Marek Waldemar JOŃCZYK, Barbara ORGANIŚCIAK Kopalnia Węgla Brunatnego Bełchatów SA., Rogowiec

Transkrypt

1 WARSZTATY 2004 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Mat. Symp. str Marek Waldemar JOŃCZYK, Barbara ORGANIŚCIAK Kopalnia Węgla Brunatnego Bełchatów SA., Rogowiec Zagrożenia naturalne związane z eksploatacją złoża w Kopalni Węgla Brunatnego Bełchatów S.A. Streszczenie Eksploatacja złóż węgla brunatnego w głębokich kopalniach odkrywkowych prowadzona jest w warunkach występowania szeregu zagrożeń naturalnych. Artykuł przedstawia wybrane zagadnienia dotyczące zagrożeń wodnych, geotechnicznych, sejsmicznych i gazowych występujących w KWB Bełchatów SA. Omówiono zasady prowadzenia ruchu Zakładu Górniczego w warunkach wystąpienia zagrożeń naturalnych. Ostatni rozdział omawia oddziaływanie eksploatacji odkrywkowej na środowisko naturalne i sposoby łagodzenia skutków przeobrażeń środowiska. 1. Specyfika budowy geologicznej rejonu złoża Złoże węgla brunatnego Bełchatów jest położone około 15 km na południe od miejscowości Bełchatów, w centralnej części jednostki tektonicznej nazywanej Rowem Kleszczowa. Rów Kleszczowa jest wąską, około 2,5 3 km subrównoleżnikową strukturą o charakterze depresji tektonicznej, założoną w utworach mezozoicznych. Zlokalizowany jest w północnym obrzeżeniu elewacji Radomska, zwanej też ryglem Kodrąbia, rozdzielającej nieckę łódzką od niecki miechowskiej. Od zachodu graniczy z monokliną śląsko krakowską, od wschodu z Górami Świętokrzyskimi, rozciągając się od rzeki Warty na zachodzie aż po rzekę Pilicę na wschodzie. Tworzy łuk o długości około 80 km łagodnie wygięty ku północy. Złoże węgla brunatnego Bełchatów dzieli się na trzy pola: - Pole Kamieńsk, - Pole Bełchatów, - Pole Szczerców. Aktualnie jest prowadzona eksploatacja węgla z Pola Bełchatów, natomiast w październiku 2002 roku rozpoczęto roboty górnicze zbieranie nadkładu na Polu Szczerców. W 1992 roku został opracowany syntetyczny profil litostratygraficzny złoża na podstawie materiałów kartograficznych gromadzonych w czasie prowadzenia obsługi geologicznej kopalni (Czarnecki i in. 1992; Czarnecki i Frankowski 1996). W obrębie utworów czwartorzędowych i trzeciorzędowych wydzielono sześć kompleksów litostratygraficznych, których granice mają charakter regionalny i istnieje możliwość śledzenia ich zarówno na obszarze złoża jak i w rejonach przyległych. Perm/Mezozoik Osady permu z rejonu złoża to cechsztyńskie sole kamienne cyklotemu Werra, które wraz z czapą anhydrytowo gipsową budują wysad solny Dębina, rozdzielający Pole Bełchatów od Pola Szczerców. 169

2 M. W. JOŃCZYK, B. ORGANIŚCIAK Zagrożenia naturalne związane z eksploatacją złoża... Do najstarszych utworów mezozoiku należą osady triasowe reprezentowane przez wapienie i piaskowce. Osady triasu znane są tylko z otworów wiertniczych. Kompleks osadów jurajskich reprezentowany jest przez piaski i piaskowce liasu, mułowce i iłowce doggeru oraz wapienie organodetrytyczne malmu. Powyżej zalega kompleks osadów kredowych, reprezentowany przez osady marglisto wapienne oraz opoki i osady mułowcowe kredy górnej. Osady jury i kredy są znane z odsłonięć na zboczach stałych wyrobiska górniczego, jak i licznych otworów wiertniczych. Kenozoik trzeciorzęd Osady trzeciorzędu rozdzielono na cztery kompleksy. Kompleks podwęglowy budują osady piaszczysto ilasto mułkowe z cienkimi wkładkami węgla brunatnego. W górnej części kompleksu utwory piaszczyste są miejscami scementowane krzemionką. Ponadto w jego obrębie występują zwietrzeliny skał podłoża mezozoicznego, pochodzące z obrzeżenia rowu. Miąższość kompleksu podwęglowego waha się w granicach metrów. Utwory kompleksu podwęglowego reprezentują okres sedymentacji paleoceńsko oligoceńskiej. W spągu kompleksu węglowego występuje najniższy poziom paratonsteinu o miąższości 2 5 cm (poziom Ts 7). Bezpośrednio powyżej leży główny pokład węgla brunatnego o miąższości od 20 do 80 metrów. W południowej części złoża w spągu pokładu węgla można obserwować przejście sedymentacyjne od piasków poprzez węgle zapiaszczone i zailone do węgla. Część dolna i środkowa pokładu głównego jest zbudowana z naprzemianległych warstw żółtobrunatnych węgli bitumicznych i ciemnobrunatnych węgli ksylitowo detrytowych. W stropowej części pokładu oddzielonej od niżejległych osadów kolejnym poziomem paratonsteinu zalegają węgle ksylitowo ziemiste, lokalnie intensywnie zailone bądź zapiaszczone. W pokładzie głównym występują podrzędnie wkładki kredy jeziornej w rejonach występowania w obrzeżeniu rowu tektonicznego wapieni jurajskich. Powyżej stropu pokładu występuje warstwa węgli sapropelowych i iłów węglistych o miąższości 0,5 7,0 m i charakterystycznej łupliwości, zwanych iłami kostkowymi. Ponad poziomem iłów kostkowych leży poziom paratonsterinu (poziom Ts 4) o miąższości 1 2 cm. Wyżej zalega warstwa o miąższości 2 5 cm złupkowaconych iłów szarozielonych. Ponad iłami występuje pokład węgla brunatnego określany jako pokład C, o miąższości 2 15 m, a wyżej kolejny poziom utworów węglowo ilastych typu iłów kostkowych, wyklinowujący się ku zachodowi. Ponad iłami kostkowymi zalega kolejny pokład węgla brunatnego pokład B, o miąższości 1 6 m. W stropie kompleksu występuje kolejny poziom paratonsteinu (Ts 3). Utwory kompleksu węglowego należą do dolnego miocenu. Kompleks ilasto węglowy rozpoczynają osady ilasto piaszczyste, wśród których lokalnie występują wkładki kredy jeziornej. Na tych utworach leży najwyższy pokład węgla brunatnego pokład A o miąższości 0,1 5,0 m. Ponad pokładem węgla zalega pakiet czarnych iłów węglistych z poziomem paratonsteinu (poziom Ts 2). Najwyższe ogniwo kompleksu stanowią osady piaszczysto ilaste, w znacznej części o charakterze redeponowanych zwietrzelin. Utwory kompleksu ilasto węglowego należą do dolnego i środkowego miocenu. Spąg kompleksu ilasto piaszczystego ma charakter erozyjny i jest podkreślony warstwą bruku korytowego. W kompleksie dominują brunatno brązowe piaski. Obok piasków występują iły, iły piaszczyste i mułki ilaste. Utwory kompleksu ilasto piaszczystego należą do pliocenu. Kenozik czwartorzęd W obrębie osadów czwartorzędowych wydziela się dwie jednostki: - dolna jednostka strukturalna, 170

3 WARSZTATY 2004 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie - górna jednostka strukturalna. Dolna jednostka strukturalna charakteryzuje się zaburzoną budową wewnętrzną. W jej obrębie wydzielić można trzy cykle sedymentacji glacjalnej przedzielone osadami interglacjalnymi. Są to głównie osady reprezentujące środowisko sedymentacji pozakorytowej oraz rzek meandrujących (mułki organiczne oraz pylaste i drobnoziarniste piaski), a także osady piaszczysto żwirowe, piaszczyste, piaszczysto mułkowe, mułki zastoiskowe oraz iły warwowe i gliny glacjalne stanowiące osady sedymentacji fluwioglacjalnej, limnoglacjalnej i glacjalnej. Reprezentują one środowiska kolejno następujących po sobie zlodowaceń południowopolskiego i środkowopolskiego. Szczególnym zespołem litologicznym w obrębie osadów czwartorzędu są serie zastoiskowe o miąższości do 80 metrów stwarzające określone utrudnienia w procesie eksploatacji nadkładu. Strop dolnej jednostki strukturalnej wyznacza powierzchnia erozyjna związana z osadami rzecznymi interglacjału Pilicy. Górna jednostka strukturalna charakteryzuje się subhoryzontalnym zaleganiem zespołów warstw. Są to osady piaszczysto żwirowe, reprezentujące osady rzeczne okresu interglacjału Pilicy oraz piaski pylaste, iły warwowe i trzy poziomuy glin glacjalnych reprezentujących stadiał Warty zlodowacenia środkowopolskiego. Powyżej zalegają osady zbiorników jeziornych interglacjału eemskiego, piaski wydmowe zlodowacenia północnopolskiego oraz osady rzeczne holocenu, facji pozakorytowych i korytowych związanych z rzeką Widawką. Rów Kleszczowa jest najgłębszym neotektonicznym zapadliskiem na obszarze Niżu Polskiego i stanowi wysunięty ku wschodowi element strefy tektonicznej Poznań Kalisz Rzeszów. W morfologii powierzchni podkenozoicznej wyraźnie zaznaczają się laramijskie struktury fałdowe. Są to od wschodu: - antyklina Bełchatowa, - synklina Zapolic, - antyklina Łękińska, - synklina Brudzic, - antyklina Dąbrowy Rusieckiej. Ponadto widoczne są trzy główne zespoły uskoków: NW-SE lineament Poznań Rzeszów, orogeneza alpejska, WSW-ENE lineament Brzeg Kluczbork Bełchatów, orogeneza waryscyjska, WNW-ESE rozłam świętokrzyski, orogeneza kaledońska. Uskoki brzeżne rowu są wypadkową przebiegu powyższych uskoków. Wydzielono następujące uskoki brzeżne: - uskok brzeżny południowy nr 1, - uskok brzeżny południowy nr 1a, - przeciwstawny uskok domykający nr 2, - uskok brzeżny północny domykający nr 3. Rów przecięty jest uskokami o charakterze przesuwczym (od wschodu): 1) uskok Widawki, 2) uskok Środkowy, 3) zespół uskoków w południowo zachodnim skrzydle antykliny Łękińska (z uskokiem Folwarku), 4) uskok zamykający rów II rzędu od zachodu. 171

4 M. W. JOŃCZYK, B. ORGANIŚCIAK Zagrożenia naturalne związane z eksploatacją złoża Geologiczno górnicze warunki prowadzenia eksploatacji górniczej Złoże węgla brunatnego Bełchatów zostało odkryte w 1960 roku dzięki wierceniom poszukiwawczym prowadzonym za ropą naftową. W otworze Geo 2A stwierdzono sześćdziesięcio metrowej miąższości zespół warstw burowęglowych. Intensywne badania geologiczno rozpoznawcze pozwoliły podjąć już dwa lata później prace projektowe dla potrzeb przyszłej kopalni. Zaleganie węgla na dużych głębokościach, specyfika jego zalegania w wyjątkowych warunkach geologicznych (tektonicznych i strukturalnych) sprawiła, że projektowanie najgłębszej w Polsce i jednej z najgłębszych na świecie kopalń odkrywkowych było przedsięwzięciem trudnym i stanowiło wyzwanie dla projektantów. Na podstawie badań i obserwacji geologicznych prowadzonych w wyrobisku kopalni Bełchatów od rozpoczęcia robót górniczych, tj. od lipca 1977 roku, stwierdzono szereg różnic między budową geologiczną nadkładu i złoża węgla brunatnego prezentowaną w dokumentacjach geologicznych, a obserwowaną na skarpach. Wiele z tych, zdobytych drogą badań geologicznych informacji, wpłynęło na geologiczno górnicze warunki prowadzenia eksploatacji górniczej. 3. Zagrożenia naturalne w Kopalni Węgla Brunatnego Bełchatów 3.1. Zagrożenia wodne Przez zagrożenie wodne rozumie się możliwość nagłego wdarcia się wody lub wody z luźnym materiałem do wyrobisk odkrywkowych, stwarzające niebezpieczeństwo dla załogi lub ruchu Zakładu Górniczego. Kopalnia Bełchatów została zaliczona do drugiego stopnia zagrożenia wodnego. Źródłami zagrożenia wodnego w Kopalni Węgla Brunatnego Bełchatów są: nawalne opady atmosferyczne mogące spowodować gwałtowne zmiany w układzie stosunków hydrogeologicznych lub geologiczno inżynierskich, stwarzające zagrożenie dla załogi lub ruchu Zakładu Górniczego, zawodnione utwory wodonośne występujące w poszczególnych piętrach górniczych, tworzące izolowane między sobą zbiorniki wód podziemnych (wody resztkowe), zawodnione utwory wodonośne występujące poza obszarami prowadzenia robót górniczych, w których występuje poziom wodonośny o zwierciadle napiętym. Nie przewiduje się możliwości wystąpienia zagrożenia wodnego ze strony powierzchniowych zbiorników naturalnych oraz cieków naturalnych i sztucznych. Najbardziej istotne i najczęściej występujące zagrożenie wodne dla prowadzenia robót górniczych jest związane z wodami resztkowymi. Odwodnienie nadkładu poprzez system studni wielkośrednicowych podstawowego systemu odwodnienia jest skuteczne. Jednak część zasobów wód pozostaje w górotworze jako wody resztkowe. Na wzrost zasobności zbiorników wód resztkowych wpływa ponadto infiltracja wód atmosferycznych. Wody resztkowe na poziomach nadkładowych w istotny sposób wpływają na warunki pracy w zakresie urabiania, transportu i przejezdności poziomów. Zwiększone ilości wód resztkowych mogą spowodować zagrożenie wodne dla pracy koparek i przenośników transportowych. Wyprzedzające ograniczenie zawodnienia resztkowego pozwala na zmniejszenie zagrożenia wodnego oraz poprawę warunków geologiczno górniczych zdejmowania nadkładu. Ograniczenie zawodnienia resztkowego ma duże znaczenie dla stateczności zboczy stałych i zbocza roboczego. 172

5 WARSZTATY 2004 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Ze względu na charakter występowania stosuje się następujący podział wód resztkowych: 1) Wody resztkowe występujące w zamkniętych, izolowanych soczewkach i zaburzonych warstwach piaszczystych w obrębie serii utworów nieprzepuszczalnych. Zasoby tych wód są ograniczone, nie posiadają one zasilania z sąsiednich rejonów, a wypływy wód z tych struktur są gwałtowne i krótkotrwałe. 2) Wody resztkowe zawieszone na stropie utworów nieprzepuszczalnych, w obszarach niewielkich deniwelacji stropu tych warstw. Wycieki wód z tego rodzaju struktur mają charakter strefowy. Wycieki uaktywniają się w czasie prowadzenia robót górniczych. 3) Wody resztkowe występujące w rozległych, wypełnionych utworami przepuszczalnymi rynnach erozyjnych, synklinach, nieckach strukturalnych i tektonicznych. System przebiegu osi tych struktur jest w warunkach złoża Bełchatów bardzo skomplikowany. Zbiorniki te posiadają dużą zdolność akumulacji wód infiltrujących ze znacznych obszarów wyrobiska. Wypływy wód z tego rodzaju zbiorników w sposób zasadniczy rzutują na zagrożenie wodne ze strony wód resztkowych. Jednocześnie wpływają na wydajność maszyn podstawowych, niekiedy czasowo uniemożliwiają pracę koparek. Ocena stanu zawodnienia resztkowego, tzn. rozpoznanie charakteru i stopnia zawodnienia resztkowego wraz z oceną zagrożenia dla robót górniczych jest prowadzona w dwóch etapach. Etap pierwszy obejmuje prognozę. Prognoza polega na określeniu zawodnienia resztkowego w oparciu o obserwacje terenowe skarp, analizę wszystkich archiwalnych otworów wiertniczych i materiałów kartograficznych w postaci map stropu utworów nieprzepuszczalnych. Efektem powyższej analizy jest określenie rejonów potencjalnego nagromadzenia wód resztkowych, wymagających dodatkowego rozpoznania oraz podanie założeń dla wierceń uściślających. Etap drugi obejmuje rozpoznanie. Na podstawie opracowanej przez służbę geologiczną prognozy zawodnienia resztkowego prowadzone są badania stopnia zawodnienia górotworu w wytypowanych rejonach za pomocą wierceń kontrolnych. W pierwszej fazie rozpoznaniem kontrolnym jest objęte przedpole danej zabierki z wyprzedzeniem co najmniej 1,5 szerokości zabierki od granicy aktualnie realizowanej. Lokalizację, ilość i głębokość otworów kontrolnych ustala służba geologiczna. W zależności od charakteru zawodnienia resztkowego, stosuje się następujące sposoby ograniczenia zawodnienia: - wykonywanie studni spływowo pompowych i studni spływowo chłonnych, - wykonywanie otworów odwadniających kierunkowych, - wykorzystanie części studni wielkośrednicowych podstawowego systemu odwodnienia, - wykonywanie rowów odwodnieniowych z rząpiami na przedpolach frontów eksploatacyjnych, - odwadnianie rowami podskarpowymi, - stosowanie wypracowanych technologii pracy w warunkach zawodnienia ścian czołowych Zagrożenia geotechniczne Pod pojęciem zagrożeń geotechnicznych w kopalni odkrywkowej rozumie się możliwość utraty stateczności zboczy, skarp i poziomów wyrobiska lub zwałowiska, głównie w wyniku wystąpienia osuwisk, zapadlisk, wyporu gruntu, wymyć sufozyjnych, gwałtownych odprężeń skał, itp. (Rybicki i in. 2000). Zagrożenia takie występują we wszystkich kopalniach odkrywkowych z różnym nasileniem. Są one zależne od czynników naturalnych (charakter budowy geologicznej, rodzaj skał i gruntów, sposób ich zalegania, zaburzenia tektoniczne, warunki hydrogeologiczne) i technologicznych (głębokość eksploatacji, geometria skarp i zboczy, szyb- 173

6 M. W. JOŃCZYK, B. ORGANIŚCIAK Zagrożenia naturalne związane z eksploatacją złoża... kość i kierunek postępu frontów eksploatacyjnych, czas postoju skarpy). Stopień skomplikowania czynników naturalnych jest w KWB Bełchatów wyjątkowy nie tylko w odniesieniu do krajowych wyrobisk odkrywkowych lecz i w skali wyrobisk europejskich. Rodzaje zagrożeń geotechnicznych w Zakładzie Górniczym KWB Bełchatów : - osuwiskowe na skarpach stałych i roboczych wyrobisk O/Bełchatów i O/Szczerców oraz zwałowisk O/Bełchatów i O/Szczerców, - zagrożenia stateczności podłoża jazdy maszyn podstawowych, w tym związane z krasem, - związane ze zjawiskami o charakterze odprężeniowym, - zagrożenia stateczności skarp związane z wypływami wód resztkowych, - wynikające z występowania utworów trudno urabialnych, - zagrożenia związane z pracą zwałowarek w rejonach, gdzie wysokość bloku podpoziomowego przekracza 35 lub 45 metrów (w zależności od typu pracującej zwałowarki). Do najgroźniejszych zjawisk geologiczno inżynierskich wśród zagrożeń geotechnicznych należą osuwiska zboczy i skarp wyrobisk oraz zwałowisk. Dotychczasowe obserwacje i badania wskazują, że na stateczność elementów wyrobiska wpływają: - wykształcenie strukturalne, - występowanie stref zluźnień tektonicznych (nasunięcia, uskoki), - wody resztkowe, - struktury paleoosuwiskowe. Dotychczas na zboczach i pojedynczych skarpach wyrobiska powstało już kilkaset mniejszych i większych osuwisk, których kubatura wahała się w granicach około tys. m 3. Na skarpach zboczy stałych wyrobiska górniczego KWB Bełchatów zarejestrowano od początku prowadzenia robót górniczych 44 osuwiska: - na zboczu wschodnim (całkowicie zasypanym zwałowiskiem wewnętrznym) wystąpiło 12 osuwisk, - na zboczu południowym zarejestrowano 21 osuwisk, - na zboczu północnym wystąpiło 11 osuwisk. Osuwiska na zboczach stałych wyrobiska są szczegółowo badane i w zależności od lokalizacji likwidowane, bądź zabezpieczane. Większość obserwowanych osuwisk ma charakter strukturalny (BPGiG PROGiG 2003). Do głównych powierzchni strukturalnych, po których rozwijają się osuwiska należą: - powierzchnie tektoniczne i glacitektoniczne, takie jak uskoki, nasunięcia, spękania, zluźnienia, zlustrowania, - powierzchnie śródwarstwowe i stropowe osadów zastoiskowych w dolnym (zaburzonym) piętrze strukturalnym czwartorzędu, - powierzchnia graniczna między piaszczysto mułkowo gliniastymi osadami czwartorzędowymi, a osadami ilastymi występującymi w stropie utworów trzeciorzędowych. Wraz z pogłębianiem się wyrobiska oraz bezpośrednim rozpoznaniem budowy geologicznej nadkładu, ujawniła się bardzo ważna rola w powstawaniu osuwisk powierzchni struktur paleoosuwiskowych. Powierzchnie struktur paleoosuwiskowych odgrywają główną rolę w powstawaniu osuwisk na zboczu północnym, obejmującym swym zasięgiem południowy skłon głębokiej rynny erozyjnej, ukształtowany w dużej mierze przez procesy kopalnych osuwisk. Powierzchnie tektoniczne, zluźnień tektonicznych, nasunięć oraz paleoślizgów, odgrywały i odgrywają z kolei ważną rolę w powstawaniu osuwisk zbocza południowego wyrobiska oraz zasypanego już zbocza wschodniego. Na górnych piętrach zbocza południowego ujawniła się także, w powstawaniu osuwisk, rola strefy kontaktowej utworów czwartorzędowych z marglisto ilastymi zwietrzelinami wyniesionego tu wysoko podłoża mezozoicznego. 174

7 WARSZTATY 2004 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Tabela 3.1 zawiera zestawienie wybranych osuwisk o charakterystycznej budowie geologicznej, dużej objętości mas osuniętych, które powstały na zboczach stałych wyrobiska górniczego Kopalni Bełchatów. Skomplikowane warunki geologiczno strukturalne nie pozwalają na całkowitą eliminację zagrożeń osuwiskowych i należy się z nimi liczyć w ramach ryzyka górniczego. Podstawowym działaniem profilaktycznym byłoby przyjęcie już w fazie projektowania geometrii odkrywki odpowiednich kątów nachylenia skarp i zboczy w nawiązaniu do rozpoznanej budowy geologicznej i na podstawie analiz stateczności opartych o wyniki badań cech wytrzymałościowych warstw gruntów oraz kontaktów warstw. Niestety żaden z tych czynników nie jest wystarczająco rozpoznany w fazie projektowania. Pozostają więc działania doraźne dostosowane do sytuacji geologiczno strukturalnej w danej fazie robót górniczych (Rybicki i in. 2000). Ważnym sposobem zapobiegania zagrożeniom osuwiskowym i ograniczania ich skutków jest monitoring deformacji skarp oraz istniejących osuwisk. Pozwala on kontrolować prędkości deformacji i eliminuje momenty nagłych zagrożeń, umożliwiając też dostosowanie pracy maszyn do zastanej fazy deformacji. W związku z zadaniami problemowymi, które w najbliższej przyszłości czekają służbę geologiczną Kopalni: 1) kontynuacja budowy platform IV pochylni transportowej zapewnienie stateczności tych platform, 2) rozpoznawanie warunków geologiczno inżynierskich w strefie zejścia z eksploatacją do struktury rowu II rzędu, 3) rozpoznawanie warunków geologiczno inżynierskich dla eksploatacji węgla w rowie II rzędu, zapewnienie stateczności zboczy stałych w tym rejonie (projektowana głębokość eksploatacji do rzędnej 80 m n.p.m.), zapewnienie stateczności zwałowiska wewnętrznego na skłonie zbocza wschodniego rowu II rzędu, 4) rozpoznanie warunków geologiczno inżynierskich w rejonie Wysadu Solnego Dębina, 5) zapewnienie stateczności zbocza końcowego (zachodniego) wyrobiska górniczego oraz likwidacja wyrobiska, na bieżąco są opracowywane sposoby prowadzenia obserwacji makroskopowych i geodezyjnych oraz monitorowania prowadzenia robót górniczych w prognozowanych rejonach zagrożeń. Dla każdego z prognozowanych rejonów zagrożeń geotechnicznych opracowywane są rodzaje i sposoby prowadzenia obserwacji oraz ustalana ich częstotliwość. Aktualnie obserwacjami geodezyjnymi prowadzonymi na sieci specjalnie zainstalowanych w tym celu reperów objęte są rejony: - istniejących osuwisk 18S i 20S, rejon na zachód od osuwiska 20S oraz poniżej tych osuwisk od poziomu +72 m n.p.m. do dna wyrobiska, - rejon pompowni 4 S 4 (pochylnia drogowa powyżej zbiornika pompowni oraz skarpa +124/+95 m n.p.m. ponad budynkami pompowni), - rejon prognozowanych zagrożeń (między liniami przekrojów SN) na zboczu południowym wyrobiska. Sieci punktów do prowadzenia obserwacji geodezyjnych są na bieżąco rozbudowywane. Ich rozbudowa jest ściśle związana z postępem robót górniczych. 175

8 M. W. JOŃCZYK, B. ORGANIŚCIAK Zagrożenia naturalne związane z eksploatacją złoża... Nr osuwiska 9 N zbocze N, rejon linii SN, w zakresie +55/+32 m n.p.m. 10 N zbocze N, rejon linii SN, w zakresie +132/+105 m n.p.m. 11 N zbocze N, rejon linii 74 SN, w zakresie +82/+64 m n.p.m. 15 S zbocze S, rejon linii SN, w zakresie +74/-20 m n.p.m. 16 S zbocze S, rejon linii 82 SN, Tabela 3.1. Zestawienie wybranych osuwisk zarejestrowanych na zboczach stałych wyrobiska Zakładu Górniczego KWB Bełchatów Table 3.1. List of some landslides detected on KWB Bełchatów open pit slopes Data powstania 5/ Typ osuwiska, kubatura strukturalne 30 tys. m konsekwentno - - strukturalne 3,5 tys. m strukturalne 10 tys. m konsekwentno - - strukturalne tys. m odprężeniowo - - strukturalne 800 tys. m 3 Informacje o powierzchni poślizgu Powierzchnia poślizgu - w gruntach paleoosuwiskowych, udział wód resztkowych; Nachylenie powierzchni poślizgu asekwentne do skarpy pod kątem 30 0 ; W czaszy osuwiska: utwory paleoosuwiskowe (trzeciorzęd i czwartorzęd), piaski czwartorzędowe. Powierzchnia poślizgu w iłach warwowych zalegających w formie nieckowatej struktury nachylonej konsekwentnie do skarpy pod katem , W czaszy osuwiskowej: gliny, piaski, iły warwowe czwartorzęd. Powierzchnia poślizgu w utworach paleoosuwiskowych (iły warwowe, iły zielone, izolowane gniazda piasku); Kąt nachylenia iłów warwowych 30 0 ; W czaszy osuwiskowej: utwory paleoosuwiskowe (iły zielone, piaski brązowe), utwory czwartorzędowe: iły warwowe, piaski. Powierzchnia poślizgu w utworach kompleksu węglanowo węglowego i w przerostach ilastych w strefie spągowej kompleksu węglowego; Kąt nachylenia powierzchni poślizgu: 20 0 w części dolnej i środkowej, w części górnej; W czaszy osuwiska: utwory trzeciorzędowe kompleksów: węglanowo węglowego, węglowego i gruboklastycznego. Powierzchnia poślizgu - w górnej części w strefie uskokowej uskoku brzeżnego pod kątem 36 0, - w części środkowej w przewarstwieniu Zagrożenia dla Zakładu Górniczego Zagrożenie dla przenośnika B 73 na półce stałej +55 m n.p.m. zbocza północnego, słupa linii WN Zagrożenie dla pochylni drogowej +132/+105 m n.p.m. Deformacje wystąpiły pod przenośnikiem B 53 i objęły drogę po północnej stronie przenośnika. Wykonano wymianę gruntów w związku z lokalizacją platformy III pochylni. Zniszczeniu uległo 10 studzien, kolektory rurowe o długości ok. 800 m rowy betonowe, rurociągi zrzutowe o długości ok. 500 m, drogi, zagrożenia pożarami endogenicznymi węgla, zagrożenia dla prowadzenia eksploatacji węgla w tym rejonie w strefie spągowej. Zagrożenie dla prowadzenia eksploatacji węgla poniżej rzędnej 176

9 WARSZTATY 2004 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie w zakresie +108/+40 m n.p.m. 17 S zbocze S, rejon linii SN, w zakresie +50/+4 m n.p.m. 18 S zbocze S, rejon linii SN, w zakresie +205/+72 m n.p.m. 19 S zbocze S, rejon linii SN, w zakresie +130/+70 m n.p.m rozwój / konsekwentno - strukturalne 95 tys. m 3 tektoniczno - - strukturalne tys. m konsekwentno - - strukturalne 70 tys. m 3 ilastym nachylonym konsekwentnie do zbocza pod kątem , - w części dolnej w węglu asekwentnie do zbocza pod kątem ; W czaszy osuwiska utwory trzeciorzędowe: węgiel, iły i mułki. Powierzchnia poślizgu w stropie warstwy trzeciorzędowych iłów popielatych zalegających w strefie spągowej węgla, nachylonych konsekwentnie do zbocza pod kątem 30 0 ; W czaszy osuwiska: utwory trzeciorzędowe: iły, piaski i węgiel. Powierzchnie poślizgu przebiegają w trzeciorzędowych iłach, nachylonych konsekwentnie do zbocza pod kątami od kilku do kilkunastu stopni; W czaszy osuwiskowej: utwory trzeciorzędowe piaski i iły, utwory czwartorzędowe: piaski i gliny. Powierzchnia poślizgu w trzeciorzędowych iłach kompleksu ilasto piaszczystego; Nachylenie powierzchni poślizgu 15 0, Utwory w czaszy osuwiskowej: trzeciorzęd nadwęglowy: iły i piaski, czwartorzęd: piaski. +40 m n.p.m., zagrożenie powstania pożarów endogenicznych węgla. Zagrożenie dla prowadzenia eksploatacji węgla poniżej rzędnej +4 m n.p.m., zagrożenia wystąpienia pożarów endogenicznych. Zagrożenie dla stateczności części zbocza południowego, w rejonie zejścia z eksploatacją do rowu II rzędu, konieczność zmiany konturu fragmentu zbocza południowego poniżej deformacji, przebudowa kanału nr 2, linii WN. 20 S rejon linii SN, w zakresie +205/+72 m n.p.m konsekwentno - - strukturalne tys. m 3 Powierzchnia poślizgu w zwietrzelinach margli kredowych; Kąt nachylenia ku północnemu wschodowi; Utwory w czaszy osuwiskowej: trzeciorzędowe piaski i iły, czwartorzędowe piaski i gliny. 177 Zagrożenie dla stateczności części zbocza południowego, zmiana konturu, konieczność przebudowy kanału nr 2, linii WN, zmiana lokalizacji pompowni 156S. W związku z wymienionymi wcześniej zadaniami problemowymi, przed którymi staje służba geologiczna Kopalni, od roku 1999 prowadzony jest, poza obserwacjami geodezyjnymi, monitoring odkształceń wgłębnych górotworu dla rejonów istniejących osuwisk oraz dla rejonów prognozowanych zagrożeń geotechnicznych za pomocą pomiarów w zainstalowanych inklinometrach. Aktualnie prowadzone są w Kopalni Bełchatów obserwacje w 18 inklinometrach (OBRBG BUDOKOP 2001, 2003). Częstotliwość prowadzenia pomiarów jest ustalana indywidualnie dla każdego inklinometru w zależności od wielkości, głębokości, rodzaju

10 M. W. JOŃCZYK, B. ORGANIŚCIAK Zagrożenia naturalne związane z eksploatacją złoża... obserwowanych deformacji oraz postępu robót górniczych. Częstotliwość pomiarów ustala służba geologiczna Kopalni. W 1999 roku zainstalowano w Kopalni Bełchatów pierwsze dwa urządzenia do badania stanu naprężeń poziomych w głębi górotworu poduszki hydrauliczne sondy otworowej Glötzla (OBRBG BUDOKOP 1999). Urządzenia te zainstalowano do tej pory w węglu pokładu głównego, w przewarstwieniach ilastych w strefie spągowej kompleksu węglowego, w marglach kredowych. Z czynnych sposobów przeciwdziałania zagrożeniom osuwiskowym w Kopalni Bełchatów należy wymienić szeroko stosowaną na skarpach zbocza stałego północnego wyrobiska, w rejonie pochylni drogowych, platform pochylni transportowych, wymianę gruntów zastoiskowych na grunty piaszczyste, drenaż wód resztkowych, zabezpieczanie przeciwerozyjne powierzchni skarp elementami komórkowymi typu GEOKRATA. Na zboczu południowym stosowany jest sposób formowania zbocza w dostosowaniu do istniejących powierzchni strukturalnych, odcinkowe łagodzenie nachylenia zbocza, zmiany szerokości półek, pozostawianie naturalnych przypór gruntowych. Zgłoszeniu do Okręgowego Urzędu Górniczego w Kielcach podlegają: 1) w odkrywkowych wyrobiskach górniczych osuwiska o objętości powyżej 10 tys. m 3, 2) na skarpach stałych wyrobisk osuwiska, które naruszyły górną krawędź skarpy, 3) na skarpach roboczych osuwiska, których zasięg od dolnej krawędzi skarpy do wyrobiska przekracza wysokość skarpy w miejscu powstania osuwiska, 4) na zwałowiskach osuwiska o objętości powyżej 50 tys. m 3. Zagrożenia geotechniczne wynikające z występowania zjawisk krasowych Rejony, w których strop wapieni jury górnej (oksfordu) zalega na głębokości równej lub mniejszej niż 30 metrów poniżej poziomu jazdy koparki uznaje się za rejony zagrożeń krasowych. W tak określonych rejonach, zaznaczonych na planach pracy koparek, w czasie wykonywania robót górniczych prowadzone są obserwacje podłoża jazdy pod względem wystąpienia spękań, szczelin, zagłębień na poziomie roboczym, nagłych zaników wody w rowach i zagłębieniach. W czasie pracy koparki w rejonie prognozowanych zagrożeń krasowych zapewnione jest dodatkowe oświetlenie poziomu jazdy, znajduje się jedna ciężka spycharka na wypadek potrzeby jej awaryjnego użycia. W rejonach prognozowanych zagrożeń krasowych nie prowadzi się remontów koparek. Zagrożenia wynikające z procesów odprężeniowych w węglu pokładu głównego Dotychczasowe doświadczenia i obserwacje wykazały, że procesy odprężeniowe postępują sukcesywnie w miarę postępu robót i wyprzedzają skarpę roboczą na odległość około dwóch wysokości skarpy w pracy nadpoziomowej. W pracy podpoziomowej proces odprężania się węgla uważa się za zakończony w blokach zabierek udostępniających dno wyrobiska. Zjawiska odprężeniowe nasilają się w rejonach tektoniki przesuwczej oraz w skrzydłach i partiach osiowych struktur synklinalnych i antyklinalnych. Na bazie doświadczeń przyjmuje się, że zagrożenia geotechniczne wynikające z procesów odprężeniowych występować będą w pokładzie głównym węgla w przypadku urabiania skarpy węglowej o wysokości 10 metrów i powyżej lub w przypadku urabiania zabierki o szerokości powyżej dwóch wysokości skarpy. W przypadku urabiania skarpy nadkładowo węglowej zagrożenie może wystąpić, jeżeli udział węgla przekracza 2/3 wysokości skarpy, a zabierka ma 178

11 WARSZTATY 2004 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie szerokość powyżej dwóch wysokości skarpy. W czasie pracy koparek w rejonach zagrożeń wynikających z procesów odprężeniowych, prowadzone są obserwacje urabianych skarp, poziomu jazdy. Eksploatacja węgla odbywa się z podziałem piętra górniczego na podpiętra oraz ze zmniejszeniem szerokości urabianej zabierki. Prowadzona jest bieżąca kontrola robót przez sztygara zmianowego, nadsztygara górniczego oraz Zmianowego Inżyniera Ruchu. Zagrożenia związane z pracą zwałowarek w rejonach, gdzie wysokość bloku podpoziomowego przekracza 35 lub 45 metrów (w zależności od typu pracującej zwałowarki) Sytuacje takie mają miejsce: - dla zwałowarki pracującej na I poziomie zwałowym, gdzie maksymalna wysokość piętra formowana w rejonach deniwelacji spągowych może wynosić do 65 metrów, - dla zwałowarek pracujących na poziomach wyższych w rejonach zboczy północnego i południowego dla wydłużenia okresów eksploatacji pompowni, dróg oraz na froncie roboczym dla synchronizacji postępów poziomów zwałowiska. Za zagrożenie dla pracy zwałowarki przyjmuje się stan, kiedy spękania w poziomie jazdy osiągają połowę odległości między górną krawędzią skarpy podpoziomowej a najbliższym pojazdem zwałowarki. W przypadku wystąpienia zagrożenia geotechnicznego stanowiącego zagrożenie dla ruchu Zakładu Górniczego, decyzje odnośnie stanu zagrożenia oraz sposobu ograniczania zagrożenia podejmuje Zespół Zagrożeń Wodnych i Geotechnicznych na posiedzeniu nadzwyczajnym. Ustalenia ZZWiG zatwierdza Kierownik Ruchu Zakładu Górniczego Zagrożenia sejsmiczne Wstrząsy sejsmiczne związane z działalnością górniczą rejestrowane są na całym świecie. Obszar Rowu Kleszczowa jest młodą strukturą tektoniczną, która charakteryzuje się występowaniem nie do końca zrelaksowanych naprężeń tektonicznych. Najmłodsze struktury tektoniczne (trzeciorzędowe i czwartorzędowe) mające szczególne predyspozycje do niestabilnego zachowania się, pod wpływem dodatkowego czynnika zewnętrznego zmieniają stan równowagi naprężeniowej i są przyczyną aktualnie występujących zjawisk sejsmicznych. Tak więc można przypuszczać, że podłożem zaistniałej sejsmiczności jest sumowanie naprężeń tektonicznych istniejących w analizowanym obszarze z naprężeniami i zmianami fizyko mechanicznymi skał, wywołanymi pracami górniczymi. Określone przez Główny Instytut Górnictwa w Katowicach mechanizmy wstrząsów górotworu, które wystąpiły w KWB Bełchatów, potwierdziły hipotezę o związku występujących zjawisk sejsmicznych z naruszeniem równowagi naprężeniowo deformacyjnej w strukturach tektonicznych na skutek prowadzonych robót górniczych (Mutke i in. 2001). W latach kopalniana sieć sejsmiczna zarejestrowała ponad 1200 wstrząsów. Najsilniejsze wstrząsy sejsmiczne miały miejsce: 29 listopada 1980 roku energia J, magnituda 4,6, 28 listopada 1992 roku energia J, magnituda 4,34. Epicentra większości wstrząsów, zwłaszcza wstrząsów silniejszych, znajdowały się na obszarze wyrobiska, na poziomach roboczych, w rejonach, gdzie w dnie rowu tektonicznego występują pocięte licznymi dyslokacjami wapienie jury górnej zachodniego skrzydła antykliny Łękińska. W oparciu o zarejestrowane przyspieszenia wyznaczono izolinię 250 mm/s 2, która 179

12 M. W. JOŃCZYK, B. ORGANIŚCIAK Zagrożenia naturalne związane z eksploatacją złoża... wyznacza obszar potencjalnych zagrożeń sejsmicznych dla obiektów budowlanych. Prowadzenie ciągłej rejestracji i ewidencji wstrząsów sejsmicznych przez sieć sejsmiczną wykonaną zgodnie z wytycznymi Głównego Instytutu Górnictwa zapewnia Naczelny Inżynier Górniczy Kopalni. W Centrum Operatywnego Kierowania Ruchem znajduje się Książka Wstrząsów Sejsmicznych. Kierownik Ruchu Zakładu Górniczego KWB Bełchatów wprowadził do stosowania Zasady postępowania w przypadku wystąpienia odczuwalnego wstrząsu sejsmicznego. Osoby, które stwierdziły wystąpienie odczuwalnego wstrząsu sejsmicznego, powiadamiają o tym fakcie oraz zaobserwowanych skutkach Zmianowego Inżyniera Ruchu. Zmianowy Inżynier Ruchu poleca pracownikowi Stacji Sejsmologicznej sprawdzenie, czy wstrząs został zarejestrowany przez stanowiska sejsmologiczne oraz wstępne określenie energii sejsmicznej zarejestrowanego wstrząsu. W przypadku, gdy wstępna ocena energii wstrząsu wynosi co najmniej 10 7 J, obsługujący stację sejsmiczną informuje o tym ZIR, a następnie przystępuje do dokładnego określenia energii wstrząsu i lokalizacji jego epicentrum. W przypadku, gdy według wstępnej oceny energia sejsmiczna wynosi co najmniej 10 7 J, a nie więcej niż 10 9 J, ZIR poleca nadsztygarom przeprowadzenie osobiście i za pośrednictwem osób dozoru pracujących na zmianie następujących kontroli: - stanu skarp stałych i roboczych w rejonie pracy maszyn podstawowych, - pochylni transportowych. O wszelkich stwierdzonych uszkodzeniach obiektów kontrolujący powiadamiają telefonicznie Zmianowego Inżyniera Ruchu. W przypadku wystąpienia zagrożenia dla załogi lub ruchu Zakładu Górniczego, ZIR organizuje odpowiednie działania zapobiegawcze lub ratunkowe. O wystąpieniu i skutkach wstrząsu sejsmicznego Zmianowy Inżynier Ruchu informuje Kierownika Ruchu Zakładu Górniczego i niezwłocznie zgłasza do Okręgowego Urzędu Górniczego. W przypadku, gdy określona przez obsługującego stację sejsmiczną energia sejsmiczna wstrząsu wynosi więcej niż 10 9 J, Zmianowy Inżynier Ruchu dodatkowo wzywa do przyjazdu na teren Kopalni Kierownika Ruchu Zakładu Górniczego, który po przybyciu przejmuje kierowanie pracami zapobiegawczymi lub ratunkowymi, pracownika prowadzącego Stację Sejsmologiczną dla dokonania dokładnej oceny wielkości wstrząsu (jego energii sejsmicznej) oraz ustalenia lokalizacji epicentrum wstrząsu. Przeprowadzona zostaje przez nadsztygarów i za pośrednictwem osób dozoru kontrola maszyn podstawowych i przenośników, pompowni stałych i rurociągów odprowadzających, głównych stacji transformatorowych oraz linii zasilających, zaplecz warsztatowych i socjalnych, obiektów hydrotechnicznych (kanały i rowy odprowadzające wodę z systemu odwodnienia). Po każdym odczuwalnym i zarejestrowanym przez aparaturę stacji sejsmologicznej wstrząsie sejsmicznym - służba geologiczna Kopalni przeprowadza na I zmianie kontrolę rejonów zagrożeń geotechnicznych oraz skarp i zboczy w rejonie pochylni transportowych i pompowni, a wyniki kontroli wpisuje do Książki Wstrząsów Sejsmicznych, - służba miernicza dokonuje pomiaru linii obserwacyjnych, wybranych po analizie i konsultacji ze służbą geologiczną. Inwentaryzację skutków wstrząsów o potwierdzonej energii ponad 10 9 J w budowlanych obiektach górniczych i innych obiektach budowlanych wykonuje zespół pod przewodnictwem 180

13 WARSZTATY 2004 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Starszego Inspektora do spraw budowlanych z Działu Gospodarki Remontowej. Zapisy w Książce Wstrząsów Sejsmicznych, wyniki pomiarów geodezyjnych oraz inwentaryzacja skutków wstrząsu stanowią dokumentację usuwania skutków wstrząsu sejsmicznego. Po wystąpieniu wstrząsu powodującego uszkodzenia obiektów w otoczeniu Kopalni, pracownik prowadzący Stację Sejsmologiczną konsultuje z GIG w Katowicach sposób oceny zasięgu jego szkodliwego oddziaływania w otoczeniu Kopalni i uzgadnia wykonanie przez GIG mapy izosejst tego wstrząsu. Wykaz wstrząsów o magnitudzie M > = 3 z rejonu wyrobiska KWB Bełchatów Specification of tremors with M > = 3, open pit KWB Bełchatów area Tabela 3.2. Table 3.2. Data Magnituda M , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,23 W okresie ostatnich dwudziestu lat wystąpiło kilkanaście bardzo silnych wstrząsów (M > = 3,5) w rejonie Odkrywki Bełchatów. Geneza tych wstrząsów wiązana jest ze strefami młodych uskoków i działalnością górniczą. Lokalizacja ognisk zaistniałych wstrząsów i analiza ich mechanizmów w korelacji z tektoniką obszaru, pozwoliła na wyodrębnienie wstrząsogennych stref uskokowych. Są to strefy młodych uskoków Widawki i Folwarku. Miejsca lokalizacji przyszłych silnych zjawisk sejsmicznych będą charakteryzowały się podobną budową geologiczną, a szczególnie tektoniką. W kierunku na zachód od uskoku Folwarku, podobne strefy uskokowe spodziewane są bliżej wysadu solnego Dębina oraz na Polu Szczerców Zagrożenia gazowe (metanowe, siarkowodorowe) W skorupie ziemskiej tworzenie się gazów jest bardzo rozpowszechnione, ponieważ znaczna część naturalnych procesów chemicznych zachodzi z wydzielaniem się gazów. 181

14 M. W. JOŃCZYK, B. ORGANIŚCIAK Zagrożenia naturalne związane z eksploatacją złoża... W latach polsko amerykański zespół naukowy prowadził badania nad określeniem genezy gazów towarzyszących złożom torfu, węgla brunatnego i kamiennego w Polsce oraz wstępnej emisji metanu do atmosfery. Należy podkreślić, że metan jest jednym z najgroźniejszych gazów cieplarnianych. Siła oddziaływania jednej cząsteczki metanu na ozon jest dwadzieścia razy większa niż cząsteczki dwutlenku węgla. Węgiel brunatny zawiera zdecydowanie mniej metanu niż węgiel kamienny. Występowanie metanu w węglu brunatnym jest stwierdzone niemal we wszystkich złożach węgla brunatnego, zmienna jest tylko jego ilość. Z analizy wyników pomiarów metanu w studniach, otworach obserwacyjnych i technicznych, prowadzonych przez służby KWB Bełchatów oraz wyników pomiarów gazów wybuchowych i toksycznych zrealizowanych w ramach opracowania (Zawisza i in. 2003) wynika, że w obrębie eksploatowanego złoża węgla brunatnego gazem wybuchowym jest tylko metan. Występuje on w gazie wypływającym z otworów w bardzo dużym przedziale zmienności od stężeń równych zero do 100% zawartości. Zatem zachodzi konieczność jego monitorowania w takim właśnie zakresie. Nie stwierdzono zależności między emisją metanu w otworach a litostratygrafią podłoża mezozoicznego (jura dolna do kredy). Wypływy metanu pojawiają się w otworach przewiercających serię złożową lub zakończonych w serii złożowej, zalegającej zarówno na utworach jurajskich jak i kredowych. Przeanalizowano wykształcenie litologiczne utworów przewiercanych w otworach Pola Bełchatów, w których stwierdzono występowanie emisji metanu. Przeprowadzona analiza nie wykazała zależności pomiędzy litologią przewiercanych utworów a intensywnością emisji metanu. Analiza potwierdziła, że metan jest związany z serią złożową. Bez znaczenia dla wielkości emisji jest również rodzaj skał nadległych i podścielających główny pokład węgla. Duże stężenie metanu występowało zarówno w otworach, gdzie węgiel ograniczony był od góry i od dołu iłem, czy też piaskiem. Nie ma znaczenia również czy mamy do czynienia z czystym, zwartym pokładem węgla, czy też w obrębie węgla występują wkładki piasku, mułku czy iłu. Wyraźny związek stwierdzono natomiast między emisją metanu a tektoniką uskokową. W badaniach prowadzonych dla złoża Bełchatów (Zawisza i in. 2002) stwierdzono, że istnieją związki między stężeniem metanu a odległością otworu od uskoku. Wypływy metanu częściej występują w otworach zlokalizowanych w strefach uskokowych lub w sąsiedztwie uskoków i częściej są to stężenia maksymalne. Niestety brak wiarygodnych i kompletnych danych uniemożliwia uwzględnienie w takiej analizie tektoniki uskokowej związanej z podłożem mezozoicznym oraz serią złożową. Niezbędnym warunkiem silnych emisji metanu (w tym o wartości przewyższającej poziom wybuchu) jest odprężenie złoża w efekcie rozcięcia procesami eksploatacyjnymi i odwodnienie złoża jako czynnika ułatwiającego przepływ gazu (udrożnienie systemu porów). W ramach przytoczonego opracowania rozpoznano jeszcze kilka innych wyraźnych prawidłowości, z których wynika, że otwory o podwyższonej emisji metanu nigdy nie występują: - na zewnątrz uskoków brzeżnych Rowu Kleszczowa nr 1 i nr 3, - poza krawędzią zasięgu powierzchni stropowej kompleksu węglowego, natomiast szczególnie chętnie grupują się w strefach gęsto pociętych systemami uskoków poprzecznych (o przebiegu NW SE lub NE SW), a w ostatnich latach także w strefie uskoku ramowego określanego numerem

15 WARSZTATY 2004 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Za rejony zagrożone wybuchem metanu przyjmuje się : 1) Studnie odwadniające i otwory wiertnicze, w których stwierdzono występowanie metanu, również strefy o promieniu 5 m wokół tych studni i otworów uznaje się za zagrożone wybuchem metanu. 2) Studnie i otwory, które nawierciły pokład węgla i nie przeprowadzono w nich kontroli zawartości metanu. Pomiary zawartości metanu są wykonywane we wszystkich studniach i otworach obserwacyjnych, nawiercających pokład węgla z częstotliwością co najmniej 1 raz w miesiącu (studnie i otwory obserwacyjne w eksploatacji). Okres eksploatacji rozpoczyna się dla studni z chwilą przystąpienia do zabudowy w niej pierwszego agregatu pompowego, a w przypadku otworów obserwacyjnych z chwilą ich przekazania do eksploatacji. Okres ten kończy się wraz z wyłączeniem studni lub otworu obserwacyjnego z eksploatacji. Przed przystąpieniem do jakichkolwiek prac związanych z eksploatacją studni i otworów obserwacyjnych, a w szczególności: - wymianą agregatów pompowych w studniach, - ucinaniem i nadbudową kolumn rurowych, - czyszczeniem studni i piezometrów, - instrumentacją i rekontrukcją studni, - kamerowaniem studni, - likwidacją studni i otworów, wykonywany jest pomiar stężenia metanu. Są to tak zwane kontrole bieżące (jednorazowe). Pomiary zawartości metanu są wykonywane dwoma metanomierzami na głębokości 3 i 5 metrów od wlotu otworu, przez osoby przeszkolone w zakresie prowadzenia pomiarów. Studnie i otwory, w których stwierdzono stężenie metanu powyżej 1% są oznakowane na rurze nadfiltrowej pasem koloru żółtego szerokości 20 cm oraz tablicą ostrzegawczą o treści: UWAGA METAN! Zakaz palenia papierosów i używania otwartego ognia. Strefa zagrożenia (5 m) dla otworów znajdujących się na zewnątrz wyrobiska musi być dodatkowo oznaczona taśmą ostrzegawczą. W studniach i strefach zagrożonych wybuchem metanu zabrania się stosowania urządzeń elektrycznych o napięciu znamionowym powyżej 1000 V. Roboty spawalnicze (spawanie, lutowanie, cięcie metali) bądź wymagające stosowania otwartego ognia mogą być wykonywane, gdy zawartość metanu w studni lub w otworze wiertniczym jest nie większa od 1%. W przypadku stwierdzenia zawartości metanu powyżej 1%, należy obniżyć stężenie metanu poprzez przewietrzenie otworu. Zagrożenie wybuchem metanu może nastąpić przy wierceniu studni metodą obrotowo udarową na sucho w przypadku nawiercenia lub przewiercenia serii węglowej, zabudowy kolumny filtrowej połączonej z jej spawaniem oraz w przypadku pompowania oczyszczającego studni za pomocą airliftu. Podczas wiercenia otworów metodą obrotową, zagrożenie metanowe może wystąpić wówczas, gdy w czasie wykonywania otworów nawiercających lub przewiercających serię złożową wystąpią duże zaniki płuczki, skutkujące znacznym obniżeniem jej poziomu i zmianą relacji ciśnień w otworze. W związku z powyższym wykonywanie otworów wiertniczych nawiercających lub przewiercających serię złożową, może być prowadzone przy spełnieniu szeregu rygorów przedstawionych w Zasadach bezpiecznego prowadzenia ruchu w warunkach zagrożenia metanowego w Zakładzie Górniczym KWB Bełchatów, wprowadzonych do stosowania 183

16 M. W. JOŃCZYK, B. ORGANIŚCIAK Zagrożenia naturalne związane z eksploatacją złoża... Zarządzeniem Kierownika Ruchu Zakładu Górniczego. We wszystkich otworach nawiercających lub przewiercających serię złożową muszą być prowadzone, w czasie wiercenia, pomiary stężenia metanu w przypadku normalnych warunków wiercenia, profilaktycznie raz na zmianę u wylotu otworu wiertniczego, natomiast w przypadku wystąpienia zaników płuczki dwa razy na zmianę dwoma metanomierzami u wylotu otworu i na głębokości 3 metry od wlotu otworu. W przypadku całkowitego zaniku płuczki pomiaru dokonuje się bezpośrednio po wystąpieniu tego zjawiska. Po zakończeniu wiercenia i wyciągnięciu rur wykonuje się pomiar dwoma metanomierzami u wlotu otworu i na głębokości 3 metry od wlotu otworu. Otwory techniczno uściślające i rozpoznawcze, zlokalizowane w wyrobisku górniczym, w których po zakończeniu wiercenia i wyciągnięciu rur stwierdzono występowanie metanu powyżej 1%, pozostawia się do naturalnego odgazowania. Wykonawca zgłasza ten fakt inspektorowi nadzoru i zamieszcza informację w protokóle likwidacji lub protokóle odbioru technicznego. Studnie odwadniające, otwory obserwacyjne i techniczno uściślające zlokalizowane w rejonie obszaru złoża węgla są potencjalnym źródłem emisji do atmosfery gazu, którego skład chemiczny jest kształtowany głównie przez metan, siarkowodór i dwutlenek węgla. Emitowane do atmosfery zanieczyszczenia gazowe stanowią w pobliżu miejsca emisji lokalne zanieczyszczenie powietrza, które z jednej strony skutkuje pogorszeniem się warunków aerosanitarnych, a z drugiej strony może być przyczyną eksplozji. W przypadku gazu emitowanego w KWB Bełchatów, realne jest jedynie wystąpienie stężeń metanu powyżej granicy palności oraz siarkowodoru w granicach najwyższych dopuszczalnych stężeń dla stanowisk pracy. O tym, czy w miejscu emisji zanieczyszczeń lub w jego pobliżu wystąpią niebezpieczne dla zdrowia stężenia emitowanych zanieczyszczeń, decyduje zarówno ilość i skład chemiczny emitowanego gazu jak i warunki jego rozprzestrzeniania się z miejsca emisji. W tym ostatnim przypadku istotną rolę odgrywają czynniki topograficzne i meteorologiczne. Drugim gazem niebezpiecznym, który sporadycznie występuje w rejonie KWB Bełchatów jest siarkowodór. Stwierdzone w czasie pomiarów jego stężenia nie przekraczały jednak nigdzie wartości dopuszczalnej. Można stwierdzić, że były one na niskim poziomie. W związku z zamieszczonymi w tym rozdziale informacjami, przy prognozowaniu obszarów występowania metanu wykorzystuje się następujące informacje: - przebieg uskoków brzeżnych (nr 1 i 3) ograniczających Rów Kleszczowa od północy i od południa, - zasięg powierzchni stropowej i spągowej kompleksu węglowego, - związek wypływów metanu z tektoniką uskokową, - związek emisji metanu z przebiegiem osi struktur fałdowych, - związek emisji metanu z projektowanym przebiegiem krawędzi wyrobisk górniczych Pola Bełchatów i Pola Szczerców. 4. Wieloaspektowa ingerencja w środowisko naturalne, skala przeobrażeń środowiska sposoby, metody łagodzenia skutków przeobrażeń środowiska Eksploatacja odkrywkowa węgla brunatnego prowadzi do przeobrażenia terenu i zmian środowiska. Związane to jest między innymi z: - wyłączeniem dużych obszarów z użytkowania rolniczego i leśnego, - zniszczeniem pokrywy glebowej w obrębie wyrobiska, zwałowiska zewnętrznego i obiektów pomocniczych, 184

17 WARSZTATY 2004 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie - powstaniem nowych form rzeźby terenu i ogromnych zmian w morfologii w postaci sztucznych zagłębień (wyrobiska) i wyniesień (zwałowiska zewnętrzne i wewnętrzne), - zmianą sieci hydrograficznej, osadniczej, komunikacyjnej, energetycznej, - zmianą stosunków wód podziemnych, spowodowaną odwodnieniem złoża. Realizacja zadań związanych z ochroną środowiska stawiana jest w KWB Bełchatów SA. równorzędnie z działaniami związanymi z prawidłowym funkcjonowaniem Zakładu Górniczego. Pozwala to ograniczyć skutki działalności górniczej. Prowadzona jest rekultywacja terenów poeksploatacyjnych. Odwodnienie złoża wpływa na obniżenie poziomu wód podziemnych. W ramach przeciwdziałania skutkom zaniku wody w płytkich studniach gospodarskich, na obszarze maksymalnego prognozowanego zasięgu leja depresji zaprojektowano i wykonano ponad 2000 km sieci wodociągowych oraz 26 stacji ujęciowych. Całość tych prac została sfinansowana przez Kopalnię. W związku z oddziaływaniem Kopalni na stosunki wodne w glebach prowadzona jest rekultywacja i renowacja użytków zielonych, w celu przywrócenia łąkowo pastwiskowego charakteru użytkowania. Gospodarka wodna Kopalni związana jest z odwodnieniem wgłębnym i powierzchniowym. Wody z odwodnienia podziemnego, jako wody czyste, kierowane są bezpośrednio do cieków naturalnych. W ramach ochrony rzek przed zanieczyszczonymi zawiesiną wodami pochodzącymi z odwodnienia powierzchniowego, wybudowano osadniki wód brudnych. Oczyszczanie wód w osadnikach realizowane jest na drodze sedymentacji osadów ze wspomaganiem filtra roślinnego. Oczyszczone wody mieszczą się w parametrach II klasy czystości wód powierzchniowych. Woda na potrzeby własne Kopalni pobierana jest ze studni odwodnienia wgłębnego. Ścieki z zaplecz technologicznych odprowadzane są do oczyszczalni ścieków. 5. Podsumowanie Wielkoskalowa eksploatacja węgla brunatnego w głębokich kopalniach odkrywkowych wyzwala zagrożenia naturalne towarzyszące tej eksploatacji. Specyfika budowy geologicznej jak w przypadku złoża węgla brunatnego Bełchatów jeszcze bardziej uwypukla skalę tych zagrożeń. Głównym zadaniem służb Zakładu Górniczego jest bezpieczne wydobywanie kopaliny i ograniczanie wpływu wydobycia na otaczające środowisko naturalne. W całym okresie istnienia Zakładu Górniczego niezbędne jest wspomaganie przez wiodących projektantów górniczych i przedstawicieli ośrodków naukowych z branży górniczej. Kolejne lata eksploatacji dają nam coraz większe doświadczenie i lepsze rozpoznanie w prognozowaniu i identyfikacji zagrożeń, ale także uczą pokory i respektu przed naturą. To codzienne zmaganie z zagrożeniami naturalnymi towarzyszącymi eksploatacji górniczej stanowi dla nas największe wyzwanie. 185