskonalenie systemów œcianowych ze szczególnym uwzglêdnieniem niezawodnoœci poszczególnych elementów wyposa enia. Modyfikacja sposobów wykonywania i poprawa warunków utrzymania wyrobisk przyœcianowych, w tym skrzy owania ze œcian¹. Obni enie kosztów dr¹ enia i materia³och³onnoœci obudów wyrobisk korytarzowych. Doskonalenie parametrów systemów œcianowych w celu utrzymania wysokiej koncentracji wydobycia. 65

14 66 Wprowadzenie technologii umo liwiaj¹cych efektywne wybieranie pok³adów w rejonach pod obiektami infrastruktury powierzchniowej. Zwiêkszenie gospodarczego wykorzystania zasobów metanu. Wprowadzenie niekonwencjonalnych systemów eksploatacji, w tym podziemnego zgazowania wêgla. Kolejnoœæ przedstawionych celów jest zgodna z ocen¹ ich wa noœci, wynikaj¹c¹ z rezultatów ankiety [15]. Kierunki prac badawczych Adekwatny do uwarunkowañ rozwój technologii eksploatacji wêgla kamiennego wymagaæ bêdzie wsparcia nauki górniczej, st¹d nieodzownym jest prowadzenie zgodnych z kierunkami tego rozwoju prac badawczych. Powinny do nich nale eæ [15]: Rozwój metod i œrodków zapewniaj¹cych bezpieczeñstwo oraz umo liwiaj¹cych utrzymanie wysokiej koncentracji wydobycia w warunkach intensyfikacji zagro eñ naturalnych (zagro enie t¹paniami, metanowe i klimatyczne). Rozwój istniej¹cych oraz wprowadzanie nowych metod prognozowania i monitorowania zagro eñ naturalnych (wstrz¹sami i t¹paniami, po arowego i metanowego). Rozwój systemów wentylacji i klimatyzacji wyrobisk na du ych g³êbokoœciach. Wypracowanie nowych metod pasywnego i aktywnego zwalczania zagro eñ naturalnych oraz najmniej kolizyjnych zasad profilaktyki zagro eñ skojarzonych. Modyfikacja sposobów prowadzenia wyrobisk korytarzowych w aspekcie zwiêkszenia postêpów i zmniejszenia kosztów dr¹ enia oraz poprawy warunków ich utrzymania. Rozwój technologii górniczych korzystnych dla ochrony œrodowiska (gospodarcze wykorzystanie metanu, lokowanie odpadów, ograniczenie wp³ywów na powierzchniê, bezpieczeñstwo powszechne). Doskonalenie technologii wybierania z³o a w rejonach znajduj¹cych siê pod obiektami infrastruktury powierzchniowej. Rozwój krótkofrontowych systemów eksploatacji pozwalaj¹cych na efektywne wybieranie obszarów resztkowych i uwolnionych filarów szybów. Rozwój technologii efektywnego wybierania pok³adów cienkich. Optymalizacja sposobów przygotowania pól œcianowych wyrobiskami jednolub wielonitkowymi oraz opracowanie efektywniejszych sposobów zabezpieczenia skrzy owania œciany z wyrobiskiem przyœcianowym, w tym jego utrzymywania w otoczeniu zrobów. Optymalizacja œcianowych systemów eksploatacji w sytuacjach wystêpowania skrêpowanych warunków geologiczno-górniczych (zaburzenia sedymentacyjne i tektoniczne, zasz³oœci eksploatacyjne, filary ochronne, wymogi ochrony powierzchni, zagro enia naturalne). Rozwój technologii efektywnego wybierania pok³adów silnie nachylonych i stromych. Rozwój technologii podziemnego zgazowania wêgla.

15 Trzeba zaznaczyæ, e tak jak dla celów szczegó³owych, kolejnoœæ wymienionych kierunków jest zgodna z bêd¹c¹ wynikiem ankiety ocen¹ ich wa noœci [15]. 67 Podsumowanie W oparciu o przedstawione uwarunkowania i kierunki rozwoju technologii górniczych oraz na podstawie wyników przeprowadzonej w ramach projektu foresight wêglowy ankiety, mo na sformu³owaæ nastêpuj¹ce scenariusze rozwoju technologii podziemnej technologii eksploatacji z³ó wêgla kamiennego [15]. Z uwagi na mo liwoœci kompleksowej mechanizacji procesu eksploatacji pok³adu, jego efektywnoœæ oraz zapewnienie bezpieczeñstwa zatrudnionej za³ogi podstawowym systemem eksploatacji w kopalniach wêgla kamiennego pozostanie system œcianowy. Bêdzie to najczêœciej system w odmianie pod³u nej z zawa³owym sposobem likwidacji zrobów. Znaczne sczerpywanie w wielu kopalniach zasobów w pok³adach œrednich i grubych spowoduje koniecznoœæ siêgniêcia do zaniechanych ze wzglêdów ekonomiczno-technologicznych sporych zasobów w pok³adach cienkich. Przy wybieraniu tych pok³adów coraz czêœciej stosowane bêd¹ strugi wêglowe, zastosowanie których umo - liwia obecnie osi¹gniêcie wysokiej koncentracji wydobycia ze œciany. Ograniczone znaczenie w rozwoju technologii górniczych bêd¹ mieæ systemy z podsadzk¹, stosowanie których limituj¹ koszty eksploatacji. Podsadzka bêdzie jednak nadal stosowana przy eksploatacji pok³adów grubych na warstwy oraz przy wybieraniu filarów ochronnych obiektów powierzchniowych, w tym autostrad. Sukcesywne sczerpywanie z³o a wêgla kamiennego, wymusi na zak³adach górniczych siêgniêcie po zasoby uwiêzione w obszarach resztkowych, w filarach ochronnych czy filarach granicznych kopalñ. Racjonalne wykorzystanie tych zasobów u³atwi¹ dzia³ania dotycz¹ce ³¹czenia kopalñ i zmiany granic eksploatacyjnych. Istotne znaczenie przy wybieraniu tych czêœci z³o a bêdê mieæ systemy krótkofrontowe, poœród których najbardziej w³aœciwym wydaj¹ siê byæ wdro one ju systemy ubierkowy i chodnikowy. Pomimo swej innowacyjnoœci technologia podziemnego zgazowania wêgla nie zostanie w najbli szych latach w pe³ni zastosowana. Okreœlenie uwarunkowañ wdro enia podziemnego zgazowania wêgla kamiennego w Polsce oraz opracowanie w³aœciwej dla nich technologii winno byæ jednak e przedmiotem prac badawczo-rozwojowych. Z punktu widzenia procesu wybierania istotne znaczenie bêdzie mieæ technologia przewietrzania wyrobisk eksploatacyjnych, w szczególnoœci w aspekcie przewidywanego wzrostu poziomu zagro eñ metanowego, po arowego i klimatycznego. St¹d te w zakresie wentylacji prowadzone bêd¹ dzia³ania zwalczania tych zagro eñ, zw³aszcza z uwagi na ich wzajemne oddzia³ywanie.

16 68 W trakcie przysz³ej eksploatacji nast¹pi intensyfikacja wystêpowania zagro eñ naturalnych: t¹paniami, metanowego, po arami, klimatycznego oraz wyrzutami gazów i ska³. Przyczyni siê to do rozwoju metod monitorowania i ograniczania wielkoœci tych zagro eñ. Istotna w doborze profilaktyk wspó³wystêpuj¹cych ze sob¹ zagro eñ bêdzie mo liwie najmniejsza ich kolizyjnoœæ. Racjonalny, efektywny i bezpieczny rozwój technologii podziemnej eksploatacji z³ó determinowaæ bêdzie realizacja zgodnych z przedstawionym scenariuszem prac badawczo- -rozwojowych. Analizuj¹c projekty foresight zrealizowane w obszarze przemys³u wydobywczego w œwiecie [13], w raporcie dotycz¹cym rozwoju technologii górniczej w Stanach Zjednoczonych Przysz³oœæ zaczyna siê od górnictwa, mo na przeczytaæ, e nowoczesny przemys³ ma siê charakteryzowaæ nie tylko wysok¹ wydajnoœci¹ i niskimi kosztami, ale przede wszystkim pe³nym bezpieczeñstwem. Niech ta konkluzja stanowi puentê dla przedstawionych kierunków rozwoju i priorytetów badawczych w polskim górnictwie wêgla kamiennego. Publikacja zosta³a opracowana w ramach projektu nr WKP_1/1.4.5/2/2006/9/12/590/2006/U pt.: Scenariusze rozwoju technologicznego przemys³u wydobywczego wêgla kamiennego, wspó³finansowanego z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego. LITERATURA [1] B a r a ñ s k i A., 2007 Analiza dokumentacji zadañ nr 1 i 2 opracowanych w ramach projektu foresight wêglowy pt. Scenariusze rozwoju technologicznego przemys³u wydobywczego wêgla kamiennego oraz opracowanie za³o eñ do scenariuszy rozwoju technologicznego. Katowice (niepublikowane). [2] B u c h w a l d P., 2007 Polskie górnictwo w I dekadzie XXI wieku wyzwania i zagro enia. Polityka Energetyczna t. 10, z. spec. 1, Wyd. IGSMiE PAN, Kraków. [3] B u r t a n Z., C h l e b o w s k i D., 2007 Poziom zagro enia sejsmicznego w kopalniach wêgla kamiennego a prowadzenie eksploatacji w warunkach skrêpowanych. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa nr 9 (440), Katowice. [4] D u b i ñ s k i J., T a j d u œ A., 2007 Nowe wyzwania dla nauki górniczej w œwietle przysz³ych potrzeb gospodarki polskiej. Polityka Energetyczna t 10, z. spec. 1, Wyd. IGSMiE PAN, Kraków. [5] I m i e l a J., 2007 Analiza dokumentacji zadania 1 zrealizowanego w ramach projektu pt. Scenariusze rozwoju technologicznego przemys³u wydobywczego wêgla kamiennego, Katowice (niepubl.). [6] Konopko W.,2006 Zagro enia naturalne w kopalniach wêgla kamiennego stan aktualny i tendencje zmian. Szko³a Eksploatacji Podziemnej, Wyd. IGSMiE PAN, Kraków. [7] K r z y o w s k i A., 2007 Opracowanie perspektywicznej oceny mo liwoœci wybierania obszarów resztkowych (filarów ochronnych, filarów oporowych, resztek eksploatacyjnych) w górnictwie wêgla kamiennego. Praca zrealizowana w ramach projektu foresight wêglowy pt. Scenariusze rozwoju technologicznego przemys³u wydobywczego wêgla kamiennego, Katowice (niepubl.). [8] L i t w a P., M e n z e l W., 2007 Czy mo liwe jest prowadzenie eksploatacji wêgla kamiennego w GZW w warunkach skrêpowanych. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa nr 9 (440), Katowice.

17 69 [9] M a j c h e r M., B a r a ñ s k i A., 2007 Ocena zasobów z³ó wêgla kamiennego kopalñ Kompanii Wêglowej S.A. w aspekcie eksploatacji wêgla w filarach szybów przewidzianych do likwidacji oraz w rejonach przygranicznych kopalñ. Praca zrealizowana w ramach projektu foresight wêglowy pt. Scenariusze rozwoju technologicznego przemys³u wydobywczego wêgla kamiennego. Katowice (niepublikowane). [10] M a t u s z e w s k i K., 2006 Planowanie eksploatacji podpoziomowej w warunkach zagro eñ górniczych. Wiadomoœci Górnicze nr 11, Katowice. [11] Stan bezpieczeñstwa i higieny pracy w górnictwie w 2006 roku Wy szy Urz¹d Górniczy, Katowice. [12] Sprawozdanie z realizacji Zadania Analiza bilansu surowcowego wêgla kamiennego wykonanego w ramach projektu foresight wêglowy pt. Scenariusze rozwoju technologicznego przemys³u wydobywczego wêgla kamiennego Kraków (niepublikowane). [13] Sprawozdanie z realizacji Zadania 2 Przegl¹d i analiza projektów foresight zrealizowanych w obszarze przemys³u wydobywczego na œwiecie wykonanego w ramach projektu foresight wêglowy pt. Scenariusze rozwoju technologicznego przemys³u wydobywczego wêgla kamiennego, 2006, Kraków (niepublikowane). [14] Sprawozdanie z realizacji Zadania Ocena innowacyjnoœci stosowanych technologii eksploatacji wêgla kamiennego wykonanego w ramach projektu foresight wêglowy pt. Scenariusze rozwoju technologicznego przemys³u wydobywczego wêgla kamiennego, 2007, Kraków (niepublikowane). [15] Sprawozdanie z realizacji Zadania 4.1 Scenariusze rozwoju technologii podziemnej eksploatacji z³ó wêgla kamiennego wykonanego w ramach projektu foresight wêglowy pt. Scenariusze rozwoju technologicznego przemys³u wydobywczego wêgla kamiennego, 2007, Kraków (niepublikowane). [16] T o r A., 2007 Opracowanie innowacyjnoœci stosowanych technologii eksploatacji wêgla kamiennego w Jastrzêbskiej Spó³ce Wêglowej. Praca zrealizowana w ramach projektu foresight wêglowy pt. Scenariusze rozwoju technologicznego przemys³u wydobywczego wêgla kamiennego, Katowice (niepublikowane). [17] Z o r y c h t a A., B u r t a n Z., 2004 Wp³yw zasz³oœci eksploatacyjnych na kszta³towanie siê stanu naprê- enia w warstwie wstrz¹sogennej. XI Miêdzynarodowe Sympozjum Geotechnika 2004, Zeszyt Specjalny Wydzia³u Górnictwa i Geologii Politechniki Œl¹skiej, Gliwice. [18] Zorychta A.,Burtan Z.,Chlebowski D.,2007 Wielkoœæ zagro enia sejsmicznego w s¹siedztwie zaburzeñ uskokowych o du ych zrzutach. Miêdzynarodowa Konferencja VIII Szko³a Geomechaniki Zeszyt Specjalny Wydzia³u Górnictwa i Geologii Politechniki Œl¹skiej, Gliwice. UWARUNKOWANIA I KIERUNKI ROZWOJU TECHNOLOGII PODZIEMNEJ EKSPLOATACJI Z Ó W POLSKIM GÓRNICTWIE WÊGLA KAMIENNEGO S³owa kluczowe Górnictwo wêgla kamiennego, warunki geologiczno-górnicze, zagro enia naturalne, technologia podziemnej eksploatacji z³ó Streszczenie Realizacja projektu foresight Scenariusze rozwoju technologicznego przemys³u wydobywczego wêgla kamiennego pozwoli³a na okreœlenie uwarunkowañ rozwoju technologii podziemnej eksploatacji z³ó wêgla kamiennego w Polsce. W artykule przeprowadzono analizê warunków geologiczno-górniczych charakteryzuj¹cych perspektywiczne zasoby z³ó wêgla kamiennego oraz czynników technologicznych determinuj¹cych mo liwoœæ ich zagospodarowania. Ocena ta pozwoli³a na sformu³owanie kierunków rozwoju technologii podziemnej eksploatacji z³ó wêgla kamiennego oraz wyznaczenie umo liwiaj¹cych ich realizacjê kierunków prac badawczych.

18 70 CONDITIONS AND FUTURE DIRECTIONS FOR TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS IN THE COAL MINING SECTOR IN POLAND Key words Coal mining, geological and mining conditions, mining natural hazards, underground exploitation technology Abstract The research project Scenarios of technological development in the coal mining sector in Poland allowed defining conditions for further developments of the coal mining sector in Poland. The paper reviews the geological and mining conditions, prospective coal resources and technical conditions. Geological parameters include: mining depth, seam thickness and inclination, physical and geomechanical properties of rock, tectonic disturbances. Mining conditions to be considered include the natural hazards: methane, fire hazard, climate, coal bursts, mining tremors and gas outbursts. Other major determinants are: occurrence of mining remnants, shaft pillars, surface protection requirements, presence of boundary pillars between two underground collieries. The way the deposit is situated as well as the geological conditions and the mining method may produce impacts on the level of natural hazards: methane hazard, fire, adverse climatic conditions, tremors, rock bursts and rock and gas outbursts. Technological, organization, social and economic factors include: the mining method, concentration of mining production, sub-level mining and environment protection. The assessment of future conditions and the current state of mining technology reveals the major trends in developments of technologies for underground mining. The major issues are: Improved safety of road heading and maintenance of headings; Adopting the mining method appropriate to level of natural hazards; Improvement and development of new preventive measures to mitigate natural hazards, finding the best methods to control combined hazards; Limiting the environmental impacts of mining activities; New technologies of mining thin seams, residue zones, inclined seams; Development of longwall mining systems to ensure the required reliability levels; Improvement of longwall system parameters to ensure the concentration of production; New technologies of mining in areas under civil engineering structures; Improved methane recovery; Potentials of underground coal gasification. Rational, effective and safe development of underground mining technologies shall be prompted by research work in the indicated areas.