TEMAT: SPOSOBY LIKWIDACJI WYROBISK GÓRNICZYCH GIG4
WSTĘP
Szyby kopalniane należą do najważniejszych wyrobisk udostępniających nagromadzone w skorupie ziemskiej złoża kopalin użytecznych.
Zbędne szyby i wyrobiska przy szybowe należy likwidować ze względu na zagrożenia dla czynnych wyrobisk górniczych, bezpieczeństwo publiczne, ochronę powierzchni terenu i znajdujących się na niej budowli i urządzeń, wód powierzchniowych, gruntowych i głębinowych, ochronę zadrzewienia i upraw roślinnych.
Przez likwidację szybu należy rozumieć:
- wypełnienie rury szybowej i wyrobisk przy szybowych materiałem niepalnym i trwałe zabezpieczenie zrębu szybu płytą żelbetową,
-zatopienie szybu po jego odizolowaniu tamami wodnymi od reszty dołowych wyrobisk kopalni i umieszczenie płyty żelbetowej na jego zrębie,
-w szczególnych przypadkach w szybach, których wypełnienie jest ze względów technicznych i ekonomicznych nieuzasadnione, wykonanie jedynie trwałego zabezpieczenia zrębu szybu płyta, żelbetową. W warunkach polskich zagłębi węglowych, głównie ze względów bezpieczeństwa, może być brany pod uwagę zasadniczo tylko wariant pierwszy,
Bezpieczne i pewne zlikwidowanie wyrobiska szybowego powinno być poprzedzone szczegółową analizą warunków hydrogeologicznych i gazowych oraz połączeń szybu z innymi wyrobiskami kopalnianymi. Analiza taka determinuje wybór sposobu likwidacji, a także umożliwia określenie koncepcji prowadzenia robót. Należy ją przeprowadzić indywidualnie dla każdego likwidowanego szybu i wyrobisk przy szybowych.
Likwidacja szybu jest przedsięwzięciem skomplikowanym z uwagi na fakt, że szyby jako wyrobiska łączące powierzchnię terenu z siecią wyrobisk podziemnych zaburzają w dużej mierze warunki hydrologiczne i gazowe w górotworze i sposób ich likwidacji musi te czynniki uwzględniać. Zmiany restrukturyzacyjne zachodzące w polskim górnictwie, zwłaszcza węgla kamiennego, spowodują wzrost liczby tego typu robót likwidacyjnych.
2. TRWAŁA LUB CZASOWA IZOLACJA SZYBU
Izolacja szybu potęga na odcięciu go od przyległych wyrobisk dołowych tamami lub korkami izolacyjnymi oraz na wykonaniu na powierzchni płyty żelbetowej wspartej o głowicę szybuj Stwarza ona jednak poważne zagrożenie dla powierzchni, ponieważ nie eliminuje się ewentualnego ruchu wody i gazów w otoczeniu szybu. Zjawiska te mogą prowadzić do powstania obwałów w szybie, gromadzenia się metanu i powstania zapadlisk na powierzchni. W przypadku szybu głębokiego i o dużej średnicy, na powierzchni może powstać rozległe zapadlisko nawet o głębokości do 30 m i średnicy do 80 m.
Zaniknięcie szybu płytą stosuje się we wszystkich sposobach likwidacji szybów, jako końcowy etap zabezpieczenia na powierzchni terenu. Stosowanie płyty zamykającej, bez dodatkowych zabezpieczeń, Jako sposobu likwidacji całego szybu, może mieć miejsce wówczas, jeżeli:
- nie istnieje możliwość korozji materiału obudowy, prowadzącej do obniżenia jej nośności, co w przypadku bruku wewnętrznego podparcia mogłoby spowodować obwał szybu,
- górotwór w całym przekroju jest stateczny,
- nie istnieje możliwość nagromadzenia się metanu, który
ewentualne nieszczelności w konstrukcji zamykającej migrowałby na powierzchnię, stwarzając zagrożenie,
-nic istnieje możliwość tworzenia się w niewypełnionym szybie
dużego zbiornika wody, który stanowiłby zagrożenie wodne
Szyb należy zamykać płytą żelbetową przy wylocie na powierzchnię terenu. W przypadku, gdy stan obmurza głowicy szybowej jest dobry, płytę należy układać bezpośrednio na zrębie szybu w taki sposób, aby górna powierzchnia płyty nie wystawała ponad poziom terenu. Jeżeli stan obudowy szybu jest niezadowalający (silne zerodowanie materiału kamiennego, korozja metalu), należy dokonać remontu obmurza głowic szybu lub posadowić płytę na odrębnym fundamencie, poza głowicą. W płycie zamykającej szyb należy zaprojektować wystarczająco duży otwór (o wymiarach około 1,0 x 1,0 m) do obserwacji osiadania materiału w zasypanym szybie oraz ewentualnego uzupełnienia materiału wypełniającego szyb. Otwór należy zabezpieczyć kratą o rozstawie prętów do 100 mm i zaopatrz} ć w żelbetową pokrywę. Pokrywa powinna szczelnie przylegać do kraty. Górna jej krawędź nic powinna ponad poziom terenu.
W płycie zamykającej szyb należy również wykonać otwór o średnicy, co najmniej 200 mm, zamknięty zaślepionym króćcem, do którego dołącza się urządzenie odprowadzające zgromadzone szkodliwe oazy. Otwory w płycie zamykającej powinny uniemożliwić dostęp do szybu osobom postronnym. Przykładową konstrukcję płyty zamykającej przedstawia rysunek 1.
3. ZATOPIENIE SZYBU
Zatopienie szybu wodą doprowadzoną z zewnątrz (zatopienie wymuszone) lub przez naturalny dopływ wód z horyzontów wodonośnych (zatopienie samoczynne) może być skutecznym sposobem likwidacji szybu w przypadku jego całkowitej izolacji od czynnych rejonów kopalni, Wówczas wszystkie połączenia szybu z resztą czynnych wyrobisk kopalni muszą być oddzielone za pomocą odpowiednich przeciwwodnych tam oporowych, zwanych dalej tamami wodnymi. Sposobu tego nie można stosować w przypadku naruszenia górotworu znajdującego się w sąsiedztwie czynnych wyrobisk górniczych, który nie gwarantuje całkowitego odizolowania tych wyrobisk od wypełnionego wodą szybu, nawet, gdy zastosowano system tam wodnych.
Skuteczne zatapianie szybów po zrąb może okazać się niemożliwe, ze względu na usytuowanie horyzontów wodnych w ich obrębie. Należy wówczas liczyć się z możliwością powstania nad lustrem wody zbiornika gazów o niebezpiecznym stężeniu, w związku, z czym należy przewidzieć odpowiedni sposób usunięcia tego zagrożenia Ponadto, spiętrzone duże ilości wody stanowią zawsze potencjalne zagrożenie dla sąsiednich wyrobisk. Przy opracowywaniu koncepcji likwidacji szybu tą metoda niezbędne staje się przeprowadzenie bardzo szczegółowej analizy hydrogeologicznej. Podstawę analizy powinny stanowić informacje dotyczące aktualnego stanu hydrologicznego, przewidywanych jego zmian, związanych z działalnością górniczą kopalni oraz, o ile jest to możliwe, o wcześniejsze obserwacje poczynione w czasie głębienia likwidowanego szybu. Niejednokrotnie górotwór jest tak naruszony działalnością górniczą kopalni, czy też grupą kopalń połączonych ze sobą wyrobiskami, że ten sposób likwidacji jest wykluczony.
Do zalet tej metody likwidacji szybów można zaliczyć jej stosunkowo niski koszt (niskie koszty materiałowe, krótki czas realizacji). Nie skomplikowane technicznie jest także odzyskanie szybu w przypadku jego okresowej likwidacji.
Niemniej jednak
- w zatapianych szybach ustala się hydrauliczny stan równowagi, w wyniku, którego szyb nie jest zawsze zatopiony po zrąb, co prowadzi często do powstania w rurze szybowej zbiornika gazu powyżej lustra wody,
- Zatopienie szybu nie zabezpiecza przed powstaniem ewentualnych obwałów obudowy w szybie i zapadlisk na powierzchni,
- Zatopiony szyb - zbiornik, gromadzący znaczne ilości wody, może
stanowić potencjalne zagrożenie dla innych wyrobisk kopalnianych, co można uznać za wady metody,
4. ZASYPANIE SZYBU
Najdroższą spośród wymienionych metod likwidacji szybów, ale równocześnie najbardziej skuteczną i bezpieczną, jest ich likwidacja przez zasypanie. Wysokie koszty metody wynikają ł konieczności zgromadzenia znacznej ilości określonego rodzaju materiału do zasypania oraz stąd, że zasypywanie jest zabiegiem pracochłonnym i długotrwałym. W czasie zasypywania szybu na ogól nie ulega zniszczeniu jego obudowa.
Szyb zasypany może być odzyskany po wybraniu materiału zasypowego; koszty jednak są wielokrotnie wyższe, jak w przypadku odlepienia lub usunięcia czasowej jego izolacji.
Możliwe jest:
- Całkowite zasypanie szybu (od rząpia do jego zrębu),
- Częściowe zasypanie z oddzieleniem części wypełnionej (-nych) od niewypełnionej (-nych) przy zastosowaniu korków szybowych,
Przed rozpoczęciem zasypywania szybu należy obliczyć objętość Poszczególnych jego odcinków, przewidzianych do zapełnienia danym materiałem. Ciągłe porównywanie objętości zasypywanych przestrzeni w szybie z objętością dostarczanego materiału zasypowego pozwala na bieżące ujawnienie pustek lub innych nieprawidłowości podczas jego likwidacji.
Wypełnianie szybu może odbywać się przez:
a)bezpośredni zasyp:
- Zasyp swobodny z ciężarówek rozładowywanych wprost na zsuwnię przy zrębie,
- Zasyp kontrolowany z użyciem rurociągu spustowego zbudowanego z odcinków demontowanych w miarę podnoszenia się poziomu zasypu co około 30 dni,
b) zastosowanie kubłowego wyciągu szybowego (kubeł z otwieranym dnem), lecz jest to technologia zbyt czasochłonna.
Warunkami stosowaniu metody bezpośredniego zasypywania szybu są:
- Całkowite lub częściowe wyzbrojenie szybu,
- Dobry stan obudowy,
- Przestrzeganie zaleceń dotyczących uziemienia materiału zasypowego (najczęściej od 50 -150 mm).
5. MATERIAŁY ZASYPOWE
Dobór materiałów zasypowych stanowi podstawowe zagadnienie podczas likwidacji szybów. Z uwagi na źródle pozyskiwania i właściwości fizykochemiczne, nogą być brane pod uwagę następujące rodzaje materiałów zasypowych stałych:
- zwięzłe skały płonna pochodzące bezpośrednio z robót górniczych,
- Kamień popłuczkowy pozyskiwany z procesu wzbogacania węgla,
- Odpady paleniskowe z elektrowni,
- Odpady z wydobycia przeróbki rud metali nieżelaznych,
- inne odpady dopuszczone do wykorzystania na podstawie badań laboratoryjnych.
Obecnie, najczęściej stosowanymi materiałami zasypowymi są skały zwidzie, jak: kamień popłuczkowy o granulacji 40- l00 mm i dolomit o granulacji około 30 - 150 mm, mający wytrzymałość na ściskanie powyżej 30,0 MPa. Powinny to być skały nierozmakające, o uziarnieniu zapewniającym przepuszczalność wody na projektowanych odcinkach zasypywanych szybów.
Do wypełnienia właściwych i przedłużonych wlotów szybowych oraz korków izolacyjnych w szybach zlokalizowanych w rejonach wylotów, stosuje się najczęściej mieszaninę pyłu dymnicowego z dodatkiem około 5 % cementu i wody. W wyrobiskach przyszybowych, w przedłużonych wlotach, stosuje się też pyły dymnicowe bez dodatku cementu. Konsystencję mieszaniny dobiera się taką jak zaprawy cementowej.
Skład jej sprawdza się laboratoryjnie w celu uzyskania mieszaniny o własnościach samo zestalających się, zdolnej do wchłonięcia wody, Czas wiązania mieszaniny, o orientacyjnym składzie: 70 % pyłów dymnicowych, 5 % cementu i 25 % wody, wynosi około 100-120 godzin. Materiał zasypowy, infiltrowany przez wodę dopływającą do rury szybowej likwidowanego szybu, ma styczność z wodami różnych horyzontów wodnych w szybie. Obudowa w likwidowanym szybie, czy nawet specjalne zabiegi techniczne nic dają gwarancji całkowitej izolacji tego materiału od poziomów wodonośnych w górotworze. W związku z tym do zasypywania szybu nie mogą być stosowane wszelkie materiały toksyczne, chemicznie aktywne, skażone bakteriologicznie lub radioaktywnie - powyżej dopuszczalnego poziomu.
6. SPOSOBY ZASYPYWANIA SZYBÓW
Dobór odpowiedniego sposobu zasypywania szybów zależny jest od wielu czynników, zwłaszcza dotyczących:
- Ochrony (izolacji) wyrobisk podziemnych, utrzymywanych po likwidacji szybu,
- Warunków hydrologicznych w otoczeniu szybu i prognozy ich zmian,
- Warunków przestrzennych przy zrębie szybu, od których jest uzależniona organizacja placu budowy,
- Źródeł pozyskiwania materiałów zasypowych,
- Wymagań w zakresie własności fizykomechanicznych materiału zasypowego, itp.
W toku wieloletnich doświadczeń związanych z likwidacją szybów wyodrębniono kilka sposobów rozwiązywania lego zagadnienia pod względem techniczno-organizacyjnym.
Spośród wdrażanych rozwiązań można wymienić:
- spychanie materiału do otwartego szybu bezpośrednio z poziomu jego zrębu,
- sypanie materiału do szybu z wykorzystaniem rynny zsypnej,
- sypanie materiału ze zbiornika (bunkra) dozującego za pomocą przenośnika,
- sypanie materiału z przenośnika taśmowego transportującego materiał z większej odległości,
- spuszczanie materiału do szybu kubłem z dnem otwieranym lub rurociągiem spustowym,
- wypełnianie nieczynnych (niedrożnych) szybów materiałem tłoczonym za pomocą instalacji iniekcyjnej,
Spychanie materiału zasypowego do szybu:
Sposób spychania materiału zasypowego stosuje się w przypadku możliwości wygrodzenia odpowiednio dużego placu wokół likwidowanego szybu. Plac ten pełni funkcję zbiornika buforowego, gromadzącego materiał dostarczany w sposób nierytmiczny. Materiał zasypowy pryzmowany jest przy szybie, najczęściej za pomocą spycharki. Po zgromadzeniu określonej ilości materiału przystępuje się do jego lokowania w szybie, do czego wykorzystuje się spycharkę gąsienicową.
Opisywany sposób likwidacji szybu cechuje się bardzo wydajnością i przeważnie stosowany jest dla szybów peryferyjnych, dla których z reguły przyjmuje się mniejsze wymagania odnośnie do ochrony wyrobisk podziemnych.
Zasypywanie szybu z wykorzystaniem rynny:
Jednym z najprostszych rozwiązań zasypywania szybów jest wykorzystanie do tego celu krytej lub otwartej rynny zsypnej. Wlot do rynny w kształcie leja usytuowany jest w pewnej odległości od rury szybowej, a wlot do szybu poniżej płyty przykrywającej głowicę szybu. Wlot do rynny należy zamknąć kratą lub rusztem w celu uniemożliwienia dostania się niepożądanych materiałów oraz zapewnienia bezpieczeństwa pracującym. Rozwiązanie to pozwala na prowadzenie likwidacji szybu w dłuższym okresie czasu, jednak przy angażowaniu niewielkiej obsady i niskich kosztach.
Zasypywanie szybu materiałem dozowanym z przyszybowego zbiornika:
Materiał zasypowy gromadzony jest na składowisku lub korzystniej w zbiorniku przyszybowym, skąd dozowany jest do szybu za pomocą krótkiego przenośnika zgrzebłowego. Zbiorniki przyszybowe, wgłębne wykonuje się przystosowując do tego celu istniejące obiekty przyszybowe. Materiał dostarczany jest z zewnątrz dowolnymi środkami transportu i gromadzony w zbiorniku, skąd zgodnie z przyjętym harmonogramem dozowany jest do szybu.
Zasypywanie szybu materiałem dostarczonym przenośnikiem Taśmowym:
Zastosowanie przenośnika taśmowego do zasypywaniu szybów jest preferowane w przypadku pozyskiwania materiału z blisko zlokalizowanej hałdy. Dozowanie materiału odbywa się ze składowiska pośredniego, utworzonego w sąsiedztwie rozbieranej hałdy. Przyjęcie takiego schematu organizacyjnego gwarantuje uzyskanie płynności pracy i wysokich wydajności zasypywania.
7. ELIMINOWANIE ZAGROŻEŃ GÓRNICZYCH WYSTĘPUJĄCYCH PODCZAS LIKWIDACJI SZYBÓW
Przez zagrożenia górnicze, mogące powstać także podczas prowadzenia prac likwidacyjnych w szybach, a nawet później, należy rozumieć naruszenie stosunków wodnych, powstanie zagrożeń metanowych i pożarowych oraz niebezpieczeństwo wdarcia się wód, kurzawek lub gazów do wyrobisk górniczych.
Zagrożenia wodne
Przy likwidacji szybów bierze się pod uwagę zasadniczo dwa warianty eliminacji zagrożeń wodnych. Pierwszy z wariantów przewiduje całkowite odcięcie wyrobisk sąsiadujących z szybem, za pomocą tam wodnych i korków szybowych o konstrukcjach dostosowanych do przewidywanego naporu hydrostatycznego.
Drugi wariant przewiduje izolację wodną szybu od sąsiednich górniczych z możliwością drenażu pozwalającego na odprowadzenie wody do czynnych wyrobisk górniczych i skierowanie- jej do głównego systemu odwadniania kopalni. W wariancie tym materiał zasypowy musi być wodoprzepuszczalny, a do odprowadzania wody zabudowuje się perforowane rury filtracyjne.
Zagrożenia metanowe.
Zagrożenie metanowe może wystąpić zarówno podczas likwidacji szybu, jak i po jego zakończeniu. W praktyce stwierdzono gromadzenie się mieszanek gazowych o różnych stężeniach metanu na powierzchni, przy szybach wypełnionych materiałem sypkim, a nawet przy szybach, których głowice uszczelniono dodatkowo środkami uszczelniającymi. Zagrożenie gazowe podczas likwidacji szybu można ograniczyć przez:
- Prowadzenie likwidacji szybu jak najdłużej w intensywnym prądzie czynnej wentylacji obiegowej lub odrębnej -lutniowej,
- Ciągle pomiary stężeń garów na całej długości rur) szybowej,
- Zastosowanie czasowych przerw w zasypywaniu,
- Szczelne otamowanie wyrobisk górniczych mających Połączenie z szybem,
Zagrożenia wentylacyjno - pożarowe.
Proces zasypywania, bez względu na sposób opuszczania materiału nie gwarantuje prostej i skutecznej metody wentylacji rury szybowej, Nie jest to istotne w większości przypadków, gdyż po wielu latach wydzielanie metanu do rur szybowych jest znikome.
Przecinane szybem pokłady węgla mogą, w sprzyjających warunkach, stanowić potencjalne źródło pożaru. Zagrożenie wentylacyjno-pożarowe w czasie zasypywania szybu należy eliminować stosując:
- Wentylację obiegową, utrzymywaną tak długo jak to możliwe, między szybem zasypywanym, a przynajmniej jednym szybem wydechowym, ponad najgłębszym, jeszcze dostępnym poziomem,
- Wentylację odrębną, w przypadku obniżenia się skuteczności wentylacji obiegowej,
- Szczelną izolację stref przecinania pokładów węgla skłonnego do samozapalenia,
- Niepalny materiał zasypowy,
- Oddzielenie szybu od wyrobisk poziomych trwałymi tamami, zbudowanymi z materiałów niepalnych.