Gospodarka wodna na zrekultywowanym produktami spalania wyrobisku końcowym kopalni Turów

Transkrypt

1 WARSZTATY 2003 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Mat. Symp. str Tadeusz CHRZAN Uniwersytet Zielonogórski, Zielona Góra Gospodarka wodna na zrekultywowanym produktami spalania wyrobisku końcowym kopalni Turów Streszczenie W referacie opisano gospodarkę wodną na zrekultywowanej części wyrobiska końcowego kopalni Turów. Rekultywację przeprowadzono poprzez zwałowanie produktów spalania i odsiarczania spalin z elektrowni Turów. Podano wartości zanieczyszczeń wody odprowadzanej do rzeki Miedzianki. 1. Wstęp Z chwilą uruchomienia pierwszego bloku energetycznego w końcu 1962 roku Elektrownia Turów, rozpoczęła osobne zwałowanie produktów spalania węgla. Po stosunkowo krótkim okresie czasu tego składowania, w rezultacie nadmiernego pylenia w transporcie przenośnikowym, na przesypach i na zwałowarce zmieniono technologię i rozpoczęto mieszanie popiołu z nadkładem zwałowanym na zwałowisko zewnętrzne przez Kopalnię Turów. W trakcie jednoczesnego transportu nadkładu i produktów spalania ciągami przenośników dostarczających tę masę na zwałowarki, następowało samoczynne mieszanie się tych dwóch składników w miejscach przesypów między kolejnymi przenośnikami oraz ostateczne w miejscach zwałowania. Od miejsca podawania popiołu na przenośniki nadkładowe do miejsca zrzutu ze zwałowarki transportowany materiał przechodził przez 12 do 16-tu punktów przesypowych, w zależności od miejsca pracy zwałowarki. Do 1999 roku był to w zasadzie jedyny sposób masowego zagospodarowania stałych produktów spalania węgla i odsiarczania spalin z Elektrowni Turów. W roku 1999 uruchomione zostało przez elektrownię Turów wykorzystanie produktów spalania węgla i odsiarczania spalin do rekultywacji terenów pogórniczych. Polega on na wypełnieniu wyeksploatowanej części wyrobiska końcowego KWB Turów do rzędnej otaczającego terenu i nadaniu temu obszarowi charakteru leśnego. Część wyrobiska KWB Turów rekultywowana przy wykorzystaniu stałych produktów spalania węgla i odsiarczania spalin znajduje się we wschodniej części Pola Eksploatacyjnego Turów II (rys. 1.1). Jest to fragment wyrobiska ograniczony od strony północnej i północnowschodniej układem skarp stałych filara rzeki Miedzianki, od zachodu IV pochylnią transportową oraz zbiornikami i urządzeniami pompowni T II/4, a od południa układem skarp wysadu granitowo-bazaltowego. Dno wyrobiska posiada nieregularny kształt, o długości od m i szerokości od m i jest zróżnicowane wysokościowo od rzędnych około 110 m n.p.m. w części 393

2 T. CHRZAN Gospodarka wodna na zrekultywowanym produktami spalania wyrobisku... zachodniej, do około 140,0 m n.p.m. w części wschodniej. Rzędne otaczającego terenu wahają się od 223,0 do 227,0 m n.p.m. Docelowa rzędna projektowanej wierzchowiny zwałowiska będzie o kilka metrów przekraczała rzędną otaczającego terenu i wyniesie 236,0 m n.p.m. Zasypanie wyrobiska końcowego KWB Turów nastąpi przez uformowanie 11 pięter pod i nadpoziomowych. Łączna wysokość piętra podpoziomowego i nadpoziomowego wynosi około 11 m. Formowanie kolejnych pięter zwałowiska odbywa się systemem wachlarzowym, ze wschodniego zbocza stałego, odwrotnie do ruchu wskazówek zegara w kierunku południowym, do zbocza wysadu granitowo-bazaltowego. Transport mokrych mas popiołowych odbywa się przenośnikami taśmowymi na dno wyznaczonej części wyrobiska, gdzie następuje deponowanie ich bez mieszania z nadkładem przy pomocy zwałowarki ZGOT Na ostatecznie ukształtowanej powierzchni terenu prowadzona jest rekultywacja biologiczna. Inwestycja rekultywacyjna posiada wbudowane układy: 1. drenażu i odwodnienia (pozwalającego na odprowadzanie nadmiaru wód z terenu inwestycji do rzeki Miedzianki), 2. zraszania (w celu ograniczenia pylenia wtórnego podczas transportu, zwałowania i po zwałowaniu), 3. monitoringu (w celu kontroli wpływu zwałowanych popiołów na poszczególne komponenty środowiska naturalnego). 2. Transport Rys 1.1. Widok ogólny na rejon rekultywacji r. [3] Fig The storage of slag below plane [3] Transport popiołów z Elektrowni Turów do zwałowarki w wyrobisku końcowym na odkrywce Turów II odbywa się układem 5 przenośników taśmowych. Na odcinku od zbiorników retencyjnych w Elektrowni do wieży przesypowej W-5 poprowadzony jest 394

3 WARSZTATY 2003 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie istniejącym wcześniej układem transportu popiołów na zwałowisko zewnętrzne, a następnie od wieży W-5 do zwałowarki ZGOT przenośnikami stacjonarnymi TZ.21, TZ.22, TZ.23 i przenośnikiem przesuwnym TZ.24. Przenośnik TZ.21 ma długość 1078,0 m. Część jego trasy posadowiona jest na pomostach stalowych obudowanych oraz na moście kratowym wieloprzęsłowym obudowanym. Przenośnik TZ.22 zlokalizowany jest w obrębie wyrobiska kopalni, na pochylni o wysokości spadku 38 m i długości 396 m. Trasa przenośnika jest zbudowana z członów powtarzalnych, stacja napędowa posadowiona jest na fundamentach, a stacja zwrotna na pontonach i kotwiona do gruntu. Przenośnik TZ.23 zlokalizowany jest na pochylni o wysokości spadku 23 m i długości 268 m. Trasa zbudowana jest z członów powtarzalnych, stacja napędowa i zwrotna posadowiona jest na pontonach i kotwiona do gruntu. Przenośnik TZ.24 dostarcza popiół na przenośnik zwałowarki, stacja napędowa tego przenośnika jest stacją przejezdną na podwoziu gąsienicowym. Trasa przenośnika oraz stacja zwrotna posadowione są na pontonach stalowych. Integralną częścią przenośnika jest wózek zrzutowy, przejeżdżający po szynach zamocowanych na pontonach trasy przenośnika. Prędkość przesuwu taśmy przenośników wynosi 3,35 m/s, wydajność 1800 t/h a szerokość taśmy 1,4 m. 3. Eliminacja pylenia w trakcie transportu 3.1. Wprowadzenie Podstawowym sposobem eliminacji pylenia w trakcie transportu i po zdeponowaniu, stałych produktów spalania i odsiarczania spalin jest ich nawilżenie. Podstawowe nawilżenie produktów następuje w instalacjach w Elektrowni w podajnikach typu,,t Conditioner firmy Manesmann. Ubytki wilgoci w trakcie transportu uzupełnia instalacja zraszania, zamontowana wzdłuż ciągu transportowego. W skład instalacji wchodzą następujące obiekty: ujęcie brzegowe z progiem piętrzącym wodę w rzece Miedziance, pompownia wody wraz z sterownią, rurociąg tłoczny rozprowadzający wodę do punktów zraszania na trasie transportu, powtarzalne stanowiska zraszania na przenośnikach TZ.21, TZ.22, TZ.23, działka wodne dalekiego zasięgu po obu stronach przenośnika przesuwnego TZ.24 i przy zwałowarce, mobilne urządzenia zraszające MJTZ. Pobór wód do zraszania popiołów na trasie przenośników odbywa się z rzeki Miedzianki, poprzez pompownię i rurociąg tłoczny. Do zraszania popiołów na poziomach roboczych wykorzystywane są specjalnie w tym celu ujmowane i gromadzone wody odciekowe. Ponieważ w niektórych okresach, zapotrzebowanie na wodę do zraszania poziomów roboczych może przekraczać wydatek wód odciekowych, ewentualny ich niedobór uzupełniany jest wodami powierzchniowymi Ujęcie brzegowe i pompownia wody Z ujęcia brzegowego za progiem piętrzącym na rzece Miedziance, woda spływa grawitacyjnie dwoma rurociągami o średnicy zewnętrznej 315 mm do pompowni podziemnej znajdującej się w odległości około 15 m. W pompowni zainstalowane są 2 zestawy pomp zatapialnych firmy KSB. Każdy zestaw składa się z dwóch pomp, jedna robocza i jedna rezerwowa. 395

4 T. CHRZAN Gospodarka wodna na zrekultywowanym produktami spalania wyrobisku... Zestaw I to 2 pompy Amarex KRT K /414U z wirnikiem 315 mm o następujących parametrach: Q = 338 m 3 /h, H = 25 msw, P = 35 kw, N = 1450 min -1. Zestaw II to 2 pompy Amarex KRT K /172U z wirnikiem 185 mmm o następujących parametrach: Q = 72 m 3 /h, H = 30 msw, P = 17 kw, N = 2900 min -1. Sterowanie samoczynną pracą pomp odbywa się z budynku sterowni znajdującej się obok pompowni. Czynnikiem powodującym załączanie i wyłączanie pomp jest ciśnienie w rurociągu tłocznym. Wybór pracy poszczególnego zestawu jest ręczny i zależy od wybranego w danej chwili sposobu zraszania na trasie transportu popiołów. Przykładowo zestaw I pracuje, gdy zraszamy popiół przy użyciu działek wodnych. Zestaw II pracuje, gdy zraszamy popiół tylko na przenośnikach popiołu przy użyciu zraszaczy Powtarzalne stanowisko zraszania Wzdłuż trasy transportu produktów spalania węgla i odsiarczania spalin do miejsca ich deponowania, na przenośnikach TZ 21 i TZ 22 znajdują się 4 stanowiska paneli zraszaczy (rys. 3.1). Każda z paneli wyposażona jest w cztery dysze rozpryskowe, wydajność dyszy 0,99 m 3 /h, kąt zraszania 45 0, ciśnienie pracy 0,5 10 atm. Możliwa jest niezależna praca poszczególnych paneli zraszaczy oraz ustawienie kąta zraszania całego panelu. Rys 3.1. Stanowisko zraszania na przenośniku [3] Fig. 3.1 The stand of distributor of slag in the conveyor belt [3] 396

5 WARSZTATY 2003 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie 3.4. System zraszania powierzchni zwałowiska Zadaniem systemu zraszania na poziomach roboczych zwałowiska jest zabezpieczenie powierzchni zwałowiska przed pyleniem wtórnym występującym na skutek działania wiatru oraz przed pyleniem występującym w trakcie prac technologicznych np. przesuwki i zwałowania. System ten składa się z następujących elementów: stacjonarne zraszacze dalekiego zasięgu (działka wodne) zlokalizowane po obu stronach przesuwnego przenośnika taśmowego TZ.24 i w rejonie zwałowarki, mobilne jednostki zraszające MJTZ. Zasilanie w wodę zraszaczy dalekiego zasięgu odbywa się za pomocą rurociągów przestawnych Dn 159 mm składających się z 6 m odcinków rur odpowiadających długością poszczególnym segmentom przenośnika. Są one połączone z rurociągiem DN 219 mm w rejonie stacji napędowej przenośnika TZ.23 i zwrotnej TZ.24. Działko wodne posiada zasięg zraszania 50,1 m przy ciśnieniu 5,0 atm oraz maksymalną wydajność 46,2 m 3 /h. Działko wodne wsparte jest na płozach i zaopatrzono w odciągi zapewniające stabilną pracę działka (rys. 3.2). Instalacja zraszania na poziomach roboczych zwałowiska zasilana jest wodą odciekową lub powierzchniową z obszaru zwałowiska. Woda tłoczona jest do rurociągów przez pompownię zlokalizowaną na poziomie +107 m n.p.m. w rejonie zbiorników wodnych. W przypadku braku wód odciekowych na cele zraszania wykorzystywane są wody powierzchniowe. Uruchamianie każdego ze stanowisk odbywa się ręcznie. Ilość jednocześnie działających stanowisk, jest zależna od wydajności pompowni. W rejonie pracującej zwałowarki utrzymuje się ciągłą pracę stanowisk zraszania. Rys Zraszanie skarpy czołowej [3] Fig The sprinkled of slope of forehead by water gun [3] 397

6 T. CHRZAN Gospodarka wodna na zrekultywowanym produktami spalania wyrobisku Mobilne urządzenie zraszające MJTZ Mobilne urządzenie zraszające stanowi samodzielną jednostką technologiczną składającą się z: cysterny o pojemności 7 m 3 zamontowanej na naczepie przystosowanej do jazdy terenowej, obrotowego działka wodnego SR103EM. Mobilne urządzenie zraszające przemieszcza się po powierzchni roboczej zwałowiska przy pomocy ciągników kołowych. Zasilanie cystern odbywa się z hydrantów zamontowanych na przestawnych rurociągach. Przy pomocy MJTZ zraszane są powierzchnie zwałowiska znajdujące się poza zasięgiem zraszaczy usytuowanych w rejonie przenośnika przesuwnego TZ Gospodarka wodna na rekultywowanym terenie 4.1. Wprowadzenie Odprowadzenie wód pochodzących z terenu rekultywowanego wyrobiska końcowego jest realizowane przez układ hydrotechniczny złożony z następujących elementów: systemu rurociągów i rowów drenażowych ułożonych w spągu zezwałowanych produktów spalania mający na celu ujęcie i odprowadzenie wód odciekowych, systemu rowów mających na celu ujęcie i odprowadzenie wód dopływających z terenów przyległych do rekultywowanej części wyrobiska oraz ujęcie i odprowadzenie wód powierzchniowych ( spływających po powierzchni popiołów), zbiorników-osadników (sztuk 5) rys. 4.1, pompowni, rurociągu tłocznego do rzeki Miedzianki, urządzeń umożliwiających awaryjny zrzut nadmiaru wód do zbiorników KWB Turów zaopatrzonych w urządzenia kontrolno-pomiarowe. Rys Wybieranie osadów [3] Fig The general view on the water container [3] 398

7 WARSZTATY 2003 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Wody pochodzące z rekultywowanego obszaru podlegają monitorowaniu i zagospodarowaniu. W zależności od pochodzenia (i długości kontaktu z produktami spalania węgla i odsiarczania spalin) wody te różnić się będą składem chemicznym. Najbardziej zmineralizowane są wody odciekowe. Są to wody wchłonięte przez korpus zwałowiska a następnie oddane w formie odcieków. Ujmowane są one przez system urządzeń drenażowych podłoża zwałowiska, a następnie gromadzone w zbiorniku nr 4 i wykorzystywane są w obiegu zamkniętym do zraszania poziomów roboczych. Wody powierzchniowe spływające po korpusie zwałowiska oraz wody dopływające z terenu zlewni, które nie będą miały kontaktu z korpusem zwału ujmowane są łącznie a poprzez przepompownię i rurociągi tłoczne odprowadzane do rzeki Miedzianki poniżej ujścia potoku Jaśnica. Pojemność zbiorników-osadników, wynosząca m 3, gwarantuje przejęcie opadów o prawdopodobieństwie 10 %. Wody z deszczów nawalnych przekraczające Q p = 10 % odprowadzane są do układu hydrotechnicznego KWB (zbiornik 4K) ze zbiornika nr 3 rurociągiem 1000 mm. Maksymalny czas przetrzymywania wód w zbiornikach wynosi 3 doby. Po nagromadzeniu się osadów do 1/3 pojemności zbiornika, przepompowaniu wody do Miedzianki oraz odsączeniu w okresach bezdeszczowych, plantuje się je spycharką a następnie wywozi się je transportem kołowym na poszczególne piętra deponowanych produktów paleniskowych 4.2. Ujęcie i odprowadzenie wód odsiąkowych Ujęcie wód odciekowych następuje drenami PE-HD częściowo perforowanymi, wewnątrz gładkimi, a na zewnątrz falistymi, odpornymi na wysokie obciążenia statyczne, termiczne, chemiczne oraz ścierne. Trasy ciągów drenażowych dostosowano do ukształtowania terenu, prowadząc je po najniższych partiach podłoża składowiska w rozstawie m. Na całość urządzeń drenażowych składają się: dreny i zbieracze do ułożenia, których wykonano odpowiednie rowki. Odcieki z całego układu drenażowego, w tym również z wyższych pięter, wprowadzone są zbieraczem A do zbiornika wód odciekowych nr 4 usytuowanego przy pompowni Ujęcie i odprowadzenie wód dopływających i powierzchniowych Do układu ujęcia i odprowadzenia wód dopływających z poza granic zasięgu składowania popiołów wchodzi rurociąg R-1 odprowadzający wodę ze zbiorników-osadników do pompowni oraz rów R-2 odprowadzający wody ze spływów powierzchniowych do zbiorników nr 1-3. Do niego dopływa rowem R -3 spływ powierzchniowy z filara ochronnego rzeki Miedzianki oraz z południowych i południowo-wschodnich terenów przyległych do składowiska. Układ ujęcia i odprowadzenia wód powierzchniowych tworzą rowy R -2.,R-2.1 i R-4,R-3. Rów R-2.1 spełnia funkcję rowu opaskowego odcinającego spływy wód z terenów przyległych oraz odbiornika spływów powierzchniowych ze składowanych popiołów. Trasa jego przebiega na granicy składowania terenów wyrobiska na naturalnie uformowanej jego skarpie o łącznej długości 102 m. Odbiornikiem wód z tego rowu jest rów R-2. Rów R-4 podobnie jak rów R-2.1 spełnia rolę rowu opaskowego na południowej granicy składowanych popiołów. Uchodzi on do rowu R-3 a jego długość wynosi 208 m. Wody spływające ze skarp i półek poszczególnych poziomów ujmują rowy skarpowe połączone z rowami opaskowymi. 399

8 T. CHRZAN Gospodarka wodna na zrekultywowanym produktami spalania wyrobisku Zbiorniki wody osadniki Zbiorniki-osadniki są zbudowane do gromadzenia wód z nawalnych deszczów i okresowego ich przetrzymania, częściowego oczyszczenia z zawiesin i rozpuszczalnych części mineralnych (rys. 4.2). Ze względu na pełnioną funkcję, wykonano dwa rodzaje zbiorników: dla wód odciekowych, jeden zbiornik nr 4, dla wód powierzchniowych, zbiorniki nr 1-3, zbiornik komory ujęć pompowni nr 5. Rys Widok ogólny na zbiorniki-osadniki [3] Fig The general view on the water container [3] Parametry zbiorników podano poniżej w tablicy 4.1 [2]. Zestawienie parametrów zbiorników [2] Specification of parameters of the water container [2] Tablica 4.1. Table 4.1. Nr zbior. Pow. lustra wody w ha Rzędne w m. n.p.m. dna zw. wody Rzędne korony wału Rzędne poziomów osadu Objętość maks. m 3 1 0,38 114,50 117,00 117, , ,02 109,00 113,00 113,00 109, ,53 103,50 107,00 107,00 104, , ,19 104,50 107,00 107, ,08 103,20 107,00 107, ,

9 WARSZTATY 2003 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie 4.5. Kontrola jakości odprowadzanej wody do rzeki Miedzianki Woda ze zbiorników-osadników jest odprowadzana przez przepompownię do rzeki Miedzianki rurociągiem R-1, którego trasa przebiega wzdłuż drogi KWB Turów przy IV pochylni. Przed wylotem rurociągów z przepompowni do rzeki Miedzianki znajdują się na dwóch rurociągach tłocznych wzierniki 150 mm zamykane klapą motylkową umożliwiające pobór wody do kontroli laboratoryjnej. Decyzją Wojewody Dolnośląskiego udzielono pozwolenia wodno-prawnego na szczególne korzystanie z wód w zakresie zrzutu ścieków zakładowych ze spływów powierzchniowych z terenu rekultywacji wyrobiska poeksploatacyjnego do rzeki Miedzianki o parametrach: Q max krótkotrwałe = 0,45 m 3 /s, temperatura C, skład: odczyn 6,5 9,0 ph, zawiesina ogólna 50, siarczany 500 mg/so 4/dm 3, żelazo 10 mg Fe/dm 3, ChZT(cr) 150 mgo 2/dm. W wyniku przeprowadzonych badań laboratoryjnych nie stwierdzono przekroczeń warunków pozwolenia wodno-prawnego (tab. 4.2). Parametry wody pompowanej do rzeki Miedzianki (średnia roczna z 2001r.) [3] Parameters of the water pumped into Miedzianka river [3] Tablica 4.2. Table 4.2. OZNACZENIE ph Temp 0 C m mval/dm 3 BZT 5 MgO 2/dm 3 ChZT Zawiesina Fe Cl - SO 4 - Substancje rozpuszczone 7,4 18,2 2,4 5,3 29,4 26,3 0,7 17,2 407,9 793,7 5. Wnioski 1. Produkty spalania i odsiarczania spalin mogą być wykorzystywane do rekultywacji wyrobisk końcowych kopalń odkrywkowych węgla brunatnego. 2. Wody odciekowe są używane do zraszania popiołów, a wody powierzchniowe i dopływowe mogą być odprowadzane do rzeki. Literatura [1] Rekultywacja części wyrobiska KWB Turów produktami spalania węgla i odsiarczania spalin z Elektrowni Turów Technologia zwałowania i rekultywacji. Instrukcja Elektrowni Turów, [2] Zmiana projektów II etapu. Rekultywacja części wyrobiska KWB Turów produktami spalania węgla. Projekt C2 Ujęcie i sprowadzenie wód odsiąkowych. Projekt C3 - Ujęcie i sprowadzenie wód dopływających. Elektrownia Turów, [3] Praca dyplomowa Marioli Zych wykonana pod kierownictwem autora, Uniwersytet Zielonogórski,

10 T. CHRZAN Gospodarka wodna na zrekultywowanym produktami spalania wyrobisku... The administration of water on the land reclamationed by-products combustion of open pit Turow excavation In the paper the administration of water on the land reclamationed part of open pit Turow excavation has beendesoubed. The land reclamation was realized through the deposition of products combustion and desulphurization of fumes from Turow power station. Iinformation about contamination of water pumped into Miedzianka river has been presented. Przekazano: 10 marca 2003 r. 402