Mat. Symp. str. 47 55 Bogusław BOBROWSKI, Antoni KOT Gliwicka Spółka Węglowa S.A., Gliwice Rozwiązania inżynierskie dla potrzeb ochrony środowiska zastosowane w kopalniach Gliwickiej Spółki Węglowej S.A. Streszczenie W referacie autorzy przedstawili rozwiązania inżynierskie dla potrzeb ochrony środowiska, niektóre unikalne w skali Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, zmniejszające uciążliwość prowadzonej działalności górniczej, z uwzględnieniem skutków zagrożenia powodziowego i wpływające na efekty ekonomiczne Gliwickiej Spółki Węglowej S.A. Do tych rozwiązań należą: zakład odsalania wód kopalnianych, rurociąg lewarowy, składowisko centralne skały płonnej i obwałowania rzeki. 1. Wstęp Gliwicka Spółka Węglowa S.A. od początku swego istnienia wykonała szereg prac i analiz oraz poświęciła wiele uwagi zagadnieniom ochrony środowiska i przedsięwzięciom proekologicznym. Już w 1993 roku określone zostały wielokierunkowe działania dla zminimalizowania szkodliwego wpływu działalności górniczej na otoczenie, z uwzględnieniem rachunku ekonomicznego. Za priorytetowe uznano wówczas: problematykę wód słonych, głównie zmniejszenie zrzutu wód słonych poprzez szukanie technicznych rozwiązań odsalania wód, problematykę odpadów górniczych, w tym zmniejszenie ilości wytwarzanych odpadów poprzez obniżenie zanieczyszczenia urobku, problematykę ujemnych wpływów działalności górniczej na deformację powierzchni terenu, poprzez ograniczenie wpływów eksploatacji górniczej do III kategorii w rejonach zabudowanych, rekultywację terenów zdegradowanych z sukcesywnymi działaniami wyprzedzającymi, m.in. regulację spraw własnościowych gruntów, ochronę powietrza, poprzez wymianę urządzeń grzewczych nie spełniających wymogów ochrony środowiska, - ograniczenie hałasu, poprzez wyciszanie obiektów o przekroczonych dopuszczalnych normach emisji hałasu, w pierwszej kolejności w rejonie osiedli mieszkaniowych. Dotychczasowe osiągnięcia w dziedzinie ochrony środowiska przedstawia komunikat Gliwickiej Spółki Węglowej S.A. (Bobrowski 2002). Niniejsze opracowanie informuje o kompleksowych działaniach podjętych w zakresie systemu zarządzania środowiskiem oraz przedstawia, interesujące w skali Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, rozwiązania techniczne zastosowane w kopalniach Spółki: 47
B. BOBROWSKI, A. KOT Rozwiązania inżynierskie dla potrzeb ochrony środowiska... rurociąg lewarowy tłoczący wodę z zalewisk, wykorzystywany do odprowadzania wód z bezodpływowych niecek (zastępujący przepompownię), zakład odsalania wód kopalnianych, lokalizacja oraz sposób składowania odpadów na centralnym składowisku skały płonnej, roboty hydrotechniczne. Program rządowy reformy górnictwa węgla kamiennego postawił w 1999 roku sektorowi górnictwa zadania do wypełnienia do 2005 roku, dotyczące wymogów prawnych w zakresie ochrony środowiska, których nie spełnienie może być powodem podjęcia decyzji o likwidacji kopalń. Na zlecenie Ministra Gospodarki została przeprowadzona przez Główny Instytut Górnictwa sektorowa ocena stanu środowiska w górnictwie węgla kamiennego [3]. We wnioskach powyższej oceny ujęto potrzebę stworzenia jednolitych dla kopalń węgla kamiennego systemowych rozwiązań w zakresie monitorowania i okresowych ocen wpływu zakładów górniczych na stan środowiska. Przedstawiała ona również sposób wdrożenia systemu zarządzania środowiskowego według norm ISO 14000. Proces dostosowywania polskiego prawa do przepisów i szczegółowych wymagań Unii Europejskiej oraz konieczność uwzględniania praw miejscowych, np. określonych warunków ujętych w miejscowych planach zagospodarowania przestrzennego, wymaga stałej weryfikacji programu zarządzania środowiskiem i związanych z tym działań proekologicznych. Negocjacje związane z wejściem Polski do Unii Europejskiej, okresy przejściowe i dostosowawcze, nowe dyrektywy i przepisy oraz możliwości wykorzystania funduszy unijnych mogą również wpłynąć na program wdrażania systemów zarządzania środowiskiem. System zarządzania środowiskiem musi być oparty o strategię czystszej produkcji (CP). Idea CP jest jedną z kluczowych w dążeniu do osiągnięcia zrównoważonego rozwoju. Czystsza produkcja kładzie nacisk na ograniczeniu zanieczyszczeń u źródła. W przypadku kopalń GSW S.A. będzie to: minimalizacja ilości wytwarzanych odpadów górniczych, recykling odpadów i ograniczenie ilości odprowadzanych do cieków powierzchniowych wód słonych, głównie poprzez zwiększenie ich wykorzystania dla celów technologicznych. Wykorzystane zostaną dotychczasowe doświadczenia własne i innych przedsiębiorstw. Wdrożenie powyższego systemu w GSW S.A. wymaga ponownej wszechstronnej oceny stanu aktualnego w zakresie ochrony środowiska na podstawie zintegrowanego monitoringu środowiska oraz analiz wszystkich elementów działalności górniczej w aspekcie techniczno ekonomicznym i zgodności z tworzonymi aktualnie planami zagospodarowania przestrzennego gmin. 2. Zakład odsalania wód kopalnianych W wyniku wieloletnich prac naukowo badawczych prowadzonych przez Główny Instytut Górnictwa w Katowicach wybudowano w 1975 r. przy kopalni Dębieńsko Zakład Odsalania Dębieńsko I, którego zadaniem była utylizacja całości wód dołowych silnie zasolonych pochodzących z tej kopalni. W roku 1994 uruchomiono instalację Dębieńsko II, powstałą na licencji firm amerykańskich i szwedzkich, której zadaniem była utylizacja wód miernie zasolonych. Rysunek 2.1. przedstawia zdjęcie obiektów Zakładu oraz bilans masowy procesu odsalania z publikacji Piechy i Klimka (1998). 48
a) b) Rys. 2.1. Zakład Odsalania Dębieńsko (a) i schemat procesu odsalania (b) (Piecha, Klimek 1998) Fig. 2.1. Dębieńsko Plant of the desalination (a) and the scheme of the desalination process (b) (Piecha, Klimek 1998) Oprócz korzyści dla środowiska w procesie utylizacji wód słonych powstaje szereg cennych surowców możliwych do wykorzystania gospodarczego głównie sól (koncentrat) i oczyszczona woda (Płonka 1999). Budowa Zakładu Odsalania miała na celu wyeliminowanie zrzutów wód zasolonych przez kopalnie Dębieńsko i Budryk. Cel ten został osiągnięty w stu procentach. Te dwie kopalnie przestały być uciążliwe dla środowiska. Istnieje teoretycznie możliwość podłączenia do instalacji innych okolicznych kopalń. Na przeszkodzie mogą stanąć przede wszystkim problemy ekonomiczne. Szczegółowe informacje o przedmiotowym zakładzie zawarte są w publikacjach Piechy i Klimka (1998) i Płonki (1999). 49
B. BOBROWSKI, A. KOT Rozwiązania inżynierskie dla potrzeb ochrony środowiska... 3. Rurociąg lewarowy W większości kopalń GSW S.A. w nadkładzie złoża występują grube kompleksy warstw nieprzepuszczalnych a poziom zwierciadła wody gruntowej położony jest blisko powierzchni terenu. W takich warunkach obniżenia poeksploatacyjne powierzchni w zależności od ich wielkości spowodują: zabagnienie i podtapianie terenów zabudowanych, pól uprawnych i terenów leśnych, zmiany granic i wielkości pojemności istniejących zbiorników, powstawanie zalewisk bezodpływowych, deformacje koryt cieków powierzchniowych połączone z zatapianiem terenów do nich przyległych, zmianę kierunku spływu wód powierzchniowych, ogólne zmiany w poziomie wód gruntowych, deklasyfikacje gleb, itp. Powszechną znaną metodą likwidacji lub minimalizacji zalewisk na terenach górniczych są wszelkiego rodzaju przepompownie. W kopalniach GSW S.A. jest ich znaczna ilość. W celu niedopuszczenia do nadmiernego powiększania się powierzchni zalewiska W-3 KWK Szczygłowice zastosowała unikalną metodę, a mianowicie zbudowała rurociąg lewarowy odprowadzający wody z zalewiska W-3 na potoku Książenickim do zalewiska W-65 na potoku Wilczańskim (rys. 3.1.). Trasa lewara przebiega przez tereny Kopalni Szczygłowice. Długość lewara od komory ujęcia do komory głowic lewarowych wynosi 690 m. Rurociąg lewarowy rozpoczyna się studnią (komorą) wlotową wykonaną z rury stalowej 2000 mm zapuszczoną w grunt. Komora jest połączona hydraulicznie z zalewiskiem W-3 na potoku Książenickim. Wysokość lustra wody w komorze jest równa wysokości lustra wody w zalewisku W-3 i waha się w granicach od 230,7 do 236,05 m. n.p.m. (1999 r.). Do studni wlotowej wprowadzona jest końcówka ssąca rurociągu lewarowego na głębokość poniżej 230,7 m. n.p.m. Na końcu rurociągu znajduje się komora wylotowa, w której mieszczą się końcówki rur spadowych głowicy samoodpowietrzającej. Głowica składa się z czterech rur spadowych o różnej średnicy. Rzędna zwierciadła wody w komorze wylotowej nie może przekroczyć minimalnej wysokości lustra wody w komorze wlotowej, tj. maksymalnie 230,7 m n.p.m. Z dotychczasowych obserwacji terenowych wynika, że dla prawidłowego działania lewara minimalna różnica poziomów lustra wody w zalewiskach W-3 i W-65 musi wynosić H min = l m. Na trasie lewara znajduje się komora pomp próżniowych, przy użyciu których uruchamiany jest lewar. Pompy te powodują powstanie podciśnienia w lewarze, przez co podnosi się poziom wody w końcówkach lewara. Woda z komory wlotowej przelewa się przez najwyższy punkt lewara i płynie grawitacyjnie do komory głowicy samoodpowietrzającej. Maksymalne podciśnienie, przy jakim lewar będzie funkcjonował wynosi 8 m słupa wody. Rurociąg lewarowy na całej swej długości leży na podporach betonowych, w odległościach co około 10 m, na których znajdują się rolki stalowe. Rolki te umożliwiają swobodne przemieszczanie się rurociągu. Lewar ułożony jest na powierzchni terenu lub w otwartym wykopie. Jest to podyktowane tym, że jego trasa przebiega na terenie objętym wpływami eksploatacji górniczej. Ocieplony jest wełną mineralną i obłożony blachą. Na 511 mb. lewar przecina ulicę ks. Jana Pojdy. Przejście pod drogą wykonano w rurze przeciskowej 1800 mm. Pierwsze uruchomienie lewara polega na użyciu pompy próżniowej. Po uruchomieniu lewara zwierciadło wody w komorze dopływowej opada i stabilizuje się w punkcie równowagi pomiędzy dopływem w komorze dopływowej i odpływem w komorze odpływowej. Stały 50
przepływ przez głowicę odpowietrzającą i stałe usuwanie powietrza z rurociągu gwarantuje wymagane podciśnienie w lewarze. Kilka rur spadowych w głowicy stwarza możliwość ciągłego odpowietrzania przy różnych wydajnościach przepływu od założonego min. 20 dm 3 /s do max 1200 dm 3 /s (Wącirz 1999). 1 2 3 Kanał odpływowy Komora wylotowa H = 1 m min Rurociąg 800 mm 3 Komora pomp podciśnień. H = 8 m max 2 Komora wlotowa 1 Kanał dopływowy Rys. 3.1. Rurociąg lewarowy Fig. 3.1. Siphonly pipeline 51
B. BOBROWSKI, A. KOT Rozwiązania inżynierskie dla potrzeb ochrony środowiska... Zaletami rurociągu lewarowego są: możliwość zapewnienia przerzutu wody w granicach od 20 dm 3 /s do 1200 dm 3 /s, przerzut grawitacyjny bez użycia energii elektrycznej poza jednorazowym wytworzeniem podciśnienia przy rozruchu, możliwość eksploatacji bez obsługi. Wadami rozwiązania są: wrażliwość wydajności układu na osiadanie obustronne od strony wlotu i wylotu z lewara (możliwość unieruchomienia), mała rezerwa wysokości podciśnienia w przypadku osiadania terenu., co może spowodować unieruchomienie układu po osiągnięciu maksymalnego podciśnienia 8 m słupa wody, możliwość zamarzania lewara przy małych przepływach i niskiej temperaturze wody. 4. Centralne Składowisko Odpadów Górniczych Gliwicka Spółka Węglowa S.A. wspólnie z KWK Budryk od 1988 roku realizuje przedsięwzięcie pod nazwą Centralne Składowisko Odpadów Górniczych w Knurowie. Składowisko położone jest w lesie, na obszarze górniczym KWK Knurów. Teren pod budowę składowiska był terenem zdegradowanym wskutek podziemnej eksploatacji węgla i wykorzystywanym uprzednio przez KWK Knurów. Powierzchnia terenu, na której projektowane są roboty, wynosi 352,3 ha. Aktualnie składowisko zajmuje około 317 ha powierzchni a jego docelowa pojemność wyniesie 86,7 mln m 3, tj. 164,7 mln Mg. Taka pojemność gwarantuje możliwość składowania odpadów górniczych dla kopalń Spółki i KWK Budryk jeszcze przez najbliższe 25 lat. Maksymalna docelowa rzędna składowania odpadów wynosi +283,00 m n.p.m. Na rysunku 4.1. przedstawiono aktualne granice składowiska na podkładzie zdjęcia lotniczego z 1992 roku oraz prognozowane izolinie obniżeń na okres 2002 2020. Odwodnienie składowiska stanowią rowy opaskowe oraz odprowadzalniki, których zadaniem jest odprowadzenie wód z rowów opaskowych do cieków powierzchniowych, po uprzednim ich oczyszczeniu z piasku w osadnikach sedymentacyjnych. Całkowita długość rowów opaskowych wynosi 4470 m. Prawidłowość funkcjonowania składowiska jest w sposób ciągły monitorowana przez piezometry na jego obwodzie, a woda z rowów opaskowych kierowana jest do rzek poprzez osadnik sedymentacyjny. Sukcesem budowy przedmiotowego składowiska jest lokalizacja minimalizująca jego uciążliwość dla mieszkańców oraz wykorzystanie stopniowego osiadania terenu, docelowo nawet do 30 metrów, spowodowanego eksploatacją najbogatszej części złoża KWK Knurów. Teren składowiska jest rekultywowany w kierunku leśnym. 5. Roboty hydrotechniczne Charakterystyczną cechą większości terenów górniczych kopalń GSW S.A. są cieki, zbiorniki wodne i wynikające z nich zagrożenia zalewiskami i podtopieniami przyległych gruntów. Kopalnie GSW S.A. radzą sobie z tymi problemami poprzez stałe prowadzenie prac hydrotechnicznych. Do likwidacji zalewisk, budowy obwałowań rzek i cieków wykorzystywane są odpady górnicze. Realizowane są szeroko zakrojone roboty hydrotechniczne. Przykładem jest KWK Makoszowy (rys. 5.1.). 52
1,0 m izolinie obniżeń do roku 2020 0,0 m 1,0 m 2,0 m 3,0 m aktualna granica składowiska 4,0 m 5,0 m 6,0 m 7,0 m 8,0 m Zdjęcie lotnicze z 1992 r. Rys. 4.1. Centralne Składowisko Odpadów Górniczych Fig. 4.1. Central dumping ground of mine wastes 53
B. BOBROWSKI, A. KOT Rozwiązania inżynierskie dla potrzeb ochrony środowiska... Rys. 5.1. Roboty hydrotechniczne Fig. 5.1. Hydraulic engineering works Największym osiągnięciem kopalni w tym względzie było przeprowadzenie rekultywacji zalewiska Wn-35 w części położonej na prawym brzegu rzeki Kłodnicy w Zabrzu-Makoszowy połączone z obwałowaniem rzeki Kłodnicy, co uratowało dzielnicę Zabrze-Makoszowy, przed powodzią w 1997 roku. Aktualnie prowadzone są intensywne prace hydrotechniczne na lewym brzegu rzeki Kłodnicy (rys. 5.1.). 6. Uwagi końcowe Zagadnienia związane bezpośrednio i pośrednio z ochroną środowiska są również jednymi z ważniejszych problemów, jakie towarzyszyły procesom likwidacji kopalń Gliwickiej Spółki Węglowej S.A. Gliwice i Dębieńsko. Obejmują one bowiem likwidację infrastruktury powierzchniowej i podziemnej zakładu górniczego, w aspekcie jej wpływu na przekształcenia środowiska przyrodniczego. W szczególności zaś dotyczą: zmiany warunków wodnych w górotworze i na powierzchni, konieczności utrzymania odwadniania kopalń, zagospodarowania wód słonych, utrzymania istniejących ujęć wody pitnej, rekultywacji i zagospodarowania zwałowisk i hałd oraz gruntów zdegradowanych działalnością górniczą, usuwania występujących szkód górniczych po zakończeniu likwidacji kopalń. 54
Zagadnienia ochrony środowiska w kopalniach likwidowanych występują zarówno w trakcie przebiegającego właśnie procesu likwidacji, jak również często ujawniają się już po formalnym zakończeniu tego procesu (np. rekultywacja terenów, likwidacja szkód górniczych, opiniowanie przydatności terenu pod zabudowę lub inne zagospodarowanie) i tym zagadnieniom należałoby w przyszłości poświęcić więcej uwagi, w szczególności w zabezpieczeniu możliwości ich finansowania (Chaber, Kot 1998). W GSW S.A. problematyka ochrony środowiska zajmuje bardzo wysoką pozycję. W dużym stopniu wycofano się z eksploatacji górniczej spod zwartej zabudowy miast: Knurów, Zabrze i Gliwice. W wyniku rozwiązań inżynierskich działalność kopalń GSW S.A. staje się coraz bardziej przyjazna dla środowiska. Wdrożenie w kopalniach GSW S.A. systemów zarządzania środowiskiem umożliwi kompleksowe rozwiązywanie problemów ekologicznych kopalń i zminimalizowanie szkodliwych skutków działalności górniczej z uwzględnieniem rachunku ekonomicznego. Gliwicka Spółka Węglowa S.A. zamierza poświęcić więcej uwagi problemom kształtowania środowiska. Dysponowanie dużą masą odpadów górniczych, w warunkach występowania zalewisk i terenów zdegradowanych, często z przyczyn pozagórniczych, powinno skłaniać władze samorządowe do ich wykorzystania inżynierskiego w zasadzie bezkosztowego. Górnictwo może pozostawić po sobie teren zagospodarowany, atrakcyjny dla przyszłych pokoleń, o korzystniejszych walorach środowiskowych niż przed rozpoczęciem działalności górniczej. Literatura [1] Bobrowski B. 2002: Komunikat: Ochrona środowiska w Gliwickiej Spółce węglowej S.A.. Miesięcznik WUG 5(93)/2002, 5 7. [2] Chaber M., Kot A. 1998: Problematyka ochrony środowiska w procesie likwidacji kopalń węgla kamiennego. Materiały Konferencji Naukowo-Technicznej Ochrona środowiska na terenach górniczych, Rytro. [3] Główny Instytut Górnictwa: Sektorowa ocena stanu środowiska w górnictwie węgla kamiennego. Materiały Głównego Instytutu Górnictwa, Katowice 2000. Materiały niepublikowane. [4] Piecha J., Klimek R. 1998: Zakład Odsalania przy kopalni Dębieńsko - bezodpadowa utylizacja zasolonych wód kopalnianych. Wiadomości Górnicze 9/98, 379 384. [5] Płonka K. 1999: Zakład Odsalania Wód Dołowych Dębieńsko I i Dębieńsko II. Materiały IV Konferencji Naukowo-Technicznej Uwarunkowania w Miejscowych Planach Zagospodarowania Przestrzennego Miast i Gmin w Rybnickim Okręgu Przemysłowym, Rybnik, 267 277. [6] Wącirz M. 1999: Możliwości funkcjonowania rurociągu lewarowego łączącego potoki Książenicki z Wilczańskim w świetle zamierzeń eksploatacyjnych KWK Szczygłowice do roku 2020. Praca na uprawnienia mierniczego górniczego wykonana pod kierunkiem dr inż. A. Kota, Knurów (praca niepublikowana). Engineering solutions for environment needs applied in mines of GSW S.A. In the paper the authors presented other unique engineering, solutions to protect the environment in the area of Upper Silesian Coal Basin. These solutions can reduce drudging problems, also the flood risk, and increase economic effects GSW S.A. connected with mining. These solutions are: the plant of desalination of mining waters, the central dumping ground of mine waste and improving the embankments of the river. Przekazano: 20 marca 2002 55