INŻYNIERÓW I TECHNIK SZY T S

Transkrypt

1 ISSN X INŻYNIERÓW STOWARZYSZENIE I TECHNIKÓW GÓRNICTWA

2

3 PRZEGLĄD Nr 6 GÓRNICZY 1 założono r. MIESIĘCZNIK STOWARZYSZENIA INŻYNIERÓW I TECHNIKÓW GÓRNICTWA Nr 6 (1134) czerwiec 2017 Tom 73 (LXXIII) Opis jakości noży styczno-obrotowych wskaźnikami parametrycznymi Quality assessment of tangential-rotary picks with parametric factors prof. dr hab. inż. Krzysztof Krauze* ) dr inż. Łukasz Bołoz* ) dr inż. Tomasz Wydro* ) Treść: W artykule przedstawiono problematykę związaną ze zużyciem noży styczno-obrotowych oraz metodykę oceny jakości noży styczno-obrotowych stosowanych do zbrojenia organów urabiających różnych maszyn roboczych. Omówiono autorską metodę oceny jakości noży styczno-obrotowych polegającą na badaniach parametrów geometrycznych, materiałowych oraz szybkości zużycia noży. Metodyka wykorzystuje wskaźniki parametryczne w celu dostosowania badań do określonych warunków, maszyn oraz wymagań użytkownika. Wyniki badań zebrane w postaci kart pomiarowych pozwalają na wybór najlepszego noża oraz określenie wpływu wybranych jego parametrów na szybkość zużycia. Abstract: This paper presents a methodology for the quality assessment of tangential-rotary picks used to equip cutting heads of different types of machinery. An original method for assessing the quality of tangential-rotary picks based on examination of geometrical and material parameters, including the pick wear rate, has been discussed in detail. The presented methodology makes use of parametric factors to adjust testing to particular conditions and machinery as well as to the user requirements. The test results compiled in the form of measurement cards allow to select the optimal pick and determine the influence of selected parameters on wear rate. Słowa kluczowe: ocena jakości, noże styczno-obrotowe, przetargi Key words: quality assessment, tangential-rotary picks, public tenders, durability testing of picks 1. Wstęp Frezujące organy są elementami roboczymi wielu maszyn, takich jak: górnicze kombajny ścianowe i chodnikowe, frezarki pracujące w przemyśle skalnym oraz frezarki drogowe i spągowe. Organy frezujące przeznaczone są do urabiania różnych rodzajów surowców mineralnych naturalnych i sztucznych. Urabianie organami wyposażonymi w noże styczno-obrotowe znajduje obecnie wiele zastosowań do skrawania węgla, rud metali, soli, skał, betonu oraz asfaltu. * ) AGH, Akademia Górniczo Hutnicza w Krakowie W górnictwie podziemnym eksploatacja wyrobisk ścianowych i chodnikowych odbywa się najczęściej za pomocą urabiania mechanicznego, które polega na bezpośrednim oddziaływaniu narzędziem urabiającym na caliznę skalną. Najbardziej rozpowszechnione jest urabianie skał przez frezowanie kombajnami oraz struganie strugami, które realizuje się nożami skrawającymi. Obecnie standardem do zbrojenia organów urabiających kombajnów chodnikowych ramionowych oraz organów kombajnów ścianowych są właśnie noże styczno- -obrotowe (rys. 1). Należy podkreślić, że nowe rozwiązania maszyn oraz głowic urabiających do podziemnej eksploatacji

4 2 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 złóż zakładają również wykorzystanie narzędzi dyskowych (Krauze 2002) oraz noży styczno-obrotowych (Bołoz 2013). Standardowy nóż styczno-obrotowy zbudowany jest ze stożkowo ukształtowanej części roboczej, walcowego trzpienia, będącego częścią chwytową noża oraz ostrza w postaci wkładki z węglika spiekanego (rys. 2). W celu zwiększenia odporności noża na zużycie ścierne stosowane są napoiny z węglików spiekanych lub materiałów trudnościeralnych, pierścienie z węglików spiekanych lub węgliki typu CAP w nożach o obniżonych korpusach (rys. 3). Kształt wkładki z węglików spiekanych dla noży styczno-obrotowych ma formę bryły obrotowej (rys. 4) składającej się z części walcowej i stożkowej lub balistycznej. Wymiary liniowe, jak i kątowe wkładki dobierane są z uwagi na własności urabianej calizny i związane z tym opory urabiania oraz przewidywane zużycie (Krauze i in. 2015). Kształt i odpowiedni sposób mocowania noża w uchwycie pozwala na jego stochastyczny obrót, co skutkuje równomiernym zużywaniem się ostrza. Korpus oraz część chwytowa wykonane są ze stali o dużej udarności i wytrzymałości oraz odporności na ścieranie. Ostrze natomiast wykonane jest z węglików spiekanych różnych gatunków i lutowane jest do korpusu noża. Kształt noża opisany za pomocą liniowych i kątowych wymiarów oraz własności materiałów zastosowanych na elementy noża oraz uchwytu nożowego muszą spełniać określone wymagania związane z prawidłową realizacją procesu skrawania oraz trwałością. Należy zaznaczyć, że wspomniane parametry zależą od rodzaju maszyny i urabianej calizny (Krauze i in. 2015, Krauze 2002, Krauze i in. 2009). Mając na uwadze problem jakim jest porównanie noży, opracowano taki sposób ich badania, aby możliwe było jednoznaczne wybranie najlepszego. Wskaźniki oceny jakości noży zostały sparametryzowane, dzięki czemu możliwe jest dostosowanie opracowanych procedur do badania noży styczno-obrotowych stosowanych do zbrojenia organu dowolnej maszyny urabiającej, pracującej w dowolnych warunkach. Zastosowanie przedstawionej w przedmiotowym artykule autorskiej metody pozwala na ograniczenie kosztów eksploatacji oraz zwiększenie efektywności procesu frezowania przez zmniejszenie częstotliwości przestojów związanych z wymianą narzędzi urabiających. Nóż styczno-obrotowy podczas eksploatacji jest elementem będącym bezpośrednio w kontakcie z urabianą calizną. Nóż mocowany jest w uchwycie przyspawanym do organu frezującego będącego częścią maszyny urabiającej. Prawidłowa praca samego noża uzależniona jest od parametrów geometrycznych organu i uchwytu, parametrów kinematycznych maszyny urabiającej oraz organu, jak również Rys. 1. Maszyny urabiające w kopalniach podziemnych a) kombajn ścianowy, b) kombajn chodnikowy (Famur 2017) Fig. 1. Cutting machines in underground mines a) longwall shearer, b) roadheader (Famur 2017) Rys. 2. Noże styczno-obrotowe dla organów: a) kombajnów ścianowych, b) kombajnów chodnikowych, c) kombajnów do urabiania soli, d) frezarek do urabiania betonu, e) frezarek do urabiania asfaltu Fig. 2. Tangential-rotary picks for: a) longwall shearers, b) heading machines, c) cutting-loading machines for salt extraction, d) concrete milling machines, e) asphalt milling machines

5 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 3 Rys. 3. Sposoby dodatkowego zabezpieczania noży styczno-obrotowych przed zużyciem ściernym a) nóż standardowy, b) noże napawane, c) nóż z pierścieniem z węglika spiekanego, d) nóż z dwoma pierścieniami z węglika spiekanego, e) nóż z obniżonym korpusem i węglikiem typu CAP (Krauze i in. 2015) Fig. 3. Methods for additional protection of tangential-rotary tools against abrasive wear a) standard pick, b) welded pick, c) pick with a carbide ring, d) pick with two cemented carbide rings, c) pick with a lowered head module and CAP carbide tip (Krauze et al. 2015) Rys. 4. Przykładowe węgliki spiekane stosowane na ostrza noży styczno-obrotowych a) stożkowe, b) wielostożkowe, c) balistyczny Fig. 4. Examples of sintered carbides used for manufacturing tangential-rotary picks a) conical, b) multicone, c) ballistic parametrów materiałowych uchwytu. Dopiero gdy parametry te są poprawnie dobrane, możliwe jest zapewnienie prawidłowych warunków pracy noża. Wtedy też jego jakość ma duży wpływ na realizację procesu skrawania, a przede wszystkim na energochłonność oraz trwałość (Krauze i in. 2015, Krauze i in. 2012). 2. Metodyka oceny jakości noży styczno-obrotowych Zagadnienia teoretyczne oraz aspekt praktyczny związane z procesem frezowania nożami styczno-obrotowymi były podstawą do opracowania sposobu oceny ich jakości. Założono, że przedmiotowa metoda musi umożliwiać porównywanie jakości noży, możliwość kontroli jakości dostarczanych noży oraz parametryczność pozwalającą na dostosowanie do różnych warunków pracy. Uwzględniając istotne z punktu widzenia prawidłowej pracy noży styczno-obrotowych czynniki, określono następujące elementy oceny jakości noży: pomiar parametrów geometrycznych całego noża oraz samego węglika spiekanego, badania parametrów materiałowych korpusu noża, badania parametrów materiałowych ostrza, pomiar twardości części roboczej i chwytowej korpusu, pomiar twardości ostrza, określenie szybkości zużycia noża w warunkach laboratoryjnych. Mając powyższe na uwadze, zaproponowano przeprowadzenie badań w trzech etapach (Krauze i in. 2015, Krauze

6 4 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 i in. 2012), przez pomiar parametrów geometrycznych, badania parametrów materiałoznawczych oraz badania szybkości zużycia Pomiar parametrów geometrycznych Badanie kompletnego noża styczno-obrotowego ma na celu wyznaczenie jego wybranych wymiarów liniowych i kątowych. Otrzymane wyniki badań należy porównać z dokumentacją producenta i ocenić zgodność wymiarów obiektu rzeczywistego z zakładanymi (Krauze i in. 2015). Rys. 5 przedstawia noże na specjalnej podstawce pomiarowej wraz z wysokościomierzem, suwmiarką oraz kątomierzem. Wyniki należy zestawiać w specjalnych kartach pomiarowych, a następnie sprawdzić ich zgodność z wymaganiami przyszłego użytkownika, dokumentacją producenta z uwzględnieniem odchyłek podanych na rysunku oraz wynikających z odpowiednich norm Badania parametrów materiałoznawczych Określenie własności materiałów z jakich wykonany jest nóż styczno-obrotowy wymaga rozdzielenia korpusu wykonanego ze stali od ostrza wykonanego z węglika spiekanego. W następstwie tego należy przeprowadzić badania dwóch materiałów (rys. 6): korpusu noża dla ustalenia składu chemicznego stali, twardości i obróbki cieplnej (badania metalograficzne), wkładki z węglika spiekanego dla ustalenia zawartości kompozytu, gęstości i twardości. Węgliki spiekane stosowane na ostrza noży styczno-obrotowych posiadają określony skład chemiczny oraz własności mechaniczne ważne z uwagi na proces urabiania, a w szczególności odporność na zużycie ścierne. Mając na względzie koszty badań oraz późniejszą ich aplikacje, proponuje się dla danego węglika określanie analizy ilościowej, gęstości oraz twardości (Krauze i in. 2015). Wyniki badań należy zbierać i opracować na kartach pomiarowych. Uzyskane wyniki należy porównywać z wymaganiami przyszłego użytkownika, wartościami deklarowanymi przez producenta oraz tymi, wynikających z odpowiednich norm Badania szybkości zużycia Pomiar szybkości zużycia noży styczno-obrotowych ma na celu określenie ich trwałości. Pomiar ten musi być realizowany w tych samych warunkach dla danej serii noży, tak by wyniki były wiarygodne, powtarzalne i porównywalne. Pozwoli to ocenić trwałość noża, ale również porównać w tym aspekcie różne noże. Dla oceny trwałości noży do badań przyjęto szybkość ich zużycia definiowaną jako zależność miedzy ubytkiem masy noża czy noży a objętością uzyskanego urobku. Należy zaznaczyć, że ocena na podstawie ubytku masy noża jest sprawdzonym sposobem oceny jego jakości, czyli ostrza oraz korpusu (Krauze i in. 2015). Na potrzeby określenia trwałości ostrza można zastosować wskaźniki bazujące na ubytku długości części roboczej ostrza. Ważne jest wtedy, aby układ nożowy oraz parametry skrawania pozwalały na takie urabianie, że w głównej mierze zużywa się samo ostrze, a nie korpus. Zakładając skrócenie noża, jako parametr kluczowy, wzory (1, 2, 3) przyjmą następującą postać: Rys. 5. Noże na stole traserskim wraz z przyrządami pomiarowymi Fig. 5. Picks on the marking off table together with measuring instruments

7 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 5 Rys. 6. Nóż styczno-obrotowy z naniesionymi punktami pomiarowymi: a) pomiar węglika spiekanego, b) pomiar powierzchni zgładu części roboczej, c) pomiar powierzchni części chwytowej Fig. 6. Tangential-rotary pick with marked points of measurement a) measurement of the sintered carbide, b) measurement of the polished micro section surface, c) measurement of the grip part of the pick gdzie: X l 1, X l 2, X l 3 wskaźnik opisujący szybkość zużycia na podstawie skrócenia, L r skrócenie części roboczej noża podczas badań, mm, L r długość noża przed badaniami, mm, V objętość wzorcowa/odniesienia próbki, m 3, V u objętość próbki urobiona podczas badań, m 3, L r max maksymalne skrócenie długości noża z badanej serii, mm. Szybkość zużycia w zależności od zastosowanego wzoru może zostać opisana za pomocą charakterystyki liniowej rosnącej X l 1, liniowej malejącej X l 2 lub hiperbolicznej malejącej X l 3. Charakterystyki tych wskaźników wykreślono dla przykładowych wartości na rys. 7. W przypadku charakterystyki opisanej wzorem X l 1 nóż o największej trwałości ma najmniejszą wartość wskaźnika. Natomiast wartości wskaźnika są proporcjonalne do masowego zużycia noża. Dla charakterystyki X l 2 oraz X l 3 - czym większa wartość wskaźnika, tym nóż wolniej się zużywa. Przy czym wskaźnik zapisany wzorem X l 2 jest proporcjonalny do ubytku długości noża. Natomiast wskaźnik zapisany wzorem X l 3 jest odwrotnie proporcjonalny do skrócenia noża. Dodatkowo dla charakterystyki X l 2 wprowadzono zabieg, który powoduje automatyczne (1) (2) (3) odrzucenie noża o największym skróceniu poprzez przypisanie mu zerowej wartości wskaźnika. Dzięki temu, niezależnie od ceny noża, nie jest on brany pod uwagę przy dokonywaniu wyboru najlepszej oferty. W praktyce stosowany jest wzór X l 1, natomiast na prośbę użytkowników zaproponowano wyznaczanie wskaźnika trzema alternatywnymi wzorami, aby stosujący przedmiotową procedurę mógł zdecydować, która z charakterystyk odpowiada jego potrzebom. Użytkownik dzięki temu wybiera jaki jest charakter wpływu skrócenia noża na uzyskiwaną wartość szybkości zużycia badanych noży. Realizacja badań laboratoryjnych wymaga przeprowadzenia ich na specjalnym stanowisku spełniającym wymagania przyjętej metodyki badań. Dlatego też przedmiotowe badania realizowano na stanowisku do badania procesu urabiania frezującymi organami, będącym w dyspozycji Katedry Maszyn Górniczych, Przeróbczych i Transportowych Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Stanowisko to (rys. 8) składa się z dwóch podzespołów: napędu organu i układu posuwu bloku przeznaczonego do urabiania. Elementem roboczym jest specjalna tarcza z uchwytami noży styczno-obrotowych jedno i dwustopniowych. Ze względu na różne sposoby mocowania noży opracowane zostało autorskie rozwiązanie, które umożliwia mocowanie każdego noża o określonej średnicy części chwytowej w jednym uchwycie. Prędkość obrotowa organu oraz ruch prostoliniowy próbki skalnej umożliwiają realizację procesu urabiania przez frezowanie przy określonej i zadanej wartości zabioru. Hydrauliczny mechanizm posuwu pozawala na przemieszczanie stołu wraz z blokiem skalnym. Prędkość obrotowa silnika regulowana jest za pomocą układu sterowania zabudowanego w szafie sterowniczej, natomiast do regulacji wartości prędkości posuwu w czasie urabiania i zawrębiania wykorzystywany

8 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 Rys. 7. Charakterystyki różnych wskaźników szybkości zużycia (X1=Xl1, X2=Xl2, X3=Xl3) Fig. 7. Characteristics of various wear rate indicators (X1=Xl1, X2=Xl2, X3=Xl3) jest zasilacz hydrauliczny. Standardowe wartości parametrów procesu wynoszą: prędkość posuwu v pu = 19 mm/min, obroty organu n = 40 obr/min (głębokość skrawania g s = 0,48 mm). długość skrawu: 120 mm, zabiór (szerokość) skrawu: 129 mm, średnica tarczy badawczej po ostrzach: 1815 mm. Na stole mechanizmu posuwu może być posadowiona próbka z minerału naturalnego lub sztucznego. W przypadku badania szybkości zużycia noży styczno-obrotowych celowym jest urabianie skały sztucznej (próbki cementowo-piaskowej), która wykazuje własności ścierne i jest względnie jednorodna oraz izotropowa. Stanowisko wyposażone jest w układ pomiarowy, stanowiący jego integralną część (momentomierz, przetworniki ciśnienia, przetworniki drogi, komputer pomiaro- Rys. 8. Stanowisko do badania jakości noży styczno-obrotowych a) tarcza badawcza z próbką w szalunku, b) szafy sterownicze z falownikiem oraz agregatem hydraulicznym, c) napęd stanowiska Fig. 8. Test bench for quality testing of tangential-rotary picks a) cutting drum with a test piece in formwork, b) control cabinets with inverter modules and hydraulic power units, c) test bench drive

9 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 7 Rys. 9. Przykładowy schemat układu nożowego z oznaczeniem numerów noży: a) widok noża numer 1 w uchwycie po badaniach, b) schemat rozmieszczenia noży Fig. 9. Sample diagram showing pick arrangement with picks numbers a) post-testing view of the pick no. 1 in the holder, b) picks arrangement diagram wy). Pozwala to na pomiar obciążenia elementu urabiającego oraz prędkości i ciśnienia w układzie posuwu, czyli określenia oporów lub energochłonności procesu urabiania. Noże na tarczy badawczej rozmieszczone są na obwodzie co 90 i tworzą układ nożowy, którego schemat zamieszczono na rys. 9. Każdy komplet noży mocowany jest w ponumerowanych od 1 do 4 uchwytach zabudowanych na tarczy. Uchwyty na tarczy badawczej pozwalają na mocowanie noża niezależnie od fabrycznego sposobu mocowania. Po przeprowadzeniu badań, każdy nóż jest fotografowany w trzech płaszczyznach co 120. Wyniki badań wraz ze zdjęciami noży po badaniach zbierane są w kartach pomiarowych (rys. 10). Wskaźniki szybkości zużycia noży określają ich jakość wyrażoną odpowiednią wartością liczbową. Przypisanie konkretnych wartości liczbowych pozwala na jednoznaczny wybór najlepszego noża. 3. Podsumowanie Prawidłowa praca noży styczno-obrotowych gwarantuje ich wysoką trwałość oraz wpływa na trwałość organów frezujących przy niskiej energochłonności procesu, małym zapyleniu oraz iskrzeniu. Jednak uzyskanie takiego rezultatu wymaga poprawnie dobranych parametrów kinematycznych i geometrycznych organu wraz z całą maszyną urabiającą oraz parametrów geometrycznych i materiałowych noży wraz z uchwytami. Aby osiągnąć założony cel trzeba zadbać Rys. 10. Przykładowy protokół z badań szybkości zużycia noży Fig. 10. Sample test report showing results of wear rate indicators research

10 8 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 o zgodność wymienionych parametrów z przyjętymi w fazie projektowania, czyli uzyskać jak najwyższą jakość produktu. Poprzez jakość noży należy rozumieć spełnienie stawianych wymagań oraz jak najwyższą trwałość. W niniejszym artykule przedstawiono metodykę badań jakości noży styczno-obrotowych, która dzięki parametryzacji istotnych wielkości pozwala na jej dostosowanie do dowolnych warunków, maszyn oraz potrzeb użytkownika. Na podstawie analizy wyników takich badań, możliwe jest wybranie najlepszego. Przedstawiona procedura badania jakości noży styczno- -obrotowych została obecnie wdrożona w trzech polskich spółkach węglowych. Podczas czterech przetargów wybrano noże dla ponad dziesięciu kopalń. Podczas tych badań przebadano łącznie ponad czterdzieści typów noży dostarczanych przez pięciu różnych producentów. Należy jednak zaznaczyć, że pomimo istotności przedmiotowych badań, w celu utrzymania jak największej trwałości elementów roboczych maszyn, należy w przyszłości objąć badaniami również organy frezujące oraz uchwyty nożowe. Literatura KRAUZE K., BOŁOZ Ł., WYDRO T Parametric factors for the tangential-rotary picks quality assessment, Archives of Mining Sciences, vol. 60, no. 1. KRAUZE K Urabianie skał kombajnami ścianowymi. Wydawnictwo Naukowe Śląsk, Katowice. KRAUZE K., KOTWICA K., BOŁOZ Ł Określenie parametrów noży styczno-obrotowych w aspekcie zmniejszenia występowania zagrożeń podczas urabiania skał zwięzłych. W: Problemy bezpieczeństwa w budowie i eksploatacji maszyn i urządzeń górnictwa podziemnego, Red. K. Krauze, Lędziny. KRAUZE K., BOŁOZ Ł., WYDRO T Ocena jakości noży styczno-obrotowych na podstawie badań laboratoryjnych. W: Problemy bezpieczeństwa w budowie i eksploatacji maszyn i urządzeń górnictwa podziemnego, Red. K. Krauze, Lędziny. BOŁOZ Ł Unique project of single-cutting head longwall shearer used for thin coal seams exploitation, Archives of Mining Sciences, vol. 58, Famur S.A., Artykuł wpłynął do redakcji - luty 2017 Artykuł akceptowano do druku NACZELNY REDAKTOR w zeszycie 1-2/2010 Przeglądu Górniczego, zwrócił się do kadr górniczych z zachętą do publikowania artykułów ukierunkowanych na wywołanie POLEMIKI DYSKUSJI. Trudnych problemów, które czekają na rzetelną, merytoryczną wymianę poglądów jest wiele! Od niej w znaczącej mierze zależy skuteczność praktyki i nauki górniczej w działaniach na rzecz bezpieczeństwa górniczego oraz postępu technicznego i ekonomicznej efektywności eksploatacji złóż. Od naszego wysiłku w poszukiwaniu najlepszych rozwiązań zależy przyszłość polskiego górnictwa!!!

11 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 9 dr inż. Maria Przyłucka* ) Geostatystyczna analiza uwarunkowań pionowych przemieszczeń terenu zidentyfikowanych przy pomocy interferometrii satelitarnej na obszarze Górnośląskiego Zagłębia Węglowego Geostatistical analysis of vertical ground displacements identified by satellite interferometry in the Upper Silesian Coal Basin Treść: Celem pracy jest zaprezentowanie różnych możliwości wykorzystania satelitarnych danych przetworzonych technikami interferometrii radarowej dla badań pionowych przemieszczeń terenu na obszarze czynnych i zamkniętych kopalń węgla kamiennego. W pracy wykorzystano cztery zestawy danych, w tym zestaw danych rastrowych, interferogramów różnicowych, pozyskanych w technice Differential Interferometry Synthetic Aperture Radar (DInSAR) oraz trzy zestawy danych punktowych, pozyskanych w technice Persistent Scatterer Interferometry (PSInSAR). Dane obejmowały fragmenty obszaru Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (GZW) i posłużyły do przeprowadzenia analiz na dwóch obszarach badawczych: Katowice (kopalnie czynne) i Będzin (kopalnie zlikwidowane). Wykorzystany bogaty zbiór danych pozwolił na określenie przydatności poszczególnych typów danych, jak również wykorzystanych zakresów obrazowania radarowego, do badania pionowych przemieszczeń powierzchni terenu. Analiza powolnych przemieszczeń terenu, zidentyfikowanych na danych punktowych PSInSAR, umożliwiła identyfikację zasięgu wpływów działalności górniczej. Dodatkowo, na przykładzie obszaru kopalni zamkniętych Będzin pokazano znaczącą zmianę charakteru występujących pionowych ruchów terenu przed i po zamknięciu kopalni. Analiza szybkich, rzędu centymetrów na miesiąc, przemieszczeń została przeprowadzona na obszarze Katowice w oparciu o zestaw danych interferogramów różnicowych. Poprzez zsumowanie wartości osiadania otrzymanych na pojedynczych obrazach, otrzymano mapę przemieszczeń pionowych dla okresu 15 miesięcy. W dalszej części pracy przedstawiono połączenie dwóch typów informacji, punktowej o niewielkich przemieszczeniach oraz rastrowej o dużych przemieszczeniach. Zostało ono przeprowadzone poprzez jednoczesną interpolację otrzymanych wartości, czego wynikiem była kompleksowa mapa pionowych przemieszczeń terenu, przedstawiająca pełen, prosty w odbiorze obraz zmian zaszłych dla okresu luty 2007 maj 2008 na obszarze Katowic. Abstract: The aim of this paper is to present various possibilities of using satellite data processed by radar interferometry techniques for vertical displacement in active and closed coal mines. Four sets of data were used, including one raster data set, differential interferometers processed in Differential Interferometry Synthetic Aperture Radar (DInSAR) technique, and three sets of point data obtained using the Persistent Scatterer Interferometry (PSInSAR, PSI) technique. The data included fragments of the Upper Silesian Coal Basin (USCB) area and were used to carry out analyzes of vertical movements in two research areas: Katowice (active coal mining area) and Będzin (abandoned mining area). The rich set of data allowed to determine the suitability of particular types of data for analysis of vertical deformation of the surface. An analysis of the slow displacement identified on the PSInSAR data points has allowed for identification of the extent of the influence of the mining activity. In addition, the example of the closed mine site Będzin shows a significant change in the nature of the occurring vertical movements of the area before and after the closure of the mine. Analysis of fast, centimeters-per-month displacements was carried out in the area of Katowice based on the data set of differential interferograms. By aggregating the subsidence values received on individual images, a vertical displacement map for the 15-month period was obtained. In the following part of the paper a combination of two types of information, a small displacement, and a fast displacement has been presented. It was carried out by simultaneous interpolation of the values obtained, resulting in a comprehensive map of vertical displacements for two research areas, showing a full, simple image of deformation occurring between February 2007 and May 2008 in Katowice. Słowa kluczowe: InSAR, GZW, pionowe przemieszczenia, interferogramy, szkody górnicze Key words: InSAR, USCB, vertical displacements, interferograms, mining damage 1. Wprowadzenie Celem pracy jest zaprezentowanie różnych możliwości wykorzystania satelitarnych danych przetworzonych techni- * ) Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy, Warszawa kami interferometrii radarowej dla badań obniżeń terenu na obszarach czynnych i zamkniętych kopalń węgla kamiennego. Metody interferometrii radarowej zaczęto rozwijać na początku lat 90. XX wieku, kiedy to dane z satelitów ERS-1 i ERS-2 wykorzystano do generowania interferogramów radarowych. Uzyskano to poprzez złożenie obrazów tego samego obszaru, pozyskanych w różnym czasie. Obecnie techniki te

12 10 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 zostały szeroko rozwinięte i z powodzeniem wykorzystywane są do monitorowania zmian topograficznych powstałych poprzez takie procesy jak: osuwiska, wulkanizm, trzęsienia ziemi, ruch lodowców, zmiany poziomu wód podziemnych czy górnictwo podziemne. W pracy porównano wyniki uzyskane z różnych zestawów danych, zbadano ich wzajemną komplementarność oraz możliwości łączenia. Badania prowadzono dla dwóch obszarów badawczych: dla rejonu Katowic będącego pod wpływem działalności kopalni KWK Wujek oraz rejonu Będzina, gdzie eksploatacja została zakończona około roku Głównym efektem prac jest przedstawienie możliwości statystycznego opracowania danych punktowych PSI oraz połącznie informacji pochodzącej z danych różnych zestawów (punkty PS i interferogramy) pomiędzy sobą, w celu uzyskania jak najbardziej komplementarnej informacji o pionowych przemieszczeniach terenu na badanym obszarze. Informacja ta została przedstawiona w postaci mapy pionowych przemieszczeń terenu. 2. Obszar badań Obszar badań znajduje się w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym (GZW), które jest jednym z największych obszarów wydobycia węgla kamiennego w Europie. Szczegółowe obszary badawcze wyznaczono w oparciu o zasięg wykorzystanych zestawów danych oraz zróżnicowanie aktywności górniczej. Wyznaczono dwa obszary nazwane Katowice i Będzin, których granice przedstawiono na rysunku 1. Obszar Katowice obejmuje czynną KWK Wujek której powierzchnia wynosi 65 km 2. Dane wykorzystane do analizy pionowych przemieszczeń terenu obejmowały okres od 2003 do 2010, a w szczególności od 2007 do 2008 roku, w którym to okresie prowadzona była intensywna eksploatacja podziemna. Obszar obejmuje złoża Wujek i Wujek-część Stara Ligota. Historia kopalni rozpoczęła się w 1804 roku, jednak oficjalnie kopalnia została zarejestrowana sto lat później, w Obecna KWK Wujek powstała z połączenia w 2005 roku KWK Śląsk i KWK Wujek, składa się z Ruchu Śląsk i Ruchu Wujek i należy do Polskie Grupy Górniczej sp. z o.o. (KWK Wujek 2016). Złoża Wujek i Wujek-część Stara Ligota są eksploatowane systemem ścianowym lub ścianowym z podsadzką. Dla złoża Wujek średnia głębokość spągu eksploatowanych pokładów wynosi 685 m, natomiast dla części stara Ligota wynosi 1000 m. Miąższość złóż waha się od 780 do 960 m (MIDAS ). Obszar Będzin znajduje się na terenach byłej eksploatacji kopalń: Grodziec, Paryż, Saturn oraz Sosnowiec i obejmuje powierzchnię około 167 km 2. Wykorzystane zestawy danych obejmują okres tuż przed zamknięciem i po zamknięciu kopalni (od 1992 do 2010 roku). Umożliwiają one analizę zmian powierzchni terenu po zaprzestaniu działalności górniczej. Początki górnictwa węgla kamiennego na tych obszarach sięgają 1823 roku, kiedy to została uruchomiona mała kopalnia Barbara. Eksploatacja była prowadzona z wielu pokładów węgla, systemem na zawał stropu i z podsadzką hydrauliczną. Wydobycie węgla zakończono w latach: KWK Grodziec i Paryż 2001, KWK Sosnowiec 1997, KWK Saturn 1995 (Graniczny i in. 2014a, 2014b). Obniżenia są jednym z najbardziej istotnych zagrożeń związanych z podziemną działalnością górniczą. W wyniku Rys. 1. Lokalizacja obszarów badawczych Katowice i Będzin na tle Mapy geologiczno-strukturalnej utworów karbonu produktywnego (Jureczka i in. 2005) wraz z granicami złóż węgla kamiennego (MIDAS ) Fig. 1. Location of the research areas Katowice and Będzin superimposed on the Structural-geological map of the carboniferous coal-bearing deposits (Jureczka et al. 2005) together with the boundaries of hard coal deposits (MIDAS )

13 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 11 wydobycia węgla następuje naruszenie górotworu i na skutek jego odkształcenia oraz zmian naprężeń występujących w nadkładzie powstają przemieszczenia na powierzchni terenu. Mogą one mieć charakter natychmiastowy lub długotrwały, związany z konsolidacją gruntów i zależny od szybkości rozpraszania ciśnienia w gruntach. Osiadanie może powodować poważne uszkodzenia struktur budynków i infrastruktury znajdującej się w rejonie eksploatacji. Wpływ osiadania zależy od wielu czynników związanych z rodzajem i wielkością wydobycia, rodzajem i wielkością konstrukcji budowli, jak również samą szybkością zachodzących zmian. Osiadania górnicze na terenie GZW były obiektem badań (Białek i in. 2014, Borecki 1980, Budryk 1947, Knote 1957, Knote i in. 1995, Konopko 2010, Kowalski 2015, Kwiatek 1997)-18, Popiołek 2009, Strzałkowski 2010). Najczęściej stosowanym systemem eksploatacji na terenie GZW jest system ścianowy z zawałem stropu lub z podsadzką hydrauliczną. Obniżenie nad typową ścianą eksploatacyjną znajdującą się na głębokości 680 metrów, o wysokości 2,5 metra i długości od 250 do 400 metrów, sięga do 70% wysokości warstwy, co odpowiada największemu pionowemu przemieszczeniu 0,75 2,0 m w centralnej części niecki obniżeniowej (Kowalski 2015). Z uwagi na eksploatację wielu pokładów, pionowe przemieszczenia na terenie GZW dochodzą lokalnie do dziesiątków metrów. Prace górnicze koncentrowane są zwykle na 3-4 ścianach rocznie, tak aby wpływ na powierzchnię był jak najmniejszy (Borecki 1980). Pionowe przemieszczenia terenu są monitorowane przy wykorzystaniu tradycyjnych metod geodezyjnych (niwelacja precyzyjna i techniczna oraz pomiary GNSS) oraz sporadycznie za pomocą różnicowych analiz wysokorozdzielczych numerycznych modeli terenu pozyskanych za pomocą LIDAR-u. Szybki rozwój teledetekcyjnych metod obrazowania Ziemi pozwala na badanie możliwości ich wykorzystania do detekcji i monitoringu dynamicznych zmian powierzchni terenu. Wśród tych metod najbardziej użyteczną okazała się różnicowa interferometria radarowa. 3. Zastosowane metody badawcze 3.1. Satelitarna interferometria radarowa Technika satelitarnej radarowej interferometrii różnicowej (Differential SAR Interferometry, DInSAR), będąca tradycyjną metodą tworzenia inferogramów, polega na złożeniu obrazów tego samego obszaru wykonanych w różnym czasie (Ferretti i in. 2007). Poprzez obliczenie różnicy fazy odbitej fali pomiędzy odpowiadającymi sobie, tymi samymi pikselami z dwóch obrazów a następnie jej rozwinięciu, otrzymywane są prążki interferometryczne, które obrazują wielkość zmiany powierzchni terenu, która miała miejsce na badanym obszarze w czasie pomiędzy rejestracją tych obrazów (zwykle około miesiąca, dwóch). Umożliwia to rejestrację deformacji od centymetrów po decymetry (w zależności od długości użytej fali). Technika przetwarzania stabilnych rozpraszaczy (Persistemnt Scatterrer Interferometry, PSInSAR lub PSI) obejmuje przetwarzanie na raz kilkudziesięciu scen radarowych (Crosetto i in. 2015, Ferretti i in. 2001). Uzyskuje się w ten sposób zbiór kilkudziesięciu kilkuset tysięcy punktów (PS - persistent scatterer - tłumaczonych w Polsce jako stabilne rozpraszacze) zarejestrowanych w wyniku silnego odbicia promieniowania radarowego od budynków, mostów i innych obiektów. W wyniku przetworzenia, dla każdego z punktów obliczana jest informacja o prędkości ruchu w kierunku obrazowania satelity (line-of-sight, LOS) w milimetrach na rok. Technika ta umożliwia pozyskanie informacji o szybkości zachodzących zmian, o ile są one powolne. Punkty nie są generowane, jeśli prędkość ruchu terenu jest większa niż ok. 15 cm/rok dla satelitów z pasma C i 25 cm/rok dla satelitów z pasma X. Przykłady wykorzystania technik interferometrii radarowej (SAR Interferometry, InSAR) na terenach górniczych na świecie można znaleźć w (Herrera i in. 2007, Wegmuller i in 2004). Dane interferometryczne pozyskane w technice PSI pozwalają na monitoring osiadań do kilkudziesięciu milimetrów na rok, natomiast interferogramy pozyskane tradycyjną techniką DInSAR pozwalają na identyfikację szybszych zmian i rejestrację obniżeń sięgających decymetrów na miesiąc. Badania nad wykorzystaniem danych interferometrii radarowej na obszarze GZW były prowadzone w Polsce między innymi przez (Czarnogórska 2010, Graniczny i in. 2008, Perski 1998, Popiołek i in. 2006, Przyłucka i in. 2015a, 2015b, Przyłucka Granicny 2015, Sopata 2013, Strzelczyk i in 2009). Badania te wykazały zasadność wykorzystania danych interferometrycznych dla analizowanych obszarów oraz na wyciągnięcie wniosków na temat wad i zalet stosowania każdego z trzech pasm radarowych: C, L i X oraz technik przetworzeń DInSAR i PSInSAR do detekcji osiadania terenu spowodowanego podziemną działalnością górniczą. Między innymi stwierdzono, iż dane PS z zakresu C umożliwiły wyznaczenie granicy obszaru poddanego wypływom działalności kopalni, ale nie dały informacji o większych osiadaniach niż 3 cm na rok. Informacja ta została uzupełniona przez interferogramy różnicowe z zakresu L, jednakże inny sposób przetwarzania i prezentacji wyników utrudnił łączną analizę danych. Dane punktowe PS wykorzystano do analizy ogólnej niewielkich przemieszczeń oraz wykresów czasowych zmian występujących w konkretnych, wybranych lokalizacjach. Interferogramy różnicowe pozwoliły natomiast na identyfikacje rozwoju niecek i okazały się przydatne w długookresowej analizie występowania przyrostów pionowych przemieszczeń terenu powodowanych podziemną aktywnością górniczą. Wnioski z poprzednich prac badawczych z terenu GZW zostały wykorzystane i rozszerzone w pracy poprzez zastosowanie metod geostatystycznych w celu łatwiejszej interpretacji danych oraz ich połączenia Geostatystyka Geostatystyka to gałąź matematyki stosowanej, wykorzystywanej w wielu dziedzinach nauki i przemysłu, gdzie zachodzi potrzeba oceny skorelowania danych w czasie lub przestrzeni (Kaneyski 2013). Narzędzia geostatystyczne wykorzystane w pracy posłużyły do połączenia informacji otrzymanej z przetworzeń danych SAR, pochodzących z różnych źródeł (różnych pasm radarowych, ale również różnych typów przetworzeń). Równocześnie poprzez interpolację danych uzupełnione zostały te miejsca, gdzie występował brak danych wraz z oszacowaniem błędu predykcji. Zastosowane metody geostatytyczne pozwoliły na otrzymanie ze złożonego zbioru danych rastrowych i wektorowych jednolitego produktu, jakim są mapy obniżeń dla konkretnych przedziałów czasowych. Zasady geostatystyki zostały opracowane przez (Matheron 1963) i rozbudowane w późniejszych pracach (Kaneyski 2013). Geostatystyka zajmuje się zjawiskiem występowania zmiennej Z(x) w przestrzeni jako procesu losowego, gdzie x oznacza lokalizację argumentu w przestrzeni dwuwymiarowej. Dostępne dane pomiarowe (Z (x 1 ),..., Z (x N )) w N lokalizacjach (x 1,..., x N ) są traktowane jak realizacje procesu losowego Z(x) (Kaneyski 2013), a estymacja wartości zmiennej w pozostałych lokalizacjach należy do podstawowych zadań geostatysyki. Spośród wielu metod interpolacji, w pracy z danymi o charakterze przyrodniczym, najbardziej popularną

14 12 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 metoda jest kriging, wykorzystywany również do interpolacji danych PSInSAR (Strzelczyk i in 2009). Modele krigingu w trakcie interpolacji biorą pod uwagę zarówno odległość, jak i wzajemną relację pomiędzy danymi, ale efekt wygładzenia będący jednym z rezultatów estymacji może stanowić istotną wadę, gdyż w rzeczywistości dane mogą być dużo bardziej zróżnicowane. Metoda stochastycznych symulacji pozwala na określenie wielu, równo-prawdopodobnych rozwiązań. W rezultacie otrzymywana jest seria estymacji, zawierających się w prawdopodobnym zakresie, a nie tylko jedno, najlepsze rozwiązanie (Kaneyski 2013). W pracy wykorzystano metodę warunkowych symulacji Gaussa, opierając się na doświadczeniach (Sanabria i in. 2014). Metodyka obejmowała interpolację metodą Simple Kriging, której model semiwariogramu wraz z danymi wejściowymi posłużył następnie do wygenerowania stu równo-prawdopodobnych rozwiązań estymacji metodą warunkowych symulacji Gaussa. Wynik przetworzenia zawierał wartość średnią (ze stu otrzymanych realizacji), prawdopodobieństwo przekroczenia zadanej wartości progowej (uznanej za wartość stabilną dla danego zestawu danych) oraz odchylenie standardowe rozkładu stu realizacji. Kompleksowa analiza, mająca na celu połączenie informacji o bardzo szybkich przemieszczeniach pionowych, pozyskanej z obrazów rastrowych, z wartościami niewielkich pionowych przemieszczeń terenu, zarejestrowanych na punktach PS, pozwoliła na opracowanie mapy pionowych przemieszczeń terenu dla obszaru Katowice (dla okresu ). Wykonanie mapy składało się z dwóch etapów: Etap 1 opracowanie sumarycznych pionowych przemieszczeń terenu zidentyfikowane na wszystkich interferogramach z danego okresu a następnie przedstawienie tych danych w formie punktowej i złączenie ze zbiorem danych PS, przy czym pomierzone wartości w kierunku LOS przeliczone zostały do kierunku pionowego poprzez podzielenie przez cosinus kąta padania wiązki radarowej. Etap 2 interpolacja łącznego zbioru danych punktowych metodą Simple Kriging, a następnie metodą warunkowych Symulacji Gaussa. 4. Charakterystyka wykorzystanych danych Do badań przemieszczeń pionowych na wybranych obszarach badawczych wykorzystano zestawy danych InSAR, których charakterystyka znajduje się w tabeli 1. Do analizy zmian powierzchni terenu na obszarze kopalń zamkniętych (zlikwidowanych) Będzin wykorzystano dwa zestawy danych PS (rysunek 2): zestaw ERS, przedstawia niewielkie osiadania zaistniałe w okresie od 17 maja 1992 r. do 9 kwietnia 2003 r., a więc w końcowym okresie działalności kopalni. Drugi zestaw danych obejmował punkty PS z satelity Envisat z okresu od 4 listopada 2002 r. do 13 września 2010 r. Zestaw ten obejmuje okres, kiedy kopalnie były już w trakcie likwidacji i rozpoczął się proces ich odwadniania. Tabela 1. Charakterystyka wykorzystanych zestawów danych Table 1. Characteristics of data sets Zestaw danych Envisat ALOS ERS Envisat Obszar badań Katowice Katowice Będzin Będzin Obszar górniczy Kopalnia czynna KWK Wujek Kopalnia czynna KWK Wujek Kopalnie zamknięte: KWK: Paryż, Grodziec, Sosnowiec, Saturn Kopalnie zamknięte: KWK: Paryż, Grodziec, Sosnowiec, Saturn Metoda przetworzenia PSInSAR DInSAR PSInSAR PSInSAR Przedział czasowy danych 05/03/ /09/ /02/ /05/ /05/ /04/ /11/ /09/2010 Liczba scen Długość fali [cm] 5,6 23,6 5,6 5,6 Kąt padania wiązki [stopnie] 23 nd Minimalna różnica czasowa pomiędzy dwoma scenami [dzień] Rozdzielczość przestrzenna obrazu SAR [m] Piksel wynikowego interferogramu różnicowego [m] nd. 20 nd. nd. Liczba interferogramów nd. 5 nd. nd. Gęstość punktów PS w całym zestawie danych [liczb/km 2 ] 67 nd Powierzchnia objęta analizą [km 2 ] Gęstość punktów PS w obszarze objętym analizą [liczba/km 2 ] 108 nd Liczba punktów PS 7069 nd Średnia wartość prędkości punktów PS w kierunku LOS [mm/rok] -1±3 nd. -1±1 1±2 Minimalna i maksymalna wartość prędkości punktów PS w kierunku nd LOS [mm/rok] Projekt, w ramach którego zrealizowane było przetworzenie DORIS Terrafirma I Terrafirma I Terrafirma III Firma/osoba przetwarzająca Tele-Rilevamento Europa Gamma Remote Sensing Gamma Remote Sensing Gamma Remote Sensing Literatura z opisem całego zestawu danych [9-10] [5], [9], [25] [5], [8] [9-10]

15 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 13 Obszar w większości jest stabilny, jednakże w północnozachodniej części widoczne jest duże nagromadzenie punktów o niewielkich, do 1 cm na rok, wartościach dodatnich. Zestawy danych PS dla obszaru Będzin, porównano z odczytami rzędnych lustra wody podziemnej z pięciu piezometrów (rysunek 3). Odczyty obejmowały wskazania poziomu wody co pół roku od grudnia 2001 r. (dla czterech piezometrów umieszczonych w szybach kopalni węgla kamiennego Grodziec, Saturn, Sosnowiec i Paryż) oraz od grudnia 2006 r. (dla piezometru umieszczonego na terenie KWK Grodziec). Do badań przemieszczeń pionowych na obszarze Katowice wykorzystano zestaw danych PS pochodzących z przetworzeń obrazów satelity Envisat oraz 5 interferogramów różnicowych satelity ALOS-PALSAR (rysunek 4). Punkty PS z okresu od 5 marca 2003 r. do 29 września 2010 r. są zlokalizowane głównie na terenach zurbanizowanych, gdyż obszary rolnicze lub pokryte gęstą roślinnością charakteryzują się słabym i niestabilnym w czasie odbiciem fali radarowej. Brak punktów w centralnej części analizowanego obszaru, gdzie spodziewane są największe osiadania, jest również spowodowany ograniczeniem metody PSInSAR w rejestracji szybkich, nieliniowych zmian. Największe, decymetrowe, przemieszczenia pionowe zostały natomiast zarejestrowane na pięciu interferogramach różnicowych satelity ALSO- PALSAR, łącznie obejmujących okres od 22 lutego 2007 r. do 27 maja 2008 r. Do szczegółowego określenia wiarygodności danych pochodzących z przetworzeń InSAR wykorzystano pomiary niwelacji precyzyjnej wykonane przez KWK Wujek. W badaniach wykorzystano te repery, na których prowadzony monitoring pokrywał się czasowo z zestawami danych InSAR. Wybrano 448 reperów naziemnych z osiemnastu linii pomiarowych oraz 196 reperów ściennych, na których prowadzono pomiary w cyklach półrocznych w okresie od kwietnia 2003 r. do października 2010 r. (do porównania z punktami PS Envisat) lub od maja 2007 r. do października 2008 r. (do porównania z interferogramami satelity ALOS). Średnia różnica wartości pionowych przemieszczeń terenu wynosiła 5 mm dla punktów PS oraz 10 mm dla interferogramów. 5. Wyniki analiz przemieszczeń pionowych 5.1. Obszar kopalni zamkniętych Będzin Z danych zestawu ERS wynika, iż na obszarze badawczym w okresie występowały niewielkie obniżenia terenu (rysunek 2a). Okres ten wypada na końcowe lata pracy kopalni oraz pierwsze lata po zamknięciu. Zupełnie inny obraz przemieszczeń terenu przedstawia zestaw danych PS z satelity Envisat (rysunek 2b) dla okresu , to jest po zamknięciu kopalni. Większość obszaru badawczego jest stabilna, jednakże w północno-zachodniej części widoczny jest obszar niewielkiego podnoszenia, do 11 mm na rok. Od 2001 na omawianym terenie pogórniczym działa Centralny Zakład Odwadniania Kopalń (CZOK), którego zadaniem jest zabezpieczenie kopalń czynnych przed zagrożeniem wodnym, poprzez odwadnianie zlikwidowanych kopalń węgla kamiennego z zastosowaniem pompowni stacjonarnych lub głębinowych, stosując system odwadniania głębinowy lub grawitacyjny. Na rysunku 3 przedstawiono wykresy czasowe uśrednionych wartości wszystkich punktów PS, znajdujących się w promieniu 300 metrów od piezometrów CZOK, nazwanych: Wojkowice, Grodziec II, Cieszkowski, Paweł i Szczepan. Wykresy te przedstawiają wartości przemieszczenia pomierzone dla każdej pozyskanej sceny, względem sceny referencyjnej oraz punktu referencyjnego. Analiza wykresów pozwala zaobserwować główny trend pionowych przemieszczeń terenu, które zaszły w badanym okresie. Wykresy punktów zestawu ERS, reprezentujących stan sprzed i tuż po zamknięciu kopalni wskazują na trend osiadania. Zupełnie inny charakter zmian jest widoczny na wykresach punktów PS zestawu Envisat, reprezentujących okres po zamknięciu kopalni. Na wszystkich punktach widoczny jest trend wznoszący. Podnoszenie terenu jest najprawdopodobniej spowodowane zmianą poziomu wody gruntowej. Potwierdzają to wykresy rzędnych lustra wody pomierzonych w pięciu piezometrach, porównane z względnymi przemieszczeniami zaobserwowanymi na punktach PS (rys. 3). Zestawy danych ERS oraz Envisat II zostały poddane interpolacji Simple Kriging. Na podstawie interpolacji zostały wyznaczone granice obszarów poddanych niewielkim pionowym przemieszczeniom terenu. Dla okresu , a więc obejmującego ostatnie lata pracy kopalni oraz pierwsze lata po ich zamknięciu, wyznaczono granice terenu osiadającego, natomiast dla okresu , po zamknięciu kopalni, wyznaczono granice terenu podnoszącego się (rys. 2c) Obszar Katowice o czynnej działaności górniczej Dla obszaru Katowice duże przemieszczenia centymetrowe i decymetrowe zostały odzwierciedlone na pięciu interferogramach o następujących datach początkowych i końcowych scen: ; ; ; ; Przykładowy interferogram przedstawiono na rysunku 4e. Różnica pomiędzy sceną początkową a końcową wynosiła 46, 92 lub 138 dni. Sumaryczne przemieszczenia pionowe otrzymano poprzez zsumowanie wartości osiadania z każdego interferogramu. Obraz wynikowy, o rozdzielczości 40 m, na którym każdemu pikselowi przyporządkowano konkretną wartość osiadania, reprezentuje powierzchnię przemieszczeń pionowych dla okresu Otrzymane wartości dużych przemieszczeń zostały następnie przekonwertowane do zestawu punktowego. Niewielkie przemieszczenia dla obszaru Katowice zostały wyznaczone na punktach PS zestawu Envisat (rys. 4d). Cały zbiór danych Envisat zawierał informacje o średnich prędkościach pionowych zmian powierzchni terenu w okresie od 2003 do 2010 roku, jednakże w kompleksowej analizie ograniczono się do wartości przemieszczeń tylko z okresu od 2007 do 2008 roku, tak aby możliwie najbardziej pokrywały się z okresem interferogramów ALOS. Oba zbiory punktowe (otrzymany z sumowanych interferogramów oraz zestaw PS) połączono, tworząc jeden zbiór punktów zawierających informacje o osiadaniach na obszarze badawczym Katowice w okresie od lutego 2007 do maja Kompleksowe zbiory punktów interpolowano, otrzymując trzy mapy końcowe: mapę średnich wartości całkowitego przemieszczenia pionowego (rysunek 4a), mapę prawdopodobieństwa przekroczenia zadanej wartości progowej (rysunek 4b) oraz mapę odchylenia standardowego interpolacji (rysunek 4c). Na obszarze Katowice widoczne jest siedem niecek osiadań, gdzie przemieszczenia dochodzą do 59 cm (rysunek 4a). Ponadto wszystkie niecki znajdują się w obszarze, gdzie obniżenie przekroczyło wartość 0,5 cm (kolor żółty). Rysunek 4b przedstawia mapę prawdopodobieństwa przekroczenia zadanej wartości progowej. Wybór wartości uzależniono od satelity, z którego pozyskano dane PS. Dla obszaru Katowice, gdzie dane pochodziły z satelity pasma C, jest to wartość -2 mm. Mapę należy interpretować w następujący sposób: kolorem pomarańczowym oznaczono obszar, dla którego

16 14 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 Rys. 2. Obszar badawczy Będzin : a) zestaw danych PS ERS, b) zestaw danych PS Envisat., c) granice obszarów poddanych niewielkim pionowym przemieszczeniom terenu, wyznaczone na podstawie interpolacji Simple Kriging danych zestawu ERS oraz Envisat. Współrzędne w układzie PL-1992 Fig. 2. Research area Będzin : a) PS ERS data set, b) PS Envisat data set, c) boundaries of areas subjected to slight vertical displacement, determined by the Simple Kriging interpolation of ERS and Envisat data sets. Coordinates in PL-1992 prawdopodobieństwo wystąpienia w danym okresie obniżeń większych niż wartość progowa jest większe niż 0,75. Innymi słowy, kolor biały oznacza obszar, który z prawdopodobieństwem większym niż 0,75 nie obniżył się więcej niż 2 mm (dla Katowic ). Na podstawie rysunku 4b widać wyraźnie, iż większość badanego obszaru znajduje się pod wpływem pionowych przemieszczeń terenu. Na rysunku 4c przedstawiono odchylenie standardowe interpolacji metodą Symulacji Gaussa. Odchylenie jest niewielkie, w granicach 1 mm, na obszarze występowania punktów PS, ale osiąga znaczące wartości w rejonach głównych niecek osiadań, wyznaczonych na podstawie interferogramów. Wynika to z faktu, iż obecność znaczących wartości skupionych w pojedynczych rejonach obszarów badawczych zaburza znacząco rozkład wszystkich punktów w zbiorach kompleksowych, przez co odbiega on od rozkładu normalnego. W miejscach tych Symulacje Gaussa są mniej wiarygodne. 6. Podsumowanie i wnioski W pracy zaprezentowano wykorzystanie zestawów danych przetworzonych różnymi technikami interferometrii radarowej do analizy pionowych przemieszczeń terenu, spowodowanych podziemną działalnością górniczą. W szczególności wykazano, iż: Różne zestawy danych są pomocne przy identyfikacji zmian powierzchni terenu o różnym zasięgu i wielkości,

17 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 15 Rys. 3. Wykresy uśrednionych wartości względnych przemieszczeń dla wszystkich punktów PS oddalonych o 300 metrów od piezometrów (a) Wojkowice, (b) Grodziec II, (c) Cieszkowski, (d) Paweł i (e) Szczepan dla zestawu ERS (po lewej) oraz Envisat II (po prawej). Wykresy po prawej zawierają również odczyty rzędnych lustra wody. Lokalizacja piezometrów została przedstawiona na rysunku 2. Fig. 3. Graphs of average relative displacement values for all PS points in 300 meters radius from piezometers (a) Wojkowice, (b) Grodziec II, (c) Cieszkowski, (d) Paweł and (e) Szczepan for ERS (left) and Envisat (right) dataset. The graphs on the right also include ground water level. The location of piezometers is shown in Figure 2.

18 16 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 Rys. 4. Wynikowe mapy dla obszaru Katowice na podstawie interpolacji Symulacjami Gaussa: a) mapa wartości pionowych przemieszczeń dla okresu , b) mapa prawdopodobieństwa przekroczenia wartości 2 mm, c) mapa odchylenia standardowego interpolacji, d) zestaw danych PS Envisat. Średnie wartości przemieszczenia w kierunku LOS zostały przedstawione w skali barwnej, e) przykład interferogramu różnicowego ALOS- -PALSAR (okres ). Zmiany powierzchni terenu widoczne są jako prążki interferometryczne, gdzie pełen cykl kolorystyczny odpowiada obniżeniu o wartości 20 cm. Współrzędne w układzie PL-1992 Fig. 4. Resulting maps for the Katowice research area based on the Gaussian simulations interpolation. a. Vertical displacement map for the period between 22 February 2007 and 27 May b. Map of the probability of exceeding -2 mm value. c. Map of the standard deviation of the interpolation. d. PS Envisat data set. Mean displacement velocity values in the LOS direction are shown in the color scale. e. Example of ALOS-PALSAR differential interferogram (10 July August 2008). Surface changes are visible as interferometric fringes, where the full color cycle corresponds to a subsidence of 20 cm. Coordinates in PL-1992 w zależności od długości wykorzystanej fali radarowej oraz sposobu przetwarzania. Punktowe dane przetworzone w technice PSInSAR posłużyły do przedstawienia obrazu niewielkich przemieszczeń zachodzących na obrzeżach tworzących się niecek obniżeniowych lub zachodzących po zaprzestaniu robót podziemnych, jak również śladowego podnoszenia terenu mającego miejsce po zamknięciu kopalni. Zidentyfikowano pionowe przemieszczenia terenu o wartościach do 2 cm na rok (na podstawie danych zakresu C) na terenie czynnej działalności górniczej. Porównanie wykresów czasowych danych PSInSAR na obszarze kopalni zamkniętych z odczytami rzędnej lustra wody w piezometrach wykazało, iż podnoszenie się poziomu wód podziemnych może mieć wpływ na podnoszenie terenu o wartościach dochodzących do ok. 1 cm na rok. Interferogramy różnicowe umożliwiły wyznaczenie dużych osiadań i identyfikację siedmiu niecek obniżeniowych na terenie Katowic, gdzie sumaryczne wartości osiadania sięgały 59 cm w okresie 15 miesięcy. Zaprezentowano możliwość połączenia różnych typów danych w celu otrzymania jednolitej, łatwej w interpretacji mapy przemieszczeń pionowych dla danego okresu. Połączenie dwóch typów informacji, punktowej o niewielkich przemieszczeniach oraz rastrowej o dużych przemieszczeniach, zostało przeprowadzone poprzez jednoczesną interpolację otrzymanych wartości, zarówno niewielkich, jak i dużych. Interpolacja obejmowała zastosowanie metody Simple Kriging oraz metody Symulacji Gaussa. Wynikiem analizy geostatystycznej była mapa pionowych przemieszczeń terenu, przedstawiająca pełen, prosty w odbiorze obraz zmian zaszłych w okresie luty 2007 maj 2008 na obszarze Katowic. Zastosowane metody geostatystyczne w znaczący sposób pomogły w interpretacji pozyskanych danych interferometrycznych. Gotowe przetworzenia nie zawierają jednoznacznej informacji o wartości przemieszczenia pionowego zaistniałego w danym okresie. Dopiero ich konwersja umożliwia szczegółową analizę zmian powierzchni terenu. Zarówno interpolacja samych punktów PS, jak i ich połączenie z danymi z inter-

19 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 17 ferogramów różnicowych, umożliwia wykorzystanie danych interferometrii satelitarnej do przedstawienia zasięgu szkód górniczych w przejrzysty sposób. Należy również podkreślić, iż radarowe dane satelitarne pozwalają na przeprowadzenie regionalnej analizy występowania zmian powierzchni terenu na obszarze całego GZW od 1991 roku (wystrzelenie satelity ERS-1) do chwili teraźniejszej, a więc dla 25-letniego okresu. Podziękowania Niniejsza praca powstała przy wsparciu finansowym w ramach działalności statutowej Państwowego Instytutu Geologicznego - Państwowego Instytutu Badawczego podczas realizacji tematu nr Przedstawione badania są wynikiem rozprawy doktorskiej autorki prowadzonej w PIG-PIB, której promotorem był prof. dr hab. Marek Graniczny. Specjalne podziękowania za pomoc w zbieraniu materiałów wyjściowych składam pracownikom KWK Wujek i Centralnego Zakładu Odwadniania Kopalń. Literatura BIAŁEK J., MIELIMĄKA R., CZERWIŃSKA-LUBCZYK A Górnictwo perspektywy i zagrożenia. BHP oraz ochrona i rekultywacja powierzchni. Wydawnictwo P.A.nova. Gliwice, s BORECKI M Ochrona powierzchni przed szkodami górniczymi. Wyd. Śląsk, Katowice, s BUDRYK W Górnictwo: obejmuje: poszukiwania złóż i ich zasoby, udostępnienie i odbudowa złóż, urabianie skał, przewietrzanie kopalni, pożary podziemne, ratownictwo i oświetlenie górnicze. Centralny Zarząd Przemysłu Węglowego, Biuro Wydawnictw Technicznych, Katowice, s CROSETTO M., MONSERRAT O., CUEVAS-GONZÁLEZ M., DEVANTHÉRY N., CRIPPA B Persistent Scatterer Interferometry: A review. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 115, s CZARNOGÓRSKA M Dynamika ruchów powierzchniowych Ziemi w wybranych rejonach Górnośląskiego Zagłębia Węglowego na podstawie interferometrii satelitarnej (rozprawa doktorska, niepublikowana). Państwowy Instytut Geologiczny Państwowy Instytut Badawczy, Warszawa. FERRETTI A., MONTI-GUARNIERI A., PRATI C., ROCCA F., MASSONET D InSAR Principles-Guidelines for SAR Interferometry Processing and Interpretation, TM-19. ESA Publications, Holandia, A FERRETTI A., PRATI C., ROCCA F Permanent scatterers in SAR interferometry. IEEE Transactions On Geoscience and Remote Sensing, 39(1), GRANICZNY M., KOWALSKI Z., JURECZKA J., CZARNOGÓRSKA M., PIĄTKOWSKA A Preliminary interpretation of PSI data of the northeastern part of the Upper Silesian basin (Sosnowiec test site) - Terrafirma project. Polish Geological Institute Special Papers, 24, GRANICZNY M., KOWALSKI Z., PRZYŁUCKA M., ZDANOWSKI A. 2014a Wykorzystanie danych SAR do obserwacji deformacji terenu spowodowanych działalnością górniczą w rejonie Górnośląskiego Zagłębia Węglowego: wyniki projektu DORIS (EC-FP7). Przegląd Górniczy, 70 (12), s GRANICZNY M., KOWALSKI Z., PRZYŁUCKA M., ZIMMERMANN K. 2014b - Terrain motion of selected abandoned hard coal mines at the north- -eastern part of the Upper Silesian Coal Basin (Southern Poland) in a view of SAR interferometric data (Surface deformation in the Upper Silesian Coal Basin). Abstract and Programme Book 34th EARSEL Symposium, Warsaw, s HERRERA G., TOMAS R., LOPEZ-SANCHEZ J. M., DELGADO J., MALLORQUI J.J., DUQUE S., Mulas J Advanced DInSAR analysis on mining area: La Union case study (Murcia, SE Spain). Engineering Geology 2007, 90, s JURECZKA, J., DOPITA, M., GAŁKA, M., KRIEGER W., KWARCIŃSKI, J., MARTINEC, P Atlas geologiczno-złożowy polskiej i czeskiej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego: 1: Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa. KANEVSKI, M. (red.) Advanced mapping of environmental data. John Wiley & Sons, 2013, s KNOTHE S Observations of surface movements under influence of mining and their theoretical interpretation. Proceedings of the European Congress on Ground Movement held at the University of Leeds, April 9-12, s KNOTHE S., LEŚNIAK J., PIELOK W., ROGOWSKA J On the relationship between deep mining intensity, dynamic factors and surface structure damages. First National Conference on Ground Control in Mining, Calcuta-India, January 1995, Central Mining Research Institute, Directorate General of Mines Safety, s KONOPKO W Wydobycie węgla i destrukcja górotworu w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. Przegląd Górniczy, 11 (66), s KOWALSKI A Deformacje powierzchni w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. Monografia. Wydawnictwo Głównego Instytutu Górnictwa, Katowice, s KWIATEK, J Ochrona obiektów budowlanych na terenach górniczych. GIG, Katowice 1997, s KWK Wujek, dostęp MATHERON G Principles of geostatistics. Economic Geology, vol. 58, s MIDAS, dostęp PERSKI Z Applicability of ERS-1 and ERS-2 InSAR for land subsidence monitoring in the Silesian coal mining region, Poland. International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, 32, s POPIOŁEK E Ochrona terenów górniczych. Wydawnictwa AGH, Kraków, s POPIOŁEK E., MARCAK H., KRAWCZYK A Możliwości wykorzystania satelitarnej interferometrii radarowej InSAR w monitorowaniu zagrożeń górniczych. WUG: Bezpieczeństwo pracy i ochrona środowiska w górnictwie, 6, s PRZYŁUCKA M., GRANICZNY M., KOWALSKI Z. 2015a - Identification and Changes of Subsidence Basins Caused by Coal Mining Activity in Upper Silesia Using Satellite Interferometric Data. Proceedings of FRINGE 15: Advances in the Science and Applications of SAR Interferometry and Sentinel-1 InSAR Workshop 2015, Frascati, Italy, March 2015, ESA Publication SP-731. doi: /fringe. s. 51. PRZYŁUCKA M., GRANICZNY M Kompleksowe wykorzystanie przetworzeń DInSAR i PSInSAR w badaniu pionowych przemieszczeń terenu w wybranych rejonach GOP. Przegląd Górniczy, 71(3), s PRZYŁUCKA M., HERRERA G., GRANICZNY M., COLOMBO D., BÉJAR- PIZARRO M. 2015b - Combination of Conventional and Advanced DInSAR to Monitor Very Fast Mining Subsidence with TerraSAR-X Data: Bytom City (Poland). Remote Sensing, 7(5), s SANABRIA M.P., GUARDIOLA-ALBERT C., TOMÁS R., HERRERA G., PRIETO A., SÁNCHEZ H., TESSITORE S Subsidence activity maps derived from DInSAR data: Orihuela case study. Natural Hazards and Earth System Sciences, 14(5), s SOPATA P Wykorzystanie satelitarnej interferometrii radarowej InSAR w badaniach i prognozowaniu pogórniczych zmian powierzchni terenu: monografia. Wydawnictwa AGH, Kraków. STRZAŁKOWSKI P Forecasts of mine-induced land deformations in consideration of the variability of the parameter describing the process kinematics. Archives of Mining Sciences, 55(4), s STRZELCZYK J., PORZYCKA S., LEŚNIAK A Analysis of ground deformations based on parallel geostatistical computations of PSInSAR data. Proceedings of 17th International Conference on Geoinformatics 2009, IEEE, 6. WEGMULLER U., WERNER C., STROZZI T., WIESMANN A Monitoring mining induced surface deformation. Geoscience and Remote Sensing Symposium, IGARSS 04, Proceedings, IEEE International (Vol. 3), s Artykuł wpłynął do redakcji marzec 2017 Artykuł akceptowano do druku

20 18 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 Uzgodnienie wyceny wartości ekonomicznej przedsiębiorstwa według metodologii DCF i EVA Compatibility between the result of DCF and EVA methods of valuation of economic value of a company mgr inż. Diana Kozieł* ) mgr inż. Stanisław Pawłowski* ) Treść: W artkule zostało przedstawione uzgodnienie pomiędzy dwiema najczęściej stosowanymi metodami wyceny wartości ekonomicznej przedsiębiorstwa metodą DCF oraz EVA. Zasadniczym celem artykułu było ukazanie spójności wyników wyceny uzyskanych przy zastosowaniu obu metod. Cel artykułu zdefiniował jego strukturę, obejmującą trzy części. W części teoretycznej ukazano zasadność podjęcia tematu, dokonano kategoryzacji pojęcia wartości przedsiębiorstwa oraz przedstawiono najczęściej stosowane metody wyceny wartości ekonomicznej DCF i EVA. W części praktycznej, stanowiącej realizację celu artykułu, ukazano spójność pomiędzy obiema metodami wyceny, bazując zarówno na modelach teoretycznych, jak i na kalkulacji wartości w oparciu o rzeczywiste dane finansowe. Część trzecią stanowi podsumowanie, w którym ukazano wnioski płynące z analizy literatury oraz przykładu praktycznego. Abstract: This paper presents compatibility between two main methods of valuation of economic value of a company DCF and EVA. The aim of this paper is to reveal the compatibility of results obtained by use of the both described methods. The goal of this paper has defined its structure the paper consists of three parts. The first part includes a theoretical description, containing categorization of the concept of company value and description of most frequently used methods of valuation of economic value of a company DCF and EVA. In the second, the practical part, the compatibility between the two described methods has been shown. The proof of compatibility has been shown based on a theoretical model as well as on calculations of real- -life finance statements. The third part is a summary, where the results of research and conclusions have been shown. Słowa kluczowe: wartość ekonomiczna przedsiębiorstwa, wycena wartości przedsiębiorstwa, DCF, EVA, uzgodnienie między DCF i EVA Key words: economic value of a company, valuation of economic value of a company, DCF, EVA, compatibility between DCF and EVA methods 1. Wstęp Punkt wyjścia do rozważań na temat problemu wartości przedsiębiorstw oraz metod ich wyceny stanowić może analiza procesów zachodzących w światowej gospodarce oraz polityce w drugiej połowie XX. wieku. Szereg zjawisk zachodzących w tym okresie, takich jak: postępująca globalizacja rynków (w tym także rynku kapitałowego), stale rosnący potencjał wzrostu przedsiębiorstw w połączeniu ze wzrostem poziomu zamożności ich właścicieli, czy też przemiany ustrojowe w państwach byłego bloku wschodniego i związane z nimi zagadnienie prywatyzacji, doprowadziły do sytuacji, w której konieczne było stworzenie metod sprawiedliwej i obiektywnej wyceny wartości przedsiębiorstw, czy * ) AGH, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków to na potrzeby wspomnianej prywatyzacji, czy też transakcji rynkowych, takich jak przejęcie przedsiębiorstwa. Odpowiedzią na potrzeby przedsiębiorstw działających w coraz bardziej dynamicznie zmieniającym się otoczeniu było powstanie współczesnego podejścia do teorii zarządzania finansami, związane z publikacjami autorów takich jak A. Damodaran (2007) czy A. Rappaport (1999) Tym, co odróżniało podejście współczesne od tradycyjnego, był sposób postrzegania wartości przedsiębiorstwa przestała ona być utożsamiana z rynkową wartością posiadanych przez nie aktywów na rzecz spojrzenia od strony bogactwa, jakie przedsiębiorstwo jest w stanie przynieść właścicielom, jeśli jest prawidłowo zarządzane. Celem artykułu jest przedstawienie podstawowych kategorii wartości przedsiębiorstwa oraz najczęściej spotykanych w praktyce metod wyceny wartości ekonomicznej DCF i EVA, a także ukazanie spójności wyników otrzymanych przy zastosowaniu obu powyższych metod.

21 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 19 Tak sformułowany cel zdefiniował strukturę artykułu, który jest podzielony na dwie części - teoretyczną, obejmującą wstęp, kategoryzację pojęcia wartości przedsiębiorstwa, opisy metod wyceny wartości ekonomicznej NPV i EVA oraz uzgodnienie wyceny wymienionymi metodami, oraz praktyczną którą stanowi uzgodnienie wyceny wartości ekonomicznej przedsiębiorstwa metodami DCF i EVA na podstawie rzeczywistych danych finansowych. 2. Kategoryzacja pojęcia wartości przedsiębiorstwa Powszechnie spotykaną w literaturze i uznawaną klasyfikacją wartości przedsiębiorstwa jest podział na trzy kategorie: wartości majątkowej, utożsamiającej wartość przedsiębiorstwa z wartością posiadanego przez nie majątku (aktywów), wartości rynkowej, w myśl której o wartości przedsiębiorstwa decydują jego notowania (w przypadku spółek giełdowych), lub też rozumianej jako cena, po której mogłoby dojść do rzeczywistej transakcji kupna/sprzedaży całego przedsiębiorstwa w warunkach rynkowych, wartości ekonomicznej, rozumianej jako zdolność przedsiębiorstwa do generowania korzyści dla właścicieli. Ostatnia z wymienionych kategorii wartości znalazła powszechne zastosowanie w problematyce wyceny przedsiębiorstw, ze względu na fakt, iż jako jedyna uwzględnia ona rzeczywistą zdolność przedsiębiorstwa do generowania wartości, zarówno w obecnym, jak i w przyszłych okresach, jest jednocześnie niezależna od bieżącej sytuacji na rynku kapitałowym (Szczepankowski 2007). Do wyceny wartości ekonomicznej przedsiębiorstw służy grupa metod wyceny określana mianem metod dochodowych. Metody te oparte są na teorii optymalnych decyzji inwestycyjnych, zgodnie z którą wartość danego dobra uzależniona jest od obecnej wartości przyszłych korzyści, jakie można uzyskać z jego użytkowania. Zasada podejmowania decyzji na podstawie kryterium wartości obecnej jest uważana za jedną z siedmiu kluczowych koncepcji współczesnych finansów (Breasley, Myers 1999). Ze względu na bazowanie tej grupy metod na zdyskontowanych przepływach pieniężnych, bardzo często w literaturze używa się wymiennie terminów metody dochodowe oraz metody DCF (ang. Discounted Cash Flow zdyskontowane przepływy pieniężne). W literaturze najczęściej występuje klasyfikacja metod DCF odnoszących się do wyceny całości przedsiębiorstwa ze względu na wielkość stanowiącą podstawę obliczeń. W takim ujęciu wyróżnia się następujące metody: metoda skorygowanej wartości obecnej APV Adjusted Present Value, metoda oparta o dyskontowanie wolnych przepływów pieniężnych FCFF średnioważonym kosztem kapitału (metoda ta przez niektórych autorów bywa określana po prostu metodą DCF (Szczepankowski 2007), podczas gdy inni używają określenia DCF w odniesieniu do całej grupy metod majątkowych bazujących na zdyskontowanych przepływach, co może być przyczyną nieporozumień), metoda ekonomicznej wartości dodanej EVA - Economic Value Added (akronim EVA jest zarejestrowanym znakiem towarowym, własnością Stern Stewart & Co.). Przedmiotem zainteresowania niniejszego artykułu są metody DCF oraz EVA oraz ich porównanie pod kątem spójności otrzymanych rezultatów. 3. Wycena wartości przedsiębiorstwa według metody dyskontowania wolnych przepływów pieniężnych FCF kosztem kapitału (metoda DCF) Za prekursorów metody DCF, którzy położyli podwaliny pod jej dalszy rozwój, uważa się Eugene a Granta (1938) i George a Terborgha (1949). Pierwszy z autorów już w 1938 roku przedstawił koncepcję wartości pieniądza w czasie i przykłady jej zastosowań do oceny przedsięwzięć inwestycyjnych. G. Terbogh kontynuował jego badania i w 1949 roku opublikował książkę Dynamic Equipment Policy, w której postulował wykorzystanie metod naukowych, opartych między innymi na koncepcji wartości bieżącej, do racjonalizacji zarządzania parkami maszynowymi, jednakże ze względu na stosowanie mało zrozumiałego języka i zbyt złożonych formuł, jego praca nie spotkała się z pozytywnym odbiorem. Lata sześćdziesiąte dwudziestego wieku przyniosły duże zainteresowanie metodologią oceny inwestycji w oparciu o metodę DCF w środowisku akademickim. Jednocześnie w wielu przedsiębiorstwach, szczególnie branży naftowej w Stanach Zjednoczonych, ze względu na niesatysfakcjonujące wyniki stosowania metody księgowej stopy zwrotu prowadzono prace nad stworzeniem nowych procedur wyliczania wartości zaktualizowanej. Ostatecznie doszło do przyjęcia w tych spółkach metodologii opartej na DCF. Teoria DCF, bezpośrednio związana z wyceną przedsiębiorstw przypisywana jest H.M Millerowi i F.M. Modiglianiemu (1961). Ideę wykorzystania modelu metody DCF w wycenie przedsiębiorstw najlepiej oddaje następujący cytat z fundamentalnej pracy wspomnianych autorów: Rozważmy ( ) tzw. metodę DCF znaną z dyskusji o ocenie efektywności inwestycji. ( ) Wyceniając jakąkolwiek specyficzną maszynę, dyskontujemy według rynkowej stopy procentowej strumień wpływów gotówkowych generowanych przez tę maszynę i odejmujemy strumień wydatków gotówkowych związanych z robocizną bezpośrednią, zużyciem materiałów, naprawami i wydatkami kapitałowymi. Takie samo podejście może być także zastosowane do firmy jako całości, która może być rozważana w tym kontekście po prostu jako ogromna, złożona maszyna. Za prekursora praktycznych zastosowań metody DCF w wycenie przedsiębiorstw uważa się J.M. Sterna (1996), który opublikował model wyceny w oparciu o DCF w serii artykułów w londyńskim Financial Times, dając początek systematycznemu wzrostowi popularności zastosowania metody DCF na całym świecie. W najbardziej ogólnym podejściu można stwierdzić, iż wartość przedsiębiorstwa wyceniana w oparciu o metodologię DCF uzależniona jest w głównej mierze od dwóch podstawowych czynników, jakimi są wolne przepływy pieniężna FCF oraz koszt kapitału. W praktyce jednak konieczne jest określenie większej ilości czynników, wśród których P. Szczepankowski (2007) wylicza: poziom przyszłych przepływów pieniężnych możliwych do osiągnięcia przez przedsiębiorstwo, których konstrukcja oparta jest na tzw. wolnych przepływach pieniężnych FCF, horyzont czasowy objęty wyceną, stopę dyskontową bazującą na rachunku prognozowanego poziomu kosztu kapitału finansującego działalność przedsiębiorstwa, który odzwierciedla oczekiwaną stopę zwrotu z kapitałów zaangażowanych w podmiot gospodarczy, wartość końcową (rezydualną) przedsiębiorstwa, wyznaczoną na koniec ostatniego roku prognozy przepływów pieniężnych. Wycena wartości przedsiębiorstwa metodą DCF bazuje na tzw. dokumentach pro forma, to jest dokumentach stanowiących prognozę na założony okres w przód bilansu, rachunku

22 20 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 zysków i strat, sprawozdania z przepływów pieniężnych (Cash Flow). Prognozy dokonuje się w celu obliczenia wartości oczekiwanych wolnych przepływów finansowych FCF oraz wyznaczenia współczynnika wzrostu. Jakość dokumentów pro forma ma bezpośrednie przełożenie na otrzymywane wartości wyceny, stąd też konieczne jest przykładanie dużej wagi do ich wiarygodnej konstrukcji. W praktyce wyróżnia się dwie odmiany planistycznych przepływów pieniężnych, wykorzystywanych do wyceny wartości przedsiębiorstwa według metodologii DCF, zróżnicowane pod względem sposobu wyliczania tychże przepływów, a mianowicie: wolne przepływy pieniężne dla właścicieli FCFE, które podczas dokonywania wyceny dyskontowane są stopą kosztu kapitału własnego, wolne przepływy pieniężne dla wszystkich stron finansujących, zwane także wolnymi przepływami pieniężnymi dla całej firmy FCFF, które na potrzeby przeprowadzania wyceny należy dyskontować stopą średnio ważonego kosztu kapitału WACC (ang. Weighted Average Cost of Capital). Drugą składową w modelu DCF stanowi tzw. wartość rezydualna (końcowa) RV (Residual Value), odzwierciedlająca wartość przedsiębiorstwa po okresie szczegółowej prognozy. Kalkulacja wartości rezydualnej wymaga przyjęcia określonych założeń, mających wpływ na otrzymaną wartość tego składnika, a to: założenie, czy przedsiębiorstwo po okresie szczegółowej prognozy będzie trwać w nieskończoność, czy też zakłada się jego funkcjonowanie tylko przez określony okres (są to tzw. podejścia: kontynuacyjne i likwidacyjne), założenie o poziomie przepływów FCFF po okresie szczegółowej prognozy, to jest czy będą one stałe, przyrastające lub zmniejszające się, a w sytuacji ich wzrostu lub spadku także określenie tempa tych zmian. Można zatem mówić o czterech możliwych wariantach wyliczania wartości rezydualnej, w zależności od poziomu przepływów FCF oraz okresu trwania, a mianowicie: podejście kontynuacyjne, FCF na stałym poziomie podejście kontynuacyjne, FCF o stałym poziomie wzrostu podejście likwidacyjne (n lat funkcjonowania po okresie szczegółowej prognozy), FCF na stałym poziomie podejście likwidacyjne (n lat funkcjonowania po okresie szczegółowej prognozy, FCF o stałym poziomie wzrostu q [%] Przyjęcie właściwych założeń podczas obliczania wartości rezydualnej przedsiębiorstwa jest istotnym zagadnieniem, ponieważ składnik ten stanowi znaczną część wyniku wyceny. Jest to tzw. model dwufazowy, obejmujący dwie składowe wartość w okresie szczegółowej prognozy, wyznaczoną w oparciu o dokumenty pro forma oraz wartość rezydualną odzwierciedlającą wzrost wartości przedsiębiorstwa po okresie szczegółowej prognozy. W literaturze można spotkać się także z modelami jedno- i trójfazowym. W modelu jednofazowym wartość przedsiębiorstwa obliczana jest jedynie jako wartość rezydualna w oparciu o bieżące przepływy FCF, natomiast w modelu trójfazowym wydziela się dwie fazy wzrostu, zróżnicowane pod względem osiąganego w nich tempa przyrostu wartości FCF. W praktyce otrzymany wynik koryguje się o stan posiadanych na dzień wyceny środków pieniężnych (in plus) oraz o wartość netto zobowiązań o charakterze odsetkowym, które nie znalazły odzwierciedlenia w kalkulacji przepływów gotówkowych (in minus). W efekcie otrzymuje się wartość tzw. DCF skorygowane, odpowiadającą rzeczywistej, bieżącej wartości przedsiębiorstwa i mogącą stanowić podstawę np. wyznaczenia ceny przy transakcji przejęcia przedsiębiorstwa. 4. Wycena wartości przedsiębiorstwa według metody ekonomicznej wartości dodanej EVA Pierwowzorem obecnej koncepcji EVA była zaprezentowana w 1777 roku przez A. Marschalla idea zysku rezydualnego RI Residual Income. Został on zdefiniowany w następujący sposób: To, co pozostaje z zysków po odjęciu odsetek od kapitałów według obowiązującej stopy procentowej, można nazwać zyskiem. (Marschall 1890). Różnica między tak definiowanym zyskiem rezydualnym a tradycyjnym pojmowaniem zysku w ujęciu księgowym polega na tym, że przy obliczaniu zysku księgowego uwzględnia się jedynie koszty wynikające z zadłużenia, natomiast zysk rezydualny stanowi nadwyżkę, która pozostaje po pokryciu zarówno kosztów kapitału obcego (zadłużenia) oraz kapitału własnego. Zdaniem A. Marshalla koszt kapitału własnego jako tzw. koszt alternatywny, odzwierciedlający różnicę wynikającą z zainwestowania kapitału w dane przedsiębiorstwo a rezygnację z innych możliwości ulokowania kapitału o potencjalnie wyższej stopie zwrotu. Koncepcja zysku rezydualnego pojawiła się ponownie w latach dwudziestych XX. wieku w pracach Scovella (1924) i Churcha (1908) i znalazła praktyczne zastosowanie w koncernach takich jak General Motors czy General Electric. Zainteresowanie środowiska akademickiego tą metodologią przypada na lata sześćdziesiąte i zawdzięczane jest m.in.p. Druckerowi. (1964) Koncepcję ekonomicznej wartości dodanej EVA w obecnie znanej postaci przedstawił w końcówce lat osiemdziesiątych G.B. Stewart (1991) w opracowaniu The Quest for Value. A Quide for Senior Managers. Był on już wtedy współwłaścicielem znanej i cenionej do dziś firmy konsultingowej Stern Stewart & Co., która oferuje EVA jako produkt komercyjny. Metodyka EVA zyskała szybko szerokie poparcie w sferze biznesu ze względu na zorientowanie tej metody szczególnie na praktyczne aspekty jej wykorzystania. Stosowały ją dziesiątki dużych przedsiębiorstw, między innymi Coca-Cola Company, Applied Power, Marriot Corporation. Znalazła ona także uznanie w firmach doradczych, szkołach biznesu oraz publicystyce ekonomicznej publicysta Financial Times, Philip Coggan (2012) określił ją nawet jako jedną z najnowocześniejszych metod wyceny. (Zarzecki 1999) Podobnie jak w przypadku metody DCF, również EVA bazuje na sprawozdaniach finansowych pro forma. Do jego obliczenia, w zależności od ujęcia niezbędne jest jednak wyznaczenie stopy zwrotu z kapitałów zainwestowanych ROIC, lub też opracowanie uproszczonego wykazu majątku, ukazującego stan początkowy majątku w danym roku i powstałe w nim zmiany. Obliczanie ekonomicznej wartości dodanej bazuje na założeniu, że z kreacją wartości ma się do czynienia w sytuacji, kiedy wartość rynkowa zainwestowanego w przedsiębiorstwo kapitału wzrasta powyżej jego wartości księgowej. W oparciu o to założenie przez ekonomiczną wartość dodaną rozumie się iloczyn różnicy między stopą zwrotu z kapitału zainwestowanego (ROIC Return On Invested Capital) a średnim ważonym kosztem kapitału (WACC Weighted Average Cost of Capital) i księgowej wartości kapitału zainwestowanego (IC Invested Capital), Alternatywnym sposobem obliczania ekonomicznej wartości dodanej jest metoda bazująca na zysku z działalności operacyjnej po opodatkowaniu NOPAT i marży odzwierciedlającej koszt kapitału, obliczanej jako iloczyn księgowej wartości zainwestowanego kapitału IC i średniego ważonego kosztu kapitału WACC, co można przedstawić wzorem w sposób następujący:

23 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 21 EVA t = NOPAT t (IC t 1 WACC t ) (1) gdzie: NOPAT = EBIT(1-T) EVA wyraża zysk ekonomiczny osiągnięty w danym okresie po uwzględnieniu kosztów wszystkich zainwestowanych kapitałów. Należy jednak zwrócić uwagę,iż wyliczona wartość EVA dotyczy tylko pojedynczego prognozowanego okresu (najczęściej roku). Miarą wyrażającą wielkość wykreowanej w całym analizowanym okresie wartości dodanej jest natomiast tzw. rynkowa wartość dodana MVA (Market Value Added). MVA obliczane jest jako suma zdyskontowanych średnim ważonym kosztem kapitału na moment wyceny wartości EVA w kolejnych latach prognozy Krytycy Stern Stewart & Co zarzucają autorom metodologii EVA to, że ich koncepcja w rzeczywistości stanowi jedynie odświeżenie stworzonej wcześniej metody zysku rezydualnego, obłożoną dodatkowo ogromną ilością koniecznych do wprowadzenia korekt (164 dla amerykańskich regulacji prawnych w zakresie rachunkowości). W praktyce jednak ilość korekt rzeczywiście stosowanych waha się w zakresie od kilku do kilkunastu. Sam model stanowi natomiast rozszerzenie koncepcji RI ukierunkowanej głównie na jej praktyczne wykorzystanie zarówno w ocenie kondycji finansowej przedsiębiorstw, jak również w szacowaniu opłacalności działalności inwestycyjnej czy też wycenie całych przedsiębiorstw, a także jest ukierunkowany na stanowienie elementu systemu zarządzania opartego na wartości VBM. 5. Uzgodnienie wyceny metodami DCF oraz EVA Metody dochodowe oparte na zdyskontowanych przepływach pieniężnych, jakimi są metoda ekonomicznej wartości dodanej oraz metoda zdyskontowanych przepływów pieniężnych, pozwalają na uzyskanie identycznych wyników wyceny przedsiębiorstwa przy przyjęciu tych samych założeń, (Dudycz 2005) przy czym podstawowym jest przyjęcie do obliczeń tej samej wartości przychodu z działalności operacyjnej po opodatkowaniu EBIT(1-T). Spójność wyników otrzymanych przy zastosowaniu obydwu opisanych metod można zapisać ogólnym wzorem: Współczynnik dyskontujący w obu metodach stanowi średni ważony koszt kapitału WACC, mianowniki poszczególnych wyrażeń są zatem tożsame. W modelu DCF wolne przepływy pieniężne w kolejnych latach definiowane są jako wartość wyniku z działalności operacyjnej po opodatkowaniu, skorygowaną o zmiany amortyzacji, nakładów inwestycyjnych CAPEX oraz zapotrzebowania na kapitał obrotowy netto. Wartość EVA w kolejnych latach oblicza się z kolei poprzez pomniejszenie NOPAT o iloczyn średnioważonego kosztu kapitału oraz wartości kapitału zainwestowanego w danym roku. Wartość kapitału zainwestowanego w kolejnych latach oblicza się z kolei poprzez uwzględnienie bieżącej wartości amortyzacji, ZKOn oraz CAPEX. Obie metody uwzględniają zatem zmiany w czasie tych samych wielkości. Wartość rezydualna w metodzie EVA odpowiada wartości rezydualnej w modelu DCF, pomniejszonej o wartość kapitału zainwestowanego w ostatnim roku szczegółowej prognozy. Wziąwszy pod uwagę, iż (2) zmiana poziomu kapitału zainwestowanego definiowana jest zmianami poziomu trzech opisanych wcześniej wielkości (IC 1 = IC 0 ± CAPEX ± Amomrtyzacja ± ZKOn) można stwierdzić, w obu opisanych metodach wynik wyceny zależy od poziomu wyniku operacyjnego po opodatkowaniu oraz poziomu amortyzacji, zapotrzebowania na kapitał obrotowy netto oraz nakładów inwestycyjnych CAPEX. Różnicę stanowi sposób uwzględniania zmian tych wielkości w czasie. Jeśli zatem w obliczeniach uwzględni się tę samą wartość wyniku z działalności operacyjnej po opodatkowaniu NOPAT, wyniki otrzymane oboma metodami będą zgodne. Powyższe przekształcenia dowodzą równoważności pomiędzy wyceną metodą DCF a metodą EVA, jednak słuszne są jedynie przy założeniu traktowania wartości EVA w kolejnych latach jako zysku rezydualnego. W praktyce jednak EVA od RI odróżnia szereg korekt, mających wpływ na przyjmowaną w obliczeniach wartość zysku operacyjnego po opodatkowaniu NOPAT. Autorzy metodologii EVA zalecają stosowanie korekt w celu zwiększenia jej praktycznej przydatności w systemach zarządzania VBM, między innymi w systemach kontrolno- -motywacyjnych dla kadry zarządzającej. Jeżeli przeprowadzi się kalkulację NOPAT z uwzględnieniem zakładanych przez Stern Stewart & Co korekt, wówczas otrzymana wartość będzie odmienna od wartości wyliczonej na potrzeby metody DCF, gdzie nie występują dostosowania. Zgodność pomiędzy wartościami otrzymanymi w oparciu o metodę EVA oraz DCF otrzyma się zatem jedynie w sytuacji, kiedy podstawą obliczeń będzie ta sama wartość NOPAT. Jak wskazuje T. Dudycz (2002): Wielu autorów, dowodząc zgodności EVA z NPV i DCF, zakłada zgodność w NOPAT, a więc de facto zrównują koncepcję EVA z koncepcją zysku rezydualnego. Dzieje się tak dlatego, że sami autorzy, jak również inni zwolennicy koncepcji EVA coraz rzadziej wspominają o dostosowaniach. 6. Przykład obliczeniowy Wycena wartości ekonomicznej przedsiębiorstwa w oparciu o metody dochodowe bazuje na analizie sprawozdań finansowych przedsiębiorstwa z lat ubiegłych w celu wyznaczenia trendów lub warunków zmienności kluczowych z punktu widzenia wyceny wielkości tak, aby możliwe było stworzenie na tej podstawie możliwie najbardziej wiarygodnej prognozy tychże wartości. Im większa jest dostępność danych historycznych, tym bardziej możliwe jest opracowanie lepszej jakości prognozy, gdyż podczas jej opracowywania korzysta się z metod statystycznych niejednokrotnie wymagających próby o określonej wielkości. Dane wejściowe w opisywanych metodach wyceny stanowi bilans oraz rachunek zysków i strat. Ze względu na fakt, iż dominującą wśród przedsiębiorstw sektora wydobywczego formą organizacyjną jest spółka akcyjna, co narzuca konieczność udostępniania do publicznej wiadomości sprawozdań finansowych, możliwe jest przeprowadzenie wyceny przedsiębiorstwa w oparciu o rzeczywiste dane finansowe, a co za tym idzie realna wycena podmiotu funkcjonującego na rynku (Sojda 2013, Bluszcz, Kijewska 2013) Oba z przytoczonych artykułów bazują jednakże jedynie na metodzie EVA. W niniejszym artykule zostały wykorzystane dane spółki nienotowanej na giełdzie, a co za tym idzie nieobjętej obowiązkiem publikowania sprawozdań finansowych, stąd ze względu na ochronę interesów spółki nie zostały przedstawione żadne dane pozwalające na jej identyfikację. Do obliczeń wykorzystano dane pochodzące ze sprawozdań finansowych z okresu pięciu lat (lata ). Bilans

24 22 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 oraz rachunek zysków i strat, stanowiące dane wejściowe w opisywanych modelach, zostały zaprezentowane w tabelach 1 oraz 2. Na podstawie rzeczywistych danych możliwe było opracowanie dokumentów finansowych o charakterze pro forma na okres prognozy obejmujący również pięć lat. Otrzymane w ten sposób dokumenty pozwoliły na obliczenie wolnych przepływów pieniężnych dla wszystkich stron finansujących FCFF oraz wartości rezydualnej po okresie szczegółowej prognozy. Obliczone wartości FCFF zostały przedstawione w tabeli 3. Tabela 1. Bilans przedsiębiorstwa za lata Table 1. Balance sheet of the company for AKTYWA Rok A. AKTYWA TRWAŁE , , , , ,54 Wartości niematerialne i prawne 1 364, , , ,68 Rzeczowe aktywa trwałe , , , , ,59 Należności długoterminowe Inwestycje długoterminowe , , , , ,06 Długoterminowe rozliczenia międzyokresowe , , , , ,21 B. AKTYWA OBROTOWE , , , , ,99 Zapasy , , , , ,63 Należności krótkoterminowe , , , , ,88 Inwestycje krótkoterminowe , , , , ,96 Krótkoterminowe rozliczenia międzyokresowe , , , , ,52 AKTYWA RAZEM , , , , ,53 PASYWA Rok A. KAPITAŁ (FUNDUSZ) WŁASNY , , , , ,15 Kapitał (fundusz) podstawowy , , , , ,00 Kapitał (fundusz) zapasowy , , , , ,92 Kapitał (fundusz) z aktualizacji wyceny , ,32 Zysk (strata) netto , , , , ,91 B. ZOBOWIĄZANIA I REZERWY NA ZOBOWIĄZANIA , , , , ,38 Rezerwy na zobowiązania , , , , ,44 Zobowiązania długoterminowe , , , , ,38 Zobowiązania krótkoterminowe , , , , ,08 Rozliczenia międzyokresowe , , , , ,48 PASYWA RAZEM , , , , ,53 Tabela 2. Rachunek zysków i strat przedsiębiorstwa za lata Table 2. Profit and loss account of the company for RZiS Rok A. PRZYCHODY NETTO ZE SPRZEDAŻY I ZRÓWNANE Z NIMI , , , , ,95 B. KOSZTY DZIAŁALNOŚCI OPERACYJNEJ , , , , ,04 C. ZYSK (STRATA) ZE SPRZEDAŻY , , , , ,91 D. POZOSTAŁE PRZYCHODY OPERACYJNE , , , , ,99 E. POZOSTAŁE KOSZTY OPERACYJNE , , , , ,07 F. ZYSK (STRATA) Z DZIAŁALNOŚCI OPERACYJNEJ , , , , ,83 G. PRZYCHODY FINANSOWE , , , , ,17 H. KOSZTY FINANSOWE , , , , ,73 I. ZYSK (STRATA) Z DZIAŁALNOŚCI GOSPODARCZEJ , , , , ,27 K. ZYSK (STRATA) BRUTTO , , , , ,27 L. PODATEK DOCHODOWY , , , , ,36 N. ZYSK (STRATA) NETTO , , , , ,91 Źródło: opracowanie własne

25 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 23 Tabela 3. Kalkulacja wolnych przepływów pieniężnych dla wszystkich stron finansujących FCFF Table 3. Calculation of Free Cash Flow to Firm Przychody ze sprzedaży , , , , , ,71 Zysk brutto ze sprzedaży , , , , , ,87 EBIT , , , , , ,64 Efektywny podatek dochodowy 19% 21% 21% 21% 21% 21% NOPAT , , , , , ,38 Amortyzacja , , , , , ,84 Rezerwy , CAPEX , , , , , ,19 ZKOn , , FCFF , , , , , ,96 Źródło: opracowanie własne Na tej podstawie dokonano wyceny wartości przedsiębiorstwa w oparciu o metodę DCF z uwzględnieniem opisywanych wcześniej korekt. Obliczenia zostały przedstawione w tabeli 4. Tabela 4. Wycena wartości spółki metodą DCF Table 4. Valuation by DCF method RV NOPAT , , , , ,38 - Amortyzacja , , , , ,84 - Rezerwy CAPEX , , , , ,19 - ZKOn ,12 0,00 0,00 0,00 0,00 - FCFF , , , , , ,80 WACC 9% 9% 9% 9% 9% 9% PVFCFF , , , , , ,34 DCF ,15 zł Środki pieniężne ,96 zł Kredyty ,83 zł DCF Skorygowane ,02zł Źródło: opracowanie własne Wynikiem wyceny jest wartość DCF skorygowana o stan środków pieniężnych oraz kredytów posiadanych przez spółkę w chwili wyceny w taki sposób, że środki pieniężne zwiększają, natomiast kredyty zmniejszają wynik wyceny. Wartość ekonomiczna analizowanej spółki na moment wyceny, to jest grudzień 2015 roku, jest ujemna i wynosi ,02 zł. Kolejnym krokiem było dokonanie wyceny drugą z opisywanych metod dochodowych, to jest metodą EVA, również z uwzględnieniem korekt opisanych w części teoretycznej. Wynik obliczeń przedstawiono w tabeli 5. Tabela 5. Wycena wartości spółki metodą EVA Table 5. Valuation by EVA method RV NOPAT , , , , ,38 - ICo , , , , ,71 - WACC 9% 9% 9% 9% 9% 9% EVA , , , , , ,87 PVEVA , , , , , ,82 DEVA ,61 zł ICk ,46 zł Środki pieniężne ,96 zł Kredyty ,83 zł DEVA Skorygowane ,02 zł Źródło: opracowanie własne

26 24 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 Kalkulacja ekonomicznej wartości dodanej ukazuje, iż firma nie generuje wartości, zarówno w okresie szczegółowej prognozy, jak również po nim. Wartość DEVA, czyli zdyskontowanej ekonomicznej wartości dodanej została skorygowana o stan kapitału zainwestowanego, środków pieniężnych oraz kredytów na moment wyceny. Ujemne wyniki uzyskane w procesie wyceny wartości ekonomicznej przedsiębiorstwa są wynikiem uzyskiwania w czterech z pięciu kolejnych lat okresu szczegółowej prognozy ujemnej wartości wolnych przepływów pieniężnych dla wszystkich stron finansujących FCFF. Jedynie w pierwszym roku prognozy uzyskano dodatnią wartość FCFF, co wynikało z przyjęcia wartości zapotrzebowania na kapitał obrotowy netto na stałym poziomie, niższym od dotychczasowego. Spadek ZKOn przełożył się na uzyskanie dodatniej wartości przepływu. Ujemna wartość FCFF w kolejnych latach wynika w głównej mierze z wysokiego poziomu nakładów inwestycyjnych na aktywa trwałe, przeważających nad pozostałymi wielkościami uwzględnianymi w modelu. Wycena modelem DCF uwzględnia ponadto korekty w postaci wartości posiadanych środków pieniężnych oraz zaciągniętych kredytów w chwili wyceny. Ze względu na znacząco wyższy poziom zadłużenia względem gotówki, otrzymana wartość DCF skorygowana jest niższa od sumy zdyskontowanych przepływów FCFF. Wycena przedsiębiorstwa metodą ekonomicznej wartości dodanej potwierdza wynik uzyskany w modelu DCF (wyniki wyceny uzyskane przy zastosowaniu obu metod są zgodne). Podobnie jak przy zastosowaniu pierwszej metody uzyskano ujemną wartość firmy. W modelu EVA o takim wyniku wyceny również decyduje wartość nakładów na inwestycje w aktywa trwałe, zobrazowana w wartości kapitałów zainwestowanych. Spółka nie tworzy wartości dodanej, ponieważ wartość wyniku operacyjnego jest znacząco niższa niż wartość kapitałów zainwestowanych. Dodatkowo negatywny wpływ na wynik wyceny ma, podobnie jak to miało miejsce podczas wyceny metodą DCF, wartość kredytów przewyższająca stan środków pieniężnych, co jeszcze pogarsza uzyskany wynik. Uzyskane na podstawie rzeczywistych danych finansowych wyniki wyceny wartości ekonomicznej przedsiębiorstwa przy zastosowaniu obydwu opisywanych metod dają tożsame wyniki, co dowodzi prawdziwości tezy o zgodności między metodami DCF a EVA przy przyjęciu opisanych założeń. Wnioski Przeprowadzone na potrzeby artykułu badania literaturowe oraz analiza danych finansowych pozwala na przedstawienie następujących wniosków: najczęściej spotykaną klasyfikacją kategorii wartości przedsiębiorstwa jest podział na wartość majątkową, rynkową oraz ekonomiczną, problem sprawiedliwej wyceny przedsiębiorstwa, która może być wykonywana w różnym celu, zaś jej wynik pełnić może różne funkcje, jest problemem aktualnym i stanowiącym przedmiot zainteresowania zarówno środowiska akademickiego, jak również świata biznesu, istnieje szereg metod wyceny przedsiębiorstw oraz sposobów ich klasyfikacji, zróżnicowanych pod względem technik obliczeniowych, założeń i uproszczeń oraz celu przeprowadzania wyceny, do wyceny wartości ekonomicznej służy grupa metod zwanych metodami dochodowymi, wśród których wymienić można: metodę skorygowanej wartości obecnej APV, metodę zdyskontowanych przepływów pieniężnych DCF, metodę ekonomicznej wartości dodanej EVA; metody dochodowe stanowią najczęściej stosowaną w praktyce wyceny przedsiębiorstw grupę metod, przy przyjęciu określonych założeń możliwe jest zrównanie wartości wyceny przeprowadzonej metodą EVA oraz DCF, spójność wyników wyceny otrzymanych metodami EVA i DCF potwierdza analiza przykładu praktycznego, opartego na rzeczywistych sprawozdaniach finansowych. Literatura BLUSZCZ A., KIJEWSKA A Pomiar ekonomicznej wartości przedsiębiorstwa górniczego. Przegląd Górniczy nr 4, s BREASLEY R.A., MYERS S.C Podstawy finansów przedsiębiorstwa. Tom,Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa. CHURCH A.H The Proper Distribution of Expense Burden.The Einginnering Magazine., Works Managemet Library, London. COGGAN P Paper Promises: Debt, Money, and the New World Order. Penguin Books, London. DAMODARAN A Finanse korporacyjne: teoria i praktyka. Wyd. 2, Wydawnictwo OnePress, Gliwice. DRUCKER P Managing for Results, Harper & Row, New York. DUDYCZ T Finansowe narzędzia zarządzania wartością przedsiębiorstwa. Wydawnictwo Akademii Ekonomicznej we Wrocławiu, Wrocław. DUDYCZ T Zarządzanie wartością przedsiębiorstwa. Polskie Wydawnictwo Ekonomiczne, Warszawa. GRANT E Principles of Engineering Economy, Ronald Press, New York. MARSCHALL A Principles of Economics, Macmillan, New York. MILLER M.H., MODIGLIANI F Dividend Policy, Growth, and Valuation of Shares. The Journal of Business, No 4. RAPPAPORT A Wartość dla akcjonariuszy. Poradnik menedżera i inwestora. WIG Press, Warszawa. SCOVELL C.H Interest as a Cost. Ronald Press, New York. SOJDA A Wartości wybranych przedsiębiorstw górniczych przy zastosowaniu EVA. Finanse, Rynki Finansowe i Ubezpieczenia, Nr 64/1, s STERN J.M., EVA and Strategic Performance Measurement. Global Finance 2000, The Conference Board. Stewart, G.B., The Quest for Value: A Guide for Senior Managers, Harper Business, New York. SZCZEPANKOWSKI P Wycena i zarządzanie wartością przedsiębiorstwa. Wydawnictwa Naukowe PWN, Warszawa. ZARZECKI D Metody wyceny przedsiębiorstw. FRR w Polsce, Warszawa. Artykuł wpłynął do redakcji luty 2017 Artykuł akceptowano do druku

27 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 25 Wykorzystanie wyników testów rurowymi próbnikami złoża do oceny produktywności poziomów wodonośnych Estimation of aquifers productivity using drill stem tests results dr hab. inż. Barbara Uliasz- Misiak* ) mgr inż. Katarzyna Stachowicz* ) prof. dr hab. inż. Stanisław Dubiel* ) Treść: Poziomy wodonośne badane rurowymi próbnikami złoża (RPZ) w otworach poszukiwawczych wykonywanych za złożami ropy naftowej i gazu ziemnego, stanowią znaczny odsetek zapięć RPZ. Stwierdzony brak występowania węglowodorów, względnie śladowe objawy węglowodorów w wodzie złożowej przypływającej do próbnika, stanowi zwykle podstawę do zamykania tych poziomów rurami okładzinowymi wraz z ich cementowaniem, albo korkami cementowymi po ukończeniu wiercenia otworu. Interpretacja rezultatów testów złożowych RPZ, w przypadkach przypływu wody złożowej do próbnika jest najczęściej bardzo pobieżna. Biorąc pod uwagę fakt rosnącego wciąż zainteresowania przemysłu poziomami wodonośnymi pod kątem ich wykorzystania w różnych gałęziach gospodarki narodowej, istnieje potrzeba szczegółowej reinterpretacji wyników testów złożowych. W tym celu autorzy w niniejszej publikacji podjęli próbę opracowania odpowiednich procedur obliczeniowych stanowiących metodykę kompleksowej reinterpretacji danych z testów złożowych RPZ, umożliwiającej m.in. ocenę produktywności oraz komercyjności badanych poziomów wodonośnych. W publikacji przeanalizowano wpływ parametrów dowiercania i opróbowania poziomu wodonośnego w utworach kredy górnej w otworze poszukiwawczym J-35 w obszarze Karpat na wyniki dwucyklowego testu złożowego RPZ. Dokonano szczegółowej reinterpretacji wyników tego testu. Sformułowano spostrzeżenia dotyczące produktywności tego poziomu wodonośnego. Podsumowano otrzymane wyniki analiz i reinterpretacji. Abstract: The aquifers examined by drill stem testers (DST) in exploration wells for oil and gas deposits constitute a significant percentage of DST tests. The absence of hydrocarbons, or the traces of hydrocarbons in the reservoir water flowing into the tester, is usually the basis for closing these horizons with casing and cementing or cement plug after the well drilling completion. Interpretation of the results of DST tests, in cases of reservoir water flow to the tester is usually very cursory. Given the growing interest of industry in the use of aquifers in various branches of the national economy, there is a need for detailed reinterpretation of reservoir tests results. This paper attempts to develop computational procedures, which constitute a methodology of comprehensive reinterpretation of the DST data, in order to assess the productivity and commercial nature of the tested aquifers. This paper investigates the impact of drilling parameters and completion on the two-cycle DST test on the example of Upper Jurassic aquifer in the J-35 exploration well in the Carpathian region. This led to a detailed reinterpretation of the test results and formulation of the observations on the productivity of this aquifer. This publication includes summarized results of analysis and reinterpretation. Słowa kluczowe: poziom wodonośny, test złożowy RPZ, reinterpretacja danych, ocena produktywności Key words: aquifer, drill stem test, reinterpretation, productivity estimation 1. Wstęp Głównym celem wiercenia otworów poszukiwawczych jest odkrycie nowych złóż gazu ziemnego lub ropy naftowej. W profilach geologicznych tych otworów nawierca się pozio- * ) AGH, Akademia Górniczo Hutnicza w Krakowie my wodonośne, które w zależności od ich produktywności, mogą być potencjalnymi złożami wód podziemnych. Złożem wód podziemnych nazywa się zbiornik wód podziemnych, którego eksploatacja może przynosić korzyści gospodarcze. Wody ze złóż wód podziemnych mogą być wykorzystywane do celów użytkowych, jako nośnik energii cieplnej, woda lecznicza lub woda pitna (Dowgiałło i in. 2002).

28 26 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 Wstępna ocena produktywności warstw wodonośnych może być dokonywana na podstawie rezultatów testów złożowych wykonywanych rurowymi próbnikami złoża (RPZ), zapinanymi w nieorurowanych lub orurowanych odcinkach otworów poszukiwawczych (rys. 1). Wyniki tych badań umożliwiają uzyskanie zróżnicowanych danych i parametrów złożowych poziomów zbiornikowych, w tym wodonośnych, a należą do nich między innymi wydajność oraz wskaźnik produktywności (Dubiel 2005, Dubiel, Uliasz-Misiak 2000, Dubiel, Uliasz-Misiak 2010). Szkodliwe oddziaływanie ciśnienia słupa płuczki na skały zbiornikowe podczas ich przewiercania, a zwłaszcza podczas zapuszczania rur okładzinowych, ich cementowania i perforacji, zwiększają ryzyko wykonania opróbowania nieudanego pod względem technologicznym. Z tego względu uzyskane w przemyśle wyniki opróbowań warstw wodonośnych rurowymi próbnikami złoża charakteryzują się różnym stopniem kompletności i wiarygodności. Wpływ na jakość uzyskiwanych wyników opróbowania mają parametry technologiczne, uzależnione w dużej mierze od warunków otworowych. W zależności od jakości uzyskanych wyników opróbowania możliwe jest dobranie odpowiedniej metody ich interpretacji oraz wykonanie wiarygodnej charakterystyki złożowej badanej warstwy wodonośnej (Dubiel i in. 2001, Dubiel i in. 2003). 2. Procedury interpretacyjne wyników dwucyklowego testu złożowego (RPZ) W odwiertach geologiczno-poszukiwawczych poziomy perspektywiczne o sprzyjających cechach zbiornikowych stwierdzonych m.in. na podstawie wyników badań geofizyki otworowej, wyznaczane są do testów złożowych rurowym próbnikiem złoża (RPZ). Szczegółowa analiza wyników testów złożowych RPZ, a w szczególności wykresów odbudowy ciśnienia dennego tradycyjną metodą Hornera (układ półlogarytmiczny) oraz metodą log log (układ podwójnie logarytmiczny) pozwala, zdaniem autorów, wykazać nie tylko związek uzyskanych kształtów krzywych testowych z istniejącymi warunkami złożowymi, ale także z parametrami technologicznymi (Bourdet 2003, Dubiel i in. 2001, Dubiel i in. 2003, Horner 1967, Materiały ). Wiarygodność wyników takich testów zależy bowiem w znacznym stopniu od stosowanej technologii przewiercania i opróbowania skał zbiornikowych. Ostatecznie, na podstawie rezultatów badań RPZ, możliwa jest ocena wartości komercyjnej tych poziomów, z ewentualnym wskazaniem sposobu ich wykorzystania. W Polskim Górnictwie Naftowym i Gazownictwie SA oraz przy poszukiwaniu wód termalnych stosuje się najczęściej dwucyklowe testy złożowe, które w przypadkach przypływu Rys. 1. Schemat zapięcia rurowego próbnika złoża w orurowanym i perforowanym odcinku otworu wiertniczego podczas testu złożowego Fig. 1. Scheme of DST tool placed in a casing and perforated section of a borehole during a reservoir test

29 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 27 do próbnika gazu ziemnego, ropy naftowej lub wody złożowej, umożliwiają m.in. ocenę (Dubiel i in. 2001, Dubiel i in 1998): efektu odprężania badanego poziomu zbiornikowego od represji ciśnienia słupa płuczki w otworze; zmian parametrów złożowych określonych metodą Hornera na podstawie rezultatów I i II cyklu testu złożowego RPZ; zmian przepuszczalności skał zbiornikowych w bliskiej i dalszej strefie przyodwiertowej w promieniu badania próbnikiem, przy użyciu szczegółowej reinterpretacji; warunków geologiczno-złożowych, sposobu udostępnienia złoża oraz granic złoża, z wykorzystaniem metody log-log. W niniejszej publikacji przedstawiono wyniki szczegółowej analizy i reinterpretacji danych z testu złożowego RPZ poziomu wodonośnego w utworach kredy górnej. Badanie nr testu 35/96 wykonano w odwiercie J-35, w perforowanym interwale m (Dubiel i in 1998). 3. Analiza wykresu ciśnienia zarejestrowanego w czasie dwucyklowego testu złożowego RPZ w odwiercie J-35 Wstępna interpretacja wykresu ciśnienia dennego zarejestrowanego podczas dwucyklowego testu złożowego (rys. 2) obejmuje analizę parametrów technologicznych, a w tym określenie m.in. warunków ciśnieniowych (Dubiel i in. 2001, Dubiel i in. 2003): wartości represji ciśnienia słupa płuczki wiertnicznej na złoże ( p r ) [MPa]: (1) gdzie: p h ciśnienie hydrostatyczne słupa płuczki w otworze, p h =37,5 MPa; p z2 ciśnienie złożowe ekstrapolowane z pierwszego odcinka II krzywej odbudowy, MPa. wartości początkowej depresji ciśnienia na złoże podczas pierwszego testu przepływu ( p 0 ) [MPa]: (2) gdzie: p p1 ciśnienie w początkowym punkcie I krzywej przypływu, MPa, p z1 ciśnienie złożowe ekstrapolowane z pierwszego odcinka I krzywej odbudowy, MPa. maksymalnej wartości różnicy ciśnienia na uszczelniacz próbnika ( p u ), MPa: (3) wartości ilorazu depresji początkowej i represji ( p 0 / p r ), różnicy stabilizacji ciśnienia w okresie pierwszej i drugiej odbudowy ( p ko ), MPa. (4) gdzie: p ko1 ciśnienie w końcowym punkcie pierwszej odbudowy, MPa, p ko2 ciśnienie w końcowym punkcie drugiej odbudowy, MPa. W analizowanym przypadku wartość represji ciśnienia słupa płuczki wiertniczej na złoże ( p r ) wynosi 6,3 MPa. Tak duża represja płuczki na złoże może powodować znaczne sprężanie płynu w strefie przyotworowej oraz uszkodzenie przepuszczalności skał zbiornikowych w tej strefie. Wartość początkowej depresji ciśnienia na złoże podczas testu I przypływu ( p 0 ) oszacowana dla testu RPZ w odwiercie J-35 wynosi 22,6 MPa. Zbyt duża wartość depresji ( p 0 >20 MPa) może powodować, zwłaszcza w skałach węglanowych, zwieranie się szczelin i mikroszczelin, ograniczając dopływ wody do otworu wiertniczego. Maksymalna wartość różnicy ciśnienia na uszczelniacz próbnika ( p u ) w analizowanym teście wynosiła 27,5 MPa. Uszczelniacze firmy Halliburton wytrzymują różnicę ciśnień do około 30 MPa w temperaturze złożowej mniejszej od 80ºC. Różnicę tę można zmniejszyć poprzez (Dubiel i in. 2003): zmniejszenie ciśnienia hydrostatycznego słupa płuczki w otworze; zwiększenie ciśnienia hydrostatycznego słupa cieczy przybitkowej w kolumnie próbnikowej; zastosowanie uszczelniaczy bliźniaczych wraz z dystrybutorem ciśnienia. Wartość ilorazu depresji początkowej i represji ( p 0 / p r ) oszacowno na 3,6. Z analizy danych przemysłowych wynika, że racjonalna wartość tego ilorazu potwierdzona w poszukiwaniach naftowych i otworach geotermalnych dla obszaru Karpat i zapadliska przedkarpackiego waha się w granicach 3 do 5 (Dubiel, Rychlicki 2012, Dubiel, Uliasz-Misiak 2014). Natomiast wartość różnicy ciśnień stabilizacji w końcowych punktach I i II krzywej odbudowy ( p ko ) wynosiła 0,2 MPa. Podczas przewiercania analizowanego poziomu wodonośnego zastosowano bardzo dużą wartość ciśnienia hydrostatycznego słupa płuczki na dnie odwiertu. Było to spowodowane zastosowaniem płuczki wiertniczej o zbyt dużej gęstości w porównaniu do gradientu ciśnienia złożowego (tab. 1 i 4). Należy zauważyć, że w warunkach dynamicznych (cyrkulacja płuczki w odwiercie, przewodu wiertniczego lub rur okładzinowych) wartości ciśnienia dennego będą jeszcze większe o około 10% (Dubiel i in. 2001). Szacunkową miarą efektu odprężania się badanego poziomu od ciśnienia słupa płuczki może być różnica ciśnień określona wzorem (4). Z obliczeń wynika, że w analizowanym przypadku różnica tych ciśnień ma wartość p ko > 0,1 MPa. Oznacza to, że bardziej wiarygodne parametry złożowe uzyskuje się na podstawie interpretacji danych z II cyklu. Analizując wartości parametrów zestawione w tabeli 1 można stwierdzić, że rozpatrywany test złożowy wykonano w bardzo zróżnicowanych warunkach technologicznych, do których należą: różnica końcowych ciśnień I i II krzywej odbudowy jest większa od 0,1 MPa, korzystna wartość ilorazu depresji do represji ciśnienia (większa od 3), niekorzystna wartość początkowej depresji ciśnienia ( p 0 >20 MPa), bardzo korzystne warunki rejestracji wykresów ciśnienia łatwo interpretowanych w układzie półlogarytmicznym oraz podwójnie logarytmicznym, gdyż w tym przypadku iloraz czasów testów przypływu (t 2 /t 1 ) oraz iloraz czasów testów odbudowy ( t 2 /Δt 1 ) są znacznie większe od dwóch. W tabeli 1 zestawiono dane o warunkach technicznych i parametrach technologicznych testu RPZ nr 35/96 poziomu wodonośnego w utworach kredy górnej w otworze J-35 oraz wyniki wstępnej analizy wykresu ciśnienia (rys. 2) zarejestrowanego przez ciśnieniomierz wgłębny typu AK-1 firmy Kuster, zainstalowany w zestawie próbnikowym firmy Halliburton Standard, o średnicy 3 7/8 (Dubiel i in 1998).

30 28 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 Rys. 2. Zmiany ciśnienia podczas testu RPZ nr 35/96 w otworze J-35. Objaśnienia w tekście (Dubiel i in 1998) Fig. 2. Pressure change during DST test No. 35/96 in J-35 well. Explanations in the text (Dubiel et al. 1998) Tabela 1. Techniczne i technologiczne parametry testu RPZ nr 35/96 w otworze J-35 (Dubiel i in 1998) Table 1. Technical and technological parameters from the DST test No 35/96 in the well J-35 (Dubiel et al. 1998) Stratygrafia kreda górna Opróbowany interwał, m Średnica otworu, m 0,216 Głębokość posadowienia manometru, m 2372,00 Gęstość płuczki wiertniczej podczas przewiercania skał zbiornikowych, kg/m ,00 Czas od nawiercenia do opróbowania, doba 30,00 Wysokość słupa przybitki wodnej, m 1000,00 czas I testu przypływu, min 38,00 czas II testu przypływu, min 482,00 Czas testów iloraz czasów przypływu (t 2 / t 1 ) 12,66 czas I testu odbudowy, min 84,00 czas II testu odbudowy, min 512,00 iloraz czasów odbudowy ( t 2 / t 1 ) 6,09 ciśnienie hydrostatyczne płuczki na poziom zbiornikowy, MPa 37,50 naddatek ciśnienia słupa płuczki (represja) na poziom zbiornikowy, MPa 6,3 Ciśnienie różnica stabilizacji ciśnień odbudowy(p ko1 p ko2, MPa) 0,20 początkowa depresja podczas opróbowania, MPa 22,60 iloraz depresji i represji ciśnienia 3,59 4. Reinterpretacja danych dwucyklowego testu złożowego w odwiercie J-35 Wyniki uzyskane z testu RPZ nr 35/96 wykonanego w odwiercie J-35 umożliwiają wykonanie szczegółowej reinterpretacji danych z testu złożowego, które obejmuje określenie: wartości ciśnienia złożowego ekstrapolowanego z I i II odbudowy: p z1, p z2 (rys. 3 i 4) [MPa]; wydatków przypływu wody złożowej dla pierwszego i drugiego testu przypływu: q w1, q w2 [m 3 /s oraz m 3 /godz.]; wskaźników wydobycia wody złożowej podczas I i II testu przypływu (wydatek na jednostkę średniej depresji) WW 1 oraz WW 2 [(m 3 /s)/pa]; współczynników nachylenia dwu odcinków I krzywej odbudowy m 1 i m 1 oraz dwu odcinków II krzywej odbudowy m 2 i m 2 (rys. 3 i 4); współczynników przepuszczalności skał odpowiednio dla badanych stref k 1, k 1 oraz k 2 [m 2 ]; wskaźników skin-efektu S 1, S 1 oraz S 2 odpowiednio dla badanych stref [+ lub -]; promieni stref badanych próbnikiem odpowiednio dla I i II cyklu Rb1, Rb2 [m]; promienia najbliższej strefy

31 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 29 Rys. 3. Ekstrapolacja ciśnienia złożowego z I cyklu opróbowania nr 35/96 w odwiercie J-35. Objaśnienia punktów w tabeli 3. Fig. 3. Extrapolation of the reservoir pressure from the 1st test cycle 35/96 in the J-35 well. Points explanation presented in Table 3. Rys. 4. Ekstrapolacja ciśnienia złożowego z II cyklu opróbowania nr 35/96 w odwiercie J-35. Objaśnienia punktów w tabeli 4. Fig. 4. Extrapolation of reservoir pressure from the 2nd test cycle 35/96 in the J-35 well. Points explanation presented in Table 4. przyodwiertowej o zmienionej przepuszczalności skał dla I cyklu opróbowania R z1 [m]; odległości otworu wiertniczego od uskoku L [m]. Rezultaty takiej reinterpretacji umożliwiają m.in. ocenę wartości komercyjnej badanego poziomu wodonośnego. Wartości ciśnienia złożowego określono na podstawie ekstrapolacji ciśnienia z I i II testu odbudowy (rys. 3 i 4). Dla I cyklu opróbowania ciśnienie złożowe wyznaczono na podstawie ekstrapolacji drugiego odcinka I krzywej odbudowy (rys. 3). W przypadku II cyklu, ze względu na dominujące oddziaływanie uskoku na drugi odcinek odbudowy ciśnienia, wiarygodną wartość ciśnienia złożowego można uzyskać tylko na podstawie ekstrapolacji pierwszego odcinka II odbudowy (rys. 4) (Bourdet 2003). Bazując na zarejestrowanym wykresie ciśnienia (rys. 1) oraz danych technicznych dotyczących odwiertu, a także danych złożowych uzyskanych z badań geofizyki otworowej (tab. 2), przeprowadzono reinterpretację wyników badań, która pozwoliła na określenie: wydatków przypływu i wskaźników wydajności wody złożowej, współczynnika przepuszczalności skał wodonośnych oraz uszkodzenia strefy przedwiertowej (skin-efektu) (Dubiel i in. 2001, Dubiel i in. 2003). Wydatki przypływu wody złożowej odpowiednio dla pierwszego i drugiego testu przypływu ( q w1 i q w2 ) obliczono przy pomocy następującego wzoru ogólnego: Dla I testu przypływu wydajność wody złożowej wynosiła 1,45 m 3 /h, natomiast dla drugiego testu przypływu była niższa na poziomie 0,872 m 3 /h. Również wskaźnik wydajności wody złożowej oszacowano dla I i II testu przypływu stosując wzór o ogólnej postaci: Wskaźnik wydajności wody złożowej dla I testu przypływu wynosi 1, m 3 /Pa s. Dla II testu przypływu wskaźnik ten jest mniejszy: 1, m 3 /Pa s (5) (6) (7)

32 30 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 Tabela 2. Parametry techniczno-złożowe, właściwości wody złożowej oraz ciśnienia i temperatury zarejestrowane podczas badań RPZ (Dubiel i in 1998) Table 2. Reservoir-technical parameters, water parameters, pressure and temperature recorded during the DST test (Dubiel et al. 1998) Parametr Wartość Parametry techniczno-złożowe promień otworu wiertniczego, m 0,108 średnica wewnętrzna przewodu próbnikowego d w, m 0,1086 miąższość efektywna poziomu wodonośnego h, m 7,0 współczynnik porowatości, % 6,0 Parametry fizyczne wody złożowej ciężar właściwy wody złożowej γ, N/m ,00 współczynnik ściśliwości wody złożowej cw, Pa współczynnik lepkości dynamicznej wody złożowej (in-situ) µ w, Pa s 0, Parametry technologiczne testu RZP ciśnienie w końcowym punkcie I krzywej przypływu p k1, MPa 11,2 ciśnienie w początkowym punkcie I krzywej przypływu p p1, MPa 10,0 ciśnienie w końcowym punkcie II krzywej przypływu p k2, MPa 19,4 ciśnienie w początkowym punkcie II krzywej przypływu p p2, MPa 11,8 czas I testu przypływu t 1, s 2280,0 czas II testu przypływu t 2, s ,0 czas I testu odbudowy t 1, s 5040,0 czas II testu odbudowy t 2, s 30720,0 Pierwszą krzywą odbudowy ciśnienia reinterpretowano w półlogarytmicznym układzie współrzędnych pod kątem zmian przepuszczalności skał w strefie przyodwiertowej. Określenie współrzędnej czasu punktu załamania I krzywej odbudowy w układzie półlogarytmicznym (rys. 3) jest możliwe z uwzględnieniem wartości logarytmu dziesiętnego z ilorazu [(t 1 + t z1 / t z1 ] = 0,2 wyznaczonego z rysunku 3: gdzie t 1 czas pierwszego przypływu w min. Czas punktu załamania I krzywej odbudowy wynosi t z1 = 65 minut. Odpowiadające im wartości ciśnień w odniesieniu do połowy cyklu logarytmicznego (rys.3) wynoszą: p 0,5 = 29,7 MPa oraz p 0,5 = 30,2 MPa. Ponieważ na rys.3 brak jest możliwości określenia nachylenia pierwszego i drugiego odcinka I krzywej odbudowy w odniesieniu do cyklu logarytmicznego (1,0), dlatego można skorzystać ze wzorów uwzględniających odpowiednio połowę cyklu logarytmicznego: (8) (9) (10) gdzie p 0,5 wartość ciśnienia odpowiadająca połowie cyklu logarytmicznego. Obliczona wzorem (9) wartość m 1 wynosi 3,0 MPa/cykl, a wartość m 1 wynosi 5,2 MPa/cykl. Uwzględniając wyniki powyższych obliczeń określono wartości współczynnika przepuszczalności skał wodonośnych w najbliższej strefie przyotworowej: oraz w dalszej strefie: (11) (12) Dla analizowanego przypadku współczynniki przepuszczalności skał wodonośnych w najbliższej i dalszej strefie przyodwiertowej wynoszą odpowiednio 1,76 md i 0,608 md. Wartość wskaźnika skin-efektu świadczącego o stanie strefy przyodwiertowej można obliczyć z następujących wzorów (Dubiel i in. 2003): dla najbliższej strefy przyodwiertowej: dla dalszej strefy przyodwiertowej: (13) (14) Wyniki obliczeń są następujące: S 1 = + 2,25 i S 1 = -3,8. Oznacza to, że w bliskiej strefie przyotworowej nastąpiło niewielkie uszkodzenie przepuszczalności skał zbiornikowych, a w dalszej strefie znaczne jej polepszenie. Promień najbliższej strefy przyodwiertowej o zmienionej przepuszczalności skał można obliczyć ze wzoru: (15a) Podstawiając do wzoru (15a) odpowiednie dane otrzymano R z1 = 29 m. Promień całej strefy badanej podczas I cyklu testu złożowego obliczono wzorem: (15b) Całkowity promień strefy przyodwiertowej badanej podczas I cyklu opróbowania wynosi R b1 = 33 m. Również drugą krzywą odbudowy ciśnienia reinterpretowano w półlogarytmicznym układzie współrzędnych pod kątem zmian przepuszczalności skał w strefie przyodwiertowej, a także występowania granicy złoża. W oparciu o wykres odbudowy ciśnienia (rys. 4) i przy wykorzystaniu wzoru (9 i 10) określono wartości nachyleń pierwszego i drugiego odcinka II krzywej odbudowy w ukła-

33 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 31 Tabela 3. Zestawienie współrzędnych punktów I krzywej odbudowy (t 1 =38 min) Table 3. Points coordinates of the I build-up curve (t 1 =38 min) p di 28,5 30,3 30,6 30,9 31,1 31,2 31,4 31,5 31,6 31,7 t i 8,4 16,8 25,2 33, ,4 58,8 67,2 75,6 84 (t 1 + t i )/ t i 5,52 3,26 2,51 2,13 1,90 1,75 1,65 1,57 1,50 1,45 log[(t 1 + t i )/ t i ] 0,74 0,51 0,40 0,33 0,28 0,24 0,22 0,20 0,18 0,16 Tabela 4. Zestawienie współrzędnych punktów II krzywej odbudowy (t 2 =482 min) Table 4. Points coordinates of the II build-up curve (t 2 =482 min) p di 28,2 29,1 29,5 29,8 30,3 30,6 30,8 31,00 31,2 31,5 t i 51,2 102,4 153,6 204, ,2 358,4 409,6 460,8 512 (t 2 + t i )/ t i 10,4 5,71 4,14 3,35 2,88 2,57 2,34 2,18 2,05 1,94 log[(t 1 + t i )/ t i ] 1,02 0,76 0,62 0,53 0,46 0,41 0,37 0,34 0,31 0,29 dzie półlogarytmicznym, wynoszą one odpowiednio m 2 =3,2 MPa/cykl oraz m 2 = 6,8 MPa/cykl. Stwierdzono, że wartość ilorazu nachyleń odcinków II krzywej odbudowy w układzie półlogarytmicznym m 2 /m 2 wynosi około 2. Świadczy to o występowaniu w strefie badanej próbnikiem granicy poziomu wodonośnego w postaci uskoku. Z tego powodu, w przypadku interpretacji wyników II cyklu, parametry złożowe można określać tylko na podstawie nachylenia pierwszego odcinka krzywej odbudowy m 2. Na podstawie wzorów (12), (14) i (15) oszacowano współczynnik przepuszczalności (k 2 ), który wynosi 0,984 md, skin-efekt dla strefy przyodwiertowej, który wynosi S 2 = -2,0 oraz promień całej strefy badanej próbnikiem podczas drugiego cyklu wynoszący R b2 = 45 m. Odległość (L) otworu od uskoku można określić przez przybliżenie wykładniczej funkcji całkowej Ei(-x) funkcją logarytmiczną w punkcie załamania linii prostej w półlogarytmicznym układzie współrzędnych (rys. 4). Wykorzystuje się wówczas znane w hydrogeologii tzw. przybliżenie logarytmiczne (Dubiel 2005): (16) gdzie t z2 odpowiada punktowi załamania się tej linii. Stąd można obliczyć odległość uskoku od otworu L. Obliczoną odległość L należy traktować jako wartość orientacyjną. Określona z rysunku 4 wartość, stąd wartość funkcji Ei(-x) = 2,3 0,5=1,15, a odczytana z tabel wartość x = 0,22, wobec tego: Po przekształceniu wzoru (17) do postaci: (17) (18) oraz podstawieniu odpowiednich danych dotyczących testu nr 35/96 (tab. 2), otrzymano szacunkową wartość odległości otworu J-35 od uskoku wynoszącą 21 metrów. 5. Ocena produktywności badanego poziomu wodonośnego w odwiercie J-35 na podstawie rezultatów testu złożowego RPZ W celu dokonania oceny produktywności badanego poziomu wodonośnego, parametry złożowe określone metodą Hornera oraz log-log (Bourdet 2003, Dubiel i in 1998, Horner 1967, Materiały ), zestawiono w tabeli 5. Tabela 5. Parametry złożowe utworów wodonośnych kredy górnej w otworze J-35 oszacowane na podstawie rezultatów testu RPZ nr 35/96 Table 5. Reservoir parameters of the Upper Jurassic aquifer in J-35 well estimated on the basis of the results of the DST test No. 35/96 Lp. Parametry złożowe poziomu wodonośnego I cykl metoda Hornera II cykl metoda Hornera II cykl metoda log-log 1 Rodzaj płynu złożowego woda ze śladami bituminów 2 Wydatek przypływu cieczy - q, m 3 /godz q 1 =1,45 q 2 =0,872 q śr =1,161 3 Ciśnienie złożowe - p z, MPa 32,7 31,5 33,48 4 Gradient ciśnienia złożowego, MPa/m 0,0138 0,0133 0, Przepuszczalność skał wodonośnych - k, md k 1 = 1,76 k 1 = 0,608 k 2 =0,984 k 2 =0,32 6 Wskaźnik wydajności - WW, m 3 /godz MPa WW 1 =0,07 WW 2 = 0,055 _ 7 Wskaźnik skin-efektu, S, +, - S 1 =+2,3 S 1 =-3,8 S 2 = -2,0 S 2 =-2,93 8 Promień strefy o zmienionej przepuszczalności - R z, m R z1 = Promień strefy badanej - R b, m R b1 =33 R b2 =45 R b2 =51 10 Odległość otworu od uskoku L, m

34 32 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 Sformułowano następujące spostrzeżenia: przypływ do próbnika wody złożowej ze śladami węglowodorów świadczy o hydraulicznym kontakcie tego poziomu ze złożem ropy lub gazu ziemnego, toteż odwiert ten można byłoby brać pod uwagę w przypadku ewentualnego planowania wtórnych metod eksploatacji analizowanego złoża węglowodorów; testowany RPZ poziom wodonośny charakteryzuje się niekorzystnymi właściwościami zbiornikowymi (porowatość 6%, przepuszczalność bliska lub mniejsza od 1 md); obliczone wartości wskaźnika wydajności WW 1 i WW 2 mniejsze niż 0,1 m 3 /(godz. MPa) oraz przepuszczalności skał k 1 i k 2 wynoszące około1 md, stanowią o braku wartości komercyjnej badanego poziomu wodonośnego ; pomimo stwierdzonych, niesprzyjających warunków przewiercania tego poziomu (zbyt dużej represji ciśnienia płuczki) wartości wskaźnika skin-efektu nie wskazują na wystąpienie znacznych zmian przepuszczalności skał wodonośnych pod wpływem ciśnienia płuczki wiertniczej i jej filtratu, jednak promień strefy o zmienionej przepuszczalności jest stosunkowo duży (około 29 m) i może być spowodowany intensywną szczelinowatością skał związaną z uskokiem; stwierdzone występowanie uskoku w niewielkiej odległości od otworu wiertniczego J-35 (około 25 m) może mieć niekorzystny wpływ na proces dowiercania (np. ucieczka płuczki wiertniczej, duży promień strefy kolmatacji skał wodonośnych) i jednoznaczność wyników opróbowania (dominujący wpływ granicy złoża na kształt krzywej odbudowy ciśnienia dennego) poziomu wodonośnego; przedstawiona metodyka analizy warunków dowiercania oraz reinterpretacji wyników opróbowania daje możliwość wstępnej oceny wartości komercyjnej poziomów wodonośnych testowanych RPZ w otworach poszukiwawczych. 6. Podsumowanie Wykonany dwucyklowy test przepływu RPZ umożliwił uzyskanie bardziej wiarygodnej informacji w drugim cyklu o złożu, gdyż w pierwszym cyklu badany poziom został odprężony od ciśnienia słupa płuczki. Pozwolił również na porównanie wartości parametrów złożowych w strefie bliskiej i odległej, określonych na podstawie danych z I i II cyklu opróbowania, gdyż czas II cyklu opróbowania został zaprojektowany jako znacznie dłuższy niż I cyklu. Na podstawie początkowego odcinka krzywej odbudowy ciśnienia możliwe było określenie promienia strefy o zmienionej przepuszczalności skał (częściowo zakolmatowanej). Oprócz tego, na podstawie II krzywej odbudowy ciśnienia dennego stwierdzono (tak metodą Hornera, jak też metodą log-log) występowanie prostoliniowej nieprzepuszczalnej granicy badanego poziomu wodonośnego w postaci uskoku znajdującej się w odległości około 25 m od otworu J-35. Z powodu występowania granicy w poziomie skał zbiornikowych krzywa odbudowy ciśnienia ma w układzie półlogarytmicznym charakterystyczny przebieg, mianowicie składa się ona z dwu prostoliniowych odcinków o różnym nachyleniu, przy czym iloraz tych nachyleń (końcowego i poprzedniego) ma wartość około 2. Ponieważ pod wpływem zbyt dużego ciśnienia słupa płuczki w otworze przepuszczalność skał w strefie przyodwiertowej została uszkodzona (zmniejszona) w porównaniu do strefy odległej, obliczona wartość wskaźnika skin-efektu dla strefy przyotworowej jest dodatnia (S 1 >0). Wskaźniki skin- efektu dla odległej strefy S 1 oraz S 2 są ujemne (S<0), co oznacza, że skały zbiornikowe w tej strefie mają zwiększoną (polepszoną) przepuszczalność w porównaniu do przepuszczalności pierwotnej (tab. 5). Praca została wykonana w ramach badań statutowych nr Wydziału Wiertnictwa, Nafty i Gazu, Akademii Górniczo-Hutniczej im. St. Staszica w Krakowie. Literatura BOURDET D.P Well Test Analysis the Use of Advanced Interpretation Models. Handbook of Petroleum Exploration & Production Vol 3 (HPEP), Tom 3 z Handbook of Petroleum Exploration and Production. Amsterdam Elsevier Science. DOWGIAŁŁO J., KLECZKOWSKI A., MACIOSZCZYK T., RÓŻKOWSKI A. (red.) Słownik hydrogeologiczny. PIG, Warszawa. DUBIEL S Dobór sposobu określania parametrów hydrogeologicznych nieograniczonej warstwy wodonośnej, w zależności od technologii jej opróbowania. Wiertnictwo, Nafta, Gaz. t. 22, nr 2, s DUBIEL S., CHRZĄSZCZ W., RZYCZNIAK M Problemy dowiercania warstw perspektywicznych w otworach naftowych. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków. DUBIEL S., CHRZĄSZCZ W., RZYCZNIAK M Problemy opróbowania warstw perspektywicznych rurowymi próbnikami złoża. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo Dydaktyczne AGH, Kraków. DUBIEL S., RYCHLICKI S The results of double-cycle drill stem test DST of the Malm carbonate rocks of the Carpathian Foredeep. AGH Drilling, Oil, Gas. Vol. 29 No 2, s DUBIEL S., RZYCZNIAK M., CHRZĄSZCZ W., WÓJTOWICZ T., NOWAKOWSKI Z., KUŁAGA T Analiza i interpretacja wyników opróbowań warstw perspektywicznych rurowymi próbnikami złoża wykonywanych przez OPNiG Kraków. Praca naukowo-badawcza. Archiwum WWNiG AGH Kraków. DUBIEL S., ULIASZ-MISIAK B Schemat analizy i interpretacji wyników opróbowań warstw wodonośnych. Wiertnictwo, Nafta, Gaz. t. 15, s DUBIEL S., ULIASZ-MISIAK B Przegląd wyników badań rurowymi próbnikami złoża mezozoicznych poziomów wodonośnych Niżu Polskiego. Gospodarka Surowcami Mineralnymi. t. 26, nr 3, s DUBIEL S., ULIASZ-MISIAK B Wykorzystanie testów DST w rozpoznaniu i udostępnianiu złóż węglowodorów na przykładzie utworów jury górnej kredy dolnej zapadliska przedkarpackiego. Gospodarka Surowcami Mineralnymi. t. 30, nr 3, s HORNER D.R Pressure Build-ups in Wells. Pressure Analysis Methods. Reprint Series, SPE, Richard-son, Texas. Vol. 9, s Materiały firmy Kappa, Oprogramowanie interpretacji testów złożowych francuskiej firmy Kappa. ZPNiG, Kraków Artykuł wpłynął do redakcji styczeń 2017 Artykuł akceptowano do druku

35 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 33 Prowadzenie ściany pod gruzowiskiem zawałowym w warunkach zmiennej grubości pozostawionej warstwy przyspągowej The extraction of longwall panel located under goafs in the conditions of varying thickness of abandoned coal in the bottom layer Dr inż. Sylwester Rajwa* ) Dr hab. inż. Stanisław Prusek* ) Mgr inż. Jacek Szuścik** ) Mgr inż. Roman Gąska** ) Treść: W artykule przedstawiono proces doboru obudowy dla ściany 124 prowadzonej bezpośrednio pod zrobami zawałowymi warstwy przystropowej pokładu 510 na KWK Mysłowice-Wesoła. Następnie zaprezentowano trudności w jej prowadzeniu, w szczególności te wynikające ze znacznej zmienności grubości warstwy przyspągowej, w której prowadzona była ściana 124. Dodatkowe trudności wynikały zarówno z niewłaściwej współpracy obudowy zmechanizowanej z górotworem, jak i nadmiernego zużycia niektórych elementów kompleksu ścianowego. Abstract: This paper presents the process of powered support selection for the longwall 124, located under goafs of top layer seam no. 510, Mysłowice-Wesoła hard coal mine. Furthermore, the difficulties particularly due to the considerable variability of the thickness of the bottom layer which the wall 124 extracted, have been presented. Additional difficulties occurred as the result of improper co-operation of the powered support with the rockmass as well as excessive wear of some elements of the longwall complex. Słowa kluczowe: eksploatacja ścianowa, zroby, obudowa zmechanizowana, strop Keywords: longwall extraction, goafs, powered support, roof 1. Wprowadzenie Aktualnie w Polsce eksploatację grubych pokładów węgla kamiennego prowadzi się systemem ścianowym z kiero- * ) Główny Instytut Górnictwa, Katowice ** ) Katowicki Holding Węglowy S.A., KWK Mysłowice-Wesoła waniem stropu na zawał z podziałem na warstwy. System ścianowy z podsadzką hydrauliczną ze względów ekonomicznych jest coraz rzadziej stosowany (aktualnie jedynie w KWK Wieczorek), zaś zastosowanie systemu podbierakowego budzi sporo wątpliwości, zarówno co do zapewnienia odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa m.in. pożarowego,

36 34 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 metanowego, tąpaniowego, jak i deformacji powierzchni oraz ochrony obiektów tam zlokalizowanych. Ze względu na obowiązujące przepisy, eksploatację systemem ścianowym z zawałem stropu pierwszej, przystropowej warswy pokładu najczęściej prowadzi się na wysokość do 3,0 m. Prowadzenie ścian w tych warunkach zasadniczo nie różni się od prowadzenia ścian w pokładach węgla eksploatowanych na jedną warstwę. Czasami jedyną różnicę stanowić może fakt, iż sekcje obudowy zmechanizowanej prowadzone są po spodku węglowym o niskich parametrach wytrzymałościowych, w wyniku czego mogą wystąpić problemy z jego nośnością, a w konsekwencji z prawidłową współpracą sekcji obudowy zmechanizowanej z górotworem (Rajwa 2016). W przypadku, gdy gruby pokład węgla charakteryzuje się większymi parametrami wytrzymałościowymi i/lub rozkład obciążenia spągnicy sekcji jest równomierny (Markowicz i in. 2016), takie utrudnienia nie występują. Eksploatacja warstw niższych (kolejnych) pokładu napotyka już na nieco większe problemy, najczęściej kojarzone z zaleganiem bezpośrednio w pułapie ściany gruzowiska zawałowego. Wydaje się, iż prawidłowy dobór podporności sekcji obudowy zmechanizowanej uwzględniający stopień rekonsolidacji gruzowiska zawałowego i pozostawianie w pułapie wyrobiska obliczonej grubości półki węglowej powinno zapewnić odpowiednią stateczność stropu wyrobiska, niezbędną dla regularnego postępu ściany. Niestety, w ścianie 124 prowadzonej w KWK Mysłowice- Wesoła w dolnej warstwie pokładu 510, okresowo dochodziło do przerwania półki węglowej i opadu gruzowiska zawałowego powstałego po wybraniu warstwy przystropowej (górnej) pokładu 510. Powodowało to okresowe utrudnienia w postępie ściany i związane z tym zmniejszenie wydobycia. W wyniku wspólnego przeanalizowania takich sytuacji, z uwzględnieniem warunków geologiczno-górniczych, jak i wyposażenia technicznego oraz jego awaryjności, przez zespół pracowników kopalni i GIG, podjęto się próby ustalenia prawdopodobnych przyczyn występowania utrudnień związanych z okresowym zapewnieniem stateczności stropu ściany 124. Niniejszy artykuł przedstawia rezultaty tych analiz oraz ustalenia zespołu mające na celu podjęcie odpowiednich działań w przyszłości dla poprawy warunków prowadzenia ścian zlokalizowanych bezpośrednio pod gruzowiskiem zawałowym. 2. Określenie warunków stosowania sekcji obudowy zmechanizowanej w warunkach ściany 124 Ściana 124 zaprojektowana została w warstwie przyspągowej (dolnej) pokładu 510, na południe od Uskoku Morgi i wschód od Uskoku Brzęczkowickiego. Warstwa przypągowa pokładu 510 w tym rejonie zalegała z nachyleniem około 6 w kierunku południowo-zachodnim na głębokości m. Jej miąższość była zmienna i wynosiła od około 3,0 do 6,5 m. Ze zmienności grubości tej warstwy wynikała także zmienna długość ściany. Ściana 124 o wybiegu około 640 m rozpoczynała bieg z długością 130 m, która po około 325 m została wydłużona do 225 m (rys. 1). Generalnie, w rejonie ściany 124, strop bezpośredni pokładu 510 stanowiły głównie warstwy piaskowca lub łupków piaszczystych. Jedynie w rejonie chodnika 124b, w stropie bezpośrednim pokładu 510, występowały warstwy łupków ilastych. Spąg pokładu 510 tworzyła gruba warstwa łupku ilastego. Określone na podstawie badań uśrednione wytrzymałości skał na ściskanie wynosiły: strop 42 MPa, spąg 31 MPa, węgiel pokładu MPa. Przed przystąpieniem do uruchomienia ściany 124 kopalnia zwróciła się do GIG o określenie warunków stosowania sekcji obudowy zmechanizowanej w tej ścianie. Kopalnia jako sekcje liniowe zamierzała zastosować w ścianie 2 typy sekcji podporowo-osłonowych, dwustojakowych o średnicy wewnętrznej stojaka 320 mm. Pierwszy typ 24/46 o konstrukcyjnym zakresie wysokości od 2,4 do 4,6 m i zakresie pracy od 2,7 do 4,5 m, charakteryzował się podpornością wstępną stojaka około 2,01 MN (ciśnienie zasilania 25 MPa) i roboczą około 3,50 MN (ciśnienie robocze 43 MPa). Drugi typ 23/46 o konstrukcyjnym zakresie wysokości od 2,3 do 4,6 m i zakresie pracy od 2,7 do 4,5 m, charakteryzował się podpornością wstępną stojaka około 2,01 MPa (ciśnienie zasilania 25 MPa) i roboczą około 3,06 MPa (ciśnienie robocze 38 MPa). Zgodnie z opracowaną w GIG metodyką w pierwszej kolejności, uwzględniając m.in. rodzaj i wytrzymałość skał stropowych, ich zawilgocenie, czas jaki upłynął od eksploatacji warstwy przystropowej, określono wartość wytrzymałości zastępczej gruzowiska zawałowego zalegającego w pułapie ściany 124 na poziomie około 9 MPa. Tym samym uznano, że Rys. 1. Szkic usytuowania pola ściany 124 zlokalizowanej w warstwie przyspągowej pokładu 510 wraz z zaznaczeniem comiesięcznego wydobycia Fig. 1. Scheme of longwall 124 located in the bottom layer of seam no. 510 with an indication of the monthly coal production

37 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 35 nastąpiło niepełne scalenie gruzowiska zawałowego, a skały go tworzące są skłonne do odspajania się. Uwzględniając powyższą wartość w obliczeniach zapewnienia stateczności stropu ściany 124, w której zabudowane są sekcje typu 24/46 i 23/46 obudowy zmechanizowanej, określono, iż w takich warunkach niezbędne jest pozostawianie w pułapie wyrobiska ochronnej półki węglowej o grubości od 0,6 do 1,0 m, w zależności od odcinka wybiegu ściany. Takie rozwiązanie zostało przyjęte przez kopalnię, co miało swoje odzwierciedlenie w odpowiednich zapisach dokumentacji ścianowej. 3. Opis zaistniałych utrudnień w prowadzeniu ściany 124 W celu realizacji tego zapisu, ze względu na miąższość warstwy przyspągowej, niezbędnym okazało się okresowe obniżenie wysokości prowadzenia ściany 124 na wysokość 2,7 3,0 m, zwłaszcza w rejonie chodnika 124, gdzie były zabudowane sekcje typu 24/46. Prowadząc jednak ścianę na tej wysokości zaczęły się problemy z zapewnieniem stateczności wyrobiska w postaci przerwania ciągłości półki węglowej i opadu niezrekonsolidowanego gruzowiska zawałowego. Jednocześnie zauważono, że są trudności w ścianie z zapewnieniem poprawnej geometrii sekcji obudowy zmechanizowanej i jej przesuwem. Pomimo starań załogi i prób korekcji sekcji stropnica ustawiała się w jednej płaszczyźnie z osłoną odzawałową. W konsekwencji praca z taką geometrią powodowała uszkodzenia sekcji w postaci rozerwania blokady podpory (około 25 sztuk) i/lub rozerwania siłownika podpory stropnicy (około 45 sztuk), a także uszkadzanie się przesuwników (około 85 sztuk). Dodatkowo w rejonie tym po przerwaniu półki przystropowej opady intensyfikowały się i były trudne do opanowania, co było związane z lokalnie występującą w tym rejonie niecką, będącą naturalnym miejscem gromadzenia się wody (rys. 1 rejon II stopnia ZW). Woda ta przepływając i penetrując zroby zawałowe warstwy przystropowej, wymywała drobne części ilaste, uniemożliwiając rekonsolidację gruzowiska i pozostawiając go zbiorowiskiem luźnych skał. Dodatkowo na wybiegu ściany 124 w przystropowej części pokładu 510 znajdowało się otamowane wraz z wyposażeniem wyrobisko ściany 731. Dalsza eksploatacja warstwy przystropowej prowadzona była ścianą 731a (rys.2). Potwierdzony w praktyce na wybiegu ściany 124, a prognozowany przez GIG, słaby stopień rekonsolidacji skał zalegających w jej pułapie sprawił, że nadrzędną sprawą w celu zapewnienia regularnego postępu, stało się utrzymanie ochronnej półki węglowej o grubości do 1,0 m. Taka sytuacja sprawiła, że koniecznym na tym odcinku wybiegu okazało się urabianie skał spągowych, ze względu na grubość pozostawionej warstwy przyspągowej pokładu 510. Okresowo, podczas przechodzenia ścianą 124 pod zlikwidowanym wyrobiskiem ściany 731 i przecinką rozruchową ściany 731a, urabiano ponadmetrową grubość zalegającą w spągu pokładu warstwę łupku ilastego. Mimo zalegania w pułapie ściany 124 metrowej grubości ochronnej półki węglowej co wykazywały prowadzone na każdej zmianie wyniki wierceń, co pewien czas dochodziło do przerwania półki i opadu niezrekonsolidowanych skał, zwłaszcza w rejonie chodnika 124. Jednocześnie w rejonie chodnika 124a zaobserwowano, iż pomimo okresowego przerwania ciągłości półki węglowej nie następował intensywny opad skał stropowych, co świadczyło o lepszej rekonsolidacji gruzowiska zawałowego na tym obszarze. Wynikało to z zalegania w tym rejonie w stropie bezpośrednim pokładu 510 warstwy łupku ilastego. Konieczność urabiania skał spągowych, jak również opady stropu spowodowały, iż na opisanym wyżej wybiegu ściany 124 dwukrotnie wzrosło zużycie noży kombajnowych i zgrzebeł przenośnika Rybnik 850. W związku z powyższym kopalnia zwróciła się do Zakładu Technologii Eksploatacji Głównego Instytutu Górnictwa o wspólne przeanalizowanie sytuacji związanych z okresowym opadem ochronnej półki węglowej i skał w ścianie 124 oraz występującymi uszkodzeniami w sekcjach obudowy zmechanizowanej typu 24/ Analiza i określenie przyczyn zaistniałych utrudnień w prowadzeniu ściany 124 Przystępując do pracy w pierwszej kolejności przeanalizowano pracę GIG (Płonka i in. 2016) i porównano jej wyniki z obserwacjami dokonanymi podczas prowadzenia ściany 124. Uznano, że rekonsolidacja gruzowiska zawałowego i jego wytrzymałość zastępcza została określona prawidłowo. Podporność obudowy została także poprawnie dobrana, gdyż nie zaobserwowano zsuwów sekcji typu 24/46 wynikających z przekroczenia podporności roboczej i zadziałania zaworów upustowych. Z wieloletnich obserwacji GIG wynika, ze przy prawidłowej konstrukcji sekcji i geometrii pracy, nawet bardzo duża wartość podporności wstępnej nie powoduje niszczenia struktury węgla stanowiącego ochronną półkę o odpowiedniej grubości zlokalizowaną w pułapie ściany (Rajwa i in. 2014). Przyczynę przerywania ciągłości ochronnej półki węglowej powiązano z niewłaściwą współpracą sekcji z górotworem. Niewłaściwa współpraca polegałaby na liniowym (krawędziowym) podpieraniu półki węglowej przednią częścią stropnicy lub jej boczną krawędzią. Słuszność tej tezy została potwierdzona obserwacjami w ścianie 124 prowadzonej na wysokości 2,8-3,0 m, gdzie sekcje pracowały ze stropnicami podniesionymi ku górze i charakteryzowały się brakiem równoległości pomiędzy stropnicą a spągnicą sekcji. Wykonanie korekcji geometrii pracy tych sekcji typu 24/46 okazało się w niektórych przypadkach niemożliwe, gdyż siłownik podpory posiadał zbyt małą siłę, aby dokonać właściwej korekty ustawienia pomiędzy stropnicą i osłoną odzawałową. Ponadto, próby stosowanego w takich sytuacjach (zgodnie z opracowaną technologią) wyjeżdżania sekcją na tzw stojak okazywały się niemożliwe, gdyż każdorazowe podniesienie Rys. 2. Planowany sposób prowadzenia ściany 124 pod zrobami zawałowymi ścian 731 i 731a z pozostawieniem półki węglowej o grubości około 1,0 m Fig. 2. The planned way of longwall 124 extraction located under gobs of longwalls 731 and 731a, leaving the protective coal beam with thickness of about 1.0 m

38 36 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 spągnic powodowało że sekcja przesuwała się w kierunku zawału, czemu nie mógł przeciwstawić się zastosowany przesuwnik sekcji (siła około 500 kn). Jeśli nawet udało się skorygować geometrię niektórych sekcji, to po kilkukrotnym jej przesunięciu, geometria sekcji wracała do ustawienia, w którym stropnica jest skierowana ku górze i z osłoną odzawałową tworzyły niemal jedną powierzchnię. W związku z tymi obserwacjami postanowiono wykonać dodatkowe, niestandardowe, obliczenia analityczne sekcji typu 24/46 w zakresie podporności i obciążenia sekcji oraz wartości sił w węzłach konstrukcyjnych (Płonka, Rajwa 2009, Rajwa 2015) (rys. 3 i 4). W oparciu o wykonane obliczenia i obserwacje stwierdzono, że gdy stropnica tworzy z osłoną odzawałową jedną płaszczyznę, fakt ten ma następujące konsekwencje w postaci geometrycznej sekcji typu 24/46: dla wysokości ściany około 3,0 m kąt nachylenia stropnicy wynosi około 8, a układ lemniskatowy przyjmuje pozycję jaką by miał przy prawidłowej geometrii sekcji pracującej na wysokości około 2,4 m, dla wysokości ściany około 3,5 m, kąt nachylenia stropnicy wynosi około 12, a układ lemniskatowy przyjmuje pozycję jaką by miał przy prawidłowej geometrii sekcji pracującej na wysokości około 2,4 m, Kolejne wykonane obliczenia dla sił w węzłach sekcji, dla analizowanych warunków pracy (Losiak, Ptak 2010) wykazały, że wraz z obniżaniem wysokości pracy sekcji typu 24/46, a zwłaszcza ze wzrostem kąta nachylenia stropnicy, rośnie znacząco siła w węźle stropnica-osłona oddzawałowa. Biorąc pod uwagę powyższe obliczenia, jak również fakt, iż podpora stropnicy charakteryzuje się siłą około 700 kn pod tłokiem, można przypuszczać, że przy niskich wysokościach, niezachowaniu prawidłowej geometrii sekcji oraz obciążeniu jej osłony, operowanie podporą stropnicy mogło być nieefektywne, uniemożliwiając prawidłowe korygowanie położenia stropnicy. Tym samym wydaje się, iż podczas rabowania sekcji, ze względu na duże wartości sił w węźle stropnica osłona odzawałowa, sekcja ma naturalną tendencję do tworzenia jednej płaszczyzny przez stropnicę i osłonę oddzawałową. Powoduje to pracę sekcji z uniesioną stropnicą i niemożliwość jej korekcji przy dużym obciążeniu osłony odzawałowej. Praca sekcji z podniesioną stropnicą o kąt około 8 12º powoduje liniowe (krawędziowe) podpieranie stropu, przez co może dochodzić do niszczenia jego struktury i opadu skał. W warunkach ściany 124 taka geometria sekcji mogła powodować przerywanie ciągłości ochronnej półki węglowej pozostawianej w pułapie wyrobiska. Bez wątpienia potwierdzeniem takiego scenariusza zdarzeń były Rys. 3. Model sekcji typu 24/46 przy wysokości wyrobiska około 3,0 m i stropnicy podniesionej pod kątem 8 Fig. 3. Model of powered support type 24/46 with height ca. 3.0 m and canopy raised at an angle of 8 Rys. 4. Model sekcji typu 24/46 przy wysokości wyrobiska około 3,5 m i stropnicy podniesionej pod kątem 12 Fig. 4. Model of powered support type 24/46 with height ca. 3.5 m and canopy raised at an angle of 12

39 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 37 występujące w ścianie opady stropu i liczne uszkodzenia zarówno blokad, jak i siłowników podpory sekcji. Należy jednak zaznaczyć, że małe wartości kąta pochylenia osłony oddzawałowej dla niskich wysokości pracy i związane z tym opisane wady sekcji typu 24/46, mające wpływ na zapewnienie stateczności wyrobiska ściany 124 są konsekwencją określonego przyjętego dużego zakresu wysokości stosowania sekcji. Analizując także inne przyczyny przerwania się stropowej półki węglowej, zauważono, po jej opadzie, różnorodność struktury węgla tworzącego tę półkę. Ustalono, że w niektórych przypadkach pewną grubość półki stanowił węgiel opadowy z warstwy przystropowej pokładu 510. Tym samym, pomimo wykonywania wierceń kontrolujących, potwierdzających określoną grubość półki węglowej, jej nośność była mniejsza od obliczonej przez GIG, co mogło być także przyczyną powstawania utrudnień w utrzymaniu stropu ściany 124 przez sekcje typu 24/ Podsumowanie i wnioski Prowadzenie ściany pod gruzowiskiem zawałowym niemal każdorazowo stanowi wyzwanie dla kopalni. Wydaje się, iż w wielu przypadkach prawidłowy dobór podporności sekcji w odniesieniu do określonego stopnia rekonsolidacji i grubości ochronnej półki przystropowej powinien wystarczyć do zapewnienia odpowiedniej stateczności wyrobiska i postępu ściany. Niestety uwzględnienie tylko tych czynników w przypadku ściany 124 okazało się niewystarczające. Pomimo iż wyniki ze ściany 124 można uznać za satysfakcjonujące na tle górnictwa polskiego: całkowite wydobycie w okresie 7 m-cy - około 610 tys. ton, średniodobowe wydobycie miesięczne i dobowe maksymalne dla ściany 124 o długości 130 m i 225 m wynosiły odpowiednio 3050/4325 ton i 4950/5400 ton, to kopalnia miała świadomość co do możliwości jeszcze efektywniejszego wybrania tej partii złoża. Dlatego też, w celu zebrania doświadczeń na przyszłość, wspólnie z Zakładem Technologii Eksploatacji Głównego Instytutu Górnictwa zdecydowano się poddać analizie i spróbowano wyjaśnić część występujących utrudnień w utrzymaniu stateczności wyrobiska ściany 124, jak i uszkodzeń zaistniałym w jej wyposażeniu technicznym. W rezultacie tych prac sformułowano następujące wnioski: Głównym powodem powstawania utrudnień w zapewnieniu stateczności wyrobiska (powstawania obwałów) ściany 124 prowadzonej z wysokością do 3,5 m, była niewłaściwa geometria sekcji polegająca na tworzeniu jednej płaszczyzny pomiędzy osłoną odzawałową i stropnicą. Powodowało to m.in. liniowe (krawędziowe) podparcie pułapu wyrobiska powodując jego uszkodzenie. Przyczyną powyższego stanu rzeczy jest nadmierne obciążenie osłony odzawałowej wynikające m.in. ze zbyt małego jej nachylenia w stosunku do spągu wyrobiska (Frith Russel 2015). Nachylenie to (poniżej 30º) uniemożliwia samoistny zsuw materiału skalnego po osłonie odzawałowej na spag wyrobiska, co powoduje jego gromadzenie się na osłonie odzawałowej. Zmianie ulega tym samym sposób obciążenia sekcji od strony górotworu. Dla wielu przypadków stwierdzono, że ze względu na nieprawidłową geometrię sekcji, nachylenie osłony oddzawałowej było mniejsze od 20º. Ze względu na opisaną powyżej sytuację, niekorzystne oraz zwiększone obciążenie w sekcji powstają bardzo duże siły w rejonie jej węzła łączącego osłonę odzawałową ze stropnicą. Dlatego też, sekcje pracujące z wysokością do 3,5 m mają naturalną tendencję do tworzenia jednej płaszczyzny pomiędzy osłoną odzawałową i stropnicą, gdyż przy tej geometrii sekcji siła w podporze stropnicy jest zbyt mała, aby umożliwić korygowanie wzajemnego położenia stropnicy i osłony odzawałowej. Opisany przebieg zdarzeń był prawdopodobną przyczyną występujących uszkodzeń ograniczników i/lub siłowników rozpory oraz przesuwników sekcji. Biorąc pod uwagę tylko aspekty związane z obciążeniem osłony odzawałowej, wysokość pracy sekcji typu 24/46 nie powinna być niższa niż 3,5 m. Powyżej tej wysokości nachylenie osłony odzawałowej jest większe od 30º i opisane niekorzystne zjawiska nie powinny mieć wpływu na współpracę z górotworem, co znalazło swoje potwierdzenie w obserwacjach dołowych. W przyszłości, prowadząc ścianę pod ochronną półką węglową, należy zwrócić szczególną uwagę przy jej kontroli zarówno co do wymaganej (określonej) jej grubości, jak i czy tworzy ją jednolita warstwa węgla, a nie tzw. węgiel opadowy z wcześniej eksploatowanej wyżej zalegającej warstwy grubego pokładu. Projektując ścianę zlokalizowaną pod gruzowiskiem zawałowym, należy zwrócić uwagę na dobór zakresu wysokości stosowania i cechy geometryczne sekcji obudowy zmechanizowanej, w szczególności kąt pochylenia osłony oddzawałowej, który nie powinien być mniejszy od 300. Literatura FRITH RUSSELL C A holistic examination of the load rating design of longwall shields after more ten half a century of mechanized longwall mining. International Journal of Mining Science and Technology 25 pp LOSIAK S., PTAK J Wpływ gruzowiska zawałowego na osłonę odzawałową i zachowanie się sekcji lemniskatowej obudowy ścianowej. Mechanizacja i automatyzacja Górnictwa nr 3 (469), s MARKOWICZ J., RAJWA S., SZEWDA S Experimental testes of parameters characterizing the cooperation of powered roof support base and floor of low bearing capacity. Kwartalnik Archiwum Górnictwa Vol.61, Issue 4, Kraków, pp PŁONKA M., RAJWA S Podporność i rozkład sił w węzłach sekcji obudowy zmechanizowanej. Wiadomości Górnicze nr 10, s PŁONKA M. i in Wykonanie pracy naukowo-badawczej określającej możliwości stosowania, upodatnienia i warunki współpracy sekcji obudów zmechanizowanych różnych typów dla ściany 124 w pokładzie 510, poz. 500 m w KHW S.A., KWK Mysłowice-Wesoła. Praca badawczo-usługowa GIG o symbolu Niepublikowana. GIG Katowice. RAJWA S Wpływ nośności spągu na warunki utrzymania stropu. Przegląd Górniczy nr 10, s RAJWA S Wpływ wybranych czynników na współpracę obudowy zmechanizowanej z górotworem i warunki prowadzenia ściany. Wiadomości Górnicze nr 10, s RAJWA S., PIESZCZEK M., GUZERA J Dobór obudowy zmechanizowanej dla ściany prowadzonej w złożonych warunkach geologiczno- -górniczych w KHW S.A. KWK Wieczorek. Przegląd Górniczy nr 5, s Artykuł wpłynął do redakcji styczeń 2017 Artykuł akceptowano do druku

40 38 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 Zabezpieczenie prądów powietrza sprowadzanych na upad w kopalniach węgla kamiennego Protection of airways with descending air currents in hard coal mines prof. dr hab. inż. Nikodem Szlązak* ) dr hab. inż. Dariusz Obracaj* ) Treść: W ostatnich latach powiększa się liczba kopalń prowadzących eksploatację poniżej poziomu udostępnienia. Wiąże się to z istnieniem wyrobisk, w których prądy powietrza sprowadzane są na upad. W artykule omówiono możliwości zaburzeń przepływu powietrza podczas powstania pożaru w takich wyrobiskach. Wskazano na czynniki, które powodują odwracanie się prądów powietrza ze szczególnym uwzględnieniem lokalizacji wyrobiska w strukturze sieci wentylacyjnej. Na podstawie przykładu ściany eksploatacyjnej poniżej poziomu udostępnienia wykazano trudności w odwróceniu prądu powietrza sprowadzanego na upad. Ustosunkowano się do zabezpieczeń prądów powietrza sprowadzanych na upad w obowiązujących przepisach górniczych. Zaakcentowano istotną rolę monitoringu parametrów powietrza i zabezpieczeń przeciwpożarowych w wyrobiskach ze schodzącymi prądami powietrza. Abstract: The number of mines operating below the development level has increased in recent years. This is related to the existence of airways with descending air currents. Disturbances in airflow, while a fire breaks out in such airways, are discussed in the article. The factors that cause the reversion of airflows, with particular regard to the location of the airway in the structure of the ventilation network, were presented. On the basis of the example of the longwall panel below the development level, difficulties in reversing the descensional airflow are shown. The expression of authors standpoint with respect to the protection against the reversion of descending airways according to mining law and regulations is presented. The important role of monitoring of air parameters and fire protection in airways with descending air currents has been emphasized. Słowa kluczowe: wentylacja kopalń, pożary podziemne; schodzące prądy powietrza Key words: mine ventilation, mine fires, descending air currents 1. Wstęp Wyczerpywanie się zasobów węgla w kopalniach podziemnych wymaga udostępniania nowych zasobów na coraz większych głębokościach. Eksploatacja na coraz większych głębokościach powinna być związana z budową nowych szybów i poziomów wydobywczych. W kopalniach o zanikających zasobach przeznaczanie dużych środków inwestycyjnych na wykonywanie szybów i wyrobisk kamiennych jest nieuzasadnione, tym samym prowadzenie robót eksploatacyjnych poniżej poziomu udostępnienia jest zasadne, przy zachowaniu odpowiednich rygorów. Powietrze sprowadzane w wyrobisku (bocznicy) od węzła o większej wysokości niwelacyjnej do węzła o mniejszej wysokości niwelacyjnej nazwane jest przewietrzeniem schodzącym prądem powietrza lub potocznie przewietrzaniem na upad (Bystroń i in 1974, Pawiński i in. 1995). * ) AGH w Krakowie Pomimo dalszego, sukcesywnego schodzenia z eksploatacją pokładów węgla na coraz większe głębokości (średnio osiem metrów na rok) przedsiębiorcy, z konieczności minimalizowania jednostkowego kosztu wydobycia, nie wykonują wyrobisk szybowych, przez co utrzymuje się pewien poziom robót prowadzonych poniżej poziomu udostępnienia (Raporty , Informacja 2017, Kleszcz 2008, Praca 2008, Ropzorządzenie 2002). W większości polskich kopalń węgla kamiennego istnieją ściany eksploatacyjne prowadzone poniżej poziomu udostępnienia. W 2011 roku, w 23 kopalniach na ogólną ilość 31 zakładów górniczych wydobywających węgiel kamienny prowadzono eksploatację przy pomocy 48 ścian poniżej poziomu udostępnienia (Informacja 2017). W obecnie obowiązujących przepisach nie ma definicji prądu schodzącego powietrza, jednak podano warunki sprowadzania powietrza wyrobiskiem na upad (Rozporządzenie 2002):

41 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 39 1) Powietrze doprowadza się możliwie najkrótszą drogą do każdego poziomu wydobywczego, skąd prądami wznoszącymi odprowadza się w kierunku szybu wydechowego. 2) Sprowadzanie powietrza wyrobiskiem na upad dopuszcza się wyłącznie w przypadkach, gdy: średni upad wyrobiska lub bocznicy wentylacyjnej nie przekracza 5, średni upad wyrobiska lub bocznicy wentylacyjnej wynosi od 5 do 10, a prędkość przepływu powietrza jest większa niż 0,5 m/s, powietrze jest odprowadzane z pól zagrożonych wyrzutami dwutlenku węgla lub siarkowodoru. Wyrobiska z prądem powietrza sprowadzanym na upad muszą być odpowiednio wyposażone w sprzęt przeciwpożarowy, a kierownik ruchu zakładu górniczego może odstąpić od powyższych wymagań w uzasadnionych warunkach górniczo- -geologicznych. W planie ruchu kopalni muszą być określone rejony przewietrzane prądem powietrza sprowadzanym na upad, wyrobiska przewietrzane na upad oraz zastosowane środki bezpieczeństwa (Rozporządzenie 2012). Czy takie uwarunkowania prawne zabezpieczają prądy powietrza sprowadzanego na upad? Zabezpieczanie można analizować w rożnych aspektach, ale najistotniejszym wydaje się zabezpieczenie przed odwróceniem prądu powietrza. Odwrócenie prądu powietrza w wyrobiskach z pożarem może doprowadzić do zadymiania pozostałych wyrobisk, co w konsekwencji może mieć wpływ na ewakuację załogi w trakcie pożaru. 2. Warunki odwrócenia schodzącego prądu powietrza Wentylator głównego przewietrzania przekazuje powietrzu energię użyteczną na pokonanie oporów ruchu przy jego przepływie wyrobiskami podziemnymi. Na zaburzenia związane ze zmianą wydatku powietrza, a nawet kierunku przepływu w bocznicy sieci wentylacyjnej wpływają: usytuowanie bocznicy w sieci wentylacyjnej, udział spiętrzenia wentylatora w tej bocznicy (zwany dyssypacją energii użytecznej w bocznicy), wartość depresji naturalnej (depresji cieplnej lub depresji pożaru) w prądzie głównym powietrza przepływającym przez tę bocznicę. Depresję naturalną występującą w bocznicy lub w całej kopalni często określa się pojęciem naturalnej kumulacji energii (Strumiński 1996, Bystroń 2000). Podstawowym warunkiem prawidłowego przewietrzania, w ujęciu klasycznym (Bystroń i in. 1974, Pawiński i in. 1995), jest wytworzenie odpowiedniego spiętrzenia całkowitego wentylatora ( p c ) głównego przewietrzania, które zapewni pokonanie strat naporu powietrza na niezależnych drogach sieci wentylacyjnej. Sieć wentylacyjna składa się z bocznic przynależnych do różnych klas połączeń (Budryk 1956, Maciejasz, Kruk 1977). Bocznice równoległe prostego systemu normalnego zalicza się do klasy I. Każda bocznica klasy I rozdzielać się może na bocznice klasy II, a te z kolei mogą rozgałęziać się na bocznice wyższych klas itd. Udział spiętrzenia wentylatora w przepływie powietrza w bocznicy będzie zależał od jej przynależności klasowej i generalnie będzie mniejszy w bocznicach wyższych klas (Pawiński i in. 1995). Idealną strukturą sieci wentylacyjnej byłaby taka struktura, która charakteryzowałaby się rozdzieleniem głównego prądu powietrza w pobliżu podszybia szybu wdechowego na odpowiednią ilość niezależnych prądów powietrza i późniejszym połączeniu ich w pobliżu szybu wydechowego. W rzeczywistym systemie wentylacyjnym można się spodziewać różnych warunków połączeń bocznic (normalnych i przekątnych złożonych) oraz różnych parametrów przepływu powietrza. W takich sieciach może dojść do odwrócenia prądu powietrza w zależności od miejsca występowania i mocy pożaru w systemie wentylacyjnym. Wrażliwość na zmiany kierunków powietrza wykazywać będą zatem bocznice z prądami schodzącymi powietrza, które znajdują się w wyższych klasach systemu wentylacyjnego. Przykładowo, stosowanie licznych przecinek łączących wyrobiska z prądem powietrza doprowadzanego i odprowadzanego z rejonu powoduje, że rejon ściany klasyfikowany jest do bocznic wyższych klas. Udział spiętrzenia wentylatora w wentylacji tego wyrobiska jest coraz niższy i następuje obniżenie stabilności przepływu powietrza, tym bardziej, jeżeli wyrobisko przewietrzane jest na upad. Podczas pożaru w wyrobiskach nachylonych generowana jest depresja cieplna (zwana również depresją pożaru), której kierunek oddziaływania na ruch powietrza może być zgodny lub przeciwny do kierunku oddziaływania wentylatora głównego przewietrzania (Budryk 1956, Maciejasz, Kruk 1977). Moc pożaru generująca depresję pożaru musi być odpowiednio duża, aby doprowadzić do odwrócenia kierunku przepływu powietrza. Wymaga to czasu rozwoju pożaru i dostępności materiału palnego w wyrobisku. Nie zawsze istnieją warunki do powstania maksymalnej depresji pożaru. Zgodnie z pracą W. Budryka (Budryk 1956) depresja cieplna pożaru w bocznicy ze schodzącym prądem powietrza może prowadzić do zaburzeń w przepływie powietrza w tej bocznicy. Na drodze gorących gazów i dymów generowane są lokalne depresje cieplne, które wraz z oddalaniem się od źródła ogniska pożaru zanikają w wyniku ochładzania się gazów pożarowych. Suma lokalnych depresji cieplnych jest równa depresji cieplnej pożaru. Kiedy wartość sumy tych depresji cieplnych jest większa od wpływu udziału spiętrzenia wentylatora głównego przewietrzania to nastąpić może całkowite odwrócenie prądu powietrza w tej bocznicy (Bystroń 2000), w zależności od pozostałych parametrów systemu wentylacyjnego, w którym znajduje się ta bocznica. Zgodnie z pracami W. Budryka utrzymanie pierwotnego kierunku przepływu powietrza w bocznicy ze schodzącym prądem powietrza (rys. 1) nastąpi, jeśli spełniona będzie nierówność: gdzie: R z opór części zewnętrznej systemu; R b opór bocznicy rozdzielającej część wewnętrzną i zewnętrzną systemu wentylacyjnego; h b suma kumulacji energii (naturalnych, mechanicznych) zwanych depresją bocznicy rozdzielającej część wewnętrzną i zewnętrzną systemu wentylacyjnego; h z suma kumulacji energii (naturalnych, mechanicznych) zwanych depresją części zewnętrznej systemu wentylacyjnego; h w suma kumulacji energii (naturalnych, mechanicznych) zwanych depresją części wewnętrznej systemu z dodatkową depresją cieplną pożaru. Zależność (1) jest prawdziwa przy założeniu, że h z >h w oraz h b =0. Uwzględniając przedstawione w pracach (Budryk 1956, Maciejasz, Kruk 1977) rozważania dotyczące określenia wielkości depresji pożaru, należy stwierdzić, że jej wzrasta wraz ze wzrostem ilości przepływających gazów i osiąga wartość maksymalną według zależności: (1)

42 40 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 Rys. 1. Schemat kanoniczny systemu wentylacyjnego - brak odwrócenia prądu schodzącego powietrza w bocznicy z pożarem Fig. 1. Canonical diagram of the ventilation system - no flow reverse during the fire in the airway with descending air current gdzie: T w0 przyrost temperatury w miejscu pożaru, K; T w0 temperatura powietrza przed powstaniem pożaru, K; z w różnica wysokości przekrojów wlotowych i wylotowych bocznicy części wewnętrznej systemu, m; γ w ciężar właściwy powietrza w bocznicy części wewnętrznej sytemu przed powstaniem pożaru, N/m 3. Z zależności (1) można wyznaczyć maksymalną depresję pożaru, przy której odwróci się prąd powietrza. Z kolei, zakładając maksymalny (realny w warunkach rzeczywistych) przyrost temperatury w ognisku pożaru w danej bocznicy o nachyleniu z w w warunkach parametrów powietrza przed pożarem w, można wyznaczyć depresję pożaru z zależności (2). Depresja ta odpowiadać będzie sumie lokalnych depresji cieplnych w części wewnętrznej systemu wentylacyjnego. Dla określenia wpływu pożaru w prądzie powietrza przewietrzającym ścianę eksploatacyjną przedstawiono w dalszej części przykład obliczeniowy. 3. Wpływ kąta nachylenia wyrobiska na odwrócenie prądu powietrza studium przypadku Wartość depresji pożaru w prądzie schodzącym zależy między innymi od kąta nachylenia wyrobiska. Wpływ nachylenia wyrobiska na odwrócenie prądu powietrza przeprowadzono na przykładzie rejonu wentylacyjnego ściany w jednej z kopalń węgla kamiennego. Na rys. 2 przedstawiono fragment schematu przewietrzania ściany podpoziomowej z zaznaczonymi kotami wysokościowymi i wartościami obliczonych potencjałów izentropowych w węzłach sieci wentylacyjnej. Ściana znajduje się na głębokości około 170 m poniżej poziomu udostępnienia. W tabeli 1 podano pozostałe parametry bocznic rozpatrywanego sytemu wentylacyjnego. Rozpatrywaną bocznicą wewnętrzną systemu jest bocznica Bocznicą tą przepływa 1210 m 3 /min powietrza. Upad bocznicy 4-5 wynosi -9,3º. Około 2% spiętrzenia wentylatora przypada na pokonanie oporów ruchu powietrza w tej bocznicy. W tabeli 2 przedstawiono parametry systemu wentylacyjnego dzielonego na cześć wewnętrzną i cześć zewnętrzną. (2) W wyniku powstania pożaru w tej bocznicy rośnie depresja cieplna w części wewnętrznej systemu. Depresja cieplna w części zewnętrznej również może ulegać zwiększeniu, ale nie tak znacząco jak w części wewnętrznej. Ilość dopływającego powietrza do części wewnętrznej systemu maleje wraz z rozwojem pożaru. Spiętrzenie wentylatora rośnie, a opór zastępczy systemu wzrasta. Zmieniają się również opory bocznic, w których przepływają dymy w kierunku szybu wydechowego. Przy określonej depresji cieplnej systemu wewnętrznego, stan wartości oporów części wewnętrznej i zewnętrznej oraz spiętrzenie wentylatora powodują odwrócenie prądu powietrza. Odwrócenie kierunku przepływu powietrza i tym samym zadymienie bocznicy rozdzielającej w analizowanym przypadku (węzły: 4-7-8) następuje przy depresji cieplnej pożaru wynoszącej -528 Pa. Wartość depresji jest funkcją między innymi przyrostu temperatury w ognisku pożaru. Na rys. 3 przedstawiono wyniki obliczeń maksymalnych depresji cieplnych, jakie można uzyskać w danych warunkach rozpatrywanego systemu wentylacyjnego w zależności od przyrostu temperatury w ognisku pożaru. Są to wartości maksymalne przy założeniu, że wydatek powietrza dopływającego do ogniska pożaru nie ulega zmianie. W obliczeniach uwzględniono ochładzanie się odprowadzanych gazów, które generują lokalne depresje cieplne w poszczególnych wyrobiskach. Dla rozpatrywanego przypadku nie ma możliwości uzyskania takiej temperatury rzeczywistego pożaru, aby wystąpiła depresja -528 Pa (linia ciągła) i doszło do odwrócenia prądu powietrza. Zwiększając kąt upadu rozpatrywanej bocznicy, uzyskuje się większe wartości depresji cieplnej w rozpatrywanej bocznicy. Jeśli kąt upadu bocznicy w części wewnętrznej byłby większy od -13º, a wszystkie pozostałe parametry systemu nie uległyby zmianie, to zachodziłaby możliwość odwrócenia prądu powietrza (depresja cieplna -565 Pa, co odpowiada przyrostowi temperatury w ognisku pożaru ponad 1200ºC). W praktyce nie dopuszcza się do takiego rozwoju pożaru w wyrobisku podziemnym, w związku z tym prawdopodobieństwo przebiegu takiego pożaru można uznać za małe. Na podstawie analizowanego przykładu można stwierdzić, że przepisy górnicze właściwie ograniczają sprowadzanie powietrza na upad do nachylenia -10º. Pamiętać należy jednak, że stwierdzenie to jest prawdziwie tylko dla rozpatrywanego przypadku. W innych przypadkach decydujące znaczenie ma topologia sieci wentylacyjnej i lokalizacja takiej bocznicy w sieci wentylacyjnej. Aktualne spiętrzenia całkowite w stacjach wentylatorów głównego przewietrzania zwykle przekraczają 3000 Pa, co powoduje, że udział spiętrzenia wentylatora w przewietrzaniu wyrobisk na upad jest najczęściej duży. Jednakże mogą się zdarzać wyrobiska, które odpowiadają bocznicom wyższych klas z małym udziałem spiętrzenia wentylatora. Tak się może zdarzyć, jeżeli rejon wentylacyjny z wyrobiskiem przewietrzanym na upad zlokalizowany jest blisko szybu wdechowego. Wtedy pożar o dużej mocy w takim wyrobisku może doprowadzić do odwrócenia prądu powietrza. Wpływ zaburzeń i odwróceń prądów powietrza można oceniać na podstawie programów komputerowych do obliczeń rozpływów powietrza w sieciach wentylacyjnych kopalń podziemnych w stanach nieustalonych rozpływu powietrza (Dziurzyński i Pałka 2001, Dziurzyński i in. 2006). 4. Zabezpieczenia rejonów przewietrzanych schodzącymi prądami powietrza Przy przewietrzaniu rejonów eksploatacyjnych prądami schodzącymi istotnego znaczenia nabierają systemy wczesne-

43 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 41 Rys. 2. Schemat przewietrzania rejonu ściany 40 przewietrzanej prądem schodzącym powietrza Fig. 2. Ventilation layout of longwall panel 40 with descending air current Tabela 1. Parametry bocznic systemu wentylacyjnego w rejonie ściany 40 przewietrzanej prądem schodzącym powietrza Table 1. Parameters of branches of the ventilation system of the longwall panel 40 with descending air current Węzeł Opór Gęstość średnia Wydatek Długość Depresja wlot. wylot. bocznicy w bocznicy powietrza bocznicy naturalna J 1 J 2 kg/m 7 kg/m 3 m 3 /min m Pa 1 2 0,0440 1, , ,1761 1, , ,0496 1, , ,2372 1, , ,895 1, , ,1024 1, , ,0492 1, , ,3485 1, , ,0372 1, , ,1414 1, , ,0447 1, , ,0927 1, , ,0958 1, ,16

44 42 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 Tabela 2. Parametry bocznic części wewnętrznej i zewnętrznej systemu wentylacyjnego przed pożarem Table 2. Parameters of branches of the internal and external parts of the ventilation system before the fire occurred Cześć systemu Parametr Symbol Jednostka Wartość Opór zastępczy R w N s 2 /m 8 0,388 Depresja naturalna h n Pa 17,05 Część wewnętrzna Gęstość średnia powietrza ρ w-śr kg/m 3 1,265 Różnica wysokości z w. m -30,06 Temperatura średnia powietrza T w0 ºC 26,5 Część rozdzielająca Opór zastępczy R b N s 2 /m 8 2,244 Depresja naturalna h b Pa -2,87 Opór zastępczy R z N s 2 /m 8 0,826 Część zewnętrzna Depresja naturalna h n Pa 78,39 Spiętrzenie wentylatora p c Pa 2453 Rys. 3. Wpływ przyrostu temperatury w ognisku pożaru na wartości maksymalnej depresji cieplnej bocznicy w analizowanym systemie wentylacyjnym Fig. 3. Influence of temperature increase in the fire focus on the maximum value of natural ventilation pressure in the analyzed ventilation system go wykrywania pożarów oraz zabezpieczeń przeciwpożarowych. Zabezpieczenia te maja na celu uniemożliwić rozwój pożaru i tym samym ograniczyć wielkość depresji pożaru. Generowana depresja nie musi prowadzić do odwrócenia prądu powietrza w wyrobisku przewietrzanym na upad, ale powoduje zmniejszenie strumienia przepływającego powietrza. Zgodnie z obowiązującymi przepisami, wyrobiska z prądem schodzącym powinny być wyposażone w sprzęt przeciwpożarowy oraz w rurociąg przeciwpożarowy (Rozporządzenie 2002). W rejonach eksploatacyjnych prowadzone jest również wczesne wykrywanie pożarów i stosowane są systemy CO-metrii automatycznej (Mironowicz, Wasilewski 1999, Szlązak i in. 2005). Przewietrzanie wyrobisk ścianowych oraz całych rejonów wentylacyjnych zlokalizowanych poniżej poziomu udostępnienia winno cechować się odpowiednią stabilnością kierunków i wydatku przepływu powietrza, szczególnie w przypadku współwystępowania zagrożeń: metanowego, pożarowego i temperaturowego. W takich przypadkach należy dążyć do uzyskiwania prądów powietrza o wskaźnikach odpowiadających prądom mocnym oraz stabilnym. Dlatego też bardzo istotne jest przeprowadzenie oceny stanu zagrożeń i ich wpływu na stan wentylacji już na etapie projektowania eksploatacji Przez stabilność kierunków przepływu powietrza w bocznicy rozumie się zdolność do utrzymania istniejącego kierunku przepływu, przy wywołaniu stosunkowo małych zaburzeń w sieci wentylacyjnej w określonym czasie. Aktualny poziom automatycznej aerometrii górniczej (Trenczek 2005) umożliwia monitorowanie takich zagrożeń, jak metanowe czy pożarem endogenicznym. W rejonach przewietrzanych prądami schodzącymi istotne są również systemy alarmowo-rozgłoszeniowe i lokalizacji załogi. Wynika więc z tego, że możliwości monitorowania i zabezpieczania rejonu przewietrzanego prądem powietrza sprowadzanego na upad mogą zapewnić (Trenczek 2005, 2007): pomiary zawartości w powietrzu kopalnianym wszystkich podstawowych gazów (O 2, CO 2, CO, CH 4 ), kontrola wykrywania dymu w wyrobisku, kontrola zawartości metanu i wyłączenie spod napięcia urządzeń elektrycznych w przypadku przekroczenia wartości progowych, pomiary prędkości przepływu powietrza oraz jego temperatury i wilgotności, kontrola stanu zamknięcia tam w śluzie wentylacyjnej,

45 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 43 pomiaru naporu ciśnienia na tych tamach i pomiaru potencjału aerodynamicznego w istotnych węzłach, kontrola zagrożeń sejsmicznych, systemy lokalizacji załogi w wyrobiskach dołowych, systemy alarmowania o zagrożeniu i zdalne rozgłoszenie informacji o sposobie wycofania załogi. O zakresie monitorowania i zabezpieczenia rejonu przewietrzanego powietrzem sprowadzanym na upad decydować powinna kompleksowa analiza uwarunkowań występujących w takim rejonie i ich wpływu na poziom zagrożeń w stanach awaryjnych i krytycznych. Ze względu możliwe zadymienie wyrobisk w przypadku powstania pożaru w schodzącym prądzie powietrza doprowadzanego istniał kiedyś (Maciejasz, Kruk 1977) obowiązek zabezpieczenia oddziałów podpoziomowych przez wykonanie odpowiedniego układu wyrobisk korytarzowych i tam bezpieczeństwa, które miały umożliwiać w krótkim czasie skierowanie dymów najkrótszą drogą do szybu wydechowego i wyprowadzenie załogi z zagrożonego rejonu do prądu powietrza doprowadzanego. Związane to było z krótkim wtedy okresem działania środków ochrony dróg oddechowych oraz niedużych spiętrzeniach wentylatorów głównego przewietrzania. Po wprowadzeniu aparatów ucieczkowych oraz stosowaniu już wysokodepresyjnych wentylatorów takie rozwiązania nie są już potrzebne. Przedstawione powyżej sposoby zabezpieczeń i monitorowania zagrożeń naturalnych i kontroli parametrów termodynamicznych powietrza dają podstawy do tego, by sprowadzanie powietrza na upad mogło być bezpieczne. 5. Wnioski 1. Pożary w prądach schodzących powietrza generują lokalne depresje cieplne, które powodować mogą zmniejszenie strumienia powietrza doprowadzanego do rejonów podpoziomowych. 2. O zaburzeniach kierunku przepływu w wyrobiskach (bocznicach sieci wentylacyjnej) z prądem schodzącym powietrza decyduje wielkość generowanej depresji cieplnej przez pożar oraz lokalizacja bocznicy w sieci wentylacyjnej. Bocznice lokalizowane w wyższych klasach systemu wentylacyjnego charakteryzują się niższym udziałem spiętrzenia wentylatora głównego przewietrzania. Odwrócenie prądów powietrza w bocznicy z prądem schodzącym powietrza wystąpić może przy znacznie rozwiniętym pożarze (o dużej mocy pożaru) i przy niedużym udziale spiętrzenia wentylatora w przewietrzaniu tego wyrobiska. W takich bocznicach należy dążyć do uzyskiwania prądów powietrza o wskaźnikach odpowiadających prądom mocnym oraz stabilnym. 3. Podczas projektowania wentylacji w rejonach eksploatacyjnych poniżej poziomu udostępnienia wskazane jest przeprowadzenie kompleksowej analizy uwarunkowań występujących w danym rejonie. Niezbędne jest wyznaczanie minimalnego zakresu monitorowania parametrów powietrza oraz opracowanie niezbędnych zabezpieczeń wraz z procedurami postępowania w przypadkach stanów awaryjnych i krytycznych. 4. Przy obecnie istniejącej i możliwej do zastosowania technice monitorowania parametrów powietrza oraz procesów technologicznych nie ma potrzeby wykonywania dodatkowych wyrobisk zabezpieczających prądy schodzące. Aktualne przepisy górnicze właściwie regulują sprowadzanie powietrza na upad. Artykuł został zrealizowany w ramach strategicznego projektu badawczego Narodowego Centrum Badań i Rozwoju pt. Poprawa bezpieczeństwa pracy w kopalniach, zadanie nr 2, umowa nr SP/K/2/143445/11. Literatura BUDRYK W Pożary i wybuchy w kopalniach. Część I. Wydawnictwo Górniczo -Hutnicze. Katowice. BYSTROŃ H Potencjał aerodynamiczny, bilanse energii i mocy użytecznej oraz stabilność pracy systemu wentylacji kopalni. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa 7(356), s BYSTROŃ H., JAROŃ S., MARKEFKA R, STRUMIŃSKI A., WOJTYCZKA A Przewietrzanie kopalń. Poradnik Górnika t. 3, Dz. I. Wyd. Śląsk, Katowice. DZIURZYŃSKI W., PAŁKA T A computer simulation of the influence of fire gases on the flow and distribution of potential in a mine ventilation network. Archiwum Górnictwa t. 46, z. 2, s DZIURZYŃSKI W., PAŁKA T., KRAWCZYK J Prognoza przewietrzania kopalni w przypadku pożaru w wyrobisku ze schodzącym prądem powietrza, Przegląd Górniczy nr 12, s Informacja Wyższego Urzędu Górniczego Eksploatacja poniżej poziomu udostępnienia - dostęp KLESZCZ A Zagrożenia wynikające z prowadzenia robót górniczych poniżej poziomu udostępnienia. XXXIV Dni Techniki ROP 2008, XXV Seminarium pt: Zagrożenia skojarzone praktyka i teoria, Rybnik. MACIEJASZ Z., KRUK F Pożary podziemne w kopalniach. Wydawnictwo Śląsk, Katowice. MIRONOWICZ W., WASILEWSKI S Monitorowanie i sterowanie wentylatorów głównych w celu obniżenia kosztów i poprawy bezpieczeństwa kopalń. Materiały Międzynarodowej Konferencji nt. Najnowsze osiągnięcia w zakresie przewietrzania kopalń oraz zwalczania zagrożeń pożarowych, gazowych i klimatycznych. Wydawnictwo GIG, Katowice. PAWIŃSKI J., ROSZKOWSKI J, STRZEMIŃSKI J Przewietrzanie kopalń. Śląskie Wydawnictwa Techniczne, Katowice. Praca zbiorowa pod redakcją W. Konopko 2008 Bezpieczne prowadzenie robót górniczych poniżej poziomu udostępnienia złoża w kopalniach węgla kamiennego. Wydawnictwo GIG, Katowice. Raporty roczne ( ) o stanie podstawowych zagrożeń naturalnych i technicznych w górnictwie węgla kamiennego. Wydawnictwo GIG, Katowice. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych (Dz.U. Nr 139 z 2002 r. poz. 1169). Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 16 lutego 2012 r.. w sprawie planów ruchu zakładów górniczych - Załącznik nr 1. Plan ruchu podziemnego zakładu górniczego (Dz. U. z 2012 r. poz. 372). STRUMIŃSKI A Zwalczanie pożarów w kopalniach głębinowych. Wyd. Śląsk, Katowice. SZLĄZAK N., YUAN S., OBRACAJ D Zagrożenie pożarowe w kopalniach węgla kamiennego i metody jego oceny. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków. TRENCZEK S Automatyczna aerometria górnicza dla kontroli zagrożeń aerologicznych. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa nr 3. TRENCZEK, S Przewietrzanie prądami schodzącymi powietrza - identyfikacja zagadnień. Górnictwo i Geologia. t. 2, z. 2, s Artykuł wpłynął do redakcji grudzień 2016 Artykuł akceptowano do druku

46 44 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 Zastosowanie skanera Faro Focus X330 w ocenie pionowości komina o wysokości 220 m Use of the laser scanner Faro Focus X330 in the assessment of the verticality of the chimney with a height of 220 m Dr hab. inż. Tomasz Lipecki* ) Dr hab. inż. Wojciech Jaśkowski* ) Mgr inż. Wojciech Matwij* ) Mgr inż. Wojciech Skobliński** ) Treść: Artykuł przedstawia analizę możliwości wykorzystania skanera Faro Focus X330 do badania pionowości obiektu wysmukłego o znacznej wysokości. Zazwyczaj panoramiczne skanery fazowe stosuje się do rejestrowania danych na znacznie krótszych odległościach. Przeprowadzone eksperymenty potwierdziły przydatność tego urządzenia do zinwentaryzowania położenia osi komina o wysokości przekraczającej 200 m, co przedstawiono w analizie wielowariantowej. Badania te umożliwiły również zweryfikowanie pomiarów realizowanych klasycznie w odstępach rocznych. Zaprezentowane wyniki wskazują na spełnienie warunków dokładnościowych związanych z tego rodzaju badaniami. Zastosowanie przyrządu o tych parametrach jest dobrą alternatywą dla metod stosowanych powszechnie w pomiarach odchylenia obiektu od pionu. Dodatkową zaletą wykonanego skaningu jest możliwość stworzenia pełnego modelu wektorowego 3D i na jego podstawie wykorzystanie technik inżynierii odwrotnej. Abstract: This paper presents an analysis of the possibilities of using the laser scanner Faro Focus X330 to study the verticality of a slender object of considerable height. Usually panoramic phase scanners are used to record data at much shorter distances. Conducted experiments confirmed the usefulness of this device to generate the position of the axis of the chimney with a height exceeding 200 m, as shown in the multivariate analysis. These studies also helped to verify the measurements carried out by conventional methods at yearly intervals. Presented results show that the precision of such tests is sufficient to the specified conditions. The use of instrument with this parameters is a good alternative to the methods commonly used in the measurement of the deviation of the vertical object. An additional advantage of scanning is the possibility to create a complete 3D vector model and on its basis - the use of reverse engineering techniques. Słowa kluczowe: skaning laserowy, monitoring, obiekty wysmukłe, inżynieria odwrotna, model 3D Keywords: laser scanning, monitoring, slender objects, reverse engineering, 3D model * ) AGH, Akademia Górniczo Hutnicza, Kraków ** ) KGHM Polska Miedź S.A., O/ZG Polkowice - Sieroszowice

47 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY Wstęp Kominy przemysłowe sklasyfikowane są jako obiekty budowlane wysmukłe, które ze względu na swoje proporcje należą do konstrukcji szczególnie narażonych na utratę stateczności (ITB, 2010) i występowanie naprężeń, powodujących ich deformacje w postaci odkształceń postaciowych. Najczęściej widoczną zmianą ich geometrii jest odchylenie osi komina od pionu, jak również wygięcie jego trzonu. Nie mniej istotne, choć występujące lokalnie są przemieszczenia elementów konstrukcyjnych względem siebie. Przyczynami tych odstępstw od stanu projektowego są względy budowlane (odstępstwa podczas budowy, niestabilność gruntu, zmiana technologii budowy itp.), obciążenie ciężarem własnym, obciążenia termiczne i obciążenie wiatrem, ale również występujące podczas eksploatacji obciążenia chemiczne (degeneracja konstrukcji pod wpływem agresywnego środowiska m.in. spalin) oraz zjawiska reologiczne (Oruba 2010, Puniach, 2014). Czynniki te mogą w sposób chwilowy oddziaływać na konstrukcję komina, jak również w sposób ciągły, co generować może deformacje krótko i długookresowe. Te pierwsze będą związane z odpowiedzią konstrukcji na czynniki dynamicznie wpływające na jej stan (wiatr, insolacja, wstrząsy górnicze), a pozostałe będą związane ze statyką budowli i jej stanem długotrwałym. Jako konstrukcja budowlana, budowa kominów, ich eksploatacja i kontrola stanu jest osadzona w przepisach prawa, poczynając od: ustawy Prawo budowlane (Dz.U poz.414), a normy szczegółowe są podane w normie polskiej: PN-B :1988 Kominy murowane i żelbetowe oraz dostosowujących legislację polską do europejskiej: PN- EN :2007 i 2:2007 Kominy wolno stojące- Część 1 i Część 2. Wskazuje się w nich na konieczność wykonywania badań diagnostycznych oraz prowadzenia oprócz Książki Obiektu Budowlanego tzw. Metryki Komina. Brak jest jednak szczegółowych informacji i wskazówek odnośnie szczegółów prowadzenia przeglądów technicznych. Pozostawiono to użytkownikowi, który powinien we własnych zakresie zapewnić bezpieczeństwo użytkowania obiektu. Z tego też względu najczęściej wykonuje się przeglądy diagnostyczne w postaci wizji lokalnych specjalistów od konstrukcji budowli oraz dokonuje się pomiarów geodezyjnych kontrolujących wychylenie osi komina od pionu oraz zmianę położenia podstawy komina poprzez kontrolę wysokości reperów zamontowanych w przyziemiu konstrukcji. Najczęściej jednak badania geodezyjne ograniczają się do części zewnętrznej komina, choć wizje lokalne kominów wieloprzewodowych wykonywane są również po stronie wewnętrznej, w celu stwierdzenia spękań, złuszczeń płaszcza konstrukcji i deformacji elementów wyposażenia obiektu. Pomiary geodezyjne są realizowane najczęściej w okresach rocznych lub rzadszych. Z uwagi na brak aktualnych regulacji, wyniki odnosi się najczęściej do instrukcji geodezyjnej resortu (Ministerstwo 1976a) i wytycznych wykonywania geodezyjnych pomiarów masywnych budowli wieżowych (Ministerstwo 1976b). Wychylenie statyczne osi trzonu wyznacza się najczęściej geodezyjnymi metodami tradycyjnymi w postaci: dwusiecznych kątów (otaczających stycznych), wcięć kątowych, rzutowania, biegunowej 3D, fotogrametrycznej. Od kilkunastu lat można wykorzystać również metody pozwalające na określenie kinematyki drgań wierzchołka pod wpływem obciążeń krótkotrwałych (Jaśkowski i inni, 2002, Lipecki i inni, 2003) za pomocą pomiarów GPS (met. statyczna diagnoza wychylenia i RTK- wyznaczenie drgań) oraz metody wideo detekcji plamki laserowej. Do metod tych dołączyć można obecnie interferometrię radarową za pomocą przyrządu IBIS, która umożliwia wyznaczenia charakterystyki drgań o niewielkich amplitudach (Kuras i inni 2010, Puniach 2014). W artykule zaproponowano jeszcze jedną metodę diagnostyki geometrii konstrukcji komina, opartej o skaning laserowy. W zasadzie jest to odmiana metody biegunowej 3D, jednak gęstość zarejestrowanych punktów pomiarowych na obiekcie powoduje, że zamiast do metod dyskretnych (punktowych), można zaliczać tę metodę do diagnozy kompleksowej geometrii obiektu. Z uwagi na wysokość obiektów wysmukłych, stosowane do tej pory skanery były skanerami impulsowymi, co pozwalało na wykonywanie pomiarów do odległych obiektów (powyżej 150 m), jednak rozdzielczość pomiarowa nie gwarantowała jakości pozwalającej na szczegółowe analizy zmian konstrukcji. Autorzy zaproponowali wykorzystanie skanera fazowego, którego zasięg pomiarowy zwiększony jest do ponad 300 metrów. Jego charakterystykę opisano w rozdziale Charakterystyka dokładnościowa skanera laserowego Faro Focus X330 Do badań wykorzystano nowy produkt firmy FARO skaner Faro Focus X330, którego charakterystykę (na podstawie materiałów firmowych) przedstawiono na poniższym rys. 1a, w porównaniu do wcześniejszego modelu Faro Focus 3D (rys. 1b). Istotnymi parametrami skanowania są: liczba pomierzonych punktów/sekundę dochodząca do 1 miliona, dokładność pomiaru ± 2 mm, zasięg do 307 m, a także kompresja szumów, która według producenta uległa znacznej poprawie. Z uwagi na to, że wskaźniki te będą rzutowały na jakość pozyskanego materiału pomiarowego, przed przystąpieniem do wykonywania badań terenowych, dokonano ich sprawdzenia w warunkach laboratoryjnych. Wykonano pomiary powierzchni płaskiej i walcowej obydwoma skanerami (Focus 3D i X330), analizując odwzorowania powierzchni za pomocą uzyskanych punktów pomiarowych. Realizowano badania w odległości 12 m oraz 25 m, a następnie utworzono mapy hipsometryczne odchyłek od powierzchni teoretycznej (płaszczyzny i walca). Poniżej zestawiono wyniki, przedstawione w formie tabeli rysunków (tab.1). Daje się zauważyć zmniejszenie szumów pomiarowych w przypadku nowego modelu skanera (X330). Statystyki dołączone do poszczególnych map świadczą o poprawie od 30 do 50 % jakości dopasowania powierzchni pomiarowej do teoretycznej w stosunku do modelu poprzedniego (Focus 3D). Tym samym potwierdzono dane podawane przez producenta dotyczące poprawy jakości wykonywania skaningu laserowego skanerem fazowym Faro Focus X Pomiary komina elektrociepłowni o wysokości 220 m w Polkowicach Komin elektrociepłowni w Polkowicach jest typowym kominem jednoprzewodowym (rys.2), zbudowanym z modułów żelbetowych, posadowionym w filarze ochronnym nad eksploatacją rud miedzi prowadzoną przez KGH SA O/ ZG Polkowice-Sieroszowice. Z uwagi na swoją wysokość i lokalizację narażony jest on na wpływ czynników atmosferycznych, ale także związanych z eksploatacją górniczą. Z tego też względu co roku, w celu stwierdzenia aktualnego

48 46 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 Rys. 1 a) Charakterystyka techniczna skanera Faro X330; b) charakterystyka techniczna skanera Faro Focus 3D (źródło: Fig. 1. a) Technical characteristics of the scanner Faro X330; b) Technical characteristics of the scanner Faro Focus 3D (source: stanu osi trzonu komina, wykonywane są pomiary geodezyjne metodą dwusiecznych kątów. Wykonywane są również pomiary niwelacyjne, które umożliwiają ocenę stabilności fundamentu komina. Pomiary klasyczne wskazały na powiększenie się wychylenia w ostatnich latach do wartości około 1150 mm. Jednocześnie widoczna jest zmiana profilu osi wskazująca na miejsce przełamania, co sygnalizuje konieczność wykonania kompleksowych, bardziej szczegółowych badań geometrii całej powierzchni płaszcza komina. Do tego nadaje się również zastosowanie metody fotogrametrycznej, jednak proces opracowania sprowadza całość zagadnienia do formy dyskretnej, opartej na analizie punktów charakterystycznych. Z tego też względu zastosowano skaning laserowy skanerem fazowym, którego możliwości pomiarowe wskazywały na możliwość zastosowania do takiego celu. Pomiar wykonano z trzech stanowisk: dwóch ustawionych prostopadle do komina w pobliżu jego podstawy i jednego w większej odległości. Takie lokalizacje były związane z koniecznością pomiaru komina przy podstawie (bez zasłonięć obiektami towarzyszącymi) oraz w jego wyższych partiach. W efekcie pomiarów uzyskano model przestrzenny komina, przedstawiony na rysunku 3. Zaprezentowano go w postaci intensywności odbicia sygnału od powierzchni. Daje się zauważyć zmniejszenie ilości punktów zarejestrowanych przy wierzchołku. Jest to związane przede wszystkim z bardzo stromym kątem padania wiązki laserowej na powierzchnię płaszcza, a nie z brakiem zasięgu pomiarowego. Jednak i tak wykonane pomiary pozwoliły na zamodelowanie bryły faktycznego kształtu komina istniejącego na podstawie przekrojów pomiarowych oraz wykonanie analiz w oparciu o porównanie z modelem teoretycznym (utworzonego na podstawie projektu). Umożliwiło to również wykonanie wyznaczenia kształtu przestrzennego osi komina (w rzucie na płaszczyzny poziomą i pionową) oraz wykonanie analiz powierzchniowych tzw. map hipsometrycznych odchyłek powierzchni od teoretycznego modelu bryłowego. Wykonano również analizę i porównanie z pomiarami klasycznymi Wyznaczenie osi komina na podstawie pomiarów wykonanych skanerem laserowym Najprostszym sposobem na ocenę stanu pionowości budowli wysmukłej jest wyznaczenie środków profili poprzecznych ustalonych w przyjętych interwałach na całej wysokości obiektu. Między innymi w ten sposób ocenia się pionowość komina przy pomocy klasycznej metody dwusiecznych kąta. W podobny sposób można zdefiniować profile, wycinając z chmury punktów odpowiednie jej fragmenty. Po wpasowaniu w nie okręgów, można wyznaczyć ich środki, uznawane za reprezentację osi komina na poszczególnych wysokościach. Połączenie tych środków umożliwia uzyskanie przebiegu przestrzennego wirtualnej osi budowli, która może być przedstawiona w postaci rzutów pionowych i poziomego. Możliwe jest również utworzenie na podstawie profili schematycznego modelu bryłowego faktycznego kształtu komina. Obydwie czynności przedstawiono na rysunku 4, pokazującym stwierdzoną wartość wychylenia (0,71m) na ostatnim analizowanym poziomie, tj. na wysokości 220 m. Model bryłowy przedstawiony również na tym rysunku posłużył do analizy zgodności tak utworzonego modelu z zarejestrowaną chmurą punktów. Analizę taką przedstawiono na rysunku 5. W celu potwierdzenia zgodności, wykonano niezależne analizy dla pokrywającego się fragmentu badanego obiektu

49 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 47 Tabela 1. Pomiary laboratoryjne skanerami fazowymi Focus 3D i Focus X330 Table 1. Laboratory measurements of 3D phase scanners Focus and Focus X330 Rys. 2. Zarejestrowany przez skaner komin H=220 m w Polkowicach Fig. 2. Chimney H = 220 m in Polkowice, registered by the laser scanner

50 48 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 Rys. 3. Chmura punktów reprezentująca komin Fig. 3. Point cloud representing the chimney chmur punktów, uzyskanych ze stanowiska bliskiego (nr 1) oraz oddalonego (nr 3). Widoczna jest zgodność odchyłek, co świadczy o jednorodności uzyskanej chmury punktów. Wartości odchyłek w postaci zmiany koloru na mapie hipsometrycznej mają jeszcze jedną zaletę wskazują na zmianę odległości punktów zarejestrowanych skaningiem od modelu uproszczonego. Umożliwia to wizualizację szczegółów obiektu, które nie byłyby możliwe do zaobserwowania metodami dyskretnymi. Ewidentnie widoczne są miejsca łączenia modułów wznoszonej konstrukcji i ich jakość spasowania. Zmiana koloru na tym samym poziomie może świadczyć o wpływie różnych czynników na aktualny stan powierzchni płaszcza komina. Odpowiednia analiza rozkładu hipsometrycznego umożliwia również stwierdzenie miejsc spękań i złuszczeń bądź deformacji (przede wszystkim odkształceń postaciowych), których skutkiem jest wygięcie i wychylenie trzonu konstrukcji. Rys. 4. Wyznaczenie pionowości osi komina oraz utworzenie modelu bryłowego w oparciu o profile poprzeczne Fig. 4. Determination of the verticality of the axis of the chimney and development of a solid model based on cross-sections

51 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 49 Rys. 5. Porównanie zgodności zamodelowanej bryły z chmurą punktów (lewy chmura ze stanowiska bliskiego 1, prawy chmura ze stanowiska oddalonego nr 3) Fig. 5. Comparison of compliance solid model with a cloud of points (left - cloud from the position of close to 1, right - cloud away from the position No. 3) W celu wykonania analiz opartych o model odchyłek w stosunku do modelu teoretycznego, stworzono model bryłowy na podstawie danych projektowych. Dzięki temu wykonane analizy powierzchniowe można odnieść do stanu idealnego, a wszelkie zmiany koloru map hipsometrycznych będą wskazywać na rozkład bezwzględny odchyłek w stosunku do modelu teoretycznego. Na rysunku 6 przedstawiono dwa modele bryłowe pierwszy projektowy, a drugi uzyskany na podstawie skaningu laserowego. Widoczne jest ich wzajemne przecinanie się spowodowane odchyleniem osi komina od linii pionu. Zmiana koloru wskazuje również na kierunek odchylenia i wzrost jego wielkości, zgodnie z przyrostem wysokości. W podobny sposób można wykonać analizę odchyłek pomiaru skaningowego względem bryły teoretycznej (projektowej), w postaci utworzenia mapy hipsometrycznej. Należy jednak pamiętać o tym, że źle dobrane parametry mogą doprowadzić do uzyskania nieprawidłowych wyników analizy. Przykład takiej błędnie wykonanej mapy odchyłek od rozkładu teoretycznego przedstawiono na rysunku 7. Kolory tam przedstawione mogą być interpretowane jako lokalizacje przemieszczeń (czerwony) lub świadczące o ich braku (niebieski). Jednak w tym przypadku kolor niebieski świadczy o przecięciu się porównywanych powierzchni (widoczne to jest na rysunku 5), a nie o braku przemieszczeń. Prawidłowo wykonana analiza musi uwzględniać to, że w zależności od algorytmów wykorzystywanych do stwierdzenia odległości punktu od powierzchni, uzyskuje się różne rozkłady hipsometryczne. Z tego względu należy wykazać się doświadczeniem w prowadzeniu takich analiz, dostosowanych w sposób indywidualny do konkretnego rodzaju obiektu. Przykład prawidłowego rozkładu hipsometrycznego opisującego wychylenie przedmiotowego komina przedstawiono na rysunku 8. Widoczny jest na nim logiczny rozkład odchyłek, zwiększających swój zakres zgodnie z kierunkiem wychyle- Rys. 6. Porównanie położenia modeli bryłowych komina teoretycznego (szary) i rzeczywistego (zielony) Fig. 6. Comparison of the position of solid models of the chimney the theoretical (gray) and actual (green)

52 50 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 Rys. 7. Przykład błędnie wykonanej analizy powierzchniowej kolor niebieski (zmiany poniżej 10 mm) nie świadczy o braku przemieszczeń Fig. 7. Example of poor surface analysis blue color (a change of less than 10 mm) does not indicate a lack of movements Rys. 8. Powierzchniowy rozkład przemieszczeń płaszcza komina w stosunku do modelu teoretycznego (projektowego) Fig. 8. The surface distribution of displacements of the chimney mantle in relation to the theoretical model (design)

53 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 51 nia osi komina. Przedstawia również miejsce największych deformacji na wysokości powyżej 100 m, które wskazują na prawdopodobną zmianę nachylenia osi trzonu. Przedstawiają również rozkład pola przemieszczeń otaczających miejsce największych zmian Analiza pionowości komina stwierdzona pomiarami klasycznymi Pomiary komina elektrociepłowni w Polkowicach wykonywane metodą dwusiecznych kąta są realizowane od 1977 roku. Realizowane są one w cyklach jednorocznych i odnoszone do specjalnie zastabilizowanej osnowy wokół komina. W roku 1977 stwierdzono wychylenie wierzchołka o wartości 107 mm, a w 1990 roku wychylenie osiągnęło już wartość 520 mm. Utrzymywało się ono do 2001 roku, po czym zaczęło się ono zmieniać do wartości 890 mm w 2003 roku. Po uwzględnieniu zmiany współrzędnych osnowy, przemieszczonej pod wpływem okołofilarowej eksploatacji górniczej, wyznaczone wtedy wychylenie zostało zredukowano o 200 mm do wartości 684 mm. Kolejne cykle pomiarowe (czasem półroczne i realizowane po każdym wstrząsie górniczym) wskazywały na pogłębianie się stanu odchylenia o tej samej tendencji kierunku. Na rysunku 9 zaprezentowano zarejestrowane pomiarami klasycznymi stany odchylenia osi komina (lata ), osiągające 1157 mm w roku Przedstawione są wartości wychyleń poszczególnych horyzontów pomiarowych względem osi lokalnego układu współrzędnych, w postaci profili pionowych wzdłuż osi X i Y oraz w rzucie sytuacyjnym. Widoczna jest zmiana nachylenia profilu osi komina na wysokościach 110 m i 180 m, szczególnie wzdłuż jednej z osi. Jest to prawdopodobnie związane z procesem wznoszenia i remontem, któremu poddawany był komin w latach poprzednich. Rzut sytuacyjny pozwala na orientację co do sposobu pogłębiania się procesu odchylenia osi od pionu. Jest on ewidentnie związany z otaczającą filar eksploatacją górniczą, co przedstawiono na rysunku 10. Rys. 9. Wychylenie osi komina zarejestrowane metodą dwusiecznych kąta w latach Fig. 9. The inclination of the chimney axis registered by the angle bisectors in the years Rys. 10. Położenie komina i kierunek jego wychylenia na tle otaczającej eksploatacji górniczej prowadzonej w latach Fig. 10. Location of the chimney and the direction of its inclination against the surroundings of mining operations conducted in the years

54 52 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 Z uwagi na osiąganie przez komin wartości odchylenia przekraczających według pomiarów 1000 mm, zdecydowano się na wykonanie badań kontrolnych inną metodą, pozwalającą niezależne wyznaczenie stanu geometrycznego obiektu (Lipecki, 2013), a jednocześnie umożliwiającą quasi-ciągłą ocenę stanu powierzchni płaszcza komina. Z tego też względu zastosowano do badań laserowy skaner fazowy Faro Focus X Porównanie wyników pomiarów klasycznych i wykonanych skaningiem laserowym Wykonane analizy wskazały na rozbieżności pomiędzy uzyskanym wychyleniem na podstawie skaningu laserowego (710 mm) a stwierdzonym pomiarami geodezyjnymi (1150 mm). W celu stwierdzenia przyczyn rozbieżności, nałożono uzyskane dwiema metodami wyniki stwierdzonego wychylenia osi na jeden wykres i sprowadzono do wspólnego układu współrzędnych, poprzez dokonanie transformacji układu skanera do układu wykorzystywanego w pomiarach geodezyjnych. Wyniki nałożenia widoczne są na rysunku 11. Przedstawiono na nim w postaci profili pionowych (strona lewa rysunku) oraz rzutu sytuacyjnego (strona prawa) wzajemne położenie rzutu osi komina na odpowiednie płaszczyzny pionowe XZ, YZ i XY z pomiarów obydwiema metodami. Po zastosowaniu transformacji porównano kształt obydwu osi, wyznaczając jeden z elementów generujących rozbieżność wielkości wychylenia. Ma to związek ze zmianą współrzędnych osi komina o ok. 300 mm, z uwagi na przemieszczenie na niecce obniżeniowej, utworzonej pod wpływem eksploatacji górniczej. Zaprezentowano to przez wrysowanie czerwonego wektora w części przyziemnej komina. Po redukcji rzutu osi z pomiarów klasycznych o ten wektor, jego kształt reprezentowany jest przez linię czerwoną przerywaną. Daje się zauważyć bardzo dużą zgodność między pomiarami klasycznymi a wykonanymi skanerem do wysokości 110 m. Od tego horyzontu widoczna jest rozbieżność szczególnie w płaszczyźnie YZ (środkowy wykres). Jest to horyzont przełamania stwierdzony cyklicznymi pomiarami geodezyjnymi, a także przedstawiony na analizach pomiarów skaningowych, również w postaci rozkładu powierzchniowego. Wartość ta, wynosząca około 150 mm, nie jest związana z błędami pomiarowymi, gdyż o wzajemnej korelacji, a co za tym idzie dokładności obydwu metod (Puniach, 2014), świadczy zgodność profilu do tej wysokości. Jedynym wytłumaczeniem jest wpływ czynników zewnętrznych na płaszcz komina, generujący jego wygięcie w kierunku południowo-wschodnim (zgodnym z osią Y układu lokalnego współrzędnych) podczas pomiarów klasycznych lub w przeciwnym kierunku (N-W) podczas pomiarów skanerem laserowym (rys 11 rzut sytuacyjny). Pomiary geodezyjne były wykonywane w grudniu 2014 roku przy temperaturze poniżej -5 stopni Celsjusza, natomiast pomiary skanerem laserowym w czerwcu 2014 roku przy temperaturze dochodzącej do +30 stopni. Z tego też względu widoczna różnica jest prawdopodobnie związana z wygięciem trzonu pod wpływem insolacji (Żak, 1970) w kierunku północno zachodnim, przez co zmniejszyła się wartość wychylenia zarejestrowanego podczas pomiarów skaningowych do wartości 710 mm. 5. Podsumowanie Wykonane badania potwierdziły skuteczność zastosowanej metody fazowego skaningu laserowego w ocenie kształtu obiektu wysmukłego. Umożliwiła ona uzyskanie informacji o całej powierzchni płaszcza komina i wykonanie szeregu analiz tożsamych z wykonanymi przy zastosowaniu metod klasycznych, jak również poszerzających ich spektrum poprzez wykorzystanie analiz powierzchniowych (Lipecki, 2013). Porównanie metod potwierdziło wzajemną zgodność wyników końcowych, co świadczy o prawidłowości przyjętych metodologii i uzyskanej dokładności badań. Uzyskane Rys. 11. Porównanie wyników wyznaczenia odchylenia osi komina z klasycznych pomiarów geodezyjnych i skaningu laserowego Fig. 11. Comparison of the results of the determination of axis deviation of the chimney from classic surveying and laser scanning

55 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 53 w początkowej fazie analizy rozbieżności można było odpowiednio poddać interpretacji, co doprowadziło do uzyskania zbieżnych wyników z obydwu metod. Przedstawiona w artykule interpretacja rozbieżności wychylenia wyższej partii konstrukcji jest wielce prawdopodobna, jednak należy ją uznać za hipotezę i weryfikować kolejnymi pomiarami. Wskazuje ona jednak na bardzo rozległe możliwości wykorzystania tego rodzaju skanera w diagnostyce stanu geometrycznego całej powierzchni komina, pozwalając uchwycić poszczególne stany odkształceń związane z insolacją i deformacjami trwałymi (długookresowymi) całej powierzchni konstrukcji. Przedstawione powyżej analizy pozwalają na sformułowanie poniższych wniosków podsumowujących artykuł: Nowoczesne skanery fazowe pozwalają wykonać pomiary na odległościach nawet 300 m z rozdzielczością rzadko osiągalną skanerami impulsowymi. Skaning laserowy w stosunku do metody klasycznej pozwala na poszerzenie zakresu analizy geometrii obiektów wysmukłych. Wykonane badania potwierdziły wychylnie osi komina o około 0,7 m / 220 m oraz umożliwiły weryfikację kształtu osi komina na poziomach pośrednich. Potwierdzono zmianę wielkości odchylenia na wysokości 110 m i 180 m, co w odniesieniu do prowadzonych cyklicznie pomiarów klasycznych od momentu wzniesienia budowli, świadczy o czynnikach związanych z budową i pracami remontowymi komina. Analiza powierzchniowa w postaci rozkładów hipsometrycznych (chmur punktów i modelu 3D) pozwala wyznaczyć odchyłki od powierzchni teoretycznych oraz wyróżnić wzajemne położenia segmentów konstrukcji. Porównanie wyników skanowania z pomiarami klasycznymi umożliwiło wydzielenie wpływów eksploatacji górniczej w postaci przemieszczeń poziomych (około 0,33 m / 10 lat), jak również wpływu zmiennych warunków atmosferycznych panujących podczas skaningu i pomiarów kątowo-liniowych (ok. 0,15 m / 6 mies., przy różnicy temperatur 35 stopni Celsjusza). W korzystnych warunkach możliwe jest wykonanie analizy geometrii komina na podstawie tylko 1 skanu (bez pozyskania pełnej chmury punktów) dzięki możliwości zamodelowania bryły w oparciu o wpasowanie w uzyskane profile obwodowe. Literatura Dz.U Nr 89 poz Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane. ITB Instytut Techniki Budowlanej System kompleksowego zarządzania jakością w budownictwie. Bezprzewodowy monitoring obiektów budowlanych. Warszawa. JAŚKOWSKI W., JÓŹWIK M., KORBIEL T., LIPECKI T Wyniki ciągłej rejestracji wychyleń budynku w czasie wstrząsów górniczych; Problematyka inżynierska z zakresu ochrony terenów górniczych, Warsztaty 2002, PAN, Ustroń. KURAS P., KOCIERZ R., ORUBA R Pomiary dynamiczne kominów żelbetowych mikrofalowym radarem interferometrycznym. Przegląd budowlany nr 5, LIPECKI T Kompleksowa ocena stanu geometrycznego obiektów i urządzeń szybowych z zastosowaniem skaningu laserowego, Wydawnictwa AGH, Seria Monografie 277, Kraków. LIPECKI T., PIELOK J Monitoring dynamicznych wychyleń budowli wieżowych technologią GPS. Przegląd Górniczy nr 9. Ministerstwo Przemysłu Ciężkiego 1976a - Instrukcja geodezyjna resortu przemysłu ciężkiego. Wydawnictwa Przemysłu Maszynowego WEMA, Warszawa. Ministerstwo Przemysłu Ciężkiego 1976b - Wytyczne wykonywania geodezyjnych pomiarów masywnych budowli wieżowych. Wydawnictwa Przemysłu Maszynowego WEMA, Warszawa. ORUBA R Oddziaływanie środowiska przemysłowego i eksploatacji górniczej na bezpieczeństwo żelbetowych kominów przemysłowych, Wydawnictwa AGH, Kraków. PN-B :1988 Kominy murowane i żelbetowe Obliczenia statyczne i projektowanie. PN-EN :2007 Kominy wolno stojące - Część 1. PN-EN :2007 Kominy wolno stojące - Część 2. PUNIACH E Metodyka geodezyjnych badań odkształceń w diagnostyce wieloprzewodowych kominów przemysłowych, dysertacja AGH, Kraków. PUNIACH E., ORUBA W Zastosowanie skanerów laserowych w badaniach geometrii kominów przemysłowych. Materiały Budowlane nr 5, ŻAK M Geodezyjna obsługa wznoszenia komina żelbetowego w Thierbach w NRD. Przegląd Geodezyjny nr 10. Artykuł wpłynął do redakcji grudzień 2016 Artykuł akceptowano do druku Artykuł zrealizowano w ramach badań statutowych WGGiIŚ AGH nr Zwiększajmy prenumeratę najstarszego czołowego miesięcznika Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Górnictwa! Liczba zamawianych egzemplarzy określa zaangażowanie jednostki gospodarczej w procesie podnoszenia kwalifikacji swoich kadr! Zapraszamy do publikacji artykułów w wersji angielskojęzycznej

56 54 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 Mgr inż. Mateusz Bagiński* ) Charakterystyka składu mineralnego i chemicznego dolomitu dewońskiego ze złoża Nowa Wioska w aspekcie jego wykorzystania w przemyśle materiałów ogniotrwałych The mineral and chemical composition characteristics of the Devonian dolomite from the Nowa Wioska deposit in aspects of its applications in the refractory industry Treść: W artykule przedstawiono wyniki badań składu mineralnego i chemicznego dolomitu dewońskiego ze złoża Nowa Wioska oraz, w oparciu o kryteria określone w normie BN-86/ , dokonano wstępnej oceny przydatności kopaliny dla zastosowań przemysłu materiałów ogniotrwałych. W badanych próbkach dominującym składnikiem, widocznym w obrazie mikroskopowym był dolomit, stwierdzono również występowanie związków żelaza, chalcedonu i kalcytu, prawdopodobnie wtórnego, wypełniającego żyły. Ponadto, w dyfraktogramach rentgenowskich niektórych próbek oznaczono linie dyfrakcyjne kwarcu/chalcedonu. Dolomity dewońskie cechuje struktura różnoziarnista, grubokrystaliczna. Wyniki badania składu chemicznego wykazały, że dolomity dewońskie ze złoża Nowa Wioska charakteryzują zbliżone zawartości CaO, MgO, Al 2 O 3 i Fe 2 O 3. Badane dolomity charakteryzują się niską zawartością niepożądanych domieszek, w związku z czym mogłyby zostać zaklasyfikowane do najlepszych gatunków. Przeprowadzona wstępna ocena wskazuje na możliwość wykorzystania dolomitów dewońskich ze złoża Nowa Wioska dla celów przemysłu materiałów ogniotrwałych. Wymaga to jednak przeprowadzenia badań składu chemicznego i parametrów strukturalno-teksturalnych, w znacznie szerszym zakresie i przy zastosowaniu dokładniejszych metod badawczych. Abstract: The results of the laboratory survey of mineral and chemical composition of the Devonian dolomite from the Nowa Wioska deposit as well as the assessment of its utility for the refractory industry applications, on the basis of the BN-86/ standard, are presented in this paper. The examined rocks are composed mainly of dolomite, but iron minerals, chalcedony and calcite, probably secondary, which fills veins, were also identified by the microscopic analysis. Moreover, in diffraction patterns of some samples quartz/ chalcedony was identified. The inequigranular, coarse-grained texture is characteristic for Devonian dolomites. The results of the chemical composition analysis show that Devonian dolomites from the Nowa Wioska deposit demonstrate similar calcium, magnesium, aluminum and iron oxides content. The Devonian dolomites are characterized by low content of the undesirable additives, therefore they can be classified to the prime types. The preliminary survey indicates that there are some possibilities of using Devonian dolomites from the Nowa Wioska deposit as raw materials in manufacturing of refractories. Again, more detailed analyses of the chemical composition and texture parameters, in wider range and by more precise analysis methods, would be required. Słowa kluczowe: dolomit dewoński, Nowa Wioska, materiały ogniotrwałe Key words: Devonian dolomite, Nowa Wioska, refractories 1. Wprowadzenie Dolomity w Polsce wykorzystywane są obecnie, przede wszystkim, jako kamienie budowlane i drogowe oraz nawozy mineralne. Mniejszy udział przypada na zastosowania w hutnictwie żelaza, przemyśle ceramicznym i szklarskim oraz przemyśle materiałów ogniotrwałych. Wymienione gałęzie gospodarki stawiają przed dostawcami surowca znacznie bardziej rygorystyczne wymagania związane z jakością kopaliny. Złoża dolomitów w Polsce są dokumentowane w dwóch grupach surowcowych jako tzw. dolomity przemysłowe, grupujące kopalinę o wysokich i stabilnych parametrach jakościowych, przeznaczaną głównie dla celów hutnictwa i przemysłu materiałów ogniotrwałych, oraz jako kamienie łamane i bloczne, przeznaczane dla budownictwa. W złożach krajowych dominują dolomity dokumentowane jako kamienie * ) Absolwent Politechniki Śląskiej łamane i bloczne (73% krajowych zasobów bilansowych dolomitów). Zwykle jednak nie były one badane pod kątem parametrów istotnych dla przemysłu materiałów ogniotrwałych (Bąk i in. 2011; Radwanek-Bąk i in. 2011). W związku z wyczerpywaniem się zasobów aktualnie eksploatowanych złóż dolomitów przemysłowych, konieczne jest poszukiwanie możliwości uzupełnienia bazy zasobowej wysokiej jakości dolomitów. Dotyczy to również złoża Nowa Wioska, położonego koło Siewierza, w przypadku którego, do oceny możliwości wykorzystania kopaliny dla potrzeb przemysłu materiałów ogniotrwałych, konieczne jest wykonanie dokładniejszych badań występujących tam dolomitów dewońskich i triasowych. Zainteresowanie wykorzystaniem dolomitów z tego złoża poparte jest występowaniem w jego sąsiedztwie złoża Brudzowice, stanowiącego dotąd najważniejsze źródło dolomitów dla potrzeb przemysłu materiałów ogniotrwałych (Bąk i in. 2011; Radwanek-Bąk i in. 2011). Warunki technologiczne, związane z efektywnością procesu spiekania dolomitu na potrzeby produkcji wyrobów prze-

57 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 55 mysłu materiałów ogniotrwałych, narzucają dość rygorystyczne wymagania co do jakości stosowanego surowca. Wiążą się one przede wszystkim ze stałością składu chemicznego oraz brakiem zanieczyszczeń w postaci krzemionki, glinki oraz tlenku żelaza, a także wysoką zawartością MgO. Pod uwagę brane są również parametry strukturalno-teksturalne, takie jak uziarnienie i porowatość otwarta surowca (Radwanek-Bąk i in. 2011). Wymagania dotyczące chemizmu dolomitów stosowanych do produkcji materiałów ogniotrwałych reguluje norma BN-86/ (tabela 1). Dolomity wykorzystywane do produkcji materiałów ogniotrwałych, ze względu na konieczność zmniejszenia ich skłonności do hydratacji, powinny cechować się udziałem MgO przekraczającym 17,5% oraz modułem MgO/CaO przekraczającym wartość 0,625. Suma tlenków krzemu, glinu, żelaza i manganu, negatywnie wpływających na finalną odporność termiczną i chemiczną dolomitu spieczonego, powinna mieścić się w przedziale zawartości od 0,5% do 1,5%. Norma zasadniczo nie określa wymagań dotyczących cech strukturalno- -teksturalnych surowca, za wyjątkiem dolomitu DK, dla którego zaleca maksymalną porowatość otwartą rzędu 16%. Z obserwacji prowadzonych podczas procesu wytwarzania dolomitowych materiałów ogniotrwałych wynika, że do prażenia w procesie jednostopniowego spiekania nadają się tylko dolomity drobnokrystaliczne, o wielkości ziaren poniżej 0,3 mm (BN-86/ ; Niesyt, Wyszomirski 2011; Niesyt 2015; Wyszomirski i in. 2011, 2013). Tabela 1. Skład chemiczny dolomitu surowego wg normy BN- 86/ Table 1. The chemical composition of the raw dolomite according to BN-86/ standard Wymagania Gatunek dolomitu surowego Zawartość [%] DM1 DM2 DK DW1 DW2 DWH MgO (min.) 17,5 16,0 19,0 16,0 16,0 17,0 SiO 2 (max.) 2,0 2,8 1,0 3,0 3,0 1,8 Al 2 O 3 (max.) 0,5 1,0 0, Fe 2 O 3 (max.) 3,0 6,5 1, Zn (max) ,2 0,4 0,1 2. Charakterystyka złoża Nowa Wioska Złoże dolomitu Nowa Wioska, zlokalizowane w pobliżu Siewierza, w obrębie antykliny Brudzowic, obejmuje utwory dewonu środkowego żywetu oraz dewonu górnego franu i famenu, a także triasu (środkowego wapienia muszlowego) dolomitów diploporowych. Utwory dewonu, występujące w zachodniej oraz centralnej części złoża Nowa Wioska, wykształcone są jako szare lub ciemnoszare, bardzo twarde dolomity krystaliczne oraz ciemnoszare dolomity rafowe. Sumaryczna, maksymalna miąższość dolomitów krystalicznych i rafowych w złożu dochodzi do 57 m. Dolomity te zawierają liczne szczątki amfipor i stromatoporoidów. W dolnej części profilu warstwy dolomitów przechodzą w serię wapieni dolomitycznych. Dolomity dewońskie tworzą kompleks skał grubo- i średnioławicowych. W formie nieregularnych soczew występują kruche dolomity z nieregularnymi przewarstwieniami żółtawego iłu lub margla. Dolomity dewońskie, w strefie kontaktu erozyjnego z utworami triasu, są zwykle zwietrzałe, pokryte zielonkawą substancją ilastą. Kompleks dolomitów dewońskich rozdzielony jest wkładką wiśniowych i popielato-zielonych łupków, margli, iłów oraz dolomitów ilastych, o łącznej miąższości od 4,5 do 12,5 m, ciągnącą się w złożu wzdłuż kierunku W E. Dolomity dewońskie oraz wkładka marglisto-ilasta zapadają pod kątem 28 35, w kierunku południowym (Bardziński 1996; Goszcz, Pazera 2014; Nowak 1984; Trzepierczyński 1996). Kompleks dolomitów triasu środkowego, występujących w złożu Nowa Wioska, pod względem litologiczno-genetycznym charakteryzuje się dwudzielnością budowy. Wyróżnia się serię warstwowanych skał dolomitowych, zaliczanych do dolomitów diploporowych, a także serię niewarstwowanych brekcji dolomitowych. Dolomity diploporowe stanowią utwory drobnoziarniste, barwy od jasnoszarej do beżowej, miejscami, w strefie wietrzenia brunatnej. Charakteryzują się dużą twardością, w niektórych obszarach są kawerniste i porowate. W stropowej części serii dolomitów diploporowych występują laminowane dolomity margliste, niekiedy zlepieńcowate. Miąższość dolomitów diploporowych w złożu Nowa Wioska waha się od 0 m, w strefie wychodni dewonu, do 44 m, w północnej części złoża. Utwory triasu zalegają w formie pokładu, zapadając pod kątem 5 10 w kierunku północnym i południowym (Bardziński 1996; Goszcz, Pazera 2014; Nowak 1984; Trzepierczyński 1996). Nadkład złoża stanowi pokrywa utworów czwartorzędowych (piaski oraz glina zwietrzelinowa zmieszana z okruchami dolomitów), występujących w formie płatów o miąższości od 2 do 16 m, zajmujących niewielką powierzchnię złoża (Bardziński 1996; Goszcz, Pazera 2014; Nowak 1984; Trzepierczyński 1996). Zasoby bilansowe złoża dolomitów Nowa Wioska, na dzień r., wynosiły ,73 tys. t, z czego zasoby dolomitów triasowych to ,34 tys. t, natomiast zasoby dolomitów dewońskich ,39 tys. t. Roczne wydobycie dolomitów z dwóch czynnych poziomów złoża Nowa Wioska waha się, w ostatnich latach, pomiędzy 530 a 560 tys. t. Dolomit wydobywany ze złoża Nowa Wioska zaklasyfikowano do grupy kopalin skalnych, ujmowanych jako kamienie budowlane i drogowe (łamane i bloczne) (Goszcz, Pazera 2014; Szuflicki i in. 2014). Złoże jest eksploatowane systemem odkrywkowym wgłębnym, do rzędnej 288 m n.p.m. W momencie przeprowadzania badań terenowych (X 2015), wydobycie prowadzone było na poziomach III (298 m n.p.m.) oraz IV (288 m n.p.m.) kamieniołomu stokowo-wgłębnego, w obrębie ściany zachodniej, zbudowanej w przeważającej części z dolomitów dewońskich. Badania chemiczne kopaliny, w procesie dokumentowania złoża Nowa Wioska, zostały przeprowadzone w bardzo ograniczonym zakresie, w postaci analiz chemicznych próbek pochodzących z otworów wiertniczych. W trakcie eksploatacji złoża wykonano pojedyncze, niereprezentatywne analizy chemiczne w pełnym zakresie. Wyniki badań wskazują na zbliżoną zawartość tlenków wapnia i magnezu w całym profilu złoża oraz na podwyższoną zawartość tlenków żelaza (wypełniających liczne kawerny i leje krasowe w skale). Korzystniejszymi parametrami, pod względem wykorzystania w przemyśle materiałów ogniotrwałych, cechują się dolomity dewońskie o wyższej zawartości MgO i niższej zawartości Fe 2 O 3, w porównaniu do dolomitów diploporowych (Bąk i in. 2011; Goszcz, Pazera 2014). 3. Metodyka badań W ramach prac terenowych dokonano opróbowania skarp wyrobiska górniczego kopalni Nowa Wioska, w wyniku czego uzyskano 25 próbek dolomitu dewońskiego (podczas opróbowania pozyskano również próbki dolomitu triasowego i brekcji dolomitowej, przeznaczone do innych badań). Próbki, na podstawie obserwacji cech

58 56 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 makroskopowych, zaklasyfikowano do czterech typów litologicznych (wydzielenie autorskie). Do szczegółowych badań przeznaczono 4 próbki, stanowiące reprezentację poszczególnych typów. Badane próbki pochodzą z południowej części zachodniej ściany eksploatacyjnej poziomu II (próbka 32 i 34) i północnej części zachodniej ściany poziomu IV (próbka 13 i 16) kamieniołomu Nowa Wioska (rys. 1). Próbki nr 32 i 34 reprezentują utwory młodsze, najprawdopodobniej wieku fameńskiego, zalegające powyżej wkładki marglisto-ilastej, natomiast próbki nr 13 i 16, należą do starszych dolomitów żywetu lub franu. Pobrane próbki poddano następującym badaniom: opis makroskopowy, analiza mikroskopowa w świetle przechodzącym, przy zastosowaniu mikroskopu polaryzacyjnego do światła przechodzącego Axioskop firmy Zeiss, współpracującego z analizatorem obrazu KS 300, badanie składu fazowego metodą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) na dyfraktometrze EMPYRIAN firmy PANALYTICAL, analiza składu chemicznego (zawartość CaO, MgO, SiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3 ), analiza derywatograficzna na derywatografie typu F. Paulik J. Paulik L. Erdey firmy MOM Węgierskie Zakłady Optyczne (tylko próbki nr 13 i 16), spektrometryczna analiza zawartości pierwiastków śladowych (Mn, Zn, Pb), na spektrometrze emisyjnym z plazmą sprzężoną indukcyjnie ICP-AES typu JY 2000 firmy Jobin Yvon Horiba Group. Badania składu mineralnego i chemicznego przeprowadzone zostały w Laboratorium Naukowo Dydaktycznym Instytutu Geologii Stosowanej w Gliwicach, wprawdzie w zakresie ograniczonym, pozwalającym jednak na wstępne scharakteryzowanie badanych dolomitów. Oznaczenia zawartości tlenków przeprowadzono metodą klasycznej analizy glinokrzemianów. Badanie zawartości SiO 2 przeprowadzono dwoma metodami poprzez roztworzenie próbki w kwasie solnym, w celu oznaczenia części nierozpuszczalnych w HCl oraz dodatkowo, metodą z wykorzystaniem kwasu fluorowodorowego. Zawartość Fe 2 O 3 została oznaczona poprzez miareczkowanie 0,1 N roztworem nadmanganianu potasu (KMnO 4 ), natomiast zawartość Al 2 O 3 obliczono z różnicy oznaczonej zawartości sumy tlenków glinu i żelaza (otrzymanej w wyniku strącenia wodorotlenków glinu i żelaza, z roztworu pozostałego po oznaczeniu części nierozpuszczalnych w HCl, za pomocą amoniaku) i zawartości Fe 2 O 3. Zawartość CaO i MgO oznaczono metodą miareczkowania kompleksometrycznego 0,05 N roztworem wersenianu disodowego EDTA wobec kalcytu dla tlenku wapnia oraz wobec czerni eriochromowej T dla tlenku magnezu. Dobór metodyki oznaczeń oraz ilość próbek przeznaczonych do analiz, wynikają ze wstępnego charakteru badań, których celem jest zasygnalizowanie istnienia nowej, wcześniej nierozważanej, możliwości wykorzystania dolomitów ze złoża Nowa Wioska, oraz określenie zasadności przeprowadzania dalszych badań. Przyjęto, że na tym etapie badań wybrana metodyka jest w zupełności wystarczająca, natomiast nad zastosowaniem dokładniejszych metod badawczych można będzie zastanowić się po przeanalizowaniu wyników badań wstępnych, przed przystąpieniem do przeprowadzania badań w szerszym zakresie, dla całego profilu złoża, których celem będzie potwierdzenie wyników dotychczasowych badań oraz zwiększenie ilości danych, stanowiących podstawę do wprowadzenia Rys. 1. Mapa opróbowania złoża Nowa Wioska Fig. 1. Map of the sampling of the Nowa Wioska deposit

59 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 57 nowego kierunku zastosowania dolomitu dewońskiego ze złoża Nowa Wioska. Na podstawie uzyskanych wyników badań wstępnych, określony zostanie zakres opróbowania złoża dla potrzeb dalszych badań oraz zostanie dokonany wybór odpowiednich metod badawczych. Również badania uziarnienia dolomitu drugiego z rozpatrywanych, obok odpowiedniego składu chemicznego, wymagań normy z analogicznych względów zostały wykonane jako orientacyjne, ograniczające się do obserwacji struktury i tekstury preparatów w świetle przechodzącym. W trakcie planowania badań przyjęto, że na wstępnym ich etapie najistotniejsze będą wyniki oznaczeń zawartości MgO oraz Fe 2 O 3 i Al 2 O 3 i na ich podstawie podjęta zostanie decyzja o rozszerzeniu zakresu badań, zgodnie z wymaganiami normy. 4. Wyniki badań 4.1. Parametry strukturalno-teksturalne i skład mineralny Dolomity dewońskie ze złoża Nowa Wioska odznaczają się wobec współwystępujących dolomitów triasowych przede wszystkim szarą barwą. Wśród dolomitów paleozoicznych w złożu Nowa Wioska wyróżnić można trzy typy litologiczne (D1, D2, D3), wydzielone przez autora, różniące się makroskopowo dostrzegalnymi cechami strukturalno-teksturalnymi. Typ D1 stanowią ciemnoszare dolomity o strukturze dolosparytowej, charakteryzujące się teksturą zbitą i bezładną (rys. 2). Dolomity te cechuje znaczna zwięzłość i twardość. Na świeżym przełamie uwidaczniają się kryształy kalcytu lub dolomitu, o rozmiarach poniżej 1 mm. Dolomity zaliczone do typu D1 występują przede wszystkim na południe od wkładki marglisto-ilastej, głównie w ścianach poziomu IV i III, a także w dolnych partiach ścian poziomu II (m.in. próbki nr 16 i 34). Rys. 3. Dolomit dewoński D2 (próbka 13) Fig. 3. Devonian dolomite D2 type (sample 13) Do typu D3 zaklasyfikowano utwory barwy ciemnoszarej, miejscami brunatnej, z pomarańczowo-czarnymi nalotami związków żelaza (rys. 4). Dolomity te charakteryzują się strukturą dolosparytową oraz teksturą bezładną i na ogół zbitą. W niektórych próbkach lokalnie występują pory i szczeliny, wypełnione wtórnym dolomitem oraz wtórnym kalcytem. Próbki reprezentujące ten typ litologiczny pobierano głównie z południowej części zachodniej ściany poziomów II i III (m.in. próbka nr 32). Rys. 4. Dolomit dewoński brunatno-szary D3 (próbka 32) Fig. 4. Devonian, brownish-grey dolomite D3 type (sample 32) Rys. 2. Dolomit dewoński D1 (próbka 34) Fig. 2. Devonian dolomite D1 type (sample 34) Drugi typ litologiczny, wśród utworów dewońskich, reprezentują ciemnoszare dolomity rafowe, o strukturze organogenicznej oraz teksturze bezładnej i porowatej (rys. 3). Wydłużone pustki w skale związane są z obecnością fauny z gatunku Amphipora ramosa. Pustki te niejednokrotnie wypełnione są wtórnym kalcytem oraz wtórnym dolomitem barwy białej. Dolomity dewońskie typu D2 charakteryzuje mniejsza twardość, niż dolomity typu D1. Utwory reprezentujące ten typ litologiczny występują na północ od wkładki marglisto-ilastej, głównie w ścianach poziomu IV (m.in. próbka nr 13). Dolomity dewońskie, pobrane ze ściany zachodniej IV poziomu eksploatacyjnego, w obrazach mikroskopowych wykazują zbliżone cechy, pomimo że na podstawie opisu makroskopowego zaklasyfikowano je do dwóch różnych typów litologicznych. Obydwie próbki charakteryzują się strukturą sparytową, różnoziarnistą oraz teksturą bezładną i zbitą. Kryształy subhedralne i anhedralne mają rozmiary od 0,1 do 0,5 mm (rys. 5, 6). W preparacie nr 13 poza kryształami dolomitu stwierdzono obecność nielicznych, bardzo drobnokrystalicznych skupień chalcedonu, o wyróżniających się niskich barwach interferencyjnych, I rzędu. Dolomity dewońskie, pobrane z południowej części zachodniej ściany eksploatacyjnej poziomu II, oznaczone numerami 32 i 34, charakteryzują się strukturą sparytową, różnoziarnistą oraz teksturą bezładną. W nielicznych fragmentach preparatu nr 32 obserwowano pustki, natomiast w preparacie nr 34 pustki nie występowały. W próbce nr 32 obserwowano euhedralne i subhedralne, średnioziarniste i gruboziarniste kryształy dolomitu, o wielkości od 0,1 do 0,5

60 58 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 Rys. 5. Dolomit sparytowy dewoński D2 (próbka 13). Różnoziarniste, anhedralne i subhedralne kryształy dolomitu (dol) o rozmiarach 0,1 0,5 mm. Obraz przy nikolach skrzyżowanych, Powiększenie 100x Fig. 5. Devonian sparry dolomite D2 (sample 13). Inequigranular, anhedral and subhedral crystals of dolomite (dol) in the range from 0,1 to 0,5 mm. Image with crossed polaroids, Enlargement 100x Rys. 7. Dolomit dewoński sparytowy D3 (próbka 32). Różnoziarniste, euhedralne i subhedralne kryształy dolomitu (dol). Obraz przy nikolach skrzyżowanych, Powiększenie 200x Fig. 7. Devonian sparry dolomite D3 (sample 32). Inequigranular, euhedral and subhedral crystals of dolomite (dol). Image with crossed polaroids, Enlargement 200x Rys. 6. Dolomit sparytowy dewoński D1 (próbka 16). Różnoziarniste, anhedralne i subhedralne ziarna dolomitu (dol) o rozmiarach 0,1 0,5 mm. Obraz przy jednym nikolu, Powiększenie 100x Fig. 6. Devonian sparry dolomite D1 (sample 16). Inequigranular, anhedral and subhedral crystals of dolomite (dol) in the range from 0,1 to 0,5 mm. Image with one polaroid, Enlargement 100x mm (rys. 7). W próbce nr 34 zamiast kryształów euhedralnych występowały kryształy anhedralne, o wielkości od 0,1 do 0,7 mm. W preparacie nr 32 wyraźnie widoczny jest zmienny relief charakteryzujący kryształy dolomitu, natomiast w preparacie 34 dobrze zauważalna jest romboedryczna łupliwość, charakterystyczna dla dolomitu (rys. 8). Poza dolomitem, w preparatach stwierdzono występowanie chalcedonu, wyróżniającego się charakterystycznymi szarymi barwami interferencyjnymi, I rzędu. Wyniki dyfraktometrii rentgenowskiej potwierdzają obserwacje mikroskopowe, na podstawie których stwierdzono dominującą rolę dolomitu w badanych próbkach. Wyniki badań rentgenowskich wskazują na obecność kalcytu we wszystkich Rys. 8. Dolomit dewoński sparytowy D1 (próbka 34). Wyraźnie widoczna łupliwość w subhedralnych, gruboziarnistych kryształach dolomitu (dol). Obraz przy nikolach skrzyżowanych, Powiększenie 100x Fig. 8. Devonian sparry dolomite D1 (sample 34). Distinctly visible cleavage in subhedral, coarse-grained crystals of dolomite (dol). Image with crossed polaroids, Enlargement 100x próbkach, natomiast podczas obserwacji mikroskopowych minerał ten stwierdzono tylko w próbce dolomitu dewońskiego nr 16 (rys. 9B). Ze względu na zbliżone cechy optyczne węglanów, występujących w badanych próbkach, analiza mikroskopowa dostarczyła mniej dokładnych danych, które zostały zweryfikowane przy pomocy dyfraktometrii rentgenowskiej. Dyfraktometria rentgenowska potwierdziła występowanie faz krzemionkowych (stwierdzone na dyfraktogramach refleksy o największej intensywności dla kwarcu i chalcedonu mają tożsame wartości dhkl) tylko w próbce dolomitu dewońskiego nr 13 (rys. 9A). Widoczne pod mikroskopem we wszystkich preparatach, poza preparatem nr 16, niewielkie, pojedyncze, skrytokrystaliczne ziarna chalcedonu mogły nie zostać wykryte w badaniu rentgenowskim ze względu na ich znikomą ilość w badanych próbkach (Flörke i in. 1991).

61 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 59 Rys. 9. Dyfraktogramy próbek dolomitów dewońskich A dyfraktogram próbki 13 (typ D2), B dyfraktogram próbki 16 (typ D1 ), C dyfraktogram próbki 32 (typ D3), D dyfraktogram próbki 34 (typ D1); Symbole: D dolomit, C kalcyt, Q kwarc,? faza niezidentyfikowana Fig. 9. X-ray diffraction patterns of the Devonian dolomites A X-ray diffraction pattern of sample 13 (D2 type), B X-ray diffraction pattern of sample 16 (D1 type), C X-ray diffraction pattern of sample 32 (D3 type), D X-ray diffraction pattern of sample 34 (D1 type); Symbols: D dolomite, C calcite, Q quartz,? phase not identified

62 60 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 Wyniki analiz krzywych DTA i DTG wskazują, że na dyfraktogramach badanych próbek występują dwa efekty endotermiczne, charakterystyczne dla dolomitu, co stanowi potwierdzenie dominacji tego minerału w badanych skałach. Temperatury maksymalne pierwszego efektu endotermicznego, związanego z rozkładem dolomitu na CaCO 3, MgO oraz CO 2, są zbliżone dla badanych próbek i wynoszą 750 C w przypadku próbki nr 13 (rys. 10A) i 760 C dla próbki nr 16 (rys. 10B). W przypadku drugiego efektu endotermicznego, związanego z rozkładem CaCO 3, powstałego podczas dekarbonatyzacji dolomitu, na CaO i CO 2, temperatura maksymalna wynosi 870 C dla próbki nr 16 (rys. 10B), natomiast dla próbki nr C (rys. 10A). W przypadku dolomitów dewońskich, powyżej temperatury 470 C odnotowano szybszy spadek masy próbki nr 16, w porównaniu do próbki nr Skład chemiczny W wyniku przeprowadzonych analiz chemicznych otrzymano zawartości poszczególnych tlenków, które zestawiono w tabeli 2. Pomimo przeprowadzenia oznaczenia zawartości krzemionki dwoma metodami, możliwymi do zrealizowania w laboratorium, próby zakończyły się niepowodzeniem, najprawdopodobniej z uwagi na bardzo niską zawartość Tabela 2. Skład chemiczny próbek dolomitu dewońskiego ze złoża Nowa Wioska wraz z obliczonym wskaźnikiem MgO/CaO Table 2. Chemical composition of the Devonian dolomites from the Nowa Wioska deposit with the calculated MgO/ CaO index Nr próbki (Typ litologiczny) SiO 2 [%] Fe 2 O 3 [%] Al 2 O 3 [%] CaO [%] MgO [%] MgO/ CaO 13 (D2) - 0,80 0,70 29,41 18,63 0,63 16 (D1) - 0,38 0,19 32,23 19,79 0,61 32 (D3) - 1,14 0,10 28,61 21,05 0,74 34 (D1) - 0,40 0,05 29,23 22,02 0,75 SiO 2, poniżej granicy oznaczalności stosowanej metody. Ze względu na wstępny charakter badań oraz nieznaczne ilości tego składnika (na co wskazują jego śladowe ilości zidentyfikowane pod mikroskopem i pojedyncze refleksy faz krzemionkowych w badaniu rentgenowskim), stanowiącego jeden z podstawowych elementów klasyfikacji dolomitów, w aspekcie określenia gatunku przydatnego w przemyśle materiałów ogniotrwałych, który w przypadku podwyższonych zawartości ogranicza możliwość wykorzystania dolomitów w tej gałęzi przemysłu, zaniechano dalszych, szczegółowych oznaczeń zawartości SiO 2 na tym etapie badań. Rys. 10. Dyfraktogramy próbek dolomitów dewońskich A derywatogram próbki 13 (typ D2), B derywatogram próbki 16 (typ D1) Fig. 10. Derivatograms of the Devonian dolomites A Derivatogram of sample 13 (D2 type), B Derivatogram of sample 16 (D1 type)

63 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 61 Badane dolomity dewońskie ze złoża Nowa Wioska charakteryzuje zawartość tlenku magnezu w zakresie od 18,63 do 22,02%. Wśród dolomitów stanowiących przedmiot badań, największą zawartością CaO charakteryzuje się próbka 16 (ponad 32%), natomiast najmniejszą próbka 32 (28,61%). Na podstawie oznaczonych zawartości MgO i CaO, możliwe jest obliczenie stopnia dolomityczności, w oparciu o wskaźnik MgO/CaO, na podstawie którego można określić rodzaj badanej skały. Skały, charakteryzujące się wskaźnikiem MgO/CaO powyżej 0,6, to dolomity, natomiast wykazujące wartości od 0,25 do 0,6, to dolomity wapniste. W przypadku wszystkich badanych próbek, wartości wskaźnika stopnia dolomityczności przekraczają 0,6, w związku z czym można zaklasyfikować je jako dolomity (Śliwiński 1981). Spośród badanych próbek, najwyższą zawartością tlenku żelaza charakteryzuje się próbka 32 (1,14%), natomiast dla pozostałych próbek zawartość Fe 2 O 3 nie przekracza 1%. Zawartość tlenku glinu jest najwyższa w próbce 13 (0,70%), podczas gdy w pozostałych próbkach nie przekracza wartości 0,20%. W związku z usytuowaniem złoża w strefie występowania okruszcowania siarczkami cynku i ołowiu, określono w badanych dolomitach zawartość tych pierwiastków śladowych, a także manganu, stanowiącego częste podstawienie magnezu w dolomicie. Wyniki badania zestawiono w tabeli 3. Tabela 3. Zawartość pierwiastków śladowych w dolomitach dewońskich ze złoża Nowa Wioska Table 3. Trace elements content in the Devonian dolomites from the Nowa Wioska deposit Nr próbki Mn Zn Pb (Typ litologiczny) [ppm] [ppm] [ppm] 13 (D2) (D1) (D3) (D1) Badane dolomity dewońskie ze złoża Nowa Wioska charakteryzują się zawartością manganu w zakresie od 900 do 1002 ppm, cynku od 256 do 307 ppm oraz ołowiu od 98 do 106 ppm (tabela 3). Wartości koncentracji cynku nie przekraczają wartości tła geochemicznego, określonej dla dolomitów rejonu zawierciańskiego, która dla tego pierwiastka śladowego wynosi 520 ppm. Również w przypadku ołowiu wartość tła geochemicznego (130 ppm) nie została przekroczona w przypadku żadnej z próbek (Przeniosło 1974) Ocena możliwości wykorzystania dolomitu Podstawę oceny możliwości wykorzystania badanych dolomitów ze złoża Nowa Wioska stanowi przede wszystkim zawartość tlenków, wyszczególnionych w normie BN-86/ oraz parametry strukturalno-teksturalne, oznaczone podczas obserwacji w płytkach cienkich, a także zmienność tych parametrów w złożu. Ze względu na niepowodzenie w oznaczaniu zawartości krzemionki, której podwyższona zawartość może ograniczać możliwość zastosowania dolomitu w przemyśle materiałów ogniotrwałych, poniższe oceny oparto głównie na zawartościach MgO, Fe 2 O 3 i Al 2 O 3 oraz, w mniejszym stopniu, cechach strukturalno-teksturalnych, oznaczonych podczas obserwacji pod mikroskopem. Niepowodzenie w oznaczeniu krzemionki wynika prawdopodobnie z niskiej zawartości SiO 2 w badanych skałach. Wyniki badań mikroskopowych i dyfraktometrii rentgenowskiej również wykazały bardzo niski udział faz krzemionkowych (kwarcu i chalcedonu). Przyjęto zatem, że dla przeprowadzenia wstępnej oceny przydatności dolomitów dewońskich dla przemysłu materiałów ogniotrwałych, analizowane będą zawartości MgO, Fe 2 O 3 i Al 2 O 3, które pozwolą zakwalifikować badane próbki do określonych gatunków. Dolomit dewoński, oznaczony numerem 13, spełnia kryteria zawartości Fe 2 O 3 i Al 2 O 3 dla gatunków DM i DK, jednakże ze względu na zawartość MgO poniżej 19% może być zaklasyfikowany co najwyżej do gatunku DM1. Dolomit dewoński, oznaczony numerem 16, spełnia natomiast kryteria graniczne zawartości wszystkich oznaczonych tlenków dla gatunków DM1, DM2 i DK. Próbki dolomitu pobrane z II poziomu eksploatacyjnego, oznaczone numerami 32 i 34, charakteryzują się zbliżonymi zawartościami Al 2 O 3 i MgO, natomiast różnią się jedynie zawartością tlenku żelaza. Warto odnotować, że zawartość tlenku magnezu w tych dwóch próbkach jest wyższa, niż w pozostałych, pobranych z IV poziomu eksploatacyjnego. Dolomity te spełniają kryteria graniczne zawartości wszystkich oznaczonych tlenków dla gatunku DK oraz gatunków DM1 i DM2. Spośród oznaczonych tlenków, tylko zawartość MgO stanowi kryterium klasyfikacyjne dla gatunków dolomitu DW. We wszystkich badanych dolomitach zawartość tlenku magnezu przekracza 17%, w związku z czym można zaklasyfikować je zarówno do gatunku DW1, DW2 jak i DWH, wykorzystywanych jako topniki w procesie wielkopiecowym. Badane dolomity dewońskie cechują się przede wszystkim niską zawartością niepożądanych domieszek (Fe 2 O 3, Al 2 O 3 ), w związku z czym mogą zostać zaklasyfikowane do najlepszych gatunków DK i DM1. Cechą niekorzystną może być jednak ich, występująca często w niektórych próbkach, różnoziarnista i grubokrystaliczna (kryształy powyżej 0,3 mm) struktura, z czym może się wiązać konieczność spiekania tych dolomitów w wyższych temperaturach. W świetle tych wstępnych badań, zasadnym wydaje się rozważenie rozszerzenia spektrum zastosowania dolomitów dewońskich w przemyśle materiałów ogniotrwałych. Wykorzystanie dolomitów dewońskich ze złoża Nowa Wioska, w związku z brakiem w Polsce złóż magnezytu odpowiedniej jakości oraz sukcesywnie zmniejszającą się bazą zasobową dolomitów przemysłowych, mogłoby okazać się sposobem na uzupełnienie i rozwój bazy zasobowej dolomitów stosowanych w przemyśle materiałów ogniotrwałych. Decyzję o wykorzystaniu dolomitów dewońskich jako surowca do produkcji materiałów ogniotrwałych muszą jednak poprzedzić szczegółowe analizy chemiczne oraz mineralogiczne, przeprowadzone w znacznie szerszym zakresie, a także dokładniejszymi metodami, niż na potrzeby niniejszego artykułu, stanowiącego wstępny zarys zagadnienia, i dokładniej odzwierciedlające zmienność parametrów jakościowych w przestrzeni złoża. W celu uzyskania pełnej charakterystyki jakościowej kopaliny, sugeruje się również uzupełnienie zakresu analiz o badania porowatości. Dopiero na podstawie tak przeprowadzonych badań można będzie określić precyzyjnie stopień opłacalności planu zmiany kierunku zagospodarowania kopaliny ze złoża Nowa Wioska, wiążącej się z koniecznością jego selektywnej eksploatacji. 5. Podsumowanie Przeprowadzone badania wykazały, że dominującym składnikiem mineralnym w badanych próbkach dolomitu dewońskiego ze złoża Nowa Wioska jest dolomit, występujący w postaci kryształów euhedralnych, subhedralnych lub anhedralnych. W preparatach dolomitów dewońskich odno-

64 62 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2017 towano obecność nielicznych, bardzo drobnokrystalicznych skupień chalcedonu. Wyniki analizy rentgenowskiej wykazały w badanych dolomitach obecność kalcytu oraz faz krzemionkowych. Pod względem cech strukturalno-teksturalnych, badane dolomity dewońskie cechuje zwykle struktura różnoziarnista, grubokrystaliczna, w związku z czym konieczne może być prowadzenie ich spiekania w wyższych temperaturach. Wyniki analizy składu chemicznego wykazały, że badane dolomity dewońskie ze złoża Nowa Wioska charakteryzują się między sobą niewielkim zróżnicowaniem zawartości poszczególnych tlenków, a także niskimi zawartościami domieszek (Fe 2 O 3, Al 2 O 3 ). Oznaczone zawartości pierwiastków śladowych Zn i Pb nie stanowią anomalii w stosunku do tła geochemicznego. Badane dolomity dewońskie ze złoża Nowa Wioska, ze względu na wysoką zawartość tlenku magnezu, niską zawartość niepożądanych domieszek mogłyby zostać zaklasyfikowane do najlepszych, według normy, gatunków DK i DM1 i być wykorzystywane na potrzeby przemysłu materiałów ogniotrwałych, stanowiąc uzupełnienie deficytowej bazy zasobowej tej gałęzi przemysłu. Konieczne jest jednak przeprowadzenie badań na większej ilości próbek, w celu potwierdzenia otrzymanych wyników i wykazania stabilności parametrów chemicznych w profilu pionowym oraz w rozprzestrzenieniu lateralnym złoża. Podziękowania Składam serdeczne podziękowania dr hab. inż. Katarzynie Stanienda Pilecki, mgr inż. Beacie Chwedorowicz oraz mgr Marcelinie Majcherczyk za wszelką pomoc przy powstaniu niniejszej publikacji. Literatura BĄK B., RADWANEK-BĄK B., WYSZOMIRSKI P Aktualny przegląd krajowych złóż dolomitów w aspekcie wykorzystania w przemyśle materiałów ogniotrwałych. Gospodarka Surowcami Mineralnymi t. 27, z. 1, BARDZIŃSKI W Strefa kontaktowa dolomitów dewońskich i środkowotriasowych w rejonie Nowej Wioski. Tektonika i rozwój budowy geologicznej północnej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego oraz strefy fałdowej Kraków-Lubliniec. Uniwersytet Śląski. Sosnowiec, BN-86/ : Materiały ogniotrwałe. Dolomit surowy. FLÖRKE O.W., GRAETSCH H., MARTIN B., RÖLLER K., WIRTH R Nomenclature of micro- and non-crystalline silica minerals, based on structure and microstructure. Neues Jahrbuch für Mineralogie. Abhandlungen 163, GOŁAWSKI C., KIELSKI A., PIETRZYKOWSKA M., WODNICKA K Przydatność dolomitu z Ząbkowic do produkcji materiałów ogniotrwałych. Materiały Ceramiczne. t. 63, nr 1, GOSZCZ R., PAZERA D Dodatek nr 4 do dokumentacji geologicznej złoża dolomitów dewońskich i triasowych Nowa Wioska w kat. B, C1, C2. MPiD Sp. z o.o., Siemianowice Śląskie. NIESYT M., WYSZOMIRSKI P Skład chemiczny i cechy strukturalno-teksturalne wybranych dolomitów krajowych a ich przydatność do produkcji materiałów ogniotrwałych. Materiały Ceramiczne. t.65, nr 4, NIESYT M Możliwość otrzymywania klinkieru dolomitowego o obniżonej zawartości Fe 2 O 3 na bazie krajowych surowców metodą spiekania dwustopniowego. Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych. R. VIII, nr 20, NOWAK T.W Dokumentacja geologiczna w kategorii B + C1 + C2 złoża dolomitów dewońskich i triasowych Nowa Wioska. Przedsiębiorstwo Geologiczne w Krakowie. Kraków. PRZENIOSŁO S Cynk i ołów w utworach węglanowych triasu rejonu zawierciańskiego. Biuletyn Instytutu Geologicznego. Nr 278, RADWANEK-BĄK B., BĄK B., WYSZOMIRSKI P Dolomity z polskich złóż w aspekcie krajowego przemysłu materiałów ogniotrwałych możliwości i ograniczenia. Materiały Ceramiczne. t. 63, nr 3, ŚLIWIŃSKI S Dolomityczność formacji węglanowych regionu śląsko-krakowskiego. Przegląd Geologiczny. R. 29, nr 10, SZUFLICKI M Bilans zasobów złóż kopalin w Polsce wg stanu na 31 XII PIG-PIB. Warszawa. TRZEPIERCZYŃSKI J Litologia i stratygrafia południowego skrzydła antykliny Brudzowic w rejonie Nowej Wioski. Tektonika i rozwój budowy geologicznej północnej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego oraz strefy fałdowej Kraków-Lubliniec. Uniwersytet Śląski. Sosnowiec, WYSZOMIRSKI P., GOŁAWSKI C., KIELSKI A., WODNICKA K Dolomit dewoński z Brudzowic i jego wstępna ocena jako surowca przemysłu materiałów ogniotrwałych. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Nr 81, WYSZOMIRSKI P., NIESYT M., SZYDŁAK T., GOŁAWSKI C Dolomity świętokrzyskie jako surowiec do produkcji wyrobów ogniotrwałych z klinkieru nowego typu. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk, Nr 85, Artykuł wpłynął do redakcji listopad 2017 Artykuł akceptowano do druku

65 Nr 6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 63 organizuje w roku akademickim 2017/2018 Studia Podyplomowe w zakresie m.in.: Zarządzanie i Ekonomika w Gospodarce Surowcami Mineralnymi Celem studiów jest aktualizacja wiedzy, podniesienie kwalifikacji oraz przygotowanie słuchaczy do działalności zawodowej w zakresie obejmowania kierowniczych stanowisk w przedsiębiorstwach górniczych. Aerologia górnicza Celem studiów jest aktualizacja oraz poszerzenie wiedzy z zakresu wentylacji, klimatyzacji oraz zagrożeń metanowego i pożarowego w podziemnych zakładach górniczych. Bezpieczeństwo i Higiena Pracy Absolwenci studiów uzyskają kwalifikacje zawodowe zgodnie z Rozporządzeniem Rady Ministrów z dnia r. w sprawie służby bhp (Dz. U. nr 246 poz. 2468).W ramach studiów realizowany będzie kurs górniczy przeznaczony dla pracowników przedsiębiorstw, w których obowiązuje prawo geologiczne i górnicze. Eksploatacja Ujęć Wód Podziemnych W ramach studiów podejmowane są zagadnienia rozpoznania i dokumentowania zasobów wód podziemnych, aspekty techniczne wykonywania ujęć oraz tematyka eksploatacji i gospodarowania zasobami naturalnymi. Górnictwo Odkrywkowe Studia adresowane są do osób pragnących pogłębić i uaktualnić swoją wiedzę z zakresu górnictwa odkrywkowego, a także do osób dążących do zmiany kwalifikacji zawodowych. Górnictwo Podziemne Studia spełniają wymagania dotyczące kwalifikacji w zakresie przygotowania zawodowego w podziemnych zakładach górniczych zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia r. (Dz. U. poz. 1229). Przeróbka Surowców Mineralnych Program studiów obejmuje opis operacji podstawowych stosowanych w przeróbce surowców i odpadów oraz układy technologiczne wzbogacania surowców (węgiel, rudy metali). Studia skierowane są do absolwentów szkół wyższych wszystkich kierunków, z tytułem licencjackim, inżynierskim lub magisterskim, w szczególności do pracowników zakładów górniczych i jednostek naukowo-badawczych. SERDECZNIE ZAPRASZAMY!