1. Przyczyny występowania i skala zagrożeń naturalnych w górnictwie podziemnym, czynniki sprzyjające wzrostowi zagrożenia.

Przyczyny zagrożeń naturalnych:

- niebezpieczne koncentracje niektórych gazów kopalnianych,

- występowanie pyłu węglowego,

- samozapalenie się węgla, łupków palnych bądź rud siarczkowych,

- temperatura górotworu,

- radioaktywność naturalna,

- ruchy górotworu,

- dopływ wody.

Zagrożenia występujące w górnictwie podziemnym w Polsce:

-węgla kamiennego-występują wszystkie podstawowe (dalej wymienione) zagrożenia naturalne

-rud miedzi- występują zagrożenia klimatyczne, radiacyjne, zawałami i obwałami,

wstrząsami i tąpaniami, wodne

-rud cynku i ołowiu- zagrożenia zawałami i obwałami, wodne

-solne- metanowe, wyrzutami gazów i soli, wodne

• zagrożenie metanowe- związane jest ono przede wszystkim z obecnością metanu w górotworze i jego uwalnianiem się w wyniku prowadzonej działalności górniczej.

Czynniki sprzyjające wzrostowi zagrożenia:

• naturalne:

- wzrost metanonośności pokładów węgla wraz z głębokością ich zalegania

- występowanie na dużych głębokościach niebezpiecznego efektu dynamicznego wydzielania się wolnego metanu uwięzionego w strefach zaburzeń tektonicznych (uskoki, szczeliny), występującego pod dużym ciśnieniem skał nadległych,

• techniczno - organizacyjne:

- prowadzenie eksploatacji na coraz większych głębokościach

- prowadzenie eksploatacji poniżej poziomu udostępnienia

- wysoka koncentracja wydobycia oraz znaczne postępy dobowe ścian

• zagrożenie wybuchem pyłu węglowego

W kopalniach węgla powietrze kopalniane zawiera zawsze pewną ilość pyłu węglowego powstałego w wyniku urabiania, ładowania i przesypywania węgla. Pył węglowy, podobnie jak wszystkie pyły ciał palnych, może tworzyć z powietrzem mieszaninę wybuchową

Na wzrost zagrożenia wybuchem pyłu węglowego ma wpływ:

-mechanizacja procesów urabiania, ładowania i transportu węgla

-utrzymanie wysokiej koncentracji wydobycia.

Występowanie metanu wpływa na wybuchowość pyłu węglowego.

• zagrożenie zawałowe

Przyczyną powstawania zawału jest najczęściej słaba i niedostatecznie wytrzymała obudowa, jej uszkodzenie, a w pokładach tąpiących również i tąpania.

Ponadto na występowanie tego zagrożenia maja wpływ również własności skał stropowych.

• zagrożenie pożarami endogenicznymi

Pożary endogeniczne są następstwem samozapalenia się węgla wywołanego jego utlenieniem się w sprzyjających warunkach.

Na wzrost zagrożenia ma wpływ m.in.:

-rozkruszenie węgla, które sprzyja jego samozapaleniu się,

-zawartość popiołu w węglu,

-niewłaściwy system eksploatacji i wentylacji,

-wzrastająca głębokość eksploatacji sprzyjać będzie wzrostowi zagrożenia pożarowego poprzez procesy tworzenia się stref spękań w pokładach oraz wzrost temperatury pierwotnej skał.

Zaburzenia geologiczne, zaszłości eksploatacyjne, zagrożenia metanowe i tąpaniami również sprzyjają wzrostowi zagrożenia.

• zagrożenie tąpaniami

Przyczyną tąpań w górotworze jest koncentracja naprężeń spowodowana przez warunki naturalne lub warunki górniczo-techniczne.

Czynniki wpływające na wzrost zagrożenia.:

-wzrastająca głębokość eksploatacji,

-geomechaniczne własności skał oraz grubowarstwowa budowa górotworu,

-zaburzenia tektoniczne w budowie złoża,

-prowadzenie eksploatacji w obszarach oddziaływań zaszłości eksploatacyjnych lub w resztkowych partiach pokładu,

-utrzymywanie wysokiej koncentracji wydobycia ze ścian,

-nadmierne rozcięcie złoża chodnikami itd.

• Zagrożenie wyrzutami gazów i skał

Na wzrost zagrożenia wyrzutami gazów i skał ma wpływ wzrastająca głębokość eksploatacji. W wyniku schodzenia z eksploatacją na coraz większe głębokości obserwuje się wzrost metanonośności pokładów co przy jednoczesnym obniżeniu się przepuszczalności gazowej węgla przyczynia się do wzrostu tego zagrożenia.

Ponadto czynnikami decydującymi o występowaniu zagrożenia są między innymi:

-wysoka gazonośność złoża (metanonośność),

- mała zwięzłość skał,

-wysokie ciśnienie i intensywność desorpcji gazów

- prowadzenie robót w sąsiedztwie zaburzeń geologicznych.

• zagrożenie wodne

Źródłem zagrożenia wodnego mogą być zarówno wody powierzchniowe, jak i podziemne mieszczące się w skałach, wyrobiskach, otworach oraz luźne skały zawodnione.

Na wzrost tego zagrożenia ma wpływ:

- głębokość eksploatacji - na mniejszych głębokościach zagrożenie jest większe,

- duża wodonośność skał

- obecność zbiorników wodnych, uskoków wodonośnych itp.

• zagrożenie klimatyczne

Zagrożenie klimatyczne występuje w kopalniach głębokich, ze względu na występowanie wysokich temperatur pierwotnych skał i dużą wilgotność powietrza.

Na zwiększenie zagrożenia klimatycznego poza wzrastającą głębokością eksploatacji wpływa duża koncentracja wydobycia oraz duże moce maszyn urabiających i urządzeń odstawczych

• zagrożenie radiacyjne

Głównymi źródłami zagrożenia radiacyjnego w kopalniach są krótkożyciowe produkty rozpadu rodonu oraz izotopy radu obecne w wodach dołowych i wytrącających się z nich osadach.

2. Systematyka i kryteria klasyfikacji zagrożeń naturalnych w górnictwie podziemnym.

SYSTEMATYKA ZAGROŻEŃ NATURALNYCH:

I z uwagi na rodzaj górnictwa:

- zagrożenia w górnictwie podziemnym

- zagrożenia w górnictwie odkrywkowym

- zagrożenia w górnictwie otworowym

II z uwagi na charakter zagrożeń naturalnych:

a) wentylacyjne - związane atmosferą kopalnianą

- gazowe (w tym metanowe i siarkowodorowe)

- pożarowe (pożary endogeniczne)

- pyłowe (wybuchy pyłu węglowego)

- temperaturowe (klimatyczne)

- radiacyjne

b) geomechaniczne - związane z ruchami górotworu

- osuwiskowe i obrywaniem się skał

- zawałami i obwałami

- wstrząsami (sejsmiczne) i tąpaniami

- wyrzutami gazów i skał (metanu i węgla)

- erupcyjne

c) hydrogeologiczne - związane z wodami powierzchniowymi i podziemnymi:

- wodne

III z uwagi na skutki:

a) katastrofogenne:

- pożarami endogenicznymi

- metanowe

- wybuchem pyłu węglowego

- wstrząsami (sejsmiczne) i tąpaniami

- wyrzutami gazów i skał

- obwałami i zawałami

- wodne

b) niekatastrofogenne:

- pyłowe (pyłami szkodliwymi dla zdrowia)

- klimatyczne

- radiacyjne

KLASYFIKACJA ZAGROŻEŃ

• zagrożenie metanowe.

Ze względu na naturalne wydzielanie się metanu do wyrobisk górniczych zakłady górnicze dzieli się na metanowe i niemetanowe.

Kategorie zagrożenia metanowego ustala się na podstawie metanonośności naturalnej. Dla kopalń węgla kamiennego ustalono cztery kategorie zagrożenia metanowego z czego I jest najniższa a IV najwyższa. Z kolei dla złóż rud i soli ustalono dwie kategorie zagrożenia metanowego

• zagrożenie wybuchem pyłu węgloweg -występują 2 klasy zagrożenia wybuchem pyłu węglowego klasa A (pokłady zabezpieczone) i klasa B (pokłady zagrożone wybuchem)

• zagrożenie tąpaniami: Z uwagi na skłonność górotworu do tąpań ustalono 3 stopnie zagrożenia tąpaniami. Do pierwszego stopnia zalicza się pokłady lub ich części które zostały odprężone a do 3 pokłady w których nastąpiło tąpnięcie lubi nie zostały odprężone

• zagrożenie wyrzutami gazów i skał: ustala się dwie kategorie zagrożenia wyrzutami gazów i skał:
  1 - skłonne do wystąpienia wyrzutów metanu i skał, 2 - zagrożone wyrzutami gazów i skał.

Do zakładów górniczych zagrożonych wyrzutami gazów i skał zalicza się zakłady górnicze, w których stwierdzono choćby jeden nagły wypływ gazu lub tez istnieje możliwość wystąpienia takich zjawisk. ?????

Dla złóż węgla kamienneg rozróżnia się cztery kategorie zagrożenia wyrzutami gazów i skał. I kategoria -najmniej zagrożone a kolejno II,III bardziej zagrożone, a IV najbardziej zagrożone.

Dla złóż soli lub ich części ustalono trzy kategorie zagrożenia wyrzutami gazów i skał.

• Zagrożenie wodne: Pod względem warunków hydrogeologicznych panujących w złożu ustala się trzy stopnie zagrożenia wodnego w podziemnych zakładach górniczych

• Zagrożenia radiacyjne: ustala się dwie klasy wyrobisk zagrożonych radiacyjnie

- klasa A środowisko pracy stwarza potencjalne narażenie otrzymania przez pracownika rocznej dawki skutecznej przekraczającej 6 mSv

- klasa B - środowisko pracy stwarza potencjalne narażenie otrzymania przez pracownika rocznej dawki skutecznej większej niż 1 mSv lecz nie przekraczającej 6 mSv

Przy zaliczaniu wyrobiska do poszczególnych klas zagrożenia uwzględnia się następujące wskaźniki zagrożenia:

-stężenie energii potencjalnej alfa krótkożyciowych produktów rozpadu radonu,

-moc dawki promieniowania gamma,

-stężenie izotopów radu w wodach i osadach dołowych.

• Zagrożenie pożarowe- pod względem samozapalności węgle zalicza się do czterech grup: bardzo łatwo samozapalne, łatwo samozapalne, średnio samozapalne i trudno samozapalne.

3. Metody oceny stanu oraz sposoby monitoringu zagrożeń naturalnych w górnictwie podziemnym.

1. analityczne - prognoza zagrożeń oparta o rozwiązania analityczne (teoretyczne)

- metanowe - prognoza ilości metanu wydzielonego do wyrobiska, metanonośność

- pożarowe - wskaźniki pożarowe, metoda klasyfikacji pól wybierkowych PS, NPS

- wybuchem pyłu węglowego - prognoza zapylenia wyrobisk, obliczenia stężeń pyłu

- klimatyczne - prognoza temperatury, bilans cieplny, temperatura zastępcza

- radiacyjne - wyznaczenie dawki równoważnej

- tąpaniami - wyznaczenie stref koncentracji naprężeń, prognoza aktywności sejsmicznej

- wyrzutami gazów i skał - jak przy zagrożeniach metanowych i tąpaniami

- wodne - prognozowanie dopływu wody

2. górnicze - kontrola i pomiary parametrów zagrożeń wykonane w wyrobiskach górniczych

- metanowe - kontrola stężeń metanu w wyrobiskach, metanometria

- pożarowe - kontrola gazów: tlenu, tlenku i dwutlenku węgla, analiza temperatury, termowizja, ocena czynników wpływających na wielkość zagrożenia

- radiacyjne - pomiar promieniowania alfa i gamma

- wybuchem pyłu węglowego - kontrola zapylenia wyrobisk (pyłomierze)

- klimatyczne - pomiar temperatury, wilgotności, prędkości powietrza

- tąpaniami, wyrzutami gazów i skał - obserwacje wizualne wyrobisk, metoda rozeznania górniczego, sondaż małośrednicowy

- zawałowe - pomiary penetrometryczne, pomiar konwergencji i przemieszczenia górotworu

- wyrzutami gazów i skał - pomiar ciśnienia gazu i desorpcji w otworach badawczych

- wodne - wiercenie otworów badawczych

3. laboratoryjne - wyznaczenie parametrów zagrożeń w warunkach laboratoryjnych

- metanowe - określenie metanonośności

- pyłowe - lotność pyłu, stopień rozdrobnienia

- pożarowe - określenie skłonności węgla i energii aktywacji, czas inkubacji pożaru

- radiacyjne - stężenie izotopów radu

- tąpaniami, zawałowe - określenie parametrów geomechanicznych skał, skłonność pokładu do tąpań

- wyrzutami gazów i skał - gazonośność, zwięzłość, szczelinowatość, kruszność

- wodne - szczelinowatość skał, odsączalność (współczynnik odsączalności), przepuszczalność (współczynnik filtracji)

4. geofizyczne - badanie procesów fizycznych zachodzących w górotworze metodami geofizycznymi

- pożarowe - metoda geoelektryczna, termowizja

- pyłowe - metoda grawimetryczna

- klimatyczne - termowizja

- radiacyjne - radiometria

- tąpaniami - metody: sejsmologiczna, sejsmoakustyczna, sejsmiczna, geoelektryczna

- wyrzutami gazów i skał - metody sejsmoakustyczna i sejsmiczna

- wodne - metoda geoelektryczna

5. klasyfikacja zagrożeń - gradacja stanu zagrożeń

4. Metody zwalczania zagrożeń naturalnych w górnictwie podziemnym.

• zagrożenie metanowego:

Zwalczenie zagrożenia metanowego polega przede wszystkim na:

• kontroli stężenia metanu w atmosferze kopalnianej oraz na niedopuszczeniu do gromadzenia się metanu w wyrobiskach górniczych w ilościach przekraczających dopuszczalne.

• Wentylacyjnym zwalczaniu zagrożenia metanowego,

• Odmetanowaniu, czyli sztucznym odciągnięciu metanu z pokładu węgla i skał otaczających,

• Odcięciu dopływu metanu do wyrobisk,

• Zwalczaniu inicjałów mogących spowodować zapłon,

• Przestrzeganiu zasad eksploatacji

• zagrożenie pożarowego

• metody górnicze (czyste wybieranie, duży postęp, krótki okres likwidacji wyrobisk przyścianowych i ścian)

• metody wentylacyjne (przewietrzanie wzdłuż calizn węglowych, minimalizacja ilości powietrza, ograniczenie przepływu powietrza w przypadku małego postępu lub postoju ściany, inertyzacja zrobów ścian zawałowych po przez ich azotowanie i podawanie CO2)

• metody techniczne (nawilżanie rumowiska zawałowego, uszczelnianie oraz izolacja wyrobisk i zrobów ścian, stosowanie pyłów dymnicowych do uszczelniania zrobów zawałowych)

• metody organizacyjne (organizacja i wyposażenie służby przeciwpożarowej, sprzęt przeciwpożarowy i ratowniczy oraz środki gaśnicze, plan akcji przeciwpożarowej, drogi ucieczkowe)

• doszczelnianie zrobów i wyrobisk mieszaniną wodno - popiołową

• stosowanie izopiany w doszczelnianiu zrobów

• zagrożenie wybuchem pyłu węglowego

Profilaktyka związana z wybuchem pyłu węglowego dzieli się na cztery linie obrony:

• Zwalczenie pyłu w miejscu powstania- polega na ograniczeniu tworzenia się pyłu i eliminacji jego zalegania w wyrobiskach górniczych poprzez stosowanie różnego rodzaju odpylaczy, odpowiedniego sposobu urabiania (stosowanie techniki strzelniczej jest bardziej korzystne), zmywanie i zraszanie przodków, nawadnianie calizny węglowej itd.

• Zwalczanie zapoczątkowania wybuchu - najczęstszym inicjatorem wybuchu pyłu węglowego jest wybuch metanu lub stosowanie MW to też ta linia polega na zwalczaniu zagrożenia metanowego oraz profilaktyki związanej z używaniem MW

• Przeciwdziałanie rozwojowi wybuchu - polega na przerwaniu zaistniałego wybuchu. Stosuje się w tym celu we wszystkich kierunkach od miejsca przewidywalnego rozwoju wybuchu strefy zabezpieczające opylane pyłem kamiennym lub zraszane (zmywane) wodą, stosowane są również środki chemiczne (środki higroskopijne) służące do związania pyłu węglowego.

• Ograniczenie zasięgu wybuchu - stasuje się tu zapory z pyłu kamiennego oraz zapory wodne, które hamują zapoczątkowany już wybuch.

• zagrożenie tąpaniami:

Metody profilaktyki tąpaniowej

Pasywne:

-na etapie projektowania - właściwy dobór parametrów eksploatacji (dobór obudowy, postępu itp.,

-odprężanie pokładów poprzez eksploatację pokładów sąsiednich - mniej zagrożonych,

-organizacyjno-techniczne - ograniczanie lub eliminacja zatrudnienia w „strefach”, wzmacnianie obudowy itp.,

Aktywne:

-strzelanie odprężające - powoduje zmniejszenie naprężeń panujących e górotworze.

-nawadnianie calizny pokładu i skał otaczających,

-rozwiercanie otworami wielkośrednicowymi calizn złoża i skał otaczających,

-hydroszczelinowanie skał stropowych (wytwarzanie szczeliny - dezintegracja skał stropowych poprzez nawadnianie pod bardzo wysokim ciśnieniem otworów z wykonaną szczeliną zarodnikową),

-szczelinowanie za pomocą techniki strzelniczej skał stropowych (wytwarzanie szczeliny - dezintegracja skał stropowych poprzez odpalanie MW w otworach z wykonaną szczeliną zarodnikową).

• zwalczanie zagrożenia wodnego

Zagrożenie zwalczene przede wszystkim poprzez:

- sztuczną izolację serii wodonośnych,

- osuszanie serii wodonośnych i zbiorników wodnych

- rozpoznanie warunków hydrogeologicznych,

- wierceniu otworów drenujących których zadaniem jest kontrolowane odciąganie wody z podziemnych zbiorników

-pozostawienie odpowiednich filarów bezpieczeństwa lub budowę tam wodnych,

• zagrożenie klimatyczne:

• wentylacyjne metody zwalczania zagrożenia:

- zwiększenie prędkości przepływu powietrza

- zmniejszenie zawartości wilgoci w powietrzu

- zmniejszenie wydatku energetycznego pracowników

• schładzanie powietrza - klimatyzacja:

- klimatyzacja lokalna

- klimatyzacja grupowa

- klimatyzacja centralna

• zagrożenie wyrzutami gazów i skał

- metody długofalowe - odpowiednia rozcinka złoża, eksploatacja odprężająca

-metody aktywne - wiercenie odprężające, strzelanie odprężające, nawadnianie wysokociśnieniowe i niskonaporowe, odmetanowanie

- metody organizacyjne - odsunięcie ludzi od miejsc zagrożenia poprzez wprowadzenie stref szczególnego zagrożenia wyrzutami metanu i skał oraz do wdrożenia zdalnego sterowania kombajnami chodnikowymi

- metody bierne - wywołanie kontrolowanych wyrzutów (pod nieobecność ludzi w zagrożonym miejscu)