PROBLEMY HYDROGEOLOGICZNE GÓRNICTWA RUD MIEDZI, WSKAŹNIKI ZAWODNIENIA KOPALŃ

Transkrypt

1 STANISŁAW DOWNOROWICZ Rudy etale R nr 3 UKD (438):622.5:556.3 PROBLEY HYDROGEOLOGICZNE GÓRNICTWA RUD IEDZI, WSKAŹNIKI ZAWODNIENIA KOPALŃ Przedstawiono zwięzłą charakterystyką hydrogeologiczną struktur geologicznych, w obrąbie których było lub jest prowadzone wydobycie rud miedzi oraz podano parametry hydrogeologiczne kopalń starego i nowego zagłębia. Słowa kluczowe: złoże rud miedzi, warunki hydrogeologiczne, górnictwo polskie. HYDROGEOLOGICAL PROBLES OF COPPER ORE INING, INDICES OF WATER INFLOW IN INES Hydrogeological characteristic s ofgeological structures, within which copper are was or is being mined, has beenpresented in brief. Hydrogeological parameters ofmines in the old and new basins are given. Key words: copper ore deposit, hydrogeological conditions, mining in Poland. Wstęp Rodzaj i skala problemów hydrogeologicznych występujących w polskim górnictwie rud miedzi są pochodnymi: 1 budowy strukturalno-geologicznej i hydrogeologicznej obszaru złożowego, 2 modelu przestrzennego kopalń, 3 stosowanych technologii i faz udostępnienia złoża, 4 infrastruktury technicznej zakładu górniczego, 5 uwarunkowań przestrzennych, w tym zagospodarowania komunalnego, przemysłowego i rolniczego terenów wokół zakładu górniczego. Kopalnie rud miedzi, zarówno na terenie starego, jak i nowego zagłębia miedziowego, budowane były w obrębie podobnych skał osadowych, występujących w profilu geologicznym synkliny złotoryjskiej i grodzieckiej,będących subjednostkami niecki północnosudeckiej, oraz w obrębie środkowej części monokliny przedsudeckiej. Złoża w tych strukturach geologicznych występują w spągowych partiach skał cechsztyńskich, zalegających na bardzo słabo wodonośnych piaskowcach czerwonego spągowca. O ile złoże na monoklinie przedsudeckiej zalega bezpośrednio na utworach czerwonego spągowca, to na terenie synkliny grodzkiej złoże występuje na ok. 30^-40-metrowym pakiecie warstw margli plamistych, rozprzestrzenionych na ok. 75 % powierzchni złoża. We wszystkich obszarach miedzionośnych źródłem zagrożenia wodnego dla robót udostępniających i przygotowawczych są przeważające wody pochodzące z nieciągłości strukturalnych, występujących w obrębie osadowych skał pod- i nadzłożowych, takich jak spękania w obrębie warstw, szczeliny w strefach przyuskokowych, szczeliny uskokowe, systemy mikro- i makroporów o dynamicznym charakterze przestrzeni porowej, mikrokawerny i kawerny diagenetyczne (procesy dolomityzacji), makrokawerny krasowe rozwinięte głównie w obrębie podkenozoicznych wychodni cechsztynu i w strefach mocno zdyslokowanych, często wypełnione materiałem rezidualnym. Na terenie starego zagłębia wody te są zasilane bezpośrednio wodami opadowymi infiltrującymi poprzez przepuszczalne osady czwartorzędu. Na obszarze złożowym monokliny przedsudeckiej wody opadowe infiltrujące w podłoże czwartorzędowe są izolowane rozległym, o charakterze regionalnym, pakietem iłów plioceńskich (poznańskich) od głębszych poziomów wodonośnych piętra trzeciorzędowego, triasowego i permskiego i tym samym od wpływów hydrodynamicznych drenażu złoża. Na terenie synkliny grodzieckiej głównym kolektorem wodonośnym, stwarzającym zagrożenie dla robót górniczych jest zespół warstw węglanowych środkowego cechsztynu. Wody tego kolektora były źródłem wielu niekontrolowanych wypływów awaryjnych do wyrobisk górniczych. Doświadczenia zdobyte przy zwalczaniu zagrożenia wodnego w kopalniach synkliny grodzieckiej, były podstawą do opracowania profilaktyki technicznej, ujętej w kolejno aktualizowanych instrukcjach i przepisach prowadzenia robót górniczych udostępniających i eksploatacyjnych w górnictwie rud. Drugi zespół problemów doświadczonych na terenie starego zagłębia miedziowego, tj. w obszarze synkliny grodzieckiej, jest związany z rozwojem wpływów drenażu złoża na stosunki wodne regionu. W wyniku odwadniania złoża i wodonośnego poziomu czwartorzędowego, wytworzył się rozległy lej depresji, o powierzchni ponad 24 km, z główną osią tego leja przebiegającą wzdłuż wychodni środkowego cechsztynu. Rozwojowi tego leja towarzyszyły zapadliska powierzchni terenu w miejscach intensywniejszego występowania kawern krasowych. Towarzyszące zaniki wód w użytkowym czwartorzędowym poziomie wodonośnym, spowodowały konieczność dostawy wody pitnej dla regionu. Wodę tę dostarczano z ujęć o niezbędnych wydajnościach wykonanych w wyrobiskach górniczych. Ujmowana woda pod względem jakości odpowiadała obowiązującym normom. Innymi ważkimi problemami w starym zagłębiu miedziowym były składowiska odpadów poflotacyjnych. Składowisko nr 2 przy ZG LENA po uruchomieniu jego eksploatacji wykazywało poważne nieszczelności zapory, stwarzające poważne zagrożenie dla jej stateczności. Po zastosowaniu namy wu marglistych odpadów na skarpę odwodną zapory, infiltrację i wycieki wody ze skarpy odpowietrznej zapory opanowano. Najbardziej groźne i dotkliwe w skutkach doświadczenia wystąpiły w ZG KONRAD, w których to w 1967 r. nastąpiło przerwanie zapory ziemnej składowiska lwiny i przelanie się upłynnionych odpadów poflotacyjnych do doliny rzeki Bobrzycy, a następnie do rzeki Bóbr. Powodem awarii były błędy technologiczno-eksploatacyjne składowiska i tzw. czynnik ludzki. Dr inż. Stanisław Downorowrcz Przedsiębiorstwo Konsultingowe HYDROGEOETAL. Lubin. 126

2 W wyniku tej katastrofy zaostrzone zostały rygory inwestycyjno-eksploatacyjne dla realizowanego składowiska Gilów, a następnie Żelazny ost na terenie nowego zagłębia miedziowego. Innym dotkliwym błędem związanym z kopalnią KONRAD było jej zatopienie bez wnikliwszego przygotowania projektowo- -dokumentacyjnego, co doprowadziło do zanieczyszczenia ujmowanej wody i w konsekwencji do likwidacji zbudowanych ujęć na poziomie 830 metrów, zaopatrujących region i linię technologiczną butelkowania wody mineralnej w rejonie szybu K-l. Porównanie niektórych parametrów hydrogeologicznych kopalń rud miedzi starego i nowego zagłębia przedstawiono na rysunkach 1+6. Kopalnie synkliny złotoryjskiej Ogólna charakterystyka: powierzchnia udokumentowanego złoża 20,9 km 2, średnia zawartość Cu w złożu 0,6 %, okres eksploatacji złoża r., głębokość eksploatacji złoża ZG LENA do 320 m (l szyb), NOWY KOŚCIÓŁ do 100 m (l szyb), wielkość wydobycia ZG LENA średnio t/r., NOWY KOŚCIÓŁ do t/r. Parametry hydrogeologiczne kopalni LENA: dopływ wody: od 3,7 do 7,0 m 3 /min, średnio 4,6 m 3 /min, największy odnotowany dopływ do kopalń 15,5 m /min (1962 r.) ilość odprowadzonych wód z kopalni 85 km, wskaźnik zawodnienia kopalni od 3,1 do 6,1 m /t rudy, wskaźnik zawodnienia kopalni w przeliczeniu na tonę metalu od 516 do 1016m 3 /tcu. Parametry hydrogeologiczne kopalni NOWY KOŚCIÓŁ: dopływ wody: od l,4 do 5,2 m 3 /min., średnio 2,8 m 3 /min, ilość odprowadzonej wody z kopalni ok. 20 km 3, wskaźnik zawodnienia kopalni od 1,75 do 6,5 m 3 /t rudy, wskaźnik zawodnienia kopalni w przeliczeniu na l tonę metalu od291dol083m 3 /tcu. rrrtnin 42,5 4 36,0 3 27,0 2 15,5 1 8,0 4,0 Lubichow Rudna Polkowice Sieroszowice Rys. 1. aksymalne i uśrednione dopływy wody do kopalń rud miedzi Fig. 1. aximal and averaged water inflows into copper ore mines nx 10 s m 80 3 ' B «: ,5 350,8?-ll " ^.,-s^i ,\ & 20 m -, 29,13 Lubichow 13,14.'," Lubin 31,6 11,7 " ^'-^-"i*,. Rudna Polkowice Sieroszowice Rys. 2. Sumaryczna ilość wody odprowadzonej z kopalń rud miedzi (stan r.) Fig. 2. Oyerall volume of water drained from copper ore mines (figures for ) 127

3 ' nf/t rudy 16,0 16,0 12,0 12,3 8,0 6,1 6,5 n1 S.7,3.. : 4,0 jsil-,..:. " ' "'' Lubi chów 1,284 Lubin 2,26 0,103 Rudna Polkowice onoklina przed sudecka 0,227 Sieroszowice Rys. 3. aksymalne i uśrednione wskaźniki dopływu wody do kopalń w przeliczeniu na tonę wydobytej rudy Fig. 3. aximum and averaged indices of water inflows to copper ore mines per l ton of ore output Q/tCu Lubichow Rys. 4. Wskaźniki ilości odprowadzonej wody z kopalń w przeliczeniu na tonę miedzi zawartej w wydobytej rudzie Fig. 4. Indices of the amount of water drained from mines per l ton of copper contained in the ore mined Kopalnie synkliny grodzieckiej Ogólna charakterystyka: powierzchniaoggrodziecilubichów łącznie 64,71 km 2, udokumentowane zasoby rudy na powierzchni 34 km, miąższość złoża od 0,5 do 2,1 m, średnio 1,39 m zawartość metalu od 0,5 do 1,5 % Cu, średnio 0,8-1,0 % Cu, nie udostępnione złoże Wartowice zalega od 850 m do 1250 m, Kopalnia KONRAD (3 szyby), wydobycie 1,2-1,4 min t/r., eksploatacja złoża do głębokości 830 m, LUBICHOW (4 szyby), wydobycie do 220 tyś. t/r., eksploatacja złoża do głębokości 310 m, UPADOWA GRODZIEC podrzędne znaczenie. Parametry hydrogeologiczne kopalni KONRAD: dopływ wody: średnio 31-32,5 m /min., maksymalnie 42,5 m /min, maksymalny dopływ roczny: m /r., wskaźnik zawodnienia kopalni 1953 r. 16m 3 /trudy, 1966 r. 6,5 m 3 /t rudy, wskaźnik zawodnienia kopalni w przeliczeniu na tonę metalu do 1994 m 3 /t Cu, ilość odprowadzonej wody z kopalni > 0,80 km 3. Parametry hydrogeologiczne kopalni LUBICHOW: dopływ wody - do kilku m /min, wskaźnik zawodnienia kopalni r. 12,3 m 3 /t rudy, 1962 r. 7,8 m 3 /t rudy, wskaźnik zawodnienia kopalni w przeliczeniu na tonę metalu 709 m 3 /t Cu. Parametry hydrogeologiczne kopalni UPADOWA GRODZIEC: średni dopływ wody 2,5 m 3 /min. 128

4 kg /t rudy 4 34,0 37,59 3 "^: w. % '" -ŚK ^ 2 1 Wody kopalniane o mineralizacji <0,5g/dm :! Nowy Kościół Synkiina złotoryjska Lubichów Synklina g radziecka 4,17 :. :"?' '-.?~>. ';\ 7,76 H jy Wody Kopalniane o mineralizacji 200>>0,5g/dm' Lubin Rudna Polkowice Sieroszowice Rys. 5. Uśredniony wskaźnik ilości związków mineralnych () rozpuszczonych w wodzie kopalnianej w przeliczeniu na l tonę wydobytej rudy Fig. 5. Averaged index of the amount of minerał compounds () dissolved in a minę water per l ton of a mined ore kg /t Cu , ,20 VŻ ''yjjjl *>;.«80 40 Wody kopalniane o mineralizacji <0,5g/drrf Nowy Kościół Lubichów.,,,; ""m 393,73 320,53 '.;«: :Ą y-yjp* Wody kopalniane o mineralizacji 200>>0,5g/dm s Lubin Rudna Polkowice Sieroszowice Rys. 6. Uśredniony wskaźnik ilości związków mineralnych () rozpuszczonych w wodzie kopalnianej w przeliczeniu na l tonę Cu zawartej w wydobytej rudzie miedzi Fig. 6. Averaged index of the amount of minerał compounds () dissolved in a minę water per l ton of Cu contained in a mined ore Kopalnie monokliny przedsudeckiej budowa szybów w trudnych warunkach hydrogeologicznych z zastosowaniem głębokiego zamrażania skał (do 635 m) oraz Ogólna charakterystyka obszarów górniczych: iniekcji uszczelniających, 1 AŁOICE 75,50 km udostępniony, głębokość złoża udostępnianie złoża i zwalczanie zagrożenia wodnego w strefie m, 2 LUBIN 82,70 km 2 w końcowej fazie eksploatacji złoża, głębokość występowania złoża m, 3 POLKOWICE 75,65 km 2 w końcowej fazie eksploatacji złoża, głębokość zalegania złoża m, 4 RUDNA 75,60 km 2, udostępniony w całości, w eksploatacji, głębokość eksploatacji m, 5 SIEROSZOWICE 96,99 km 2, w trakcie rozcinania i w _ jego podtrzeciorzędowych wychodni, wysoka mineralizacja wód kopalnianych i duże ładunki soli odprowadzanych do układów technologicznych na powierzchni i wód powierzchniowych (Odra), osiadania powierzchni terenu w wyniku drenażu skał nadziożowych i eksploatacji złoża oraz związane z tym zmiany stosunków wodnych, racjonalizacja ochrony i eksploatacji zasobów wód pitnych w obrębie eksploatacji, głębokość m, poziomów użytkowych, 6 RADWANICE 61,40 km 2, częściowo rozcięty, głębokość _ inżynieria wodna związana z nadbudową składowiska odpadów złoża m (rozerwany), 7 GAWORZYCE 48,20 km 2, brak rozcinki złoża Łączna, powierzchnia obszarów górniczych ponad 516 km 2. poflotacyjnych ŻELAZNY OST, jego bezpieczną eksploatacją i minimalizacją wpływów na środowisko wodne. Parametry hydrogeologiczne kopalni LUBIN (2003 r.): Obszary rezerwowe o niskim stopniu zawodnienia złoża głębo- wydobycie rudy t/r. (ruda sucha r.s.), kiego (> 1200 m): Ścinawa, Retków, Głogów, Bytom Odrzański. zawartość metalu w rudzie 1,30 % Cu, Główna problematyka geologiczna: dopływ średni 15,856 m /min, 129

5 ilość odprowadzonych wód na powierzchnię m 3 /r., ilość wód odprowadzonych z kopalni narastająco od 1966 r m 3 = 0,329 km 3, średnia mineralizacja wody, 3,882 g/dm 3, CF 0,964 g/dm 3, S l,609 g/dm 3, ładunki soli odprowadzone na powierzchnię w ciągu roku t/r., Cl~ 4010 t/r., 2~ t/r., uśredniony wskaźnik zawodnienia kopalni w przeliczeniu na tonę Cu 98,80 m 3 /tcu, uśredniony wskaźnik zasolenia" rudy 4,167 kg/t rudy, uśredniony wskaźnik zasolenia" Cu 320,53 kg/t Cu. Parametry hydrogeologiczne kopalni RUDNA (2003 r.): wydobycie t/r., zawartość Cu w rudzie 2,36 % Cu, uśredniony dopływ wody z górotworu 2,256 m 3 /min, uśredniony dopływ łączny z wodą z górotworu i innych źródeł 6,623 m /min, ilość odprowadzonych wód z górotworu l m 3 /r., ilość wody z górotworu narastająco m, ładunek soli mineralnych: ,3 t/r., CP l ,2 t/r., " ,0 t/r., ładunek soli kopalnianych narastająco: ,31, Cl" ,61, S0 4 2 ~ ,3 t, wskaźnik zawodnienia kopalni 0,303 m /t rudy, wskaźnik zawodnienia złoża w przeliczeniu na l tonę Cu 4,379 m 3 /t Cu, wskaźnik jw. dla łącznych dopływów wody do kopalni 7,16m 3 /tcu, wskaźnik zasolenia" rudy 34,27 kg/t rudy, wskaźnik zasolenia" Cu 0,80 kg/t Cu, Parametry hydrogeologiczne kopalni POLKOWICE-SIE- ROSZOWICE (2003 r.): wydobycie rudy t/r., w tym kopalnia POLKOWI- CE t/r. (1,97 % Cu) i kopalnia SIEROSZOWICE t/r. (2,06 % Cu), średnia zawartość metalu w rudzie 2,01 % Cu, dopływ wody 27,49 m 3 /min., w tym kopalnia POLKOWICE 25,49 m 3 /min, kopalnia SIEROSZOWICE 2,00 m 3 /min., ogólny dopływ wody w 2003 r m /r., w tym kopalnia POLKOWICE m 3 /r., kopalnia SIERO- SZOWICE l m 3 /r., - dopływ narastająco (1966-^2003) m 3, w tym kopalnia POLKOWICE m 3, kopalnia SIERO- SZOWICE m 3, mineralizacja wody w kopalni POLKOWICE 3,43 g/dm 3, Cl' 0,616 g/dm 3, so. 2- l,80g/dm j mineralizacja wody w kopalni SIEROSZOWICE 165,69 g/dm 3, CI~ 98,12 g/dm 3, 2~ 2,00 g/dm 3, ładunek soli w 2003 r. POLKOWICE" -45 SIEROSZOWICE ,3 t/r., (POLKOWICE +SIEROSZOWICE) ' 7 t/r -> ładunek soli narastająco POLKOWICE-l ,11, SffiROSZOWICE ' 4 ' ^(POLKOWICE + SIEROSZOWICE) ,5 t, wskaźnik zawodnienia złoża (POLKOWICE + SIEROSZOWICE) 1,369 m 3 /t rudy, wskaźnik zawodnienia złoża w przeliczeniu na 11 Cu 68,13 m /t, wskaźnik zasolenia" rudy 20,8 kg/t rudy, wskaźnik zasolenia" Cu 0,418 kg/t Cu, Uśrednione parametry hydrogeologiczne dla zespołu kopalni monokliny przedsudeckiej (2003 r.): sumaryczny dopływ jednostkowy 45,602 m /min, ilość odprowadzonej wody z górotworu na powierzchnię m 3 /r ilość wody odprowadzonej na powierzchnię narastająco: m 3 /r., ładunek soli odprowadzony na powierzchnię w 2003 r t substancji rozpuszczonej/r., ładunek soli narastająco ,8 t substancji rozpuszczonej, wskaźnik zawodnienia kopalni 0,841 m /t rudy. Podsumowanie Z dokonanego przeglądu wskaźników wynika, iż kopalnie starego zagłębia miały wybitnie niekorzystne wskaźniki zawodnienia, wpływające negatywnie na efektywność wydobycia rudy. Wskaźnik zawodnienia dla kopalni rud miedzi monokliny przedsudeckiej waha się w granicach od 0,103 do 1,369 m 3 /t rudy, a średnio wynosi 0,841 m /t rudy, co oznacza korzystną wielkość tego parametru dla rachunku efektywności wydobycia. Wyliczone wskaźniki zawodnienia kopalni w przeliczeniu na l tonę metalu wynoszą odpowiednio dla kopalni LUBIN, RUDNA i POLKOWICE-SIEROSZOWICE 98,8; 4,378; 68,13 m 3 /t Cu. Oznacza, to, że najkorzystniejszy wskaźnik występuje w kopalni RUDNA. Istotne są również wyliczenia wskaźników zasolenia" rudy i metalu, które określają relacje procesu wydobycia do warunków hydrogeologicznych. 130