Wykład 3. Górnictwo i jego wpływ na środowisko
Górnictwo Górnictwo
i jego wpływ na środowisko
Górnictwo odkrywkowe Górnictwo podziemne
Wykład 3
Poziom podstawowy
Wykład 3. Górnictwo i jego wpływ na środowisko Wykład 3. Górnictwo i jego wpływ na środowisko
Jak postaje węgiel i ropa naftowa? Jak postaje węgiel ?  kilka faktów
- zawierają sprasowane i zachowane w różnym stopniu szczątki roślin lądowych,
- składają się ze szczątków organicznych, które przeszły przez stadium torfu.
- powstaje w procesie uwęglania (karbonizacji) - przeobrażeniom w wyniku
wzrostu ciśnienia i temperatury,
- torf -lignit - węgiel brunatny - węgiel kamienny -antracyt
Powstawanie węgla i ropy naftowej
Wykład 3. Górnictwo i jego wpływ na środowisko
1. Górnictwo odkrywkowe
Wartość opałowa to ilość energii uzyskiwana z kilograma paliwa stałego. (MJ/kg)
Np.
węgiel kamienny - orzech 24 28,
węgiel brunatny 7,5-21,
Najstarszy i obecnie również najbardziej opłacalnym sposób
drewno opałowe suche 16-19,
pozyskiwania surowców.
słoma zbożowa sucha 14-15.
Spośród wydobywanych w Polsce surowców kopalnych ponad
dwie trzecie wydobywanych jest metodą odkrywkową.
Metodą odkrywkową w Polsce eksploatuje się głównie:
węgiel brunatny,
siarkę,
surowce skalne,
Wzrost uwęglenia prowadzi do:
kruszywa naturalne,
- ubytku wody, - wzrostu gęstości,- wzrostu wartości opałowej.
torf i inne.
1
Główne zasoby w. brunatnego występują na obszarze Niżu Polskiego.
Złoża w. brunatnego dzieli się na dwie grupy morfologiczne:
1. Złoża pokładowe  występują na dużych obszarach, tworzą często
. Złoża pokładowe
warstwy o mało zróżnicowanej miąższości (w płd.-zach. Polsce).
Trzcianka
Nakło
2. Złoża soczewowe  różnych rozmiarów, przypominające kształtem
2. Złoża soczewowe
Mosina
Cybinka Konin
soczewki, należy do nich większość złóż w Polsce (np. Konin)
Gostyń
Gubin
Bełchatów
Turów
Legnica
" Przy eksploatacji węgla brunatnego najważniejszy jest stosunek
osadnictwo szata roślinna
miąższości materiału zalegającego nad złożem (tzw. nadkładu),
do grubości złoża węgla.
wody
" Przy obecnie stosowanej technologii stosunek ten nie powinien
przekraczać 10.
" Głębokość zalegania węgla nie powinna przekraczać 230 m.
nadkład
poziom wody podziemnej
" W istniejących polskich kopalniach stosunek ten przeważnie
węgiel brunatny
wynosi: 3-6.
" Wydobycie 1 tony węgla wymaga usunięcia kilku m3 nadkładu.
Przebieg eksploatacji
studnie odwadniające
spadek poziomu wody
Etap 1. Wysiedlanie ludności, usuwanie roślinności.
Etap 2. Odwadnianie terenu przed eksploatacją i w czasie całego
okresu  życia kopalni.
" Odwadnianie poprzedza eksploatację o 1-2 lata.
" Woda zbierająca się w studniach jest odprowadzana do
rowów odpływowych.
2
zwałowisko zewnętrzne tarasy
wyrobisko
Etap 3. Rozpoczęcie eksploatacji  tzw. wykop otwierający, w
miejscu płytkiego zalegania węgla, aby szybko zacząć wydobycie.
Koparki i inne maszyny pracują na tzw. stopniach, czyli poziomach
Wydajność koparek  ponad 5000 m3 na godzinę.
pracy, których liczba zależy od miąższości nadkładu.
Etap 4. Materiał ziemny transportowany jest (taśmociągami) poza Dlatego odkrywka ma zwykle wygląd tarasowy
obszar złoża na tzw. zwałowisko zewnętrzne.
Etap 5. Po odkryciu złoża  eksploatacja właściwa węgla.
zwałowisko zewnętrzne
zwałowisko zewnętrzne zagłębienie
zwałowisko wewnętrzne poeksploatacyjne
sztuczny zbiornik
wyrobisko
wodny
kierunek wydobycia
Etap 6. Po kilku latach rozpoczyna się zasypywanie odkrywki w
miejscu gdzie wybrano węgiel  powstaje zwałowisko wewnętrzne.
Do zasypywanie służy jednak nadkład znad części złoża, które
Etap 7. Po eksploatacji pozostaje wyrobisko końcowe w postaci
właśnie jest eksploatowane (czyli nadal pozostaje zwałowisko
zagłębienia poeksploatacyjnego.
zewnętrzne).
Wykład 3. Górnictwo i jego wpływ na środowisko
Miąższość nadkładu 30-200m
Miąższość węgla brunatnego
kilka-kilkadziesiąt metrów
Proporcja nadkładu i pokładu węgla brunatnego w Polsce
3
Wykład 3. Górnictwo i jego wpływ na środowisko Wykład 3. Górnictwo i jego wpływ na środowisko
1. Prace udostępniające:
Eksploatacja węgla brunatnego
a) wysiedlanie ludności,
i przykłady wpływu na środowisko
b) wycinanie lasów i zabór gruntów rolnych,
c) odwodnienie nadkładu, co powoduje zakłócenie stosunków
hydrologicznych:
- likwidacja istniejących cieków,
- zmiana koryt rzek,
- budowa sztucznych rowów i kanałów,
- budowa nowych zbiorników wodnych.
Wykład 3. Górnictwo i jego wpływ na środowisko Wykład 3. Górnictwo i jego wpływ na środowisko
2. Eksploatacja: 3. Infrastruktura kopalni  znaczne powierzchnie zajmują np.:
- taśmociągi,
a) usuwanie nadkładu (kilka lat)  powstawanie deformacji
terenu w postaci zwałowisk zewnętrznych i wewnętrznych,
- linie energetyczne i kolejowe,
b) zniszczenie warstwy gleby,
- instalacje odwadniające.
c) konieczność ciągłego odwadniania  powstanie leja
depresyjnego w utworach trzeciorzędowych i
czwartorzędowych.
Wykład 3. Górnictwo i jego wpływ na środowisko
Np. KWB Konin
Eksploatację na szeroką skalę rozpoczęto w 1953 roku.
4. Zużycie wydobytego węgla.
Miąższość nadkładu: 30-70 m.
Ze względów ekonomicznych (koszty transportu węgla) w
W czasie eksploatacji trzeba cały czas odwadniać nadkład i poziom
sąsiedztwie kopalni często funkcjonują elektrownie, odziaływujące
węglowy.
na środowisko przede wszystkim poprzez:
Efektem tego jest lej depresyjny:
- zanieczyszczenia atmosfery (gazy i pyły),
- w poziomie trzeciorzędowym (w obrębie wszystkich odkrywek)
260 km2,
- zanieczyszczenia gleby (głównie pył),
- w poziomie czwartorzędowym  nie przekracza odległości 200-
- zanieczyszczenia chemiczne i termiczne wód,
600 m od krawędzi odkrywki.
4
Do charakterystycznych cech naszego górnictwa odkrywkowego XX
Rocznie kopalnia wypompowuje ok. 96 mln m3 wody.
wieku należy zaliczyć:
Na 1 tonę wydobytego węgla przypada 8 m3 (ton) wody.
1. Podejmowanie i rozszerzenie eksploatacji na cały kraj, co istotnie
zmieniło zasięg wpływów na poszczególne elementy środowiska.
Roczne wydobycie węgla: 13-13,5 mln ton.
2. Powstanie wielu nowych, często dużych okręgów górniczo-
Rocznie zdejmuje się 74 mln ton nadkładu.
przemysłowych (górniczo-energetycznych, górniczo-cementowo-
wapienniczych), w których na środowisko silniej wpływa przemysł
Z wydobytego węgla korzystają duże elektrownie  Konin i
bazujący na surowcach dostarczanych przez górnictwo, aniżeli samo
Pątnów
górnictwo, lecz ustalenie wpływów jest trudne wskutek nakładania się
tego oddziaływania.
3. Zwiększanie głębokości eksploatacji odkrywkowej.
4. W ostatnich latach do cech naszego górnictwa odkrywkowego
należy zaliczyć zamykanie wielu jednostek z przyczyn
ekonomicznych, przy nadal istniejących zasobach. Nie wyklucza to w
przyszłości powrotu do eksploatacji.
Po zakończeniu działalności odkrywki lub całej kopalni musi być Rekultywacja:
podjęta
- techniczna,
rekultywacja. - biologiczna.
Jest to przywrócenie gruntom zdegradowanym wartości użytkowych
lub przyrodniczych przez: Techniczna - prawidłowe usypanie form ziemnych - wyrównanie
wierzchowin i wyprofilowanie stoków, które potem obejmie r.
biologiczna.
Biologiczna - jej celem jest wytworzenie warstwy gleby sposobami
stosowanymi w rolnictwie (uprawa mechaniczna, nawożenie,
wprowadzanie roślin próchnicotwórczych - głównie motylkowych i
traw).
Kierunki rekultywacji:
- właściwe ukształtowanie rzez
by terenu,
Zwałowisko wewnętrzne Zwałowisko zewnętrzne
- rolny,
- poprawienie właściwości fizycznych i chemicznych,
- leśny,
- uregulowanie stosunków wodnych,
- wodny,
- odtworzenie gleb,
- komunalny,
- umocnienie skarp,
- rekreacyjny,
- odbudowanie lub zbudowanie niezbędnych dróg.
- inne.
 Pole  Las
 Pole  Las
5
2. Górnictwo podziemne
Ad. 1. Deformacje na skutek osiadania terenu.
Główne skutki eksploatacji węgla kamiennego
- deformacje powierzchni ciągłe,
1. Deformacje na skutek osiadania terenu.
- deformacje powierzchni nieciągłe.
2. Deformacje na powierzchni terenu (hałdy).
3. Zaburzenia hydrologiczne.
Deformacje ciągłe charakteryzują się łagodnymi obniżeniami terenu nad
polem eksploatacyjnym i wokół niego w formie tzw. niecek osiadań nad
4. Chemiczne zanieczyszczenie wód.
terenami eksploatacji górniczej.
5. Pożary
Deformacje nieciągłe  mogą występować na małej przestrzeni w postaci
zapadlisk terenowych, lejów, rowów, szczelin, progów itp.
Są niebezpieczne, ujawniają się szybko
Np.
Ad. 2. Deformacje na powierzchni terenu (hałdy).
W skutek eksploatacji węgla pod Katowicami, południowa część
miasta obniżyła się o 3 m, śródmieście o 1 m.
W czasie wydobycia i segregacji węgla kamiennego powstają
Bytom w niektórych miejscach osiadł o 5-6 m.
odpady.
Osiadanie terenu powoduje uszkodzenia korzeni roślin.
6
Ad. 3. Zaburzenia hydrologiczne Ad. 4. Chemiczne zanieczyszczenie wód
Działanie kopalni podziemnych wymaga również ciągłego
Problemy hydrologiczne należy rozpatrywać w dwóch skalach:
odwadniania.
Wody kopalniane są bardzo zasolone!
- w mniejszej skali  tworzą się lokalne zalewiska i mokradła
w mniejszej skali
(często z zasoloną wodą) w powstałych wcześniej zagłębieniach
terenu.
- w dużej skali  obniżenie wód gruntowych na skutek
w dużej skali
odpompowywania wód poza obręb pola górniczego.
Przykłady udokumentowanych pożarów podziemnych:
Ad. 5. Pożary węgla
Bardziej spektakularne niż zapadanie się starych wyrobisk, są
" W 1961 roku zapalił się węgiel w kopalni Centralia w Pensylwanii
pożary podziemne.
- wydano miliony dolarów na ugaszenie, ale pożar trwa do dziś.
" Pożar objął tereny pod pobliskim miastem, co spowodowało
Cechy pożaru podziemnego:
Cechy pożaru podziemnego:
konieczność przesiedlenia części mieszkańców.
- jest następstwem wypadku lub samozapłonu,
- może trwać latami i rozprzestrzeniać się na dużym obszarze,
" We wschodnich Indiach pożar w jednej z kopalni trwa
- jest bardzo trudny do ugaszenia,
nieprzerwanie od 1916 roku.
- powoduje zapadanie się gruntu oraz emisję szkodliwych gazów.
" Szacuje się, że w tym kraju z powodu pożarów w XX wieku spłonął
1 mld ton węgla. (roczne wydobycie w Polsce wszystkich węgli to
ok.. 150 mln ton).
Pozyskiwanie soli przez ługowanie
Urabianie hydrauliczne i ługowanie
zasobów kopalnych
7
Pozyskiwanie siarki przez ługowanie Pozyskiwanie metali przez ługowanie
Pozyskiwanie surowców przez ługowanie powoduje podobne szkody
Pozyskiwanie metali przez ługowanie po wydobyciu rudy
jak pozostałe rodzaje górnictwa.
Szczególną uwagę zwraca jednak duża ilość zanieczyszczonych wód.
Obecnie uważa się, że bardziej groz
ne (przynajmniej w najbliższym
czasie) będzie wyczerpywanie zasobów odnawialnych.
Perspektywy wyczerpania
Poważnym zagrożeniem milionów ludzi jest niedostatek drewna
głównych surowców kopalnych
opałowego (np. w Afryce), czystej wody oraz żywności
(szczególnie zmniejszają się połowy ryb).
Znacznie większym problemem niż wyczerpywanie się surowców
jest pogorszenie jakości środowiska, spowodowane przede
wszystkim jego zanieczyszczeniem, co prowadzi do zagrożenia
zdrowia, a często życia ludzi.
8
Liczba lat na jakie powinno wystarczyć zasobów niektórych Z historii wykorzystania zasobów wiadomo, że brak jakiegoś
surowców nieodnawialnych (według pesymistycznych prognoz): surowca wzmaga poszukiwania nowych z
ródeł zaspokojenia
potrzeb.
- ropa naftowa  kilkadziesiąt lat,
- gaz ziemny  200 lat,
" Niemcom brakowało w czasie II wojny ropy naftowej.
- węgiel kamienny  3000 lat.
" Wojna o roponośne tereny Afryki, czy Kaukazu nie powiodła się
" Zaczęto stosować więc... holzgas.
Gaz drzewny składa się przede wszystkim z tlenku węgla i wodoru.
Jest to palny gaz, powstały wskutek niepełnego spalania paliwa
zawierającego pierwiastek węgiel.
" Gaz drzewny powstaje z drewna, a więc paliwa odnawialnego.
" Tlenki siarki  również można przyjąć, że ich emisja jest znikoma
w porównaniu z emisją będącą skutkiem spalania np. węgla.
" Jest paliwem niemal bezemisyjnym:
Drewno nie zawiera bowiem prawie wcale tego pierwiastka.
- mała emisja dwutlenku węgla,
" Również emisja pyłów jest pomijalnie mała.
Gaz przed spaleniem oczyszczany jest z cząstek stałych.
" Tlenki azotu emitowane są w mniejszej ilości niż w przypadku
zasilania silnika benzyną czy olejem napędowym, ponieważ gaz
drzewny ma mniejszą wartość opałową (kaloryczność), a więc w
komorze spalania silnika osiągane są mniejsze temperatury (co
skutkuje niższą zawartością tlenków azotu w spalinach).
9
Jedną z koncepcji rozwoju energetyki w kraju jest zwiększenie Zasoby kopalin w Polsce (2003 r.)
zużycia gazu ziemnego.
Zalety gazu ziemnego:
Zasoby geologiczne złoża (bilansowe i pozabilansowe) - całkowita
- znacznie większe zasoby niż ropy naftowej,
ilość kopaliny lub kopalin w granicach złoża.
- bardzo czyste z
ródło energii (praktycznie bez zanieczyszczeń).
Zasoby bilansowe - zasoby złoża lub jego części, którego
Wady:
cechy naturalne określone przez kryteria bilansowości oraz
- konieczność importu,
warunki występowania umożliwiają podejmowanie jego
- konieczność budowy specjalnych urządzeń magazynujących
eksploatacji.
(najczęściej pod ziemią), co wpływa niekorzystnie na środowisko
Zasoby pozabilansowe - zasoby złoża lub jego części,
lokalne.
którego cechy naturalne lub warunki występowania powodują, iż
jego eksploatacja nie jest możliwa obecnie, ale przewiduje się, że
będzie możliwa w przyszłości w wyniku postępu technicznego,
zmian gospodarczych itp.
Zasoby ważniejszych kopalin (2003 rok)
Zasoby bilansowe
Eksploatacja surowców skalnych i
Wydobycie
Kopaliny
[mln ton]
jej wpływ na środowisko
Ropa naftowa 15,2 0,8
152,6 4,9
Gaz ziemny [mld m3]
Mówiąc o szkodach górniczych w Polsce mamy zwykle na myśli
13 685,0 60,9
Węgiel brun.
eksploatację węgla,
ale eksploatacja surowców skalnych jest bardzo ważną i szeroko
43 122,1 97,3
Węgiel kam.
rozpowszechnioną działalnością górniczą, bo jest
zapotrzebowanie na surowiec budowlany.
Rudy miedzi 2 340,7 25,7
Sól kamienna 80 224,1 3,2
Kruszywo naturalne 14 525,3 79,0
10