1
PODSADZKA HYDRAULICZNA
Podstawowymi kryteriami decydującymi o potrzebie stosowania podsadzki w górnictwie są:
ochrona powierzchni i górotworu,
warunki stropowe,
możliwość wybierania pokładów grubych skłonnych do samozapalenia,
zmniejszenie strat eksploatacyjnych,
poprawa warunków wentylacyjnych,
zmniejszenie zagrożenia gazowego, wodnego, pożarowego i tąpaniami,
zagospodarowanie odpadów,
ochrona środowiska.
ANALIZA
STANU
TECHNOLOGII
PODSADZANIA
I
TENDENCJI
ROZWOJOWYCH
W ciągu dotychczasowej eksploatacji pokładów węgla kamiennego na terenie
Górnośląskiego Zagłębia Węglowego stosowano różne rodzaje podsadzki, poczynając od
podsadzki układanej ręcznie na podsadzce samozestalającej kończąc. Wśród podsadzek
stosowanych w kopalniach węgla kamiennego podstawowe znaczenie posiada podsadzka
hydrauliczna. Do polskiego górnictwa podsadzka ta została wprowadzona na początku XX
wieku. Ponad stuletni okres jej stosowania pozwala na dokonanie oceny wykorzystania tej
technologii likwidacji zrobów i wyrobisk górniczych. Podsadzka hydrauliczna największe
znaczenie posiadała w latach sześćdziesiątych XX wieku, kiedy udział systemów
podsadzkowych w ogólnym wydobyciu węgla przekraczał 40%. Z około 70 istniejących
wówczas kopalń węgla kamiennego prawie połowa prowadziła eksploatację z podsadzką
hydrauliczną. Obecnie udział podsadzki hydraulicznej w ogólnym wydobyciu węgla wynosi
kilka procent, a jej stosowanie ze względów ekonomicznych ogranicza się głównie do
wybierania węgla w filarach ochronnych szybów i obiektów powierzchniowych. Do kopalń
stosujących ten rodzaj podsadzki należą głównie kopalnie Katowickiego Holdingu
Węglowego.
Technologia podsadzki hydraulicznej w okresie jej stosowania podlegała stałemu
rozwojowi w zakresie infrastruktury powierzchniowej i dołowej, techniki podsadzania oraz
stosowanych materiałów podsadzkowych. Wprowadzono nowoczesne rozwiązania
pozwalające na mechanizację i automatyzację procesu wytwarzania mieszaniny
podsadzkowej oraz sterowania i kontroli jej parametrów, takie jak: podajniki i dozowniki
składników mieszaniny, gęstościomierze i przepływomierze mieszaniny, czujniki przepływu
i sygnalizatory stanów awaryjnych. Opracowano szereg konstrukcji przesuwnych tam
podsadzkowych współpracujących z obudową zmechanizowaną. Do nielicznych wad tej
podsadzki należy zaliczyć dużą ilość wody sprowadzanej na dół kopalni w procesie
podsadzania, która po oczyszczeniu w osadnikach dołowych musi być ponownie
wypompowana na powierzchnię.
2
Drugim pod względem znaczenia rodzajem podsadzki stosowanej w górnictwie węgla
kamiennego była podsadzka pneumatyczna. Ten rodzaj podsadzki bazującej głównie na
odpadach górniczych jako materiale podsadzkowym stosowany był przede wszystkim przez
kopalnie Rybnickiego Okręgu Węglowego. Jej udział w ogólnym wydobyciu węgla wynosił
kilka procent i był traktowany jako sposób zagospodarowania odpadów zwłaszcza przy
wysokich kosztach ich składowania na powierzchni. Ze względu na znacznie wyższe koszty
eksploatacji w porównaniu z eksploatacją zawałową wynikające z dużego zużycia
sprężonego powietrza i wysokich nakładów na infrastrukturę podsadzkową w latach
dziewięćdziesiątych XX wieku zrezygnowano z jej stosowania w kopalniach węgla
kamiennego. Z dotychczasowych doświadczeń jej stosowania wynika, że pozwala ona
uzyskiwanie dobrych efektów techniczno - ekonomicznych pod warunkiem zapewnienia
ciągłej dostawy materiałów podsadzkowych do podsadzarki i prawidłowego rozwiązania
organizacji procesu podsadzania zwłaszcza w ścianach z obudową zmechanizowaną.
W latach osiemdziesiątych XX wieku opracowano, a następnie wdrożono na kopalni
„Jastrzębie” technologię podsadzki samozestalającej, bazującej na własnościach wiążących
popiołów lotnych. Istotną zaletą tej podsadzki jest to, że drobnoziarnista mieszanina
podsadzkowa po zestaleniu tworzy zwarty masyw o znacznej wytrzymałości, umożliwiający
wybieranie pokładów grubych zarówno w tradycyjnej kolejności wybierania warstw, tzn. z
dołu do góry jak i w kolejności odwrotnej czyli z góry w dół. Umożliwia to wybieranie
pokładów zawierających słabe i kruche węgle trudne do utrzymania w stropie warstwy
dolnej. Dodatkową zaletą tej podsadzki jest, że proces zestalania odbywa się bez wydzielania
lub z niewielką ilością wody odciekowej, co eliminuje konieczność stosowania osadników
polowych do jej oczyszczania. Stosowanie podsadzki zestalanej wymaga opracowania takiej
receptury mieszaniny podsadzkowej, której czas zestalania będzie dostosowany do postępu
frontu eksploatacyjnego.
Obecnie
klasyczne
technologie
podsadzkowe
ustępują
stopniowo
miejsca
hydraulicznemu doszczelnianiu zrobów zawałowych mieszaninami drobnoziarnistymi w
ramach profilaktyki pożarowej.
CHARAKTERYSTYKA
SPOSOBÓW
LIKWIDACJI
ZROBÓW
PRZY
EKSPLOATACJI W FILARACH OCHRONNYCH SZYBÓW I OBIEKTÓW
POWIERZCHNIOWYCH
Charakterystyka aktualnego stanu technologii.
Podsadzka hydrauliczna to jedna z najbardziej rozpowszechnionych technologii
likwidacji zrobów i wyrobisk górniczych, stosowana w górnictwie węgla kamiennego od
ponad stu lat. Wytworzona w urządzeniach podsadzkowych na powierzchni mieszanina
materiału podsadzkowego i wody transportowana jest grawitacyjnie rurociągiem do miejsc
podsadzania na dole kopalni, w których po odsączeniu wody tworzy mechaniczną podporę
stropu. Stosowanie podsadzki hydraulicznej pozwala na minimalizację wpływów
3
prowadzonej eksploatacji na powierzchnię terenu, czyste wybieranie złoża, umożliwia
eksploatację wielowarstwową pokładów grubych, zmniejsza zagrożenia górnicze.
Podstawowym materiałem podsadzkowym w podsadzce hydraulicznej jest piasek,
charakteryzujący się dobrymi własnościami podpornościowo-wytrzymałościowymi. W
warunkach gdy względy ochrony powierzchni na to pozwalają można stosować mieszaninę
piasku i odpadów lub same odpady. Podsadzka hydrauliczna może być stosowana w
systemach krótko i długofrontowych w odmianie podłużnej i poprzecznej. Najbardziej
efektywny jest system ścianowy poprzeczny, który pozwala na szczelne podsadzenie zrobów
i łatwe grawitacyjne odprowadzenie wody z podsadzki. Aktualnie kopalnie węgla
kamiennego stosują podsadzkę hydrauliczna w ograniczonym zakresie ze względu na
znacznie wyższe koszty w porównaniu z eksploatacją zawałową. Eksploatację z podsadzką
hydrauliczną stosuje się głównie przy wybieraniu złoża w filarach ochronnych szybów i
obiektów powierzchniowych, a także przy wybieraniu grubych pokładów. Stosowanie
podsadzki hydraulicznej wymaga stworzenia infrastruktury powierzchniowej i dołowej
służącej do magazynowania składników mieszaniny, wytwarzania mieszaniny podsadzkowej
i jej transportu do miejsc podsadzania oraz odprowadzania i oczyszczania wody
podsadzkowej. Przestrzeń przewidziana do podsadzenia musi być odizolowana od innych
czynnych wyrobisk tamami podsadzkowymi. Dla prawidłowego przebiegu procesu
podsadzania niezbędne jest zabezpieczenie stałej dostawy materiałów podsadzkowych.
Mimo ponad stuletniego okresu jej stosowania jest nadal jedną z podstawowych technologii
likwidacji zrobów.
H
YDRAULICZNE DOSZCZELNIANIE ZROBÓW ZAWAŁOWYCH MIESZANINAMI
DROBNOZIARNISTYMI
Hydrauliczne doszczelnianie zrobów zawałowych mieszaninami drobnoziarnistymi to
technologia stosowana w górnictwie węgla kamiennego głównie w celu zmniejszenia
zagrożenia pożarowego. Równocześnie należy stwierdzić, że stosowanie tej technologii
może w istotny sposób zmniejszyć wpływy prowadzonej eksploatacji pod warunkiem
szczelnego wypełnienia zrobów mieszaniną drobnoziarnistą bezpośrednio z postępującym
frontem eksploatacyjnym. O ilości możliwych do ulokowania w zrobach odpadów
drobnoziarnistych oraz stopniu ich doszczelnienia decyduje szereg czynników, takich jak:
rodzaj gruzowiska zawałowego i jego porowatość, stopień zaciśnięcia zrobów i ich
dostępność, właściwości migracyjne mieszaniny doszczelniającej i sposób doszczelniania
zrobów. Do doszczelniania zrobów zawałowych wykorzystuje się drobnoziarniste odpady
przemysłowe, takie jak: popioły lotne, odpady flotacji, muły i szlamy powęglowe.
Mieszanina doszczelniająca może być wytwarzana w mieszalnikach przepływowych lub
wirnikowych, następnie transportowana grawitacyjnie do miejsc stosowania siecią
rurociągów. Mieszanina doszczelniająca rozpływając się w gruzowisku zawałowym
szczelnie wypełnia pustki w zrobach izolując je od dostępu powietrza. Technologia ta może
być stosowana w ścianach podłużnych i poprzecznych, w trakcie eksploatacji lub po jej
zakończeniu, bezpośrednio z czoła ściany, z wyrobiska przyległych lub za pomocą otworów
4
wiertniczych. Pozytywne efekty w zakresie zmniejszenia oddziaływania prowadzonej
eksploatacji zawałowej na powierzchnię można uzyskać jedynie przez szczelne wypełnienie
zrobów bezpośrednio za postępującym frontem eksploatacyjnym.
8.4. PROGNOZA PERSPEKTYWICZNYCH SPOSOBÓW LIKWIDACJI ZROBÓW
Wybieranie złoża w filarach ochronnych obwarowane jest szeregiem rygorów zwłaszcza
w zakresie minimalizacji wpływów prowadzonej eksploatacji. W związku z tym jedynym
racjonalnym sposobem wybierania jest eksploatacja z podsadzką. Spośród dostępnych
rodzajów podsadzki możliwych do zastosowania przy likwidacji zrobów w filarach szybów i
obiektów powierzchniowych najbardziej perspektywiczne to podsadzka hydrauliczna i
zestalana. Za podsadzką hydrauliczną przemawia bogate doświadczenie zdobyte na
przestrzeni ponad stuletniego okresu jej stosowania oraz istniejąca infrastruktura
podsadzkowa na wielu kopalniach. Podsadzka hydrauliczna charakteryzuje się ponadto dużą
wydajnością nieosiągalną dla innych rodzajów podsadzki, co pozwala na likwidację zrobów
o dużych objętościach w stosunkowo krótkim czasie. W kopalniach, w których brak jest
infrastruktury podsadzki hydraulicznej do likwidacji zrobów w filarach ochronnych można
zastosować podsadzkę zestalaną. Przy czym do wytwarzania podsadzki zestalanej może być
wykorzystana instalacja modułowa typu kontenerowego o wymaganej wydajności. W
przypadku krótkofrontowych systemów eksploatacji instalacja zapewni wystarczającą
wydajność podsadzania.
Do perspektywicznych sposobów likwidacji zrobów należy zaliczyć również
hydrauliczne doszczelnianie zrobów mieszaninami drobnoziarnistymi. Przy czym
zastosowanie tej technologii w filarach ochronnych wymaga szczelnego wypełnienia zrobów
bezpośrednio za frontem eksploatacyjnym. Należy bowiem pamiętać, że o stopniu
doszczelnienia zrobów zawałowych decyduje szereg czynników, do których należy zaliczyć
między innymi: porowatość gruzowiska zawałowego, dostępność zrobów i stopień ich
zaciśnięcia, własności migracyjne mieszaniny doszczelniającej, sposób doszczelniania
zrobów. Zroby dostępne z wyrobisk górniczych mogą być doszczelniane w trakcie
eksploatacji ściany lub po jej zakończeniu, bezpośrednio z czoła ściany lub z wyrobisk
przyścianowych. Zroby niedostępne z wyrobisk przyległych mogą być doszczelniane za
pomocą otworów wierconych z powierzchni lub z wyrobisk leżących nad zrobami.
***