Ocena mo liwoœci wybierania resztkowych partii pok³adów w polskich kopalniach wêgla kamiennego

Transkrypt

1 GOSPODARKA SUROWCAMI MINERALNYMI Tom Zeszyt 1/2 ANDRZEJ ZORYCHTA*, JAN CHOJNACKI**, ADAM KRZY OWSKI***, DARIUSZ CHLEBOWSKI**** Ocena mo liwoœci wybierania resztkowych partii pok³adów w polskich kopalniach wêgla kamiennego Wprowadzenie W kopalniach wêgla kamiennego GZW eksploatacja realizowana jest g³ównie w oparciu o ró ne odmiany systemów œcianowych. Decyduj¹cy wp³yw na wiod¹c¹ pozycjê tych systemów maj¹ ich niew¹tpliwe zalety, wœród których do najwa niejszych nale ¹: prostota w zakresie udostêpnienia i przygotowania z³o a, mo liwoœæ pe³nej mechanizacji i automatyzacji robót, du a koncentracja wydobycia, czystoœæ wybierania, znaczne ograniczenie przejawów zagro eñ naturalnych, mo liwoœæ prowadzenia robót na du ych g³êbokoœciach, wysoki poziom bezpieczeñstwa. Mog¹ byæ one jednak efektywne w przypadku korzystnych warunków geologiczno-górniczych: regularnego zalegania i mi¹ szoœci pok³adów, ograniczonych nachyleñ, niskiego zaanga owania tektonicznego oraz znacznych powierzchni parcel przewidzianych do eksploatacji. Istotnym problemem wiêkszoœci kopalñ, w tym zw³aszcza tych, które ju w znacznej mierze sczerpa³y zasoby, a w konsekwencji uproœci³y swoje modele i struktury przestrzenne, jest koniecznoœæ wybierania z³o a uwiêzionego w nieregularnych obszarach filarów ochronnych likwidowanych szybów i wyrobisk kapitalnych oraz pozostawionych w przesz³oœci (z ró nych przyczyn) resztkach o niewielkich rozmiarach, nieregularnej geometrii i stosunkowo ma³ych zasobach. Wybieranie tego typu parcel klasycznymi systemami œcianowymi stwarza du e problemy natury techniczno-ruchowej i staje siê w konsekwencji ekonomicznie nieuzasadnione, a niejednokrotnie wrêcz niemo liwe w realizacji. *** Prof. dr hab. in., **** Dr in., Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków; zorychta@agh.edu.pl *** In., ZG Siltech Sp. z o.o. *** Dr in., KW S.A. KWK Bielszowice.

2 170 Na przestrzeni ostatnich lat wwybranych kopalniach GZW, we wspó³pracy z jednostkami naukowo-badawczymi i przy wykorzystaniu doœwiadczeñ innych krajów, opracowano i wdro ono kilka koncepcji wybierania parcel resztkowych niekonwencjonalnymi, krótkofrontowymi metodami z zachowaniem wymogów bezpieczeñstwa, racjonalnej gospodarki z³o em i efektywnoœci ekonomicznej. W artykule przedstawiono g³ówne za³o enia oraz doœwiadczenia uzyskane w trakcie dotychczasowej eksploatacji resztek, podejmowanej na bazie odmiennych w stosunku do aktualnie stosowanych systemów: ubierkowego (ZG Siltech), chodnikowego (ZG Siltech), chodnikowego z wcinkami (KWK Staszic), d³ugich zabierek-chodników (KWK Marcel) oraz tzw. krótkiej œciany (KWK Borynia). Analiza zaprezentowanych wyników badañ i obserwacji stanowi³a punkt wyjœcia dla próby oceny omówionych systemów pod k¹tem perspektywicznych mo liwoœci rozwoju oraz predyspozycji w zakresie ich wykorzystania do wybierania obszarów resztkowych w kopalniach wêgla kamiennego w aspekcie technicznym, ekonomicznym oraz bezpieczeñstwa robót. 1. System ubierkowy oraz system chodników eksploatacyjnych ZG Siltech Sp. z o.o. W obrêbie obszaru górniczego ZG Siltech Spó³ka z o.o. (o powierzchni 1,3 km 2 ) zasoby przemys³owe (okreœlone w PZZ na lata ) obejmuj¹ piêæ bilansowych pok³adów siod³owych, a mianowicie: 501/1, 504, 507, 508 i 509. Strukturalnie OG Gigant umiejscowiony jest w zachodniej czêœci niecki Bytomskiej (na po³udniowym skrzydle) i stanowi jej czêœæ monoklinaln¹. Nachylenie warstw wynosi od 6 do oko³o 25 na NNW. Tektonika nieci¹g³a reprezentowana jest przez system uskoków o przebiegu generalnie po³udnikowym, z których jedna wiêksza strefa uskoku normalnego o zrzucie 3 22 m w kierunku E (z tendencj¹ zaniku na N) rozcina z³o e w jego wschodniej partii. Pozosta³e zaburzenia tektoniczne o kilkumetrowych amplitudach zrzutu wystêpuj¹ w czêœci zachodniej. Zgodnie z dokumentacj¹ z³o a do najbardziej efektywnych nale ¹ lokalnie po³¹czone pok³ady 508 i 509 w obrêbie i obszarze bezpoœrednio przylegaj¹cym do filara ochronnego szybów Staszic, Mieczys³aw i Koœciuszko o nieregularnym kszta³cie porozcinanym gêst¹ siatk¹ starych wyrobisk korytarzowych, szczególnie w œrodkowej czêœci. Pok³ad 508 o gruboœci 2,3 2,4 m zapada generalnie w kierunku na NNW pod k¹tem W stropie zalega warstwa piaskowca (3,8 m), ³upku (7 m) i wêgla pok³adu 507, w sp¹gu natomiast ³upki ilaste. K¹t zapadania pok³adu 509 jest bardziej zró nicowany i wynosi 10 19, a jego mi¹ szoœæ zmienia siê od 2,9 m w partii przed granic¹ po³¹czenia z pok³adem 508 (przerost 0 12 m) do 6,5 m po po³¹czeniu. W partii wschodniej parcela podzielona jest uskokiem (stref¹ uskokow¹) o zrzucie od 2 m w czêœci pó³nocnej do oko³o 12 m w czêœci po³udniowej. W stropie stwierdzono ³upek ilasty (0,6 2 m) i wêgiel pok³adu 508, zaœ w sp¹gu ³upek ilasty o mi¹ szoœci 11,9 m. G³êbokoœæ zalegania w/w pok³adów w przedmiotowym obszarze nie przekracza 400 m.

3 171 Eksploatacjê z³o a zaplanowano prowadziæ z do³u do góry etapami wydzielaj¹c trzy partie: zachodni¹ (rozdzielone pok³ady 508 i 509) oraz centraln¹ i wschodni¹ (jeden gruby pok³ad 509). W pierwszej kolejnoœci za³o ono wybranie najg³êbszego pok³adu 509, a w czêœci po³¹czonej z pok³adem 508 warstwy dolnej pok³adu 509. W dalszych etapach przewidywano eksploatacjê pok³adu 508 (w obrysie zrobów 509) oraz podstropowej warstwy pok³adu 509. Pozosta³e zasoby bilansowe (w pok³adach: 507, 504 i 501/1) przeznaczono do ewentualnej, póÿniejszej eksploatacji na bazie uzyskanych doœwiadczeñ i w zale noœci od koniunktury na rynku. Podczas opracowywania projektu wybierania z³o a uwzglêdniono, poza stron¹ ekonomiczn¹, nastêpuj¹ce uwarunkowania: maksymalne wykorzystanie istniej¹cych powierzchniowych obiektów technicznych i wyrobisk podziemnych po zlikwidowanej ZWSM Jadwiga, uzyskanie dobowego wydobycia w granicach 700 ton, mo liwoœæ wykorzystania istniej¹cych (w dobrym stanie) na poziomie 380 m korytarzowych (poziomych i pochy³ych) wyrobisk udostêpniaj¹cych, ma³¹ g³êbokoœæ zalegania pok³adów 508 i 509 (œrednio 380 m) oraz najwiêksze zasobowo powierzchnie parcel o stosunkowo regularnymzaleganiu (upad NW-SE, 6 18 ), niewielkie zaanga owanie tektoniczne, wybitnie resztkowy charakter parceli i stan dokonanej eksploatacji w jej otoczeniu, niekorzystny wp³yw zasz³oœci eksploatacyjnych w postaci: zrobów w³asnych, licznych resztek i krawêdzi (w pok³adach s¹siednich) o skomplikowanej geometrii oraz gêstej siatki starych wyrobisk korytarzowych, potencjalne zagro enia górnicze; g³ównie po arowe i zawa³owe, koniecznoœæ ochrony obiektów powierzchniowych i podziemnych (g³ównie szybów). Przyjêta kolejnoœæ wybierania wynika³a z faktu, e dla spe³nienia wymogów ochrony obiektów powierzchniowych i podziemnych konieczne bêdzie stosowanie (jako sposobu kierowania stropem) podsadzki hydraulicznej, która dodatkowo nie powoduje uszkodzenia pok³adu 508 przez wczeœniej wybierany, blisko zalegaj¹cy pok³ad 509. Bior¹c pod uwagê wyd³u ony w kierunku W-E kszta³t filara ochronnego oraz centralne po³o enie szybu wydobywczego Staszic (rys. 1) roboty eksploatacyjne prowadzone mia³y byæ w kierunku od granic obszar górniczego w celu sukcesywnego skracania dróg odstawy urobku, transportu materia³ów i wentylacji oraz ograniczenia tym samym potencjalnego zagro enia po arowego. Zakres koniecznych do podjêcia wybierania pok³adu robót przygotowawczych polega³ na wykonaniu w nim wyrobisk korytarzowych (w typowej obudowie stalowej, ³ukowej z kszta³townika V) konturuj¹cych partiê pok³adu i dziel¹cych j¹ na mniejsze parcele w celu uzyskania op³ywowego pr¹du powietrza i zapewnienia w³aœciwych warunków wentylacji, a tak e wykonania (w najni szej czêœci pok³adu) chodników wodnych dla odpompowywania wód podsadzkowych. Wobec sprzyjaj¹cych uwarunkowañ geologiczno-górniczych (mniejsza iloœæ zasz³oœci i drobnych uskoków) w partii zachodniej i wschodniej pok³adu 509 przyjêto koncepcjê wybierania ubierkami [4] w odmianie poprzecznej z podsadzk¹ po wzniosie w kierunku NW-SE pomiêdzy wczeœniej wykonanymi upadowymi. Gabaryty ubierek: wybiegi

4 m (zdeterminowane wielkoœci¹ partii), d³ugoœæ do 50 m, wysokoœæ 2,5 m (w rozdzielonych pok³adach 508 i 509) lub do 3 m w warstwach pok³adu 509. W przestrzeni roboczej zaproponowano obudowê zmechanizowan¹ dostosowan¹ do œcian podsadzkowych, natomiast do urabiania calizny kombajn lub MW. W ten sposób w partii zachodniej zaprojektowano 11 ubierek o numerach: od 901 do 911, a w partii wschodniej ubierki: 912 i 913 (w warstwie przysp¹gowej) oraz 914 i 915 (w warstwie przystropowej). Ubierki mog³y byæ prowadzone szeregowo lub parami z wzajemn¹ ustêpliwoœci¹ m, krok podsadzania co 3 m, kolejnoœæ wybierania w partii zgodnie z numeracj¹ rosn¹c¹. Rys. 1. Zakres projektowanej eksploatacji w pok³adzie 509 Fig. 1. Range of designed exploitation in the seam 509 W partii centralnej zasz³oœci eksploatacyjne ca³kowicie wyklucza³y eksploatacjê warstwy przysp¹gowej pok³adu 509 oraz nie uzasadnia³y wybierania warstwy przystropowej tego pok³adu ubierkami. Zastosowanie systemu ubierkowego w s¹siedztwie starych, zw³aszcza nie podsadzonych licznych wyrobisk by³oby technicznie utrudnione i ma³o op³acalne, a towarzysz¹ce frontom ubierkowym ciœnienie eksploatacyjne potêgowa³oby zagro enie zawa³owe. W tej sytuacji warstwê przystropow¹ pok³adu 509 (w partii centralnej) zaplanowano wybraæ systemem dr¹ onych równolegle do siebie (w kierunku zapadania z³o a) chodników eksploatacyjnych z pasami filarowymi, które po wykonaniu i wydaniu urz¹dzeñ by³yby likwidowane przez wype³nienie podsadzk¹ p³ynn¹ [4]. Gabaryty chodników eksploatacyjnych: wybiegi dostosowane do geometrii partii (do kilkuset m), wysokoœæ do 4 m, szerokoœæ 5 6 m. Pomiêdzy kolejnymi chodnikami pozostawiany jest pas (p³ot) wêglowy o szerokoœci do 4 m. Urabianie w chodnikach za pomoc¹ kombajnów chodnikowych typu AM-50 lub MW. Kolejny chodnik jest dr¹ ony po zlikwidowaniu (podsadzeniu) chodnika poprzedniego, przy czym dla zintensyfikowania eksploatacji mo na jednoczeœnie dr¹ yæ

5 chodniki eksploatacyjne w s¹siednich parcelach, ale poza ustalonym zasiêgiem wzajemnych ich wp³ywów. W chodnikach eksploatacyjnych mog³a byæ stosowana obudowa ró nych rodzajów np. podporowo-kotwiowa, tj. stropnice stalowe podparte (przy ociosach) dwoma stojakami drewnianymi oraz dodatkowo przykatwiane dwoma kotwiami stropowymi, czy te obudowa ³ukowa podatna lub ³ukowa prosta-podatna z kszta³towników V. W partii centralnej wyró niono cztery parcele (I IV) w których zaprojektowano w sumie 85 chodników eksploatacyjnych (rys. 1). Najwczeœniej rozpoczêto eksploatacjê chodnikami eksploatacyjnymi parcelê I, a nastêpnie III i IV i do chwili obecnej w ca³oœci wybrano parcelê: I, III oraz czêœciowo IV (w sumie 50 chodników). Eksploatacja ta pozwoli³a: realizowaæ za³o ony poziom wydobycia oraz chroniæ obiekty podziemne i powierzchniowe, optymalnie wykorzystaæ resztkowe z³o e i uzyskaæ dodatnie efekty ekonomiczne, ograniczaæ odkszta³cenia i destrukcjê zalegaj¹cych w stropie pok³adu warstw piaskowców, a w konsekwencji zagro enie t¹paniami, skutecznie zminimalizowaæ zagro enie obwa³owe w pok³adzie pociêtym du ¹ iloœci¹ starych wyrobisk, przebieraæ w¹skim przodkiem zaburzenia uskokowe i stare wyrobiska (zabieg technologicznie ³atwiejszy i bezpieczniejszy). W 2005 roku jako pierwsz¹ (doœwiadczaln¹) uruchomiono (w partii wschodniej) ubierkê 912 (rys. 2) w kierunku po³udniowo-wschodnim. Urabianie prowadzono za pomoc¹ kombajnu typu ESA-60-L/SILTECH, a odstawa urobku odbywa³a siê przenoœnikiem typu 173 Rys. 2. Schemat systemu ubierkowego Fig. 2. Draft of the open-end system

6 174 RYBNIK-650. W wyrobisku eksploatacyjnym zastosowano obudowê typu PUMAR-19/39-Pop (wielkoœæ II) i PUMAR-19/39-POp/WW (wielkoœæ II). Zroby wype³niane by³y podsadzk¹ hydrauliczn¹ z krokiem do 3 m. Po uzyskaniu po³owy wybiegu natrafiano w polu ubierki na liczne stare chodniki, których przebieranie powodowa³o kominowanie wêgla i opady stropu, co stwarza³o du e zagro enie dla za³ogi oraz hamowa³o postêp ubierki. Wystêpowa³y tak e trudnoœci przy podsadzaniu pustek za obudow¹. W tych trudnych uwarunkowaniach techniczno-ruchowych, po okresie 1 roku biegu ubierki i uzyskaniu przez ni¹ oko³o 150 m postêpu, zosta³a ona zatrzymana i zlikwidowana przez podsadzenie. Uzyskane doœwiadczenia jednoznacznie wskaza³y, e w pok³adzie pociêtym starymi wyrobiskami (a z tak¹ sytuacj¹ mamy do czynienia w analizowanym filarze), jego eksploatacja systemem ubierkowym jest technicznie trudna, potêguje zagro enie zawa³owe i wynikaj¹ce st¹d straty z³o a, a ekonomicznie jest ma³o op³acalna. Z powy szych powodów pok³ad 509 w polach projektowanych w partii wschodniej ubierek 913 i 915 w sposób skuteczny i efektywny wybrano chodnikami eksploatacyjnymi. Pozytywne doœwiadczenia uzyskane w czasie eksploatacji partii wschodniej i centralnej systemem chodników eksploatacyjnych (zarówno w odniesieniu do bezpieczeñstwa robót, jak i efektów ekonomicznych) spowodowa³y, e ze wzglêdu na wystêpowanie wielu starych (nieudokumentowanych) niezlikwidowanych wyrobisk kopalnia podjê³a decyzjê dalszego wybierania pok³adów 509 i 508 w partii zachodniej wy³¹cznie tym systemem, zamiast jak zak³adano wczeœniej systemem ubierkowym. Projekt wybierania pok³adu 509 w partii zachodniej chodnikami eksploatacyjnymi obejmowa³: w warstwie dolnej 38 chodników o numerach od 1 do 30 i od 1a do 8a (rys. 3), w warstwie górnej 17 chodników (rys. 4). Rys. 3. Projektowana eksploatacja w pok³adzie 509wd Fig. 3. Designed exploitation in the seam 509 lower layer

7 175 Rys. 4. Projektowana eksploatacja w pok³adzie 509wg Fig. 4. Designed exploitation in the seam 509 upper layer Dotychczas wybrano 20 chodników eksploatacyjnych z pozytywnymi efektami ekonomicznymi. 2. System chodników eksploatacyjnych z wcinkami KHW S.A. KWK Staszic Koncepcja wykorzystana w KWK Staszic polega na wykonywaniu w pok³adzie równoleg³ych wyrobisk chodnikowych w samodzielnej obudowie kotwiowej, a w filarach rozdzielaj¹cych te chodniki wcinek eksploatacyjnych [2, 4, 5]. Przygotowanie parceli do eksploatacji w pierwszej fazie wymaga wykonania w obudowie ³ukowej-podatnej chodników konturuj¹cych i stanowi¹cych drogi komunikacyjno-wentylacyjne. Etap wybierania rozpoczyna siê od wydr¹ enia chodnika eksploatacyjnego (pomiêdzy chodnikami konturuj¹cymi) za pomoc¹ kombajnu, który wycofuj¹c siê wykonuje w ociosie bli szym poprzedniego chodnika eksploatacyjnego wcinki bez obudowy. Cykl wykonywania chodników eksploatacyjnych z wcinkami powtarza siê a do wybrania ca³ej parceli pok³adu. Jako miejsce próbnej (prototypowej) eksploatacji zaproponowano resztkow¹, w kszta³cie trapezu (o powierzchni m 2 ) parcelê w polu E pok³adu 405 na poziomie 500 m (rys. 5). W omawianym rejonie pok³ad 405 o mi¹ szoœci 1,2 2,9 m z lokalnymi przerostami ³upku ilastego zalega na g³êbokoœci oko³o 500 m z upadem 3 5 w kierunku po³udniowym. W stropie wystêpuj¹: ³upek ilasty zapiaszczony szary (2,4 m), piaskowiec drobnoziarnisty (1,1 m), ³upek ilasty szary (7 m) oraz wêgiel pok³adu 404/6 z przerostem ³upku o ³¹cznej gruboœci 1,55 m. W sp¹gu zalega warstwa ³upku ilastego szarego o gruboœci oko³o 3,9 m.

8 176 Rys. 5. Zakres projektowanej eksploatacji w pok³adzie 405 w polu E Fig. 5. Range of designed exploitation in the seam 405 in the part E W czêœci wschodniej parcelê przecinaj¹ uskoki o kierunku przebiegu z pó³nocy na po³udnie i zrzucie do 2,7 m. Po uprzednim przygotowaniu parceli w nawi¹zaniu do istniej¹cych wyrobisk (wykonano w samodzielnej obudowie kotwiowej chodnik odstawczy G równoleg³y do przekopu wschodniego) w pierwszej kolejnoœci przyst¹piono do wybierania czêœci wschodniej (pole nr 1, na wschód od uskoku) w kierunku ze wschodu na zachód. Poszczególne chodniki eksploatacyjne o przekroju prostok¹tnym i wymiarach 2,8 4,2 m dr¹ one by³y od chodnika odstawczego G w kierunku po³udniowym do chodnika odstawczego H. Pierwszy chodnik wykonano przy wschodniej granicy pola, a kolejne równolegle na zachód od poprzedniego, przy czym odleg³oœæ pomiêdzy s¹siednimi chodnikami wynosi³a minimum 8,6 m. Obudowê stropu wyrobisk stanowi³y kotwie stalowe o d³ugoœci 2,5 m wklejane na odcinku 2,3 m w odstêpie 0,8 m i podzia³ce pomiêdzy rzêdami 1 m. K¹t odchylenia od pionu skrajnych kotwi stropowych wynosi³ od 10 do 20. Jako opinkê stropu zastosowano siatkê zgrzewan¹, utrzymywan¹ przez ok³adziny wykonane z blachy profilowanej, zaœ opinkê ociosów wykonywano z siatki ogrodzeniowej, mocowanej kotwiami drewnianymi o d³ugoœci 1,8 m. Urabianie w chodnikach eksploatacyjnych odbywa³o siê w sposób mechaniczny za pomoc¹ kombajnu typu AM-50. Urobek odstawiano przenoœnikami zgrzeb³owymi typu Skat E-180 i taœmowymi typu PTG Po wykonaniu chodnika nastêpowa³o wycofanie kombajnu, w trakcie którego we wschodnim ociosie ka dego z nich wykonywano wcinki pod k¹tem w stosunku do osi wyrobiska bazowego. Wcinki dr¹ ono kombajnem bez obudowy stropu i zabezpieczania ociosów. G³êbokoœæ wcinek mierzona w osi wynosi³a œrednio 5 m z wyj¹tkiem skrajnych, które by³y p³ytsze (3,75 m). Szerokoœæ wcinki uzale - niona by³a od w³asnoœci ska³ stropowych i wêgla oraz mo liwoœci urabiania i ³adowania

9 urobku kombajnem z jednego po³o enia (maksymalnie 4 m). Ka dorazowo przed wykonaniem wcinki na skrzy owaniu z chodnikiem eksploatacyjnym budowany by³ podci¹g stalowy z kszta³townika o profilu V i d³ugoœci 5,2 m podbudowany stojakami stalowymi na obu koñcach i dodatkowo przymocowany w œrodku kotwi¹ linowa lub strunow¹ o d³ugoœci 6m wklejon¹ na g³êbokoœæ co najmniej 5,5 m. Po wykonaniu wcinki na ustalon¹ g³êbokoœæ kombajn wycofywany by³ do chodnika eksploatacyjnego, sk¹d rozpoczynano dr¹ enie kolejnej wcinki z pozostawieniem filara o szerokoœci 4 m mierzonej wzd³u ociosu chodnika eksploatacyjnego (rys. 6). 177 Rys. 6. Schemat systemu chodnikowego z wcinkami Fig. 6. raft of the roadway system with necks Likwidacjê wyrobisk realizowano w nastêpuj¹cy sposób: podczas dr¹ enia chodnika eksploatacyjnego wczeœniej wykonany chodnik by³ utrzymywany dla przewietrzania rejonu obiegowym pr¹dem powietrza i jako dodatkowa droga ucieczkowa, a trzeci chodnik by³ podsadzany. W chodnikach odstawczych G i H (rys. 5) wykonywane by³y korki piaskowe o d³ugoœci od 6 do 10 m, a pusta przestrzeñ pomiêdzy nimi wype³niana by³a mu³ami lub mieszanin¹ py³ów dymnicowych z piaskiem. Wed³ug omówionej koncepcji w polu 1 wykonano 5 chodników eksploatacyjnych wraz z wcinkami. W dalszej kolejnoœci prowadzono eksploatacjê w polu 2 pomiêdzy uskokiem i upadow¹ materia³ow¹ G, gdzie wykonano 15 takich chodników. Nastêpnie wybierano pole 3 pomiêdzy upadow¹ materia³ow¹ G i upadow¹ G (10 chodników). Wyposa enie i sposób wykonywania wyrobisk pozosta³y analogiczne jak w przypadku pola 1. Prowadzone w czasie eksploatacji obserwacje i badania w pe³ni potwierdzi³y trafnoœæ za³o eñ projektowych. Poza nieznacznymi, lokalnymi wypiêtrzeniami sp¹gu oraz rozgniataniem naro y wcinek od strony chodnika odstawczego H nie notowano przekroczeñ dopuszczalnych wartoœci rozwarstwieñ warstw stropowych, nie stwierdzono osiadañ stropu ani objawów wzmo onego ciœnienia górotworu. Wspó³czynnik wykorzystania z³o a waha³

10 178 siê w granicach 0,5 0,6, a zwiêkszony wychód grubych sortymentów pozytywnie wp³ywa³ na efekt ekonomiczny. System nale y uznaæ jako rozwojowy, mo na go modyfikowaæ i intensyfikowaæ poprzez zastosowanie ró nych sposobów urabiania oraz mechanizacji transportu urobku. 3. System d³ugich zabierek (chodników) eksploatacyjnych KW S.A. KWK Marcel W drugiej po³owie lat dziewiêædziesi¹tych ubieg³ego wieku w KWK Marcel opracowano i wdro ono system d³ugich zabierek (chodników) w celu wybrania grubego pok³adu 507, którego zasoby uwiêzione by³y w obrêbie filara ochronnego dla szybów Marklowice I i Marklowice II oraz s¹siaduj¹cego z nimi szybika podsadzkowego [3, 4]. W przedmiotowym rejonie pok³ad 507 o gruboœci oko³o 6m zalega na g³êbokoœci od 410 do 520 m i zapada pod k¹tem oko³o 16 w kierunku NE. W stropie bezpoœrednim wystêpuje ³upek piaszczysty (8,2 m), a nastêpnie warstwa piaskowca o mi¹ szoœci powy ej 18 m, zaœ w sp¹gu ³upek piaszczysty o mi¹ szoœci 3,8 m. G³ównymi za³o eniami opracowanego systemu by³y: szybkie pozyskanie wysokogatunkowego wêgla przy minimalnych kosztach, ochrona obiektów podziemnych (szyby) i powierzchniowych przy zachowaniu ich pe³nej funkcjonalnoœci ruchowej, mo liwoœæ lokowania w likwidowanych chodnikach samozestalaj¹cej siê mieszaniny odsiarczonych py³ów dymnicowych z silnie zasolonymi wodami do³owymi i z tego tytu³u ograniczenie kosztów zwi¹zanych z utylizacj¹ odpadów przemys³owych. Przygotowanie parceli do eksploatacji w filarze wi¹za³o siê z jej okonturowaniem: od po³udnia chodnikiem badawczym I, od zachodu pochylni¹ Ia wschód, a od wschodu pochylni¹ badawcz¹ II (rys. 7). W œrodku pola wykonano centraln¹ pochylniê badawcz¹ I pe³ni¹c¹ funkcjê wyrobiska odstawczo-transportowo-wentylacyjnego. Nastêpnie, pomiêdzy skrajnymi (wschód-zachód) pochylniami dr¹ ono równolegle do siebie, w kierunku zapadania z³o a, d³ugie zabierki (chodniki) eksploatacyjne w kszta³cie trapezu o wysokoœci 4 m i szerokoœci 4,5 m przy sp¹gu oraz 4 m przy stropie. Wyrobiska usytuowano pod stropem pok³adu z pozostawieniem pomiêdzy nimi filarów o szerokoœci 10 m d¹ ¹c do ograniczenia deformacji górotworu i powierzchni terenu. Dla utrzymania statecznoœci stropu stosowano samodzieln¹ obudowê kotwiow¹ sk³adaj¹c¹ siê z 5 kotew wklejanych o d³ugoœci 2,2 m w siatce 0,8 1 m, natomiast ociosów 4 rzêdy kotwi o tej samej d³ugoœci, przy czym ca³oœæ opinana by³a zgrzewan¹ siatk¹ stalow¹. Urabianie odbywa³o siê kombajnem typu AM-50, odstawa urobku przenoœnikami taœmowymi, transport materia³ów kolejkami podwieszanymi, a przewietrzanie œlepych wyrobisk odrêbn¹ wentylacj¹ lutniow¹. Dr¹ enie wyrobisk eksploatacyjnych przebiega³o w sposób szeregowy tzn. nastêpny przodek by³ uruchamiany dopiero po zakoñczeniu i podsadzeniu poprzedniego wyrobiska, przy czym

11 179 Rys. 7. Projektowana eksploatacja w pok³adzie 507 Fig. 7. Designed exploitation in the seam 507 dla zwiêkszenia intensywnoœci robót zak³adano prowadzenie jednoczeœnie kilku wyrobisk w odrêbnych parcelach poza zasiêgiem wzajemnych wp³ywów. Wobec uzyskiwania niezadowalaj¹cego poziomu wydobycia (kszta³tuj¹cego siê w granicach 300 t/d) kopalnia nie zrealizowa³a w pe³ni zaplanowanego zakresu eksploatacji. Z zaprojektowanych 48 zabierek (o d³ugoœciach od 60 do 420 m ka da) wybrano jedynie siedem w czêœci wschodniej filara ochronnego dla szybów. G³ównym powodem takiego stanu rzeczy by³ brak odpowiedniego sprzêtu wiertniczo-kotwi¹cego zapewniaj¹cego znaczne postêpy robót zwi¹zanych z wykonawstwem obudowy zabierek. Jako wadê systemu mo na wskazaæ stosunkowo du e (do 60%) straty z³o a, które co prawda mo na ograniczaæ poprzez modyfikowanie relacji pomiêdzy gabarytami wyrobisk oraz szerokoœci¹ pasów (filarów) miêdzychodnikowych, jednak e ze wzglêdu na utrzymanie statecznoœci chodników oraz potencjalne zagro enie po arowe i t¹paniami parametry te winny byæ ka dorazowo dobierane stosownie do lokalnych warunków geologiczno-górniczych. 4. System krótkiej œciany JSW S.A. KWK Borynia We wspó³pracy z firm¹ Becker-Warkop Sp. z o.o. w KWK Borynia opracowana zosta³a koncepcja tzw. krótkiej œciany przeznaczona do wybierania obszarów resztkowych i fi-

12 180 larowych o niewielkich rozmiarach i nieregularnych kszta³tach w uwarunkowaniach geologiczno-górniczych JSW S.A. [6]. System zosta³ przetestowany w partii D pok³adu 405/1 w strefie pomiêdzy zawa³owymi zrobami warstwy przystropowej i pochylni¹ D-31. W analizowanym rejonie pok³ad 405/1 zalega na znacznej g³êbokoœci (rzêdu 900 m), charakteryzuje siê mi¹ szoœci¹ w granicach 4,8 5,2 m i nachyleniem do 10. Zarówno warstwy stropowe jak i sp¹gowe wykszta³cone s¹ generalnie w postaci ³upków ilastych œredniotwardych, lokalnie lekko zapiaszczonych o podzielnoœci p³ytowej lub blokowej, bezpoœrednio nad pok³adem z laminami wêgla. Zaproponowana technologia krótkiej œciany mo liwa jest do stosowania w parcelach zarówno s³abo, jak i silnie nachylonych, gdzie mo na zaprojektowaæ prostok¹tne lub zbli one do tego kszta³tu pole eksploatacyjne o szerokoœci oko³o m odpowiadaj¹cej d³ugoœci frontu. Wyposa enie krótkiej œciany stanowiæ mo e lekki kombajn jednoramionowy, typowa obudowa zmechanizowana podporowo-os³onowa lub obudowa przesuwna (typu LOP z tylnimi os³onami) oraz lekki przenoœnik œcianowy i podœcianowy. Zastosowanie ³atwych w monta u i demonta u sekcji LOP oraz lekkiego przenoœnika œcianowego u³atwia skracanie i wyd³u enie œciany, co z kolei pozwala na eksploatacjê parcel o innym ni prostok¹t kszta³cie i zwiêksza wskaÿnik wykorzystania zasobów. Poza czasem trwania cykl technologiczny i organizacja robót na froncie nie ró ni¹ siê od stosowanych w typowym, d³ugofrontowym systemie œcianowym. W kombajnach jednoramionowych urabiana jest w pierwszej kolejnoœci warstwa przystropowa, a nastêpnie przysp¹gowa wraz z czyszczeniem do przek³adki przenoœnika. Obudowa wspó³pracuje z przenoœnikiem œcianowym z krokiem w wstecz lub z krokiem w przód. Eksploatacja mo e odbywaæ siê w polu ograniczonym dwoma wykonanymi wczeœniej chodnikami lub te mo liwe jest wygradzanie jednego z nich za czo³em œciany. W zale noœci od warunków w chodnikach mo e byæ zastosowana obudowa podporowa, podporowo-kotwiowa lub kotwiowa. Zaprojektowana w pok³adzie 405/1 krótka œciana D-1 (rys. 8) posiada d³ugoœæ 25 m, wybieg 165 m i wyposa ona zosta³a w odpowiednio dobrany kompleks: 14 sekcji obudowy zmechanizowanej BW-25/36-Oz o podzia³ce 1,5 m i podpornoœci roboczej 600 kn, jednoramionowy kombajn ESA 60L o mocy 60 kw, sile posuwu 110 kn i prêdkoœci do 6 m/min., przenoœnik k¹towy KOLK o mocy 2 55 kw i wydajnoœci 150 Mg/godz., przenoœnik podœcianowy UiK o mocy kw i wydajnoœci œredniej 150 Mg/godz. Poniewa œciana znajduje siê obecnie w koñcowej fazie eksploatacji, tote nabyte doœwiadczenia zarówno w zakresie organizacji pracy jak i funkcjonowania wyposa enia bêd¹ wykorzystywane przy projektowaniu eksploatacji w innych parcelach resztkowych. Do niew¹tpliwych zalet systemu nale y zaliczyæ bowiem wysoki stopieñ mechanizacji (urabiania, ³adowania, odstawy i obudowy), mo liwoœæ uzyskiwania du ych wydajnoœci, niewielkie straty z³o a oraz znaczne bezpieczeñstwo za³ogi.

13 181 Rys. 8. Krótka œciana w pok³adzie 405/1, partia D Fig. 8. Short wall in the seam 405/1, part D Podsumowanie W GZW intensywnie eksploatowane od ponad 200 lat z³o e wêgla kamiennego uleg³o ju znacznemu sczerpaniu. Z powodu zaburzeñ geologicznych (uskoki, pofa³dowania, du e nachylenia, nieregularnoœci sedymentacyjne) oraz koniecznoœci ochrony obiektów powierzchniowych i podziemnych licz¹ca siê czêœæ zasobów nie mog³a zostaæ wybrana i w konsekwencji uwiêziona jest w ró nego rodzaju filarach ochronnych, oporowych, granicznych b¹dÿ te resztkach o nieregularnej wielkoœci i geometrii. Aby powszechnie stosowane (od kilkudziesiêciu lat) w polskich kopalniach œcianowe systemy eksploatacji by³y efektywne wymagaj¹ regularnego z³o a na znacznych obszarach, a ponadto du ych (pocz¹tkowych) nak³adów zwi¹zanych g³ównie z wyposa eniem w wysokowydajne kompleksy zmechanizowane. St¹d te stosowanie tych systemów w nieregularnych obszarach resztkowych stwarza du e problemy natury techniczno-ruchowej i w konsekwencji staje siê nieop³acalne. Ponadto w aspekcie prawnym zachodzi koniecznoœæ kwalifikowania takich z³ó, praktycznie ju udostêpnionych, do zasobów nieprzemys³owych, a tym samym bezpowrotnie straconych. Aby ograniczyæ straty, szczególnie w kopalniach o kurcz¹cych siê zasobach i z tego wzglêdu czêstokroæ przewidzianych do likwidacji, opracowano i wdro ono kilka niekonwencjonalnych, krótkofrontowych systemów przeznaczonych do wybierania obszarów resztkowych. Uzyskane doœwiadczenia jednoznacznie wskazuj¹, e generalnie spe³niaj¹ one podstawowe kryteria, a mianowicie zapewniaj¹ wymagane bezpieczeñstwo oraz ekono-

14 182 miczn¹ zasadnoœæ prowadzenia robót wybierkowych w skomplikowanych warunkach geologiczno-górniczych. Choæ ka da z przedstawionych koncepcji charakteryzuje siê okreœlon¹ specyfik¹, to systemy te s¹ technicznie proste, nie wymagaj¹ du ych nak³adów i w stosunkowo krótkim czasie pozwalaj¹ podj¹æ eksploatacjê. W kontekœcie zalet, ale tak e i pewnych ograniczeñ zwi¹zanych z zakresem stosowalnoœci, na podstawie dotychczasowych doœwiadczeñ mo na stwierdziæ, e: System chodników eksploatacyjnych w samodzielnej obudowie kotwiowej z wcinkami zastosowany w KWK Staszic pozwala eksploatowaæ nieregularne resztki w pok³adach œredniej gruboœci i grubych o niezbyt du ych nachyleniach w stosunkowo korzystnych warunkach stropowych. Zastosowanie systemu ubierkowego w silnie skrêpowanych warunkach ZG Siltech w filarze szybowym pociêtym starymi, niezlikwidowanymi wyrobiskami korytarzowymi okaza³o siê technicznie trudne w realizacji ze wzglêdu na wystêpuj¹ce permanentne zagro enie zawa³owe (kominowanie wêgla, liczne opady stropu) i wynikaj¹ce st¹d straty z³o a oraz zagro enie po arowe. Wdro ony system chodnikowy natomiast da³ w tych warunkach pozytywne rezultaty pozwalaj¹c na wybranie resztek o dowolnych kszta³tach z licznymi zasz³oœciami oraz zaburzeniami geologicznymi w pok³adzie. Opracowany i testowany w uwarunkowaniach geologiczno-górniczych KWK Marcel (podobny do wdro onego w ZG Siltech) system chodników eksploatacyjnych zapewnia dodatnie efekty ekonomiczne dopiero przy zastosowaniu odpowiedniego sprzêtu wiertniczo-kotwi¹cego, umo liwiaj¹cego szybkie kotwienie stropu i ociosów oraz osi¹ganie znacznych postêpów dr¹ enia. Wprowadzony w KWK Borynia system krótkiej œciany daje mo liwoœæ wysokowydajnej eksploatacji zarówno pok³adów s³abo, jak i silnie nachylonych w obrêbie bardziej regularnych parcel resztkowych pozwalaj¹cych na wydzielenie prostok¹tnych lub zbli onych do tego kszta³tu pól wybierkowych o szerokoœci do kilkudziesiêciu metrów. Do niew¹tpliwych wad systemów chodnikowych (zabierkowych) nale y zaliczyæ koniecznoœæ pozostawiania filarów (pasów, p³otów) wêglowych, które mog¹ stanowiæ potencjalne Ÿród³o zagro enia po arowego i zagro enia t¹paniami. Przejawy tych zagro eñ mo na jednak skutecznie ograniczaæ poprzez zmniejszanie szerokoœci filarów oraz szybkie i szczelne podsadzanie chodników eksploatacyjnych. Wszystkie zaprezentowane systemy pozwalaj¹ na lokowanie w pustkach eksploatacyjnych odpadów pochodzenia przemys³owego (py³y dymnicowe, ska³ê p³onn¹, odpady pop³uczkowe itp.), przez co ograniczaj¹ deformacje górotworu i powierzchni terenu, a tak e s¹ ³atwo modyfikowalne w zakresie rodzaju obudowy, uk³adów i stopnia mechanizacji transportu czy sposobów urabiania. Zalety omówionych systemów wskazuj¹ na mo liwoœæ realnego i efektywnego ich wykorzystania na szersz¹ skalê zarówno w kopalniach czynnych, jak i przewidzianych do likwidacji, a nawet ju zlikwidowanych. Stosowane z powodzeniem obecnie oraz roz-

15 183 szerzane w dalszej perspektywie, w tym równie ich ³¹czenie w ró nych wariantach i odmianach, daj¹ szanse na lepsze wykorzystanie ju udostêpnionego z³o a, a w konsekwencji wyd³u enie okresu ywotnoœci kopalñ. Tym niemniej zasadne jest podjêcie odpowiednich dzia³añ (w sferze badañ naukowych i eksperymentów przemys³owych) zmierzaj¹cych do doskonalenia ju wdro onych, a tak e wypracowywania nowych niekonwencjonalnych metod eksploatacji resztek pok³adów, których wybieranie jest nie tylko trudniejsze pod wzglêdem technologicznym, ale praktycznie zawsze zwi¹zane z intensyfikacj¹ wystêpuj¹cych zagro eñ naturalnych. 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] Bednarêka K., Srokosz Z., 1987 Wybieranie reszek pok³adów oraz filarów oporowych systemem œcianowym z kieszeni¹. Wiadomoœci Górnicze nr 5. [2] J u z e k G., R o j e k A., 2007 Wybieranie resztki pok³adu 405 w KWK Staszic. Bezpieczeñstwo Pracy i Ochrona Œrodowiska w Górnictwie nr 7. [3] K o z i o ³ E., D z i e r ê g a S., 1998 Mo liwoœæ pozyskania wêgla z filarów i resztek pok³adów z jednoczesnym zagospodarowaniem odpadów. Bezpieczeñstwo Pracy i Ochrona Œrodowiska w Górnictwie nr 1. [4] 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 (niepublikowane). [5] T a j d u œ A., K l u k a J., R a k Z., S t a s i c a J., 1999 Prototypowy system wybierania wêgla chodnikami w obudowie kotwiowej i wykonywanymi z nich wcinkami. Przegl¹d Górniczy nr 3. [6] T o r A., 2007 Opracowanie oceny innowacyjnoœci stosowanych technologii eksploatacji wêgla kamiennego w Jastrzêbskiej Spó³ce Wêglowej S.A. (niepublikowane). OCENA MO LIWOŒCI WYBIERANIA RESZTKOWYCH PARTII POK ADÓW W KOPALNIACH WÊGLA KAMIENNEGO S³owa kluczowe Górnictwo, technologia podziemnej eksploatacji z³ó, systemy eksploatacji Streszczenie Wymóg racjonalnej gospodarki z³o em, szczególnie w odniesieniu do kopalñ o istotnie sczerpanej bazie zasobowej, narzuca koniecznoœæ podejmowania dzia³añ w zakresie eksploatacji partii pok³adów uwiêzionych w filarach ochronnych obiektów powierzchniowych i podziemnych oraz pozostawionych z ró nych przyczyn resztkach o niewielkich rozmiarach, nieregularnej geometrii i znikomych zasobach. Wybieranie tego typu parcel klasycznymi, powszechnie stosowanymi systemami œcianowymi, stwarzaj¹c znaczne problemy natury techniczno- -ruchowe,j staje siê w efekcie ekonomicznie nieuzasadnione, a niejednokrotnie wrêcz niemo liwe w realizacji. W artykule omówiono g³ówne za³o enia, a tak e doœwiadczenia uzyskane w trakcie dotychczasowej eksploatacji resztkowych partii z³ó w oparciu o opracowane i wdro one w GZW wybrane, krótkofrontowe koncepcje

16 184 systemów: ubierkowego i chodnikowego (ZG Siltech Sp. z o.o.), chodnikowego z wcinkami (KHW S.A. KWK Staszic), d³ugich zabierek-chodników (KW S.A. KWK Marcel) oraz tzw. krótkiej œciany (JSW S.A. KWK Borynia). Na podstawie przeprowadzonej analizy podjêto próbê oceny zaprezentowanych systemów w zakresie perspektywicznych mo liwoœci rozwoju oraz ich predyspozycji w aspekcie technicznym, ekono- micznym oraz bezpieczeñstwa robót. POTENTIALS OF MINING IN REMNANTS IN POLISH COAL MINES Key words Coal mining, technology of underground deposits exploitation, systems of exploitation Abstract The requirement of rational deposit management, particularly in mined out areas, prompts the activities aimed to effectively mine seams in pillars and in remnants left because of various reasons, in remnants having small size and irregular geometry. In such cases longwall mining might cause various operational problems, making it an unviable and sometimes even an impossible task. In recent years some unconventional mining methods have been developed in coal companies in the Upper Silesia Coal Basin, in collaboration with research institutes and basing on foreign expertise. Methods which were designed for mining residual areas guarantee required safety level, viability and surface protection. The paper outlines the main objectives and the experience gathered during the mining of remnants with the use of short-front system used in several collieries in Poland: open-end system, seam 509, ZG Siltech Sp. z o.o. (chapter 1, Fig. 1 2), roadway system, seam 509, ZG Siltech Sp. z o.o. (chapter 1, Fig. 3 4); seam 507, KW S.A. KWK Marcel (chapter 4, Fig. 7), roadway with neck system, seam 405, KHW S.A. KWK Staszic (chapter 2, Fig. 5 6), short wall system, seam 405/1, JSW S.A. KWK Borynia (chapter 4, Fig. 8). The analysis of applied solutions reveals the limitations of their use, potentials for further development, their applicability in the technical, economic and work safety aspects. One of the general conclusions indicates that the need to leave some pillars in headings (coal belts, fences) might become a source of fire hazard and coal burst hazard. It is worthwhile to mention that these systems are easy to modify in terms of their structure, mechanization of transport, mining methods and backfilling, whereby the voids might be filled with industrial waste. An obvious advantage of these solutions is that they can be effectively applied in currently operated mines as well as in mines to be closed. They can be widely used, combined, modified and extended accordingly, offering many variants and options to ensure the more effective mining of the given deposit, and in the consequence the life of the mine can be extended. Further research and experimental work is fully merited to improve the existing solutions and to develop new methods of mining residual areas, which is a formidable task both in terms of technical conditions and potential natural hazards.