3.2.1. Sposoby udostępnienia złoża.

W zależności od głębokości zalegania złoża, grubości nadkładu, morfologii terenu,
w jakim złoże zalega, a także wielkości przedsięwzięcia, zależnej wprost od zasobności złoża i wielkości obszaru jego zalegania, może ono być udostępnione z powierzchni ziemi za pomocą:

- szybów pionowych,

- szybów pochyłych lub upadowych,

- sztolni.

Udostępnienie szybami pionowymi stosowane jest w przypadku złóż zalegających na dużej głębokości, znacznej, dużej zasobności, obejmujących duży obszar, gdy eksploatacja odkrywkowa jest niemożliwa, a wybieranie przewidywane jest przez wiele dziesiątków lat.

Szyby pionowe posiadają najczęściej kształt kołowy, chociaż dawniej stosowane były również przekroje o innych kształtach przekroju, jak: eliptyczny, beczkowy, prostokątny, kwadratowy. Kołowy kształt przekroju zapewnia dobrą współpracę obudowy z górotworem, łatwe jego wykonanie oraz duże możliwości racjonalnego zagospodarowania przekroju szybu, w którym mieszczą się zwykle przedział klatkowy lub skipowy, przedział drabinowy, rurociągi, kable itp. (rys. 3.37a).

Rys. 37a. Tarcza szybowa.

a - szyb z jednym urządzeniem wyciągowym; b - szyb z dwoma urządzeniami wyciągowymi [??]

Zaletą szybów pionowych są ponadto:

- duże zdolności transportowe,

- niższy koszt utrzymania w porównaniu z szybami pochyłymi,

- mniejsza wielkość zasobów uwięzionych w filarach ochronnych,

- łatwiejsze technicznie warunki drążenia, zwłaszcza w przypadku konieczności pokonywania stref zawodnionych lub zaburzonych tektonicznie.

Udostępnienie szybami pionowymi może być realizowane w następujących układach szybów:

- szyb wydobywczy (wdechowy) i peryferyjny szyb pomocniczy (wentylacyjno-materiałowy),

- szyby bliźniacze zlokalizowane centralnie w konfiguracji: centralny szyb wydobywczy (wdechowy) i pomocniczy (wentylacyjno-materiałowy),

- niezależne udostępnienie dwoma szybami.

Sposób pierwszy jest często spotykany (rys. 3.38). Udostępnienie polega na wykonaniu zwykle centralnie położonego szybu wydobywczego, pełniącego również funkcję szybu wdechowego, od którego na określonych poziomach, prowadzone są wyrobiska udostępniające poziome, następnie wyrobiska przygotowawcze i wybierkowe w pokładzie, w końcu zaś wyrobiska udostępniające na poziomie wentylacyjnym i peryferyjnie położony szyb pomocniczy - materiałowo-wentylacyjny, pełniący funkcję szybu wydechowego.

Rys. 3.37. Udostępnienie szybem centralnym i peryferyjnym.

1 - szyb wydobywczy (centralny - wdechowy), 2 - szyb wentylacyjno-materiałowy (peryferyjny - wydechowy),
3 - przecznica na poziomie wydobywczym, 4 - chodnik podstawowy na poziomie wydobywczym, 5 - przecznica
na poziomie wentylacyjnym, 6 - chodnik podstawowy na poziomie wentylacyjnym, 7 - pochylnia w pokładzie.

W bardziej rozbudowanych systemach udostępnienia złoża, stosowany bywa układ szybów bliźniaczych (rys. 3.39), polegający na wykonaniu centralnie położonych dwóch szybów, z których jeden pełni funkcję szybu wentylacyjnego-wdechowego, drugi jest szybem wentylacyjnym wydechowym. Odległość pomiędzy szybami w takiej sytuacji nie może być mniejsza niż 30m. Układ taki jest stosowany zwłaszcza, gdy eksploatacja jest prowadzona na więcej niż jednym poziomie wydobywczym. Ułatwia on, bowiem przewietrzanie drugiego poziomu wydobywczego poprzez rozdzielenie i skrócenie dróg przewietrzania poziomu pierwszego i drugiego, ułatwia przewietrzanie komór przyszybowych, które muszą być przewietrzane niezależnym prądem powietrza, jak np. komora materiałów wybuchowych itp.

Rys. 3.38. Udostępnienie szybami bliźniaczymi.

1 - szyb wydobywczy (centralny - wdechowy), 2 - szyb wentylacyjno-materiałowy (centralny - wydechowy), 3 - przecznica na poziomie wydobywczym, 4 - chodnik podstawowy na poziomie wydobywczym, 5 - przecznica na poziomie wentylacyjnym,
6 - chodnik podstawowy na poziomie wentylacyjnym, 7 - pochylnia w pokładzie, 8 - komora materiałów wybuchowych.

Taka lokalizacja drugiego szybu ułatwia również transport materiałów i maszyn. Posiada to szczególne znaczenie w warunkach skoncentrowanej, w obrębie zakładu głównego gospodarki warsztatowo-magazynowej. Stąd odbywa się transport obudów zmechanizowanych, kombajnów, przenośników itp. wielkogabarytowych ładunków cechujących się ponadto dużym ciężarem. Korzystne jest wówczas wyposażenie jednego szybu o dużym przekroju poprzecznym w urządzenia wyciągowe o odpowiednim udźwigu. Warunku tego zwykle nie spełniają peryferyjne szyby wentylacyjno-materiałowe. Funkcja ich jest wówczas ograniczona przede wszystkim do odprowadzenia prądu zużytego powietrza, w znacznie mniejszym zakresie do transportu materiałów o mniejszych gabarytach oraz okazjonalnie i awaryjnie do jazdy ludzi.

W złożonych warunkach kopalń najczęściej stosowane są bardziej złożone rozwiązania. Stosuje się centralne zlokalizowane szyby bliźniacze i szyby peryferyjna (rys. 3.39).

Rys. 3.39. Udostępnienie szybami bliźniaczymi i peryferyjnym szybem wentylacyjnym w kopalni
dwupoziomowej.

1 - szyb wydobywczy (centralny - wdechowy), 2 - szyb wentylacyjno-materiałowy I (centralny - wydechowy), 3 - szyb wentylacyjno-materiałowy II (peryferyjny - wydechowy), 4 - przecznica na poziomie wydobywczym I, 5 - chodnik podstawowy na
poziomie wydobywczym I, 6 - przecznica na poziomie wentylacyjnym I, 7 - chodnik podstawowy na poziomie wentylacyjnym I,
8 - pochylnia w pokładzie na poziomie wydobywczym I, 9 - komora materiałów wybuchowych, 10 - przecznica na poziomie wydobywczym II, 11 - przecznica na poziomie wentylacyjnym II, 12 - chodnik podstawowy na poziomie wydobywczym II,
13 - chodnik podstawowy na poziomie wentylacyjnym II, 14 - pochylnia w pokładzie na poziomie wydobywczym II.

Udostępnienie niezależne szybami stosowane jest w szczególnych warunkach zalegania złoża. Dotyczy to złoża w zaleganiu, którego wyróżnić można np. dwie wyraźne wiązki pokładów, oddzielone od siebie znacznej miąższości strefą bezzasobową lub złóż dwóch różnych kopalin, zalegających na różnej głębokości, wybieranych przez ten sam zakład górniczy. Wówczas każda z wiązek pokładów lub stref zalegania odmiennych kopalin może być udostępniona w sposób niezależny szybami wydobywczymi. Udostępnienie to może być zrealizowane wcześniej opisanym układem szybów pojedynczych lub bliźniaczych.

Rys. 3.40. Udostępnienie szybami niezależnymi.

1 - szyb wydobywczy do poziomu II (centralny - wdechowy), 2 - szyb wydobywczy do poziomu I (centralny - wdechowy),
3 - szyb wentylacyjno-materiałowy do poziomu II (peryferyjny - wydechowy), 4 - szyb wentylacyjno-materiałowy do poziomu I (peryferyjny - wydechowy), 5 - przecznica na poziomie wydobywczym I, 6 - chodnik podstawowy na poziomie wydobywczym I,
7 - pochylnia w pokładzie na poziomie wydobywczym I, 8 chodnik podstawowy na poziomie wentylacyjnym I, 9 - przecznica na poziomie wentylacyjnym I, 10 - przecznica na poziomie wydobywczym II, 11 - chodnik podstawowy na poziomie wydobywczym II, 12 - pochylnia w pokładzie na poziomie wydobywczym II, 13 - przecznica na poziomie wentylacyjnym II, 14 - przecznica na poziomie wentylacyjnym II, 15 - wiązka pokładów I, 16 - wiązka pokładów II.

Za pomocą szybów pochyłych lub upadowych udostępnia się złoża zalegające
w specyficznych warunkach. Są to złoża stosunkowo płytko zalegające, zazwyczaj o ograniczonych zasobach i obszarze zalegania, a więc złoża, których czas eksploatacji jest krótki wynoszący kilka czasami kilkanaście lat. Wynika stąd, iż sposób ten jest nie tak powszechnie stosowany jak udostępnienie szybami pionowymi.

Udostępnienie szybami pionowymi najdogodniej jest stosować wówczas, gdy pokłady tworzące złoże zalegają pod dużym kątem nachylenia, są po prostu pokładami silnie nachylonymi lub stromymi. Wynika to z istoty tego sposobu udostępnienia. Szybem pochyłym, bowiem jest wyrobisko górnicze, którego nachylenie jest większe od 45⁰ i mniejsze od 90⁰. Udostępnienie polega na prowadzeniu szybu pochyłego z powierzchni pod kątem równym kątowi zalegania pokładu. Po przejściu szybem pochyłym strefy warstw budujących nadkład, dalsze jego drążenie przebiega w pokładzie. Jest, więc łatwiejsze, sprzyja osiąganiu znacznie większych postępów aniżeli w przypadku drążenia szybu pionowego w skałach płonnych. Pozyskuje się przy tym już w trakcie drążenia kopalinę użyteczną, co wpływa na zmniejszenie kosztów drążenia szybu. Zwykle, ze względu na krótszy czas użytkowania szybów pochyłych, obudowa tych wyrobisk jest mniej trwała, a więc także mniej kosztowna od obudowy szybów pionowych.

W przypadku udostępniania kilku pokładów, korzystnie jest wykonać szyb wydobywczy w pokładzie najgłębiej zalegającym, przez co unika się wyznaczania dla niego filara ochronnego. Dalsze udostępnienie złoża polega na wykonaniu na poszczególnych poziomach przecznic udostępniających kolejne pokłady, od miejsca udostępnienia zaś prowadzone są wyrobiska przygotowawcze i wybierkowe w pokładach. Po stronie prądu zużytego powietrza, można wykonać identyczny wentylacyjny szyb pochyły w ostatnim, najpłycej zalegającym pokładzie w wiązce pokładów. Szyb wentylacyjny jako płytszy od szybu wydobywczego może być również szybem pionowym.

Rys. 3.41. Udostępnienie szybem pochyłym złoża pokładowego.

1 - szyb pochyły wydobywczy (wdechowy), 2 - szyb pochyły wentylacyjno materiałowy (wydechowy), 2a - alternatywny pionowy szyb wentylacyjny (wydechowy), 3 - przecznica na poziomie wentylacyjnym, 4, 5 - przecznice na poziomach wydobywczych,
6 - udostępniane pokłady.

Rys. 3.42. Udostępnienie szybem pochyłym złoża rudnego.

1 - szyb pochyły (wydobywczy - wdechowy), 2 - przecznice na poziomach wydobywczych, 3 - złoże.

Udostępnienie upadowymi może być stosowane w podobnych warunkach zalegania złoża, jak w przypadku szybów pochyłych z tą różnicą, że nachylenia pokładu powinno być znacznie mniejsze. Upadowa jest, bowiem udostępniającym wyrobiskiem korytarzowym prowadzonym z powierzchni ziemi, którego nachylenie jest nie większe niż 45^o. Podobny natomiast jest zakres i czasokres prowadzenia projektowanej eksploatacji.

Udostępnienie złoża upadową drążoną z powierzchni ziemi polega na wykonaniu tego wyrobiska z nachyleniem zwykle większym od nachylenia zalegających pokładów, w kierunku zgodnym z tym nachyleniem lub w kierunku przeciwnym do niego. W pierwszym przypadku wyrobisku zazwyczaj nadaje się mniejsze nachylenie, a więc jego długość wypada większa. W drugim przypadku nachylenie jest zwykle większe, a więc wyrobisko jest krótsze, wcześniej osiągając pokład. Wybór wariantu rozwiązania zależy od szeregu czynników, takich jak: warunki zalegania złoża, warunki górniczo-geologiczne w miejscu drążenia upadowej, jej przeznaczenie, przewidywane do zastosowania środki transportu i odstawy itp.

Rys. 3.43. Udostępnienie upadową.

1 - upadowa wykonana z nachyleniem zgodnym z nachyleniem pokładu pod kątem identycznym jak nachylenie pokładu,
2 - upadowa wykonana z nachyleniem zgodnym z nachyleniem pokładu pod kątem innym niż nachylenie pokładu, 3 - upadowa wykonana z nachyleniem przeciwnym do nachylenia pokładu, 4, 5, 6 - wyrobiska w pokładzie, 7 - pokład.

Do niedawna w szeregu polskich kopalniach węgla stosowano ten sposób udostępnienia, niewielkich, płytko zalegających partii złoża. Wydobywany z niewielkiej głębokości węgiel oznaczał się mniejszą trwałością, ulegając szybkiemu rozpadowi. Dlatego wydobycie prowadzono zazwyczaj w partiach położonych blisko miejsc jego użytkowania jak elektrownie lub na potrzeby lokalnych społeczności, ażeby uniknąć dalekiego transportu i wielokrotnego przeładowywania. Udostępniania złoża za pomocą upadowych zaniechano z chwilą wyczerpania zasobów zalegających w warunkach dogodnych dla stosowania takiego sposobu. Nie mniej kilka kopalń nadal stosuje upadowe jako wyrobiska służące taśmowej odstawie urobku na powierzchnię. Upadowe zastępują, więc szyby wydobywcze. Są to kopalnie głębokie prowadzące wybieranie nawet na głębokości 500m i większej. Przykładem może być tutaj kopalnia „Janina”. Rozwiązanie takie posiada szereg zalet w porównaniu z szybami pionowymi, jak: ciągłość odstawy urobku, możliwość pełnej automatyzacji tego procesu, aż do ograniczenia ingerencji człowieka tylko do funkcji kontrolnych, łatwiejsza wymiana i naprawa urządzeń odstawczych itp. Pewne znaczenie ma tutaj także doświadczenie kopalni w stosowaniu tego rodzaju odstawy i niższe koszty kontynuacji rozbudowy istniejącego układu od budowy nowego szybu lub przebudowy istniejącego. Nie brak jednak także przykładów budowy, nawet w starych kopalniach, od nowa udostępnienia za pomocą upadowych z powierzchni, służących do odstawy urobku.

Sztolnia jest poziomym, korytarzowym wyrobiskiem udostępniającym prowadzonym
z powierzchni ziemi w kierunku złoża. Posiada ona niewielkie nachylenie w kierunku wylotu dla zapewnienia grawitacyjnego odprowadzenia wody z kopalni i ułatwienia odstawy urobku. Z przytoczonego określenia sztolni wynikają warunki, jakie muszą być spełnione, ażeby udostępnienie tym wyrobiskiem złoża było możliwe. Skoro jest to wyrobisko poziome prowadzone z powierzchni ziemi, wobec tego możliwe jest jedynie udostępnienie złoża zalegającego
w terenie górzystym, gdzie sztolnia może być wykonana w zboczu góry. Jest to istotne ograniczenie możliwości stosowanie tego typu udostępnienia. Udostępniona zostanie tym sposobem część złoża, zalegająca powyżej sztolni. Od strony prądy zużytego powietrza złoże może być udostępnione wyżej na stoku położoną sztolnią wentylacyjną. Możliwe jest też zastosowanie pionowego lub pochyłego szybu wentylacyjnego.

Rys. 3.44. Udostępnienie sztolnią.

1 - sztolnia wydobywcza, 2 - sztolnia wentylacyjna, 3 - alternatywny szyb wentylacyjny, 4 - chodnik podstawowy na poziomie wydobywczym I, 5 - pochylnia w pokładzie, 6 - chodnik podstawowy na poziomie wentylacyjnym, 7 - upadowa do II poziomu wydobywczego położonego poniżej sztolni wydobywczej, 8 - alternatywne udostępnienie II poziomu wydobywczego za pomocą szybiku, 9 - przecznica na poziomie wydobywczym II, 10 - chodnik podstawowy na poziomie wydobywczym II.

Udostępnienie złoża za pomocą sztolni posiada szereg zalet. Najistotniejsze z nich to:

- prostota i łatwość wykonania udostępnienia, które polega na wydrążeniu poziomego wyrobiska korytarzowego w nieskomplikowanej i umiarkowanie kosztownej obudowie chodnikowej,

- prosta i łatwa odstawa urobku i transport materiałów bez konieczności stosowania kosztownego transportu pionowego,

- grawitacyjne odprowadzenie wody z kopalni nie wymaga budowy drogich i skomplikowanych systemów oczyszczania wody pod ziemią i jej pompowania,

- łatwe i niekosztowne przewietrzanie wyrobisk w trakcie wykonywania udostępnienia,

- łatwe dojście załogi do miejsc pracy.

Wybranie części złoża zalegającego poniżej najniżej położonej sztolni wymaga zastosowania upadowej lub szybiku wykonanego z sztolni. Traci się jednak wówczas podstawowe walory udostępnienia złoża za pomocą sztolni.

3.2. Udostępnienie złóż kopalin.

Część złoża, eksploatowaną przez kopalnię wyznacza obszar górniczy kopalni. Zgodnie z zapisem § 6 pkt 8 ustawy Prawo geologiczne i górnicze [99], obszarem górniczym jest przestrzeń w granicach, której przedsiębiorca jest uprawniony do wydobywania kopaliny objętej koncesją. Obszar górniczy, jak stanowi art. 51 [99] wyznacza się dla każdej kopaliny, chociażby złoża różnych kopalin występowały w bezpośrednim sąsiedztwie. Podstawę wyznaczenia obszaru górniczego stanowi dokumentacja geologiczna i projekt zagospodarowania złoża. Ponadto funkcjonuje pojęcie terenu górniczego zdefiniowane w art. 6 pkt 9 [99]. Jest to przestrzeń objęta przewidywanymi szkodliwymi wpływami robót górniczych zakładu górniczego. Jest to z natury rzeczy obszar większy od obszaru górniczego, powiększony
o zakres oddziaływania eksploatacji górniczej prowadzonej przez daną kopalnię.

W ramach obszaru górniczego przedsiębiorca górniczy, czyli kopalnia, uzyskuje prawo wydobywania określonej kopaliny użytecznej przez określony czas, co jest zapisane
w udzielonej przez ministra właściwego do spraw środowiska koncesji na eksploatację złoża. Koncesja jest wyrazem uprawnień Skarbu Państwa do korzystania ze złóż kopalin oraz rozporządzania tym prawem poprzez ustanowienie użytkowania górniczego. Złoża kopalin, bowiem, nie stanowiące części składowych nieruchomości gruntowej; są własnością Skarbu Państwa.

Ustanowienie użytkowania górniczego następuje w drodze umowy za wynagrodzeniem (art. 10 [99]). Udzielenie koncesji zobowiązuje przedsiębiorcę do wnoszenia opłaty eksploatacyjnej. Jest ona wyliczana jako iloczyn stawki opłaty eksploatacyjnej i wielkości wydobycia w danym roku. Wysokość górnej i dolnej granicy stawki eksploatacyjnej określa minister właściwy do spraw środowiska. Wysokość opłat eksploatacyjnych jest zróżnicowana w zależności od rodzaju kopaliny i dla przykładu według stanu na 27.07.2001r wynosi:

- węgiel kamienny 0,77 do 3,87zł/t,

- węgiel brunatny 0,43 do 2,14zł/t,

- ruda miedzi 0,75 do 3,76zł/t,

- rudy cynkowo-ołowiowe 0,84 do 4,21zł/t

- ruda złota 0,1 do 0,51zł/g Au (w rudzie),

- ropa naftowa 10,98 do 54,90zł/t

- gaz ziemny wysokometanowy 2,08 do 10,40zł/tyś m³,

- sól kamienna 0,42 do 2,08zł/t NaCl,

- kamienie ozdobne i półszlachetne 2,70 do 13,54zł/kg,

- marmury 1,01 do 5,07zł/t,

- piaski i żwiry 0,15 do 0,77zł/t,

- wody lecznicze 0,69 do 3,44zł/m³.

Opłata eksploatacyjna stanowi w 60% dochód gminy, na terenie której odbywa się eksploatacja oraz w 40% dochód Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Sprawy te są uregulowane w dziale IV ustawy Prawo geologiczne i górnicze [99].

11

---