Iniekcja jako metoda kontroli migracji zanieczyszczeń
z podziemnych składowisk odpadów
Składowanie odpadów pod powierzchnią ziemi, w zamykanych kopalniach jest w obecnych czasach jedną z najlepszych form gromadzenia zanieczyszczeń i ich izolowania od środowiska naturalnego. Podziemne składowiska pomimo swoich zalet stwarzają również pewne zagrożenia i niedogodności związane ze zdeponowaniem odpadów pod powierzchnią. Jedną z wad jest fakt, iż raz złożone w nieczynnych wyrobiskach zanieczyszczenia nie mogą być ponownie przetransportowane na powierzchnię zatem górotwór, w którym się znajdują powinien mieć jak najlepsze właściwości izolacyjne, które sprawią, iż nie będzie następowała migracja zanieczyszczeń poza miejsce ich składowania.
Cel i zakres zabezpieczenia wyrobisk górniczych przed zagrożeniem wodnym wynika z rozpoznania warunków hydrogeologicznych górotworu oraz planu robót górniczych. Założenia górnicze powalają na sprecyzowanie parametrów technicznych projektowanego zabezpieczenia, to jest jego przeznaczenia i charakteru, wymaganej wytrzymałości, szczelności, trwałości itp.
Ochrona użytkowych wód podziemnych i gospodarka odpadami, zwłaszcza w silnie zurbanizowanych rejonach, jest jednym z najważniejszych zadań w ochronie środowiska.
W działalności górniczej odpady najczęściej wykorzystywane są na powierzchni w procesach rekultywacji terenu lub składowane w pustkach poeksploatacyjnych kopalń w ramach przemysłowego ich wykorzystania. Podsadzone w taki sposób wyrobiska górnicze można traktować jako podziemne składowiska odpadów, zwłaszcza w przypadku gdy z ulokowanych odpadów mogą uwalniać się zanieczyszczenia. Składowisko podziemne ma szereg zalet w porównaniu ze składowiskiem na powierzchni ziemi (trwałe odizolowanie odpadów, ograniczenie szkodliwego oddziaływania odpadów itp.). Tematyka lokowania odpadów w wyrobiskach podziemnych jest szczególnie aktualna w warunkach restrukturyzacji górnictwa (likwidacja kopalń, rejonów, pól eksploatacyjnych), które daje nowe możliwości zagospodarowania znacznych ilości odpadów do wypełniania pustek poeksploatacyjnych czy likwidacji wyrobisk. Lokowanie popiołów lotnych w ramach różnych technologii górniczych (podsadzka samozestalająca, doszczelnianie zrobów zawałowych, pasy podsadzkowe, likwidacja zbędnych wyrobisk) jest powszechnie praktykowane w górnictwie węglowym.
Pamiętać jednak należy o wadach takiej działalności, do których należą:
— nieodwracalność procesu lokowania odpadów pod ziemią;
— brak możliwości kontroli procesów zachodzących w składowisku;
— możliwość zanieczyszczenia wód podziemnych.
Wymienione wyżej wady składowisk wymagają przeprowadzenia analizy i identyfikacji zjawisk zachodzących w składowisku zarówno w momencie składowania, jak i wiele lat po jego zakończeniu. W pierwszej kolejności należy przeanalizować warunki przepływu wód w rejonie składowiska, a następnie procesy wpływające na możliwość migracji zanieczyszczeń. Analiza taka jest niezbędna do prawidłowej oceny zagrożeń ze strony składowanych odpadów.
Budowa modelu hydrogeologicznego tak dużego obszaru jak obszar górniczy kopalni poprzedzona musi być przestudiowaniem materiałów źródłowych (dokumentacji mierniczo-geologicznej, PZZ itp.), gdyż od ilości informacji zebranych na tym etapie budowy modelu zależy wiarygodność modelu. Konieczne jest również przeanalizowanie wszelkich prawdopodobnych dróg filtracji i ocena, jak duży wpływ na warunki przepływu mają ewentualne pustki poeksploatacyjne lub/i czy zostały one w wystarczającym stopniu doszczelnione. Wyniki tych analiz warunkują możliwość przyjęcia filtracyjnego modelu przepływu lub wykazują konieczność analizy przepływów burzliwych. Kolejnym krokiem w ocenie możliwości wykorzystania modelowania jest przeprowadzenie generalizacji budowy geologicznej oraz przyjęcie warunków brzegowych i podział analizowanego obszaru na elementarne bloki obliczeniowe (dyskretyzacja modelu). W oparciu o zgromadzone dane możliwa jest budowa modelu matematycznego i przeprowadzenie kalibracji, czyli porównanie otrzymywanych wyników z danymi uzyskanymi z dokumentacji mierniczo - geologicznej. Wartości początkowe (np. współczynniki filtracji) przyjęte w modelu koryguje się do czasu, kiedy wyniki modelowania w jak największym stopniu odpowiadają rzeczywistym wartościom uzyskiwanym w kopalni (np. wielkości dopływów na poziom eksploatacyjny). Na skalibrowanym modelu hydrogeologicznym można następnie modelować przepływ migrujących zanieczyszczeń. Na wiarygodność modelu zasadniczo wpływa liczba danych, na podstawie których przeprowadzona została schematyzacja i wykonany model. Modelowanie hydrogeologiczne górotworu naruszonego działalnością górniczą, w którym zasadnicze znaczenie dla warunków przepływu wód mogą mieć uprzywilejowane drogi filtracji, takie jak wyrobiska korytarzowe, niedoszczelnione zroby poeksploatacyjne itp., stanowi szczególnie trudne zadanie.
Podstawową metodę zabezpieczania górotworu przed migracją zanieczyszczeń i usuwanie tych zagrożeń jest stosowanie od wewnątrz iniekcji. Metoda ta polega na wtłoczeniu pod ciśnieniem substancji uszczelniającej przez układ nawierconych otworów. Podczas iniekcji uszczelnianie są nie tylko przecieki widoczne gołym okiem ale również następuje wypełnienie drobnych rys i porów.
Oprócz właściwego doboru środków wiążących decydujący wpływ na skuteczność stabilizowania górotworu ma dobór odpowiednich technologii iniekcji dostosowanych do własności hydrogeologicznych wzmacnianych skał. Inne metody nadają się do uszczelniania i wzmacniania skał luźnych, inne do skał o bardzo małej przepuszczalności. Inne metody i ciśnienia iniekcji należy stosować przy wprowadzaniu środków wiążących porowate skały luźne, inne w skały zwięzłe. Stąd też równocześnie z rozwojem środków do stabilizacji skał rozwijały się również metody iniekcji. Metody te dzieli się na:
klasyczną,
ciśnieniową,
strumieniowo - ciśnieniową,
elektrochemiczną.
Do iniekcji wzmacniająco - uszczelniającej z dużym powodzeniem mogą być stosowane tworzywa sztuczne, w tym żywice poliuretanowe. Spieniony poliuretan charakteryzuje się bowiem dobrymi własnościami klejącymi, a zarazem wysoką wytrzymałością na rozciąganie, ściskanie i zginanie. Własności te gwarantują dobre sklejanie i wzmacnianie skał lub węgla. Powiększanie objętości pozwala na wypełnianie rys i pęknięć. Uzyskuje się więc większą szczelność górotworu.
Specjaliści niemieccy, którzy od kilkunastu lat prowadzą badania nad iniekcją poliuretanów określili główne kierunki ich zastosowań w górnictwie:
wzmacnianie i uszczelnianie partii wodonośnych,
uszczelnianie szybów i chodników przeciw wypływowi gazu i wody,
wzmacnianie i stabilizacja górotworu wokół wyrobisk komorowych,
wzmacnianie i stabilizacja górotworu podczas budowy tam izolacyjnych.
W przypadku każdego z wymienionych zastosowań i w zależności od rodzaju użytego poliuretanu, musi być opracowana technologia iniekcji z uwzględnieniem:
celu prowadzenia iniekcji,
własności środka iniekcyjnego,
warunków górniczo - geologicznych i ruchowych w miejscu prowadzenia robót,
własności fizykomechanicznych górotworu.
Można zatem stwierdzić, iż stosowanie iniekcji stanowi doskonałą metodę kontroli nad migracji zanieczyszczeń z podziemnych składowisk odpadów. Dzięki tej metodzie uszczelniania górotworu, deponowanie substancji niebezpiecznych w nieczynnych kopalniach nie stanowi już tak dużego zagrożenia dla środowiska naturalnego, ujęć wody podziemnej itp.
Literatura:
M. Pozzi, T. Mzyk, Górnictwo i Geoinżynieria, Zeszyt 3/1, 2007, „Ocena wpływu na środowisko odpadów ulokowanych w wyrobiskach podziemnych kopalń w świetle modelowania hydrogeochemicznego”
S. Prusek, S. Stałęga, D. Stochel, Prace Naukowe Głównego Instytutu Górnictwa, nr 863, „Metody i środki przeznaczone do uszczelniania i wzmacniania górotworu oraz obudowy wyrobisk”
M. Rogoż, Główny Instytut Górnictwa, Katowice 2004, „Hydrogeologia kopalniana z podstawami hydrogeologii ogólnej”