Podstawowe założenia teorii Budryka -Knothego
warunek jednoznaczności
warunek zbieżności rozwiązania do warunku brzegowego
zasada proporcjonalności
zasada superpozycji
warunek nieujemności rozwiązania
założenie normalnego rozkładu wpływów
założenie proporcjonalności przemieszczeń poziomych do pochodnej przemieszczeń pionowych
założenia nieściśliwości ośrodka
2. OD CZEGO ZALEŻY ZAKRES I WIELKOŚC DEFORMACJI POWIERZCHNI TERENU.
Wielkość i charakter deformacji powierzchni zależą głównie:
− głębokości eksploatacji - przy małej głębokości istnieje
możliwość wystąpienia deformacji nieciągłych a im większa
głębokość tym wpływy są łagodniejsze,
− wysokości wybranej przestrzeni - im większa wysokość tym
większe deformacje,
− sposobu wypełnienia pustki poeksploatacyjnej - zastosowanie
materiałów podsadzkowych o małej ściśliwości powoduje
znaczące zmniejszenie deformacji,
− kształtu i wielkości wybranego pola - obniżenia i nachylenia
powierzchni rosną wraz z wielkością pola, aż do wartości
maksymalnych, które osiągają nad polem o dużych wymiarach
(w przeciętnych warunkach nie mniejszych niż trzykrotna głębokość),
− prędkości postępu frontu eksploatacyjnego - dla szybko
postępującego frontu ekstremalne deformacje są mniejsze,
ale większa jest prędkość ich narastania,
− budowy geologicznej nadległego górotworu - im bardziej
zwięzły górotwór tym większy jest zasięg wpływów, ale
mniejsze deformacje, natomiast zaburzenia w formie uskoków
tektonicznych mogą przyczyniać się do powstawania deformacji nieciągłych,
− nachylenia pokładu -wpływy ulegają przesunięciu w stronę
upadu, większe deformacje występują nad niżej zalegającą częścią pokładu.
Deformacje ciągłe towarzyszą eksploatacji górniczej zawsze, bez względu na warunki geologiczno - górnicze. Przejawiają się one w postaci obniżeń i ich pochodnych, zwanych wskaźnikami deformacji. Oprócz obniżeń, najważniejszymi wskaźnikami są: nachylenia, krzywizny pionowe, przesunięcia i odkształcenia poziome. Na rozkład i wielkość deformacji mają wpływ czynniki naturalne, takie jak głębokość zalegania, miąższość pokładu i kąt upadu, miąższość nadkładu, zaburzenia tektoniczne, zawodnienie górotworu. Natomiast do czynników technicznych zaliczyć należy: sposób kierowania stropem, odpowiednie usytuowanie frontu względem chronionego obiektu, odpowiednie ukształtowanie i prędkość postępu frontu eksploatacyjnego..
Opisz wpływ wybranych czynników na deformacji powierzchni terenu
Mając wpływ na zmiany czynników technicznych, można zmniejszać wartości wskaźników deformacji. Natomiast na wyeliminowanie czynników geologicznych nie mamy wpływu. Zmiany stosunków wodnych na powierzchni terenu powodować mogą wystąpienie obszarów zalewisk lub podtopień. Deformacje ciągłe towarzyszą również eksploatacji prowadzonej metodą otworową. Natomiast w wyniku przekształceń hydrologicznych i migracji wód tworzą się również deformacje ciągłe w rejonie okrywek. Zasięg leja depresji KWB „Bełchatów” wynosił 21 km przy głębokości odkrywki 185 m. Wartość maksymalnych osiadań wyniosła 0.7 m. Problematyka deformacji ciągłych dotyczy, w przypadku eksploatacji odkrywkowej, również zagadnień związanych ze statecznością skarp i zboczy
Kształtowanie się deformacji terenu podczas przejścia frontu eksploatacyjnego (eksploatacja podziemna);
Podziemna eksploatacja górnicza powoduje powstanie w górotworze pustek, które są zaciskane w wyniku działania grawitacji. W eksploatacji z zawałem stropu skały położone bezpośrednio nad wybraną przestrzenią ulegają załamaniu i wypełniają pustkę. Rumosz skalny ma większą objętość niż skała, z której powstał, wobec czego wyżej położone warstwy ulegają ugięciu. Ugięcie jest tym mniejsze im bliżej powierzchni, ale jednocześnie zwiększa się obszar, na którym występuje. Warstwy położone nad strefą zawału ulegają ugięciu i spękaniom. Te, które są jeszcze wyżej - tylko ugięciu. Ruch nadległych mas skalnych przyczynia się do zmiany warunków geologicznych i hydrogeologicznych. Mogą mu też towarzyszyć wstrząsy górotworu. Efektem tego procesu są zawsze zmiany ukształtowania terenu a czasami także przekształcenia hydrologiczne. Te mają z kolei bezpośredni wpływ na elementy zagospodarowania powierzchni; zarówno przyrodnicze (np. zniszczenie szaty roślinnej wskutek osuszenia gleby), jak i techniczne (uszkodzenia obiektów budowlanych spowodowane deformacjami podłoża).
W praktyce mamy najczęściej do czynienia z bezpośrednimi wpływami eksploatacji górniczej, występującymi w formie ciągłej. Ciągłe deformacje są skutkiem ugięcia warstw przypowierzchniowych nad wybraną przestrzenią. Powstałe zagłębienie jest nazywane niecką obniżeniową Przeciętny zasięg bezpośrednich wpływów eksploatacji górniczej na powierzchni jest zbliżony do dwukrotnej głębokości. Wielkość ciągłych deformacji powierzchni jest opisywana przez tzw. wskaźniki deformacji. Do najczęściej stosowanych należą: obniżenie, nachylenie profilu niecki obniżeniowej, krzywizna Wartość wskaźników deformacji powierzchni jest związana z odległością od krawędzi eksploatacji (rys. 3). Z wyjątkiem obniżeń, które są największe nad środkową częścią pola, wszystkie pozostałe osiągają ekstremalne wartości w rejonie krawędzi. Przy czym nachylenia są największe bezpośrednio nad nią a krzywizny, przemieszczenia i odkształcenia poziome w pewnej odległości od niej. Z takim rozkładem mamy do czynienia w razie dużych pól eksploatacji. Deformacje nieciągłe, w odróżnieniu od ciągłych, mają zasięg lokalny, nie towarzyszą każdej eksploatacji i mogą występować zarówno w trakcie eksploatacji, jak i kilkadziesiąt a nawet sto lat po niej. Stanowią duże zagrożenie nie tylko ze względu na swą formę, ale i dlatego, że ich wystąpienie nie jest poprzedzone żadnymi oznakami, a ich przebieg jest bardzo szybki (najczęściej nagły).
5 . PRZYCZYNY / MECHANIZMY POWSTAWANIA DEFORMACJI NIECIĄGŁYCH.
Przyczyny i warunki powstawania deformacji nieciągłych powierzchni terenu. Przyczyny powstawania deformacji nieciągłych można podzielic na przyczyny naturalne i górnicze. Do przyczyn naturalnych zalicza się przyczyny wynikające z warunków geologicznych zalegania złoża, takich jak:
•ruchy tektoniczne,
•ruchy osuwiskowe,
•zjawiska krasowe,
•różne formy erozji.
Do przyczyn górniczych zalicza się przyczyny wynikające z działalności człowieka, a obejmujące wszelkie ziemne i podziemne roboty inżynierskie a zwłaszcza roboty górnicze. Do głównych przyczyn górniczych powstawania deformacji nieciągłych zalicza się:
•eksploatację złóż zalegających na małej głębokości,
•reaktywację starych zrobów poeksploatacyjnych,
•aktywizację częściowo zlikwidowanych lub niezlikwidowanych wyrobisk górniczych,
•roboty górnicze w strefach zawodnionych uskoków lub przebicie wyrobiska do spągu zawodnionych utworów nadkładu,
•pożary w resztkach pokładów zalegających na małej głębokości,
W przypadku prowadzenia eksploatacji złóż zalegających na małej głębokości do głównych przyczyn powstawania deformacji nieciągłych zaliczyd należy:
•wyrobiska pozostałe po dokonanej eksploatacji górniczej głównie systemem komorowym i zabierkowym z zawałem stropu,
•wyrobiska udostępniające i przygotowawcze niezlikwidowane lub zlikwidowane częściowo,
•wyrobiska zlokalizowane w rejonach występowania zagrożeo wodno -kurzawkowych.
•eksploatację kilku pokładów do jednej wspólnej krawędzi tworząc tzw. skarpę eksploatacyjną,
•jednostronną eksploatację w sąsiedztwie uskoku,
•eksploatację w rejonie wychodni pokładu zwłaszcza pod zawodnionym nadkładem,
•aktywizację wtórnych pustek w górotworze powstałych w wyniku sufozji mechanicznej, chemicznej, itp.
6. Metody ograniczania deformacji ciągłych, profilaktyka górnicza i budowlana;
Zapobieganie szkodom spowodowanym ruchem zakładu górniczego może polegać bądź to na ograniczeniach w prowadzeniu eksploatacji górniczej, bądź na dostosowaniu obiektów budowlanych do przenoszenia wpływów eksploatacji. Pierwszy przypadek to profilaktyka górnicza, drugi − profilaktyka budowlana. Profilaktyka górnicza może polegać na zaprzestaniu eksploatacji, na ograniczeniu jej zakresu, albo też na wyborze odpowiedniego sposobu eksploatacji. Gdy eksploatacja jest możliwa stosuje się następujące metody:
− zmniejszenie wysokości wybierania,
− wypełnienie pustki poeksploatacyjnej materiałami podsadzkowych o małej ściśliwości,
− dostosowywanie kształtu i wielkości wybranego pola do możliwości przejęcia wpływów eksploatacji przez obiekty powierzchniowe,
− synchronizacja eksploatacji w czasie i przestrzeni,
− optymalizacja prędkości postępu frontu eksploatacyjnego.
Ostatnio dużego znaczenia nabiera ostatnia z tych metod. Zauważono, że zarówno prędkość postępu frontu, jak i jego zmiany, mogą znajdować odzwierciedlenie w liczbie uszkodzonych obiektów. Nawet sobotnio-niedzielne przerwy w eksploatacji nie są obojętne dla przebiegu deformacji powierzchni
Profilaktyka budowlana może być zastosowana na etapie projektowania lub w istniejących obiektach. Oczywiście bardziej skuteczny jest pierwszy sposób. Projektant powinien brać pod uwagę to, że na odporność budynku mają wpływ:
− zróżnicowanie poziomu posadowienia − najlepszym rozwiązaniem jest jeden poziom,
− kształt rzutu poziomego − im bardziej skomplikowany tym bardziej wrażliwy obiekt,
− wymiary rzutu poziomego − budowanie zbyt długich budynków jest niekorzystne (a powyżej 30 m nawet zabronione),
− rozwiązania konstrukcyjne − ze wzrostem sztywności maleje odporność budynku.
Profilaktyka w istniejących budynkach może polegać na:
− założeniu kotew w poziomie stropów,
− zastosowaniu opasek w poziomie fundamentów.
7. Wpływ eksploatacji podziemnej na budynki i budowle powierzchniowe
Elementy zagospodarowania powierzchni na terenach górniczych mogą się znaleźć w zasięgu oddziaływania deformacji ciągłych, deformacji nieciągłych i wstrząsów górniczych. Duże znaczenie mogą mieć również zmiany poziomu wód gruntowych. O tym, czy w wyniku prowadzenia eksploatacji górniczej ulegną uszkodzeniu obiekty na powierzchni oraz o formie i rozmiarach szkód decydują następujące czynniki:
− charakter i intensywność oddziaływania,
− warunki gruntowe i wodne,
− sposób zagospodarowania powierzchni.
Niektóre oddziaływania górnicze są bardzo niekorzystne dla pewnych rodzajów obiektów. Przykładem może być osuszenie terenów leśnych. Dla tych samych elementów zagospodarowania powierzchni inne rodzaje wpływów mogą być obojętne.
W przypadku obszarów leśnych i rolnych są nimi wstrząsy górnicze. Najczęściej szkodliwe wpływy podziemnej eksploatacji górniczej są obserwowane w obiektach budowlanych.
Podstawowym wskaźnikiem kształtującym współdziałanie podłoża gruntowego z obiektami budowlanymi na terenach górniczych jest poziome odkształcenie przypowierzchniowej warstwy górotworu. Fundamenty budowli zakłócają swobodne przemieszczanie się cząstek tej warstwy, w związku z czym między nimi a podłożem powstają dodatkowe naprężenia, co powoduje występowanie w fundamentach dodatkowych obciążeń.
Z kolei krzywizna podłoża prowadzi do zmiany rozkładu pionowych oddziaływań między fundamentami budowli a podłożem. Niemałą rolę odgrywa również szybkość deformacji przypowierzchniowej warstwy górotworu związana z szybkością eksploatacji. Jej zwiększenie pociąga za sobą zwiększenie szybkości odkształceń elementów konstrukcyjnych obiektów,
co oczywiście nie jest korzystne. Odrębnym zagadnieniem jest oddziaływanie nachyleń powierzchni, prowadzące do wychyleń budynków od pionu. Jego skutkiem jest wystąpienie w konstrukcji dodatkowych obciążeń.
Górnicze deformacje terenu powodują uszkodzenia budynków.
Mogą im ulegać zarówno elementy konstrukcyjne, jak i elementy wykończenia i wyposażenia. W obrębie fundamentów, ścian oraz stropów występują zarysowania lub pęknięcia. W ścianach zarysowania i pęknięcia pojawiają się zwykle w miejscach o zmniejszonej lub skokowo zmieniającej się sztywności, takich jak nadproża oraz strefy nad otworami okiennymi i drzwiowymi.
8. Mechanizm powstawania zagrożeń na powierzchni terenu, jako skutek likwidacji kopalń podziemnych
Metan, występujący w pokładach węgla, przez dziesiątki lat był przedmiotem badań, głównie ze względu na bezpieczeństwo pracy w kopalniach. Gaz ten jest związany z substancją węglową w formie zasorbowanej i wolnej.
Obie te formy występują w pokładach w stanie równowagi, określonej przez ciśnienie gazu, wilgotność węgla i jego właściwości sorpcyjne. Jej zaburzenie powoduje uwalnianie się metanu z węgla, czyli jego przejście do postaci wolnej, co czyni możliwą jego migrację w górotworze.
Tak uwolniony metan, wypełnia pory i szczeliny nie tylko w węglu ale także w całym górotworze. W przypadku czynnych kopalń węgla kamiennego działalność górnicza powoduje istotną zmianę warunków naprężeniowo-deformacyjnych panujących w górotworze a w konsekwencji zmiany jego struktury. Wyzwalający się w takich warunkach wolny gaz może gromadzić się w porach, szczelinach i pustkach poeksploatacyjnych, a jego przepływ odbywa się zazwyczaj w obrębie sieci wentylacyjnej kopalni.
Proces ten zmienia się diametralnie w momencie likwidacji kopalni, gdy przestają działać systemy wentylacyjne a proces migracji odbywa się głównie na drodze dyfuzji i filtracji. Wówczas rozpoczyna się z reguły niekontrolowany, proces migracji gazów kopalnianych w kierunku powierzchni, który może być przyczyną powstania zagrożenia gazowego na powierzchni. Zagrożenie to stwarza przede wszystkim metan, czasem również dwutlenek węgla i w niewielkim stopniu radon.
Przenikanie metanu do dolnych kondygnacji budynków, garaży, a także kanałów telekomunikacyjnych i ściekowych, może powodować, przy stężeniach powyżej 5%, zagrożenie wybuchowe, natomiast dwutlenek węgla, może stanowić zagrożenie dla zdrowia i życia mieszkańców. Tak więc zagrożenie gazowe na powierzchni obszarów pogórniczych należy zaliczyć do istotnych lecz raczej nie ze względu na wysoki jego poziom, ale przede wszystkim z powodu jego dużej zmienności przestrzennej i czasowej.
Środowisko wodne jest tym elementem środowiska naturalnego, który jest najbardziej poszkodowany wskutek działalności górniczej. Działalność górnictwa powoduje przede wszystkim zakłócenie bilansu wodnego w danym rejonie, obniżenie zwierciadła wód podziemnych powodujące powstanie lokalnych i regionalnych lejów depresji i zmniejszenie zasobów tych wód, całkowite zdrenowanie niektórych poziomów wodonośnych, zanik źródeł, wysuszenie studni gospodarskich i ujęć komunalnych oraz cieków powierzchniowych oraz zmiany jakości wód powierzchniowych i podziemnych. Przeobrażenia w środowisku wodnym powodują również zaburzenie innych elementów środowiska. Zmiany jakości wód powierzchniowych powodują niszczenie flory i fauny wodnej i korozję budowli hydrotechnicznych, w nieckach zapadliskowych powstają sztuczne zbiorniki wodne, a zmiany jakości wód gruntowych czy powstanie zalewisk powodują korozję i mechaniczne uszkodzenia fundamentów i budynków. Skutkiem zalania lub osuszenia gruntu jest zmniejszenie produktywności użytków rolnych lub ich całkowite zniszczenie. Ze składowisk przemysłowych i hałd następuje ługowanie substancji mineralnych, takich jak: chlorki, siarczany, związki glinu i żelaza, metale ciężkie, które zanieczyszczają wody podziemne i powierzchniowe. Likwidacja kopalń powoduje dalsze zmiany w środowisku wodnym.Zaprzestanie odwadniania stosuje się w przypadku likwidacji kopalni odosobnionej lub całego zagłębia górniczego. Po wyłączeniu pomp odwadniających, następuje samozatopienie wyrobisk wodami z dopływu naturalnego. Lustro wody w wyrobiskach podnosi się stopniowo aż do uzyskania równowagi hydrodynamicznej z wodami w poziomach wodonośnych wotaczającygórotworze.
Wśród najważniejszych skutków zatopienia kopalń należy wymienić:
pogorszenie jakości wód w zatopionych zrobach;
wysokie zawartości siarczanów oraz metali (np. Fe, Mn, Zn, Pb);
występowanie samowypływów wód podziemnych z otworów studziennych, badawczych, szybów czy sztolni;
tworzenie się zalewisk na powierzchni osiadłego terenu, które powodują podmakanie budowli, korozję urządzeń podziemnych oraz przeobrażenia w szacie roślinnej;
powrót wód do naturalnych koryt wysuszonych cieków;
rozlewiska czy nawet powodzie spowodowane wypływem wód z koryt cieków obniżonych wskutek osiadania powierzchni terenu,
zanik lub zmniejszenie przepływu wód w ciekach sztucznie zasilanych wodami kopalnianymi;
możliwość zatopienia sąsiednich, czynnych kopalń;
wpływ na ujęcia podziemne i powierzchniowe wód w rejonie (pogorszenie jakości, zmiana zasobów).
9. Zmiana chemizmu wód powierzchniowych oraz gruntów, jako skutek eksploatacji:
Podziemnej,
Odkrywkowej,
Otworowej siarki;
SIARKA-wody powierzchniowe
Do najbardziej specyficznych negatywnych oddziaływań otworowej eksploatacji siarki na środowisko naturalne zalicza się:
— zaburzenie pierwotnych stosunków wodnych w horyzoncie zarówno czwartorzędowym, jak i trzeciorzędowym pod względem ciśnienia, temperatury, kierunków przepływu i chemizmu wód;
Zaburzenie pierwotnych stosunków wodnych w horyzoncie trzeciorzędowym wynika z istoty metody podziemnego wytapiania. Wprowadzenie w czasie eksploatacji gorącej wody technologicznej do złoża powoduje zaburzenia w środowisku wodnym zarówno powierzchniowym, jak i podziemnym. Jest to związane głównie z warunkami geologicznymi i hydrogeologicznymi w rejonie złoża oraz poziomem opanowania stosowanej technologii.
Przyczyną zaburzenia środowiska wodnego jest wzrost mineralizacji czwartorzędowych wód podziemnych, spowodowany represją ciśnienia złożowego i kontaktem tej warstwy wodonośnej z silnie zmineralizowanymi wodami trzeciorzędowymi oraz z miejscowymi zanieczyszczeniami siarką i pyłami siarki warstw przypowierzchniowych na polach górniczych
Zanieczyszczenie horyzontu czwartorzędowego wodami warstwy trzeciorzędowej zachodzi głównie w czasie erupcji i samowypływów
SIARKA- grunty
Za główną przyczynę erupcji uznano niszczenie konstrukcji otworów przez naprężenia w górotworze, towarzyszące tworzeniu się niecki osiadania. Pozostała nad uszkodzeniem otworu zmniejszona grubość nadkładu, poddana kontaktowi z wodą złożową o wysokim ciśnieniu, zostaje rozszczelniona, doprowadzając do niekontrolowanego wypływu wód na powierzchnię. Inną przyczyną erupcji może być niewystarczające uszczelnienie rur okładzinowych na kontakcie z górotworem. Niezależnie od tego procesy tworzenia się niecki osiadania same w sobie powodują destrukcję szczelności nadkładu, powodując zagrożenie erupcyjne.
Dodatkowo osiadanie terenu może być przyczyną niszczenia infrastruktury technicznej pól górniczych. Przy prognozowaniu wielkości i kształtu niecki osiadania brany był pod uwagę współczynnik wykorzystania zasobów (η = 0,6) oraz współczynnik osiadania a, którego wartość dla polskich złóż siarki wynosi około 0,9.
Kolejny czynnik negatywnego oddziaływania otworowych kopalń siarki, jakim jest skażenie gleb, ma związek z operacjami technologicznymi (np. odprężanie otworów, wtórne kruszenie zestalonej na składowiskach siarki) bądź z awariami i zakłóceniami w procesie eksploatacji (np. erupcje, przelanie zbiorników siarki, awarie rurociągów wody złożowej, siarki). Jeśli chodzi o rejon otworów eksploatacyjnych, rurociągów siarkowych czy zbiornikach płynnej siarki na polach górniczych, to skażenie, jeśli wystąpiło, natychmiast powinno byc likwidowane przez odpowiednie służby techniczne kopalń.
Znaczna obecność siarki w glebach powoduje intensywny wzrost ich zakwaszenia, a co za tym idzie, spadek pH nawet do wartości 1,2÷2,5 i całkowity zanik aktywności biologicznej gleby oraz mineralizacji związków próchniczych.
Spowodowało to daleko idące zmiany własności fizykochemicznych
i biologicznych z całkowitym lub częściowym unicestwieniem życia roślin wyższych, a także większości drobnoustrojów.
ODKRYWKA
Głęboki drenaż wód podziemnych powoduje zmiany w środowisku naturalnym zarówno w najbliższym sąsiedztwie wyrobiska, jak i w znacznej odległości od niego. Odwodnienie złoża, niezbędne dla zapewnienia bezpiecznych warunków eksploatacji górniczej, ma istotny wpływ na środowisko wód podziemnych i powierzchniowych wyrażony zmianami
w stosunkach hydrodynamicznych i hydrochemicznych.
Zmiany hydrodynamiczne związane z drenażem wód w obrębie wyrobiska ujawniają się poprzez rozwój leja depresji i w konsekwencji zmianę kierunku przepływu wód podziemnych.
Dynamika rozwoju leja depresji jest uzależniona od następujących
czynników:
— wydatku systemu odwodnienia kopalni,
— budowy geologicznej i warunków hydrogeologicznych terenu otaczającego wyrobisko,
— czynników meteorologicznych (głównie wielkości opadów).
Rozwój leja depresji powoduje:
— obniżenie poziomu wód gruntowych i zanik wody w płytkich studniach gospodarskich;
— obniżanie ciśnienia piezometrycznego w warstwach leżących pod utworami słaboprzepuszczalnymi;
— zmniejszenie przepływu w ciekach powierzchniowych na skutek malejącego dopływu wód podziemnych i powierzchniowych;
— ucieczki wody z nieuszczelnionych koryt rzecznych na obszarze leja depresji w rejonie intensywnego drenażu kopalni;
— zmniejszenie stanu uwilgotnienia gleb, a wraz z tym spadek plonowania gleb (dotyczy to trwałych użytków zielonych (łąki, pastwiska) oraz gruntów ornych kompleksu zbożowo- pastewnego słabego jako najbardziej wrażliwych na zmiany poziomu wody gruntowej);
— obniżenie zasobności wodnej na obszarach lasów, co jest zauważalne w największym stopniu na siedliskach bagiennych i wilgotnych powodując szkody w drzewostanie;
— odkształcenie terenu na skutek odwodnienia górotworu (dotychczasowe obserwacje wskazują, iż osiadanie terenu jest niewielkie; prowadzone obserwacje geodezyjne i ich analiza pokazują, że maksymalne deformacje zachodzą jedynie w bliskim sąsiedztwie wyrobiska górniczego).
PODZIEMNEJ
Udostępnianie i eksploatacja złóż kopalin, prowadzone poniżej zwierciadła wód podziemnych, skutkują przeobrażeniem naturalnego systemu przepływu wód, a nierzadko także zmianami ich cech fizykochemicznych. Dotyczy to zarówno wód podziemnych (obniżenie bazy drenażu, zmiany natężenia i kierunków przepływów, połączenia hydrauliczne), jak i powierzchniowych (zmiana charakteru z drenującego na zasilający, zrzuty wód kopalnianych).
W efekcie zmieniają się składniki bilansu wodnego (lokalnie lub regionalnie w zagłębiach), kształtują się nowe, skomplikowane pola hydrodynamiczne i hydrochemiczne.
Wpływ na przeobrażenia środowiska wodnogruntowego wywierają także inne działania wynikające w prowadzonej działalności górniczej: składowanie skał odpadowych i odpadów poprzeróbczych, przekładanie i uszczelnianie koryt rzecznych czy też budowa zbiorników wodnych, lokowanie odpadów w likwidowanych wyrobiskach i zatłaczanie wód do górotworu.
Również likwidacja zakładu górniczego, głównie poprzez zatapianie, przeobraża wcześniej ukształtowane stosunki wodne. Powstają ogromne zbiorniki wodne w górotworze, podnosi się zwierciadło wód podziemnych niejednokrotnie sięgając obniżonej powierzchni terenu (podtopienia, zalewiska), wypieranie ku powierzchni dwutlenku węgla i metanu.
11. EKSPLAOTACJA OTWOROWA SIARKI A DEFORMACJA TERENU
Polega ona na wtłaczaniu do złoża rudy siarki wody przegrzanej o temperaturze ok.160°C, co odbywa się za pomocą specjalnej konstrukcji otworów wydobywczych. Woda gorąca, migrując przez porowate, przepuszczalne i izolowane od stropu warstwą nieprzepuszczalną złoże rudy siarki, powoduje wytopienie siarki, która w postaci płynnej jest wydobywana
na powierzchnię za pośrednictwem tych samych otworów.
Ogólnie technologia podziemnego wytapiania siarki według założeń metody Frascha wykorzystuje niską temperaturę topnienia siarki (ok. 120°C), nie rozpuszczalność siarki w wodzie, nie mieszanie się z wodą, a także jej gęstość prawie dwukrotnie większą od wody.
Aby złoże siarki mogło być eksploatowane tą metodą, musi ono spełniać kilka warunków, do których można zaliczyć
— wystarczającą miąższość pokładu rudy siarki;
— obecność szczelnej warstwy nad stropem rudy siarki oraz mało przepuszczalnej warstwy pod spągiem rudy;
— znaczną miąższość nadkładu (powyżej 75 m);
— wystarczającą tzw. jednostkową zasobność siarki w złożu;
— wystarczającą wodochłonność złoża.
Otwory eksploatacyjne zazwyczaj rozmieszczone są w regularnej siatce trójkątów równobocznych 45 45 m lub równoramiennych 45 60 m, oraz połączone z siecią rurociągów technologicznych. Konstrukcja uzbrojenia otworu pozwala na wprowadzenie do otworu wody technologicznej i sprężonego powietrza oraz na transport płynnej siarki ze złoża na powierzchnię. Otwory te w różnym etapie pracy mogą być wykorzystywane jako eksploatacyjne bądź odprężające do odbioru nadmiaru wody złożowej.
Woda zatłaczana do warstwy siarkonośnej powoduje podwyższenie ciśnienia złożowego i pojawienie się tzw. stożka represji, dzięki czemu płynna siarka wtłaczana jest do otworu, nie osiągając jednak poziomu wylotu na powierzchni. Poprzez wtłaczanie sprężonego powietrza siarka pompowana jest na powierzchnię.
Należy podkreślić, że wytworzenie lokalnej represji w złożu w rejonie prowadzonego wydobycia jest koniecznością technologiczną. Jednak stożek represji niesie ze sobą również negatywne zagrożenia, jakimi mogą być erupcje (niekontrolowane wypływy wód złożowych na powierzchnię), a także przepływy do horyzontu wodonośnego czwartorzędowego oraz niekorzystne przemieszczenia się wód złożowych silnie zmineralizowanych w obrębie
horyzontu wodonośnego trzeciorzędowego obejmującego pokład siarki (zagrożenia ujęć wód podziemnych w otoczeniu kopalni). Dla zapobiegania takim sytuacjom złoże jest „odprężane” poprzez odbieranie ze złoża według określonych zasad, nadmiaru wód złożowych
Pracujące na polach górniczych otwory eksploatacyjne, po wyczerpaniu się złoża z ich sąsiedztwa, są wyłączane i równocześnie na ich miejscu na przedpolu frontu wydobywczego włącza się nowe otwory. Otrzymuje się w ten sposób przemieszczanie się pól górniczych zgodnie z planowanym postępem frontów eksploatacyjnych.
Elementy negatywnego wpływu
eksploatacji otworowej siarki na środowisko
Negatywne oddziaływanie kopalń otworowych siarki na środowisko jest wielokierunkowe i bardzo trudne do prognozowania, a także charakterystyczne dla każdej z kopalń. Zminimalizowanie tego wpływu jest jednak możliwe i konieczne, czego odzwierciedleniem są przedstawione poniżej przykłady z polskiego przemysłu siarkowego.
Do najbardziej specyficznych negatywnych oddziaływań otworowej eksploatacji siarki na środowisko naturalne zalicza się:
— zaburzenie pierwotnych stosunków wodnych w horyzoncie zarówno czwartorzędowym, jak i trzeciorzędowym pod względem ciśnienia, temperatury, kierunków przepływu i chemizmu wód;
— przekształcenie powierzchni wskutek tworzenia się niecki osiadania nad rejonami wyeksploatowanej siarki ze złoża rudy;
— skażenie powierzchni ziemi (gleby), wynikające ze specyfiki procesu na danym etapie jego rozwoju i ze zjawisk niekorzystnych towarzyszących eksploatacji;
— zubożenie zasobów wody przez pobór wody do procesu i zrzut zanieczyszczonej wody złożowej do cieków powierzchniowych;
— skażenie powietrza przez emisję siarkowodoru i pyłów siarki.
Zaburzenie pierwotnych stosunków wodnych w horyzoncie trzeciorzędowym wynika z istoty metody podziemnego wytapiania. Wprowadzenie w czasie eksploatacji gorącej wody technologicznej do złoża powoduje zaburzenia w środowisku wodnym zarówno powierzchniowym, jak i podziemnym. Jest to związane głównie z warunkami geologicznymi i hydrogeologicznymi w rejonie złoża oraz poziomem opanowania stosowanej technologii.
Przyczyną zaburzenia środowiska wodnego jest wzrost mineralizacji czwartorzędowych wód podziemnych, spowodowany represją ciśnienia złożowego i kontaktem tej warstwy
wodonośnej z silnie zmineralizowanymi wodami trzeciorzędowymi oraz z miejscowymi zanieczyszczeniami siarką i pyłami siarki warstw przypowierzchniowych na polach górniczych i w rejonie składowisk . Zanieczyszczenie horyzontu czwartorzędowego wodami warstwy trzeciorzędowej zachodzi głównie w czasie erupcji i samo wypływów
Za główną przyczynę erupcji uznano niszczenie konstrukcji otworów przez naprężenia w górotworze, towarzyszące tworzeniu się niecki osiadania. Pozostała nad uszkodzeniem otworu zmniejszona grubość nadkładu, poddana kontaktowi z wodą złożową o wysokim ciśnieniu, zostaje rozszczelniona, doprowadzając do niekontrolowanego wypływu wód na powierzchnię. Inną przyczyną erupcji może być niewystarczające uszczelnienie rur okładzinowych
na kontakcie z górotworem. Niezależnie od tego procesy tworzenia się niecki
osiadania same w sobie powodują destrukcję szczelności nadkładu, powodując zagrożenie erupcyjne.
Dodatkowo osiadanie terenu może być przyczyną niszczenia infrastruktury technicznej pól górniczych. Przy prognozowaniu wielkości i kształtu niecki osiadania brany był pod uwagę współczynnik wykorzystania zasobów (η = 0,6) oraz współczynnik osiadania a ,którego wartość dla polskich złóż siarki wynosi około 0,9.
Kolejny czynnik negatywnego oddziaływania otworowych kopalń siarki, jakim jest skażenie gleb, ma związek z operacjami technologicznymi (np. odprężanie otworów, wtórne kruszenie zestalonej na składowiskach siarki) bądź z awariami i zakłóceniami w procesie eksploatacji (np. erupcje, przelanie zbiorników siarki, awarie rurociągów wody złożowej, siarki). Jeśli chodzi o rejon otworów eksploatacyjnych, rurociągów siarkowych czy zbiornikach płynnej siarki na polach górniczych, to skażenie, jeśli wystąpiło, natychmiast było likwidowane
przez odpowiednie służby techniczne kopalń.
. Przykładem bardzo niebezpiecznego wpływu składowiska siarki na środowisko glebowe było składowisko KS „Grzybów”. Koncentracja siarki w glebie w promieniu 2 km od składowiska była tak duża, że pH wynosiło tutaj mniej niż 4, natomiast na terenie samego składowiska około 1,3. Spowodowało to daleko idące zmiany własności fizykochemicznych i biologicznych z całkowitym lub częściowym unicestwieniem życia roślin wyższych,
a także większości drobnoustrojów.
Ostatnim omawianym tutaj, lecz istotnym elementem wpływu eksploatacji otworowych kopalń siarki, jest oddziaływanie na atmosferę poprzez emisję siarkowodoru z procesu wydobywczego siarki . Oddziaływanie związane z emisją siarkowodoru w odbiorze społecznym jest istotne nie tyle ze względu na jego trujące działanie na organizmy żywe, ile ze względu na jego uciążliwość zapachową przy małych stężeniach.
Głównym źródłem emisji siarkowodoru do powietrza atmosferycznego były :
— wyloty z otworów eksploatacyjnych przy zbiornikach siarki w rejonie sterowni (separacja zanieczyszczonego powietrza z mieszaniny w procesie air liftu siarki),
— zbiorniki magazynujące płyną siarkę,
— czynne erupcje,
— zbiorniki wód złożowych na polach górniczych,
— miejsca wycieków wód trzeciorzędowych.
Występujące stężenie siarkowodoru w powietrzu w otoczeniu terenu górniczego kopalń wielokrotnie przekraczały dopuszczalne normy stężeń średniorocznych, średnio dobowych i chwilowych.
Wymienione wcześniej oddziaływania eksploatacji otworowej prowadziły do niekorzystnych zmian w środowisku, z których jako najistotniejsze należy wymienić:
— zmiany geomechaniczne związane z powstaniem licznych niecek osiadania terenu, deformowaniem powierzchni terenu przez ciężki sprzęt budowlany (koparki, spycharki, wiertnice) oraz powstaniem spękań w rejonach erupcji trzyotworowych;
— zmiany hydrologiczne, które polegają głównie na wypełnianiu wodą niecek osiadania i powstawaniu rozlewisk;
— zmiany chemiczne, czyli zanieczyszczenia gleb siarką i jej związkami, zmiana chemizmu wód złożowych, podziemnych i powierzchniowych;
— zmiany hydrobiologiczne, wzrost aktywności biologicznej w rejonach wysładzania zmineralizowanych wód złożowych;
— zmiany reżimu termicznego zarówno w złożu siarkonośnym, jak i otaczającym go masywie skalnym.
12. WPŁYW LIKWIDACJI KOPALŃ NA POWIERZCHNIĘ TERENU.
Zaprzestanie odwadniania stosuje się w przypadku likwidacji kopalni odosobnionej lub całego zagłębia górniczego. Po wyłączeniu pomp odwadniających, następuje samozatopienie wyrobisk wodami z dopływu naturalnego. Lustro wody w wyrobiskach podnosi się stopniowo aż do uzyskania równowagi hydrodynamicznej z wodami w poziomach wodonośnych w otaczającym górotworze.
Wśród najważniejszych skutków zatopienia kopalń należy wymienić: pogorszenie jakości wód w zatopionych zrobach;
wysokie zawartości siarczanów oraz metali (np. Fe, Mn, Zn, Pb);
występowanie samowypływów wód podziemnych z otworów studziennych, badawczych, szybów czy sztolni;
tworzenie się zalewisk na powierzchni osiadłego terenu, które powodują podmakanie budowli, korozję urządzeń podziemnych oraz przeobrażenia w szacie roślinnej;
powrót wód do naturalnych koryt wysuszonych cieków;
rozlewiska czy nawet powodzie spowodowane wypływem wód z koryt cieków obniżonych wskutek osiadania powierzchni terenu,
zanik lub zmniejszenie przepływu wód w ciekach sztucznie zasilanych wodami kopalnianymi;
możliwość zatopienia sąsiednich, czynnych kopalń;
wpływ na ujęcia podziemne i powierzchniowe wód w rejonie (pogor
Skutki zatopienia kopalń
Samo wypływy wód podziemnych z otworów badawczych, studni, szybów czy sztolni
tworzenie się zalewisk na powierzchni osiadłego terenu-podmakanie budowli i przeobrażenia w szacie roślinnej powrót wód do naturalnych koryt wysuszonych cieków rozlewiska czy nawet powodzie spowodowane wypływem wód z koryt cieków obniżonych wskutek osiadania powierzchni terenu zanik lub zmniejszenie przepływu wód w ciekach sztucznie zasilanych wodami kopalnianymi pogorszenie jakości wód w zatopionych wyrobiskach-„kwaśne wody kopalniane” o niskim pH, wysokich zawartościach siarczanów i metali (np. Fe, Mn, Zn, Pb)
wpływ na ujęcia podziemne i powierzchniowe wód w rejonie (pogorszenie jakości, zmiana ilości)
13. ZASADA GOSPODAROWANIA ODPADAMI WYDOBYWCZYMI.
1. Wytwórca odpadów wydobywczych jest obowiązany do stosowania takich sposobów poszukiwania, rozpoznawania, wydobywania, przeróbki i magazynowania, które zapobiegają powstawaniu odpadów wydobywczych lub pozwalają utrzymać na możliwym najniższym poziomie ich ilość, jak również ograniczają negatywne oddziaływanie na środowisko lub zagrożenie życia i zdrowia ludzi, przy uwzględnieniu najlepszych dostępnych technik, o których mowa w art. 3 pkt 10 ustawy z dnia 27 kwietnia 2001 r. - Prawo ochrony środowiska.
2. Posiadacz odpadów wydobywczych jest obowiązany do ograniczania negatywnego oddziaływania odpadów wydobywczych na środowisko, życie i zdrowie ludzi, przy uwzględnieniu najlepszych dostępnych technik, o których mowa w art. 3 pkt 10 ustawy z dnia 27 kwietnia 2001 r. - Prawo ochrony środowiska.
3. Posiadacz odpadów wydobywczych jest obowiązany w pierwszej kolejności do poddania ich odzyskowi, a jeżeli z przyczyn technologicznych jest on niemożliwy lub nie jest uzasadniony z przyczyn ekonomicznych, do ich unieszkodliwienia zgodnie z wymaganiami ochrony środowiska lub programem gospodarowania odpadami wydobywczymi, przy uwzględnieniu najlepszych dostępnych technik, o których mowa w art. 3 pkt 10 ustawy z dnia 27 kwietnia 2001 r. - Prawo ochrony środowiska.
4. Posiadacz odpadów wydobywczych jest obowiązany do przekazania odpadów wydobywczych, które z przyczyn technologicznych lub ekonomicznych nie mogą być poddane odzyskowi, do najbliżej położonych miejsc, w których mogą być poddane unieszkodliwieniu, przy uwzględnieniu najlepszych dostępnych technik, o których mowa w art. 3 pkt 10 ustawy z dnia 27 kwietnia 2001 r. - Prawo ochrony środowiska, w szczególności do obiektów unieszkodliwiania odpadów wydobywczych.
5. Jeżeli są spełnione wymagania, o których mowa w ust. 1-4, marszałek województwa może, w drodze decyzji, zezwolić na odstąpienie od wymagań określonych w przepisach ustawy w odniesieniu do:
1) składowania odpadów wydobywczych innych niż niebezpieczne, powstałych w wyniku poszukiwania kopalin, z wyłączeniem ropy naftowej, soli kamiennej,
soli potasowo-magnezowych oraz soli strontu, lub
2) składowania niezanieczyszczonej gleby i odpadów powstałych w wyniku wydobycia,
przeróbki i magazynowania torfu.
14. CO POWINIEN ZAWIERAC PROGRAM GOSPODAROWANIA ODPADAMI WYDOBYWCZYMI.
1. Program gospodarowania odpadami wydobywczymi zawiera następujące dane:
1) opis działań mających na celu zapobieganie powstawaniu odpadów wydobywczych i ograniczanie ilości wytwarzanych odpadów wydobywczych oraz ich negatywnego oddziaływania na środowisko;
2) opis działań mających na celu odzysk odpadów wydobywczych, jeżeli jest on
technologicznie i ekonomicznie uzasadniony oraz zgodny z przepisami o
ochronie środowiska;
3) ocenę ryzyka obiektu unieszkodliwiania odpadów wydobywczych;
4) klasyfikację obiektu unieszkodliwiania odpadów wydobywczych dokonaną
zgodnie z oceną ryzyka obiektu unieszkodliwiania odpadów wydobywczych;
5) wyszczególnienie rodzaju odpadów wydobywczych przewidzianych do składowania w obiekcie unieszkodliwiania odpadów wydobywczych, z uwzględnieniem charakterystyki tych odpadów;
6) określenie łącznej ilości odpadów wydobywczych przewidzianych do wytworzenia w ciągu roku;
7) opis procesów, podczas których powstają odpady wydobywcze;
8) opis procesów przeróbki odpadów wydobywczych;
9) skutki dla środowiska i zdrowia ludzi spowodowane unieszkodliwianiem odpadów
wydobywczych oraz działania zapobiegawcze, które należy podjąć w
celu zmniejszenia negatywnego oddziaływania na środowisko podczas eksploatacji obiektu unieszkodliwiania odpadów wydobywczych i po jego zamknięciu;
10) opis technologii i środków technicznych służących zapobieganiu powstawania pożarów w obiektach unieszkodliwiania odpadów wydobywczych, w których są składowane odpady zawierające części palne;
11) zakres i sposób monitoringu wyrobisk górniczych zgodnie z warunkami, o których mowa w art. 39;
12) zakres i sposób monitoringu obiektów unieszkodliwiania odpadów wydobywczych, o którym mowa w art. 27 ust. 6;
13) opis sposobu zamknięcia obiektu unieszkodliwiania odpadów wydobywczych wraz z rekultywacją terenu oraz procedurami po zamknięciu oraz monitoringu zgodnie z art. 27 ust. 6, z uwzględnieniem w szczególności:
a) ustalenia niezbędnych działań dotyczących zamknięcia obiektu unieszkodliwiania odpadów wydobywczych,
b) ustalenia działań związanych z rekultywacją terenu,
c) sprawowania nadzoru nad zrekultywowanym obiektem unieszkodliwiania
odpadów wydobywczych;
14) opis działań mających na celu zapobieganie lub zminimalizowanie pogorszenia stanu wód, oraz mających na celu zapobieganie lub minimalizację zanieczyszczenia powietrza i gleby;
15) wyniki badań terenu, na który może wywierać wpływ obiekt unieszkodliwiania
odpadów wydobywczych, w zakresie ustalenia poziomu naturalnych stężeń
substancji występujących w glebie.
2. Program gospodarowania odpadami wydobywczymi powinien zawierać dane umożliwiające organowi właściwemu ocenę osiągnięcia celu, o którym mowa w art. 8 ust. 2.
3. Jeżeli posiadacz odpadów wydobywczych prowadzi wyłącznie działalność wydobywczą
lub działalność przeróbczą, lub obiekt unieszkodliwiania odpadów wydobywczych,
program gospodarowania odpadami wydobywczymi zawiera dane, o
których mowa w ust. 1, w zakresie prowadzonej działalności.
4. Charakterystyka odpadów wydobywczych, o której mowa w ust. 1 pkt 5, obejmuje:
1) opis właściwości fizycznych i chemicznych odpadów wydobywczych;
2) wyszczególnienie rodzaju odpadów wydobywczych;
3) opis substancji chemicznych, które będą stosowane w procesie przeróbki;
4) opis metody składowania w obiekcie unieszkodliwiania odpadów wydobywczych;
5) opis systemu transportu odpadów wydobywczych.
5. Minister właściwy do spraw środowiska może określić, w drodze rozporządzenia, szczegółowy zakres charakterystyki odpadów wydobywczych oraz wymagania techniczne dotyczące charakterystyki odpadów wydobywczych, mając na względzie stateczność i chemiczną stabilność obiektu unieszkodliwiania odpadów wydobywczych oraz zapobieganie poważnym wypadkom.
15 . PODZIAŁ I RODZAJE OBIEKTÓW UNIESZKODLIWIANIA ODPADÓW..
Obiekty unieszkodliwiania odpadów wydobywczych dzieli się na:
1) obiekty unieszkodliwiania odpadów wydobywczych kategorii A, jeżeli:
a) brak działania lub niewłaściwe działanie mogłoby spowodować poważny
wypadek,
b) składowane są w nim odpady niebezpieczne,
c) składowane w nim odpady wydobywcze zawierają substancje lub preparaty
niebezpieczne;
2) pozostałe obiekty unieszkodliwiania odpadów wydobywczych.
2. Minister właściwy do spraw środowiska określi, w drodze rozporządzenia, szczegółowe kryteria klasyfikacji obiektów unieszkodliwiania odpadów wydobywczych decydujące o zaliczeniu obiektu unieszkodliwiania odpadów wydobywczych do kategorii A, kierując się wpływem obiektu unieszkodliwiania odpadów wydobywczych na środowisko oraz możliwością wystąpienia poważnego wypadku.
3. Minister właściwy do spraw środowiska może określić, w drodze rozporządzenia, normy zharmonizowane odnoszące się do metod pobierania próbek i przeprowadzania analiz niezbędnych do technicznego wykonywania niniejszej ustawy, biorąc pod uwagę przepisy prawa wspólnotowego w tym zakresie
2