zakład górniczy kwb „bełchatów”

WARSZTATY 2004 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
Mat. Symp. str. 67 – 77
Grzegorz DAWIDZIAK*, Zbigniew SKALSKI**
*Poltegor-Projekt sp. z o.o., Wrocław
**Kopalnia Węgla Brunatnego „Bełchatów” S.A., Rogowiec
Warunki zabudowy i zagospodarowania terenu górniczego
na przykładzie zakładu górniczego KWB „Bełchatów”
Streszczenie
KWB „Bełchatów” wyróżnia się spośród innych odkrywkowych zakładów górniczych
przede wszystkim rozmiarami wyrobisk i wielkością przemieszczanych mas ziemnych.
Prowadzenie eksploatacji wiąże się także z koniecznością wypompowania z górotworu,
w procesie odwodnienia, ogromnych ilości wody. To z kolei prowadzi do powstania bardzo
dużego leja depresyjnego, który ma bezpośredni wpływ na ustalenie granic terenu górniczego.
Dodatkowym elementem pogarszającym warunki zabudowy na tym terenie jest pojawienie się
wyjątkowej aktywności sejsmicznej w bezpośrednim sąsiedztwie prowadzonych robót
górniczych. Ta wyjątkowa, jak na warunki polskie, sejsmiczność ma swoje uzasadnienie
w budowie geologicznej i warunkach geotechnicznych panujących w tym rejonie.
Niniejsze opracowanie traktuje o sposobie określania granic terenów górniczych oraz
o prognozach oddziaływania eksploatacji górniczej na obiekty budowlane znajdujące się
w granicach terenów górniczych pola „Bełchatów” i „Szczerców”. Autorzy opracowania sygnalizują również problem zasadności sporządzania planów zagospodarowania przestrzennego
terenu górniczego dla terenów o określonych wpływach robót górniczych jedynie dla terenów
o znaczących szkodliwych wpływach robót górniczych.
1. Wiadomości ogólne
1.1. Wybrane informacje z działalności zakładu górniczego
Odkryte w 1960 r. w rejonie Bełchatowa zasoby złoża węgla brunatnego udokumentowane
zostały w trzech polach – pole „Bełchatów” o zasobach ca 1,2 mld ton, pole „Szczerców” –
ca 750 mln ton i pole „Kamieńsk” – ca 250 mln ton, z których tylko dwa pierwsze
przewidziane zostały do przemysłowego zagospodarowania.
Udostępnienie pola „Bełchatów” nastąpiło w czerwcu 1977 r. w dwa lata po rozpoczęciu
odwadniania złoża. W latach 1977 – 1993 na zwałowisku zewnętrznym zdeponowano
1,3 mld m3 nadkładu. W połowie 1989 r. rozpoczęto równolegle zwałowanie wewnętrzne
nadkładu. Do końca 2003 r. z pola „Bełchatów” wydobyto 655 mln ton węgla i zdjęto
2,8 mld m3 nadkładu oraz wypompowano z górotworu 5,2 mld m3 wody.
W październiku 2002 r. nastąpiło udostępnienie pola „Szczerców” (odwodnienie złoża ruszyło
we wrześniu 2000 r). Do końca 2003 r. z pola „Szczerców” zdjęto 27,8 mln m 3 nadkładu oraz
wypompowano 52 mln m3 wody.
____________________________________________________________________________
67
G. DAWIDZIAK, Z. SKALSKI – Warunki zabudowy i zagospodarowania terenu górniczego...
____________________________________________________________________________
1.2. Charakterystyka budowy geologicznej rejonu
Złoże węgla brunatnego „Bełchatów” zalega w rowie Kleszczowa występującym w północnej części elewacji radomszczańskiej, rozdzielającej nieckę miechowską od niecki łódzkiej.
Przebiega on generalne równoleżnikowo osiągając, długość około 78 km. W obrazie
strukturalnym rowu Kleszczowa i elewacji radomszczańskiej zaznaczają się strefy tektoniczne
oraz struktury fałdowe. Występujące strefy tektoniczne są strukturami młodymi i charakteryzują się występowaniem nie do końca zrelaksowanych naprężeń tektonicznych. Szczególne
predyspozycje do niestabilnego zachowania się mają struktury najmłodsze, które pod
wpływem dodatkowego czynnika zewnętrznego (prace górnicze) zmieniają stan równowagi sił
i są przyczyną aktualnie występujących wstrząsów sejsmicznych. Między polem „Bełchatów”
i polem „Szczerców”, na przecięciu się kierunków stref tektonicznych – wskutek osłabienia
pokrywy mezozoicznej, nastąpiło wypiętrzenie ciała solnego i utworzył się wysad solny
„Dębina”.
W budowie geologicznej wyróżnia się:
 osady czwartorzędu z dwoma piętrami strukturalnymi o różnym stopniu
zaangażowania tektonicznego,
 osady trzeciorzędu,
 mezozoik.
1.3. Tereny górnicze KWB „Bełchatów”
KWB „Bełchatów” posiada dwa tereny górnicze:
 teren górniczy „Pole Bełchatów” dla złoża węgla brunatnego „Bełchatów – pole
Bełchatów” utworzony decyzją Ministra Ochrony Środowiska, Zasobów
Naturalnych i Leśnictwa z 26. 04. 1995 r. zmieniającą koncesję nr 120/94
z 08.08.1994. r.
Teren ten ma powierzchnię ca 557 km2 i jest położony na obszarze 15 gmin;
 teren górniczy „Pole Szczerców” dla złoża węgla brunatnego „Bełchatów – pole
Szczerców” utworzony koncesją nr 25/96 wydaną przez Ministra Ochrony
Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa w dniu 01.10.1997 r.
Teren ten ma powierzchnię ca 515 km2 i jest położony na obszarze 12 gmin.
Wyżej wymienione tereny górnicze posiadają część wspólną, która wynosi ca 370 km2.
Tereny górnicze KWB „Bełchatów” charakteryzują się dużą rozległością, którą powoduje
znaczny zasięg prognozowanego leja depresyjnego, będącego skutkiem odwodnienia górotworu. Tereny górnicze zostały wyznaczone w oparciu o przewidywany szkodliwy wpływ
robót górniczych KWB „Bełchatów” wg zasad określonych w opracowaniu zespołu
prof. A. Szczepańskiego z AGH Kraków [18].
1.4. Miejscowy plan zagospodarowania przestrzennego terenu górniczego
Przewidziany w art. 53 Prawa geologicznego i górniczego, w sposób bezwzględny,
obowiązek sporządzania dla terenu górniczego miejscowego planu zagospodarowania
przestrzennego powinien zapewnić integrację wszelkich działań podejmowanych w granicach
terenu górniczego w celu:
 wykonania uprawnień określonych w koncesji,
 zapewnienia bezpieczeństwa powszechnego,
____________________________________________________________________________
68
WARSZTATY 2004 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
 ochrony środowiska, w tym obiektów budowlanych. (Prawo gig, art. 53 ust. 2).
Wspomniana wyżej integracja zakłada możliwość wprowadzenia dwukierunkowych ograniczeń:
 właścicielowi nieruchomości w zakresie wykorzystania dóbr znajdujących się
w obrębie terenu górniczego w postaci np. zakazu zabudowy nieruchomości bądź
konieczności zastosowania wzmocnień konstrukcyjnych budowanych lub istniejących
obiektów budowlanych zmierzających do zapobieżenia szkodzie,
 przedsiębiorcy w zakresie ograniczenia jego uprawnień przez np. konieczność
prowadzenia eksploatacji górniczej w sposób, który nie doprowadzi do przekroczenia
określonych wielkości wpływów na nieruchomości gruntowe i umożliwi utrzymanie
ich dotychczasowego przeznaczenia.
Omawiany plan powinien spełniać wymagania przewidziane zarówno przepisami dotyczącymi
zagospodarowania przestrzennego, jak i wynikającymi z prawa geologicznego i górniczego.
Dotyczy to wymagań o charakterze tak procesowym ( dotyczących trybu sporządzania planu)
jak i materiałowym (odnoszącym się do wymagań stawianym takim planom). Powstaje jednak
sporo wątpliwości, kiedy tereny górnicze usytuowane są na kilku gminach (w KWB Bełchatów
odpowiednio T.G. Pole Bełchatów – na 15 gminach, T.G. Pole Szczerców na 12 gminach), na
której z nich spoczywa obowiązek spełnienia wymagań związanych z podjęciem procedury
planistycznej oraz uchwalenie planu.
Możliwe są tu cztery potencjalne rozwiązania, polegające na tym, że:
 każda gmina sporządzi wspomniany plan wyłącznie dla tej części terenu górniczego,
który znajduje się na jej terytorium,
 zainteresowane gminy podejmą wspólne czynności planistyczne i łącznie doprowadzą
do uchwalenia planów (każda na swoim terytorium),
 dojdzie do utworzenia związku międzygminnego, w skład którego wejdą gminy
objęte terenem górniczym, w celu realizacji tegoż planu,
 zainteresowane gminy doprowadzą do powierzenia jednej z nich określonych przez
nie zadań publicznych.
Wydaje się, że procedura planistyczna powinna być wszczynana uchwałą rady gminy
(z własnej inicjatywy lub na wniosek wójta, burmistrza, prezydenta miasta) niezwłocznie po
utworzeniu terenu górniczego, chociaż przepisy tego terminu nie zakreślają.
Procedura planistyczna rozpoczyna się uchwałą rady gminy o przystąpieniu do
sporządzenia „Studium uwarunkowań i kierunków zagospodarowania przestrzennego”.
Studium powinno uwzględnić m.in.:
 obszary występowania naturalnych zagrożeń geologicznych, udokumentowanych złóż
kopalin oraz zasobów wód podziemnych, a także obecne i przyszłe potrzeby ich
eksploatacji,
 istniejące tereny górnicze,
 obiekty lub obszary, dla których wyznacza się w złożu kopaliny filar ochronny .
Studium nie jest przepisem gminnym, ale jego sporządzenie jest niezbędną przesłanką
powstania planu miejscowego.
Plan zagospodarowania przestrzennego powinien z kolei określać m.in. granice i sposoby
zagospodarowania terenów (obiektów) podlegających ochronie, ustalone na podstawie odrębnych przepisów, w tym terenów górniczych (co koresponduje z art.53 Prawa G i G), a także
narażonych na niebezpieczeństwo powodzi oraz zagrożonych obsuwaniem się mas ziemnych.
Mimo istnienia art.53 Prawa G i G od 1994 r. organy gmin leżących na terenach górniczych
KWB „Bełchatów” do tej pory nie sporządziły stosownych planów zagospodarowania
____________________________________________________________________________
69
G. DAWIDZIAK, Z. SKALSKI – Warunki zabudowy i zagospodarowania terenu górniczego...
____________________________________________________________________________
przestrzennego, co nie jest odstępstwem od praktyki w całej Polsce.
Ponadto w sytuacji prawnej po 01.01.2004 r., w której straciły ważność miejscowe plany
zagospodarowania przestrzennego uchwalone przed 1995 r., a gminy nie uchwaliły nowych
planów miejscowych, brak jest podstaw prawnych wydawania dla tych terenów decyzji
o warunkach zabudowy (art.62 ustawy o planowaniu i zagospodarowaniu przestrzennym z 27
marca 2003 r.) Taki stan praktycznie uniemożliwia , za wyjątkiem inwestycji celu publicznego,
zabudowę terenów górniczych i tym samym wymusza pilną potrzebę sporządzenia dla tych
terenów miejscowych planów zagospodarowania przestrzennego.
2. Przewidywane szkodliwe wpływy robót górniczych zakładu górniczego
2.1. Odwodnienie górotworu
Przewidywane obniżenie zwierciadła wód podziemnych o ponad 250 m zrodziło obawy
odnośnie możliwości wystąpienia znacznych osiadań powierzchni terenu oraz możliwości
wystąpienia odkształceń terenu mogących niekorzystnie wpływać na istniejącą i projektowaną
zabudowę. Dla pomiaru tych osiadań oraz uściślania prognoz na dalsze lata, przed
rozpoczęciem odwadniania odkrywki założona została odpowiednia siec pomiarowa
obejmująca obszar cały obszar prognozowanego leja depresji. Pomiary przeprowadzone
zostały w latach: 1978, 1979, 1981, 1983, 1985,1987, 1989, 1993 i 1999. Maksymalne
wartości osiadań pomierzone zostały w roku 1993 i osiągnęły maksymalnie wartości rzędu
0,7 m obserwowane na filarze między odkrywką, a zwałowiskiem zewnętrznym tj. w rejonie,
gdzie występuje największa miąższość osadów kenozoicznych. Pomiary przeprowadzone
w 1999 r. wykazały, że w części terenu, gdzie zwierciadło wód podniosło się na skutek
zaprzestania odwadniania, zaobserwowano również podnoszenie się powierzchni terenu.
Prace nad prognozą wielkości osiadań wywołanych odwodnieniem odkrywki Bełchatów oraz
ich wpływu na obiekty budowlane prowadzone były w Poltegorze od połowy lat siedemdziesiątych. Pracami tymi kierował prof. Jacek Wojciechowski, których wyniki przedstawiane
były w szeregu prac. Podsumowaniem tych prac są wytyczne prognozowania odkształceń
terenu w zasięgu leja depresji KWB Bełchatów [3].
Przedstawione w wytycznych założenia teoretyczne i zalecana w nich metodyka była podstawą
do opracowanych przez Poltegor-Projekt prognoz: z 1993 [4], nieuwzględniającą odwodnienia
wywołanego budową odkrywki Szczerców oraz z roku 2000 [5] uwzględniającą wyniki
pomiarów do roku 1999 r, oraz wpływ odwodnienia związanego również z budową odkrywki
Szczerców.
W obliczeniach osiadań zakłada się podział górotworu na warstwy: drenujące, konsolidowane i praktycznie nieodkształcalne. Proces konsolidacji odbywa się jednocześnie ze
spadkiem ciśnienia w warstwach drenujących. Wyprowadzony przy przyjęciu powyższych
założeń wzór na osiadanie w i-tej warstwie dla j-tego okresu przedstawia się następująco:
S i, j  hi, j
dU i, j  gw
Mei, j
(2.1)
gdzie:
dUsi , j  0,5  dU i , j  dU (i 1, j )
(2.2)
Mei , j  Ai  Bi  (si , j  U i , j )
(2.3)
____________________________________________________________________________
70
WARSZTATY 2004 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
i 1
si , j  0,5  g i , j   l k  g k
(2.4)
k 1
gdzie:
li – miąższość warstwy,
U i , j – ciśnienie wody w porach danej warstwy w danym okresie,
dU i . j – wzrost ciśnienia w wyniku odwodnienia,
g i – ciężar objętościowy gruntu,
Ai , Bi – parametry modułu ściśliwości gruntu danej warstwy,
gw – ciężar objętościowy wody,
hi , j – współczynnik konsolidacji jest funkcją T j , Cvi , Hwi (dla warstwy drenującej
hi , j = 1,0),
T j – czas odwadniania podawany w latach,
Cv i – stała konsolidacji danego gruntu w warstwie,
Hwi – droga drenowania:
– dla warstwy jednostronnie drenowanej Hwi = li
– dla warstwy dwustronnie drenowanej Hwi = 0,5 li
Osiadanie w danym punkcie powierzchni terenu stanowi suma osiadań w poszczególnych
wydzielonych warstwach. Jest ona podstawą do sporządzenia prognozy lokalnych maksymalnych odkształceń.
Jak wynika z powyższego dla określenia wartości prognozowanych osiadań, niezbędna jest
znajomość następujących elementów:
 budowy geologicznej,
 położenia zwierciadła wody w danym okresie czasowym,
 parametrów gruntu (moduł ściśliwości, stała konsolidacji).
Największe, więc znaczenie dla trafności prognozy osiadań, oprócz dokładnego określenia
wielkości depresji, ma prawidłowe ustalenie parametrów gruntów, a w szczególności modułu
ściśliwości i stałej konsolidacji.
Od początku eksploatacji prowadzone są regularne pomiary geodezyjne osiadań, a w ślad
za nimi prowadzone były analizy umożliwiające korygowanie parametrów gruntów w miarę
uzyskiwania nowych danych, co pozwala na uściślanie prognozy osiadań.
W sumie do uściślenia parametrów wykorzystanych zostało około 730 otworów wiertniczych,
dla których przyporządkowano wartości rzeczywistych osiadań w oparciu o mapy osiadań
sporządzone przez Kopalnię, obejmujące pomiary z lat 1978, 1979, 1981, 1983, 1985, 1987,
1989, 1993 i 1999 z oraz dla tych samych okresów przyporządkowano pomierzony poziom
zwierciadła wody. Dane odnośnie litologii i stratygrafii w poszczególnych otworach pobierane
były z bazy danych geologicznych (zbiory BT10, BT20, SZ10 i SZ20).
Dla zrealizowania tego zadania, opracowany został program komputerowy, wyliczający
zgodnie z podanymi wyżej założeniami wartości osiadań, porównujący je z rzeczywistymi
osiadaniami oraz korygujący wartości parametrów gruntu niezbędnych do uzyskania
obliczeniowych wartości osiadań.
____________________________________________________________________________
71
G. DAWIDZIAK, Z. SKALSKI – Warunki zabudowy i zagospodarowania terenu górniczego...
____________________________________________________________________________
Obliczenia wykonane przy pomocy przedstawionej powyżej metodyki umożliwiły
uzyskanie parametrów gruntu, przy których średnia różnica osiadań między wartościami
obliczonymi, a pomierzonymi była minimalna i wynosiła 0,67 mm, przy średniej wartości
pomierzonych osiadań 120 mm. Średnie odchylenie między osiadaniami obliczonymi,
a pomierzonymi wynosi DS = 4,4 mm.
Przeprowadzona analiza wyników pomiarów powierzchni terenu wykazała, że w rejonie
zwałowiska zewnętrznego O/Bełchatów, gdzie nastąpiła odbudowa zwierciadła wody, w kilku
otworach zaobserwowano podnoszenie się terenu sięgające od kilku do 100 mm. Analizując te
nieliczne punkty można stwierdzić, że dynamika podnoszenia się powierzchni terenu
w stosunku do odbudowującego się zwierciadła wody w części z nich jest znaczna, procentowo
zbliżona do osiadań przy podobnych przyrostach depresji.
Ze względu na brak szerszych danych, dla bezpieczeństwa w obliczeniach przyjęto
założenie, że grunt będzie się zachowywał jak ciało sprężyste, tzn. po zmniejszeniu obciążenia,
na skutek powrotu zwierciadła wody, powierzchnia terenu będzie z opóźnieniem powracała
całkowicie do stanu pierwotnego w identyczny sposób jak ma to miejsce w przypadku osiadań
– tylko w przeciwnym kierunku.
2.1.1. Prognoza osiadania
W oparciu o zebrane dane, jak również w oparciu o prognozę położenia zwierciadła wody,
sporządzona została prognoza osiadań na lata: 2002, 2005, 2020 i na koniec eksploatacji
przewidywany na rok 2038 r.
Do prognozy osiadań wykorzystane zostały wszystkie otwory wiertnicze dowiercone do
podłoża mezozoicznego znajdujące się na obszarze objętym odwodnieniem, za wyjątkiem
terenu przewidzianego do eksploatacji. W sumie pod uwagę wzięte zostały 754 otwory.
Obliczenia przeprowadzono przy wykorzystaniu opracowanego do tego celu programu
komputerowego wykorzystującego bazę danych geologicznych oraz zakodowanych w odrębnym zbiorze danych odnośnie prognozowanego położenia zwierciadła wody w tych otworach.
Wielkości prognozowanych osiadań kształtują się w pobliżu odkrywki na poziomie
100 – 200 mm, lokalnie w miejscach o dużej miąższości kenozoiku są większe i sięgają
300 – 450 mm. W miarę oddalania się od odkrywki wielkości prognozowanych osiadań maleją.
2.1.2. Prognoza odkształceń terenu
Podstawą do określenia wielkości odkształceń terenu w rejonie KWB Bełchatów oraz
zakwalifikowania poszczególnych obszarów do odpowiedniej kategorii terenów górniczych
były przeprowadzone obliczenia prognozowanych wielkości osiadań w rozpatrywanych
okresach obliczeniowych.
Jak już wspomniano na istniejącą zabudowę niekorzystny wpływ ma nie tyle wielkość osiadań,
co różnice w osiadaniach w obrębie danego obiektu. Wobec tego, dla zapewnienia maksymalnego bezpieczeństwa przyjęto tutaj najbardziej niekorzystne założenie, że pomiędzy każdym
punktem obliczeniowym (otworem) zlokalizowany jest uskok lub forma erozyjna podłoża
mezozoicznego o stromo nachylonych ścianach, gdzie następuje lokalne skupienie się całej
różnicy osiadań określonych dla tych punktów. Stwarza to warunki na powierzchni terenu
zbliżone do panujących nad wyrobiskami górniczymi, gdzie odkształcenia wywołane są
eksploatacją podziemną.
Obserwacje poczynione na odsłoniętych odcinkach zboczy wskazują, że powierzchnie
____________________________________________________________________________
72
WARSZTATY 2004 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
uskokowe były poddawane erozji, w wyniku czego obecnie nie mają charakteru pionowych
ścian, lecz są w znacznym stopniu złagodzone. Dla uwzględnienia tego w obliczeniach
założono, że powierzchnie uskokowe mają nachylenie 60o. Profil stosownej niecki osiadań
ilustruje rysunek 2.1.
rr
S2
S1
Zg
Zd


dZ
Rys. 2.1. Profil niecki osiadań nad uskokami, przyjęty do obliczeń odkształceń
między sąsiadującymi otworami
Fig. 2.1. Profile of subsidence trough above faults as used for calculation of
deformations between adjoining holes
Wzory do obliczeń przedstawiają się następująco:
rr 
Zg
Zd
Zd


tg tg tg 60 0
dS
T
rr
  0,6  T
R  0,66
(2.5)
(2.6)
(2.7)
2
rr
dS
(2.8)
gdzie:
Zg – głębokość zalegania nieściśliwego podłoża na wyniesionym skrzydle uskoku,
Zd – głębokość zalegania nieściśliwego podłoża na zrzuconym skrzydle uskoku,
dS – różnica osiadań między sąsiednimi punktami obliczeniowymi,
dZ – zeskok podłoża nieściśliwego (różnica głębokości zalegania podłoża między rozpatrywanymi punktami),
 – kąt zasięgu (rozproszenia) szkodliwych wpływów – dla utworów czwarto i trzeciorzędowych przyjęto  = 60o.
Wielkości T,  i R stanowią podstawę do klasyfikacji danego terenu do odpowiedniej
kategorii terenu górniczego zgodnie z „Zasadami oceny możliwości prowadzenia podziemnej
____________________________________________________________________________
73
G. DAWIDZIAK, Z. SKALSKI – Warunki zabudowy i zagospodarowania terenu górniczego...
____________________________________________________________________________
eksploatacji górniczej z uwagi na ochronę obiektów budowlanych” opracowanymi przez
Główny Instytut Górnictwa w styczniu 2000 r. [7], w których ewentualny wpływ powstających
w wyniku odwodnienia odkształceń na obiekty budowlane, wyznacza zasięg prognozowanej
„I” kategorii terenu górniczego, zaś dalej do granic terenu górniczego przyjmuje się
„0” kategorię terenu górniczego, w obrębie której wpływ odkształceń na obiekty budowlane
można uznać za pomijalny.
Dla prowadzenia obliczeń opracowany został program komputerowy łączący poszczególne
sąsiadujące otwory w pary, obliczający w oparciu o dane geologiczne i wyniki obliczeń
osiadań wartości T,  i R, a następnie kwalifikujący na ich podstawie obszar między tymi
otworami do odpowiedniej kategorii.
Wobec faktu, że prognoza ma służyć dla podejmowania decyzji odnośnie stosowania
dodatkowych zabezpieczeń w nowo wznoszonych obiektach, odkształcenia powstałe przed
rozpoczęciem budowy tego obiektu nie będą miały na niego wpływu. Dla uwzględnienia tego
założenia w obliczeniach odkształceń dla danego roku, rozpatrywany jest okres między danym
rokiem, a końcem eksploatacji. Po określeniu kategorii terenu dla danego roku, ze względu na
fakt, że w całym przedziale czasowym może występować wahanie się zwierciadła wody, dla
każdego roku obliczeniowego sprawdzano, czy w okresie późniejszym nie wystąpią wyższe
kategorie. W takim przypadku do prognozy przyjmowana była najwyższa wartość występująca
w całym przedziale czasowym do końca eksploatacji. Wartości odkształceń posłużyły do
wyznaczenia na mapach zasięgu poszczególnych kategorii terenu górniczego.
Osiadania powstające w wyniku odwodnienia nie powinny wywoływać wartości odkształceń przekraczających dopuszczalne dla I kategorii terenu górniczego. Zasięg terenu I kategorii
ogranicza się do pasa przylegającego do odkrywki (maksymalnie do około 3 km w południowej części obszaru). Pozostałą część terenu górniczego (do jego granic) zakwalifikowano do
0 kategorii.
Trzeba tutaj zwrócić uwagę, że powyższa prognoza nie dotyczyła:
 powierzchni zwałowiska zewnętrznego O/Bełchatów, gdzie odkształcenia są spowodowane głównie przez konsolidowanie się zezwałowanego materiału,
 ewentualnych odkształceń powierzchni terenu wywołanych wymywaniem soli
z wysadu solnego Dębina, gdzie w odrębnej prognozie [9] przewidziano możliwość
wystąpienia odkształceń kwalifikujących teren do III kategorii terenów górniczych,
 ewentualnych odkształceń powierzchni terenu w wyniku naruszenia robotami
górniczymi istniejącej równowagi górotworu w obrębie wysadu solnego Dębina –
obecnie prowadzone są w tym kierunku prace badawcze.
2.2. Wstrząsy sejsmiczne
Pojawienie się pod koniec lat siedemdziesiątych bardzo wyraźnej i okresami intensywnej
sejsmiczności w odkrywkowej kopalni węgla brunatnego „Bełchatów” było dużym
zaskoczeniem tak dla górników jak i sejsmologów. W 2001 r. dotychczasowe wstrząsy zostały
poddane kolejnej ocenie specjalistów Głównego Instytutu Górnictwa [17], w wyniku, której
przedstawiono prognozę zjawisk sejsmicznych KWB „Bełchatów”.
Stwierdzono, że brak jest korelacji występującej sejsmiczności rejonu odkrywki „Bełchatów”
z robotami górniczymi w określonych fazach rozwoju eksploatacji, ani z ilością odpompowanej wody. Podłożem zaistniałej sejsmiczności było współdziałanie istniejących w tym
rejonie naprężeń tektonicznych z naprężeniami i zmianami fizyko-mechanicznymi skał
wywołanymi pracami górniczymi.
____________________________________________________________________________
74
WARSZTATY 2004 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
Prognozę oddziaływania wstrząsów na powierzchnie [17] ilustrują mapy prognozowanych
amplitud przyspieszenia i prędkości drgań gruntu dla projektowanej eksploatacji w polu
„Bełchatów” i w polu „Szczerców”. W trakcie projektowanej eksploatacji należy się liczyć
z wystąpieniem przyspieszeń rzędu ponad 500 mm/s2 w obrysie odkrywki „Bełchatów”
i odkrywki „Szczerców” (VII stopień intensywności drgań w skali MSK-64), rzędu 250 –
500 mm/s2 do 1 km od obrysu granic obu odkrywek (VI stopień intensywności drgań), 120 –
250 mm/s2 do około 2 km poza granicą odkrywek (V stopień intensywności drgań) oraz
z przyspieszeniami 50 – 120 mm/s2 do 6 – 7 km poza granice obrysu odkrywek (IV stopień
intensywności drgań).
Maksymalne amplitudy prędkości drgań gruntu w zakresie 30 – 40 mm/s mogą wystąpić
w obrysie granic odkrywki „Bełchatów” i odkrywki „Szczerców”. Do 1 km poza granicami
obrysu można się liczyć z amplitudami prędkości na poziomie 15 – 20 mm/s, natomiast do
2 km poza obrys granic odkrywek mogą zaistnieć amplitudy prędkości ponad 12 mm/s.
Obliczone amplitudy przyspieszenia i prędkości drgań mogą być podstawą do oszacowania
prognozowanych skutków sejsmiczności w rejonie odkrywki „Bełchatów” i odkrywki
„Szczerców” na zabudowę powierzchniową terenu. Ogólne rozpoznanie oceny skutków drgań
na zabudowę, środowisko naturalne i ludzi można przeprowadzić w oparciu o skale
sejsmometryczne oraz znajomość prognozowanych parametrów drgań powierzchni.
3. Warunki prowadzenia zabudowy na terenach objętych wpływem kopalni
Dla nowobudowanych obiektów lokowanych na terenie górniczym zalecono stosowanie
wymagań techniczno-budowlanych ITB [8] odpowiednio dla danej kategorii prognozowanej dla tego terenu. Opierając się o nie i uzyskane doświadczenia można stwierdzić, że:
 wpływ odkształceń występujących na terenie górniczym zaklasyfikowanym do „0”
kategorii na obiekty budowlane można uznać za pomijalny,
 dla obiektów budowlanych lokowanych na terenie I kategorii nie wymaga się
stosowania dodatkowych zabezpieczeń, poza wynikającymi ze stosowania ogólnych
zasad kształtowania obiektów budowlanych,
 obiekty lokowane na terenach o wyższej kategorii wymagają stosowania dodatkowych
zabezpieczeń zgodnie z zaleceniami ITB.
2. Opierając się o istniejące obecnie dane stwierdzono, że prowadzenie zabudowy na
obszarze terenu górniczego jest dopuszczalne:
 wokół odkrywki Bełchatów i odkrywki Szczerców do pasa bezpieczeństwa o szerokości
minimum 150 m wyznaczonego od górnej krawędzi tych odkrywek,
 w rejonie zwałowiska zewnętrznego O/Bełchatów i zwałowiska wewnętrznego
uformowanego powyżej powierzchni terenu, prowadzenie zabudowy jest możliwe do
granic pól osadowych dla wód spływających ze zwałowisk,
 w rejonie zwałowiska zewnętrznego O/Szczerców należy zachować pas bezpieczeństwa
o szerokości co najmniej 150 m od stopy tego zwałowiska,
 do czasu uzyskania wiarygodnych prognoz odnośnie wzajemnego oddziaływania
odkrywek Bełchatów i Szczerców jak i ich wpływu na wysad solny Dębiny, w obrębie
filara rozdzielającego te odkrywki nie zaleca się prowadzenia zabudowy, powyższe
ograniczenia nie dotyczą własnych obiektów KWB Bełchatów S. A.
3. W oparciu o prognozę oddziaływania wstrząsów na powierzchnię [17] można stwierdzić,
że projektowane obiekty budowlane na terenach poza izolinią przyspieszeń drgań gruntu
1.
____________________________________________________________________________
75
G. DAWIDZIAK, Z. SKALSKI – Warunki zabudowy i zagospodarowania terenu górniczego...
____________________________________________________________________________
250 mm/s2 nie powinny ulegać uszkodzeniom, i stąd nie wymagają stosowania
dodatkowych zabezpieczeń.
W obszarze między izoliniami przyspieszeń 250 – 500 mm/s2 można się liczyć z lekkimi
uszkodzeniami jedynie obiektów o średniej odporności (budowane z cegły, elementów
prefabrykowanych lub kamienia pasowanego).
4. Wnioski
1) Dla obszarów zaliczanych do „0” kategorii terenu górniczego istnieją przesłanki do
podjęcia przez rady gmin uchwał o odstąpieniu, w oparciu o art. 53, ust. 6 Prawa gig,
od sporządzania planów zagospodarowania przestrzennego terenu górniczego, gdyż
wpływy szkodliwego oddziaływania robót górniczych, zarówno w wyniku odwodnienia górotworu jak i wstrząsów sejsmicznych, są pomijalne dla zabudowy terenu.
2) Biorąc pod uwagę fakt wykonywania robót górniczych zarówno na polu „Bełchatów”
jak i polu „Szczerców” przez jeden zakład górniczy (KWB „Bełchatów”), a przede wszystkim nakładanie się lejów depresji aktualnie eksploatowanej odkrywki „Bełchatów”
i budowanej odkrywki „Szczerców”, zasadnym wydaje się, aby w przyszłości został
utworzony jeden wspólny teren górniczy dla obydwu pól górniczych.
Literatura
Wojciechowski J., Serewko K. 1981: Aktualizacja prognozy osiadań i odkształceń terenu w zasięgu
oddziaływania KWB Bełchatów i Szczerców na podstawie pomiarów 1975 – 80. ZNB COBPGO
Poltegor, Wrocław, (nr proj. PR-8.1.7.4.01.01, nr arch.38334).
[2] Wojciechowski J., Serewko K. 1985: Aktualizacja prognozy osiadań i odkształceń powierzchni
terenu w wyniku odwodnienia oraz zasady interpretacji. ONB COBPGO Poltegor, Wrocław,
(nr proj. PR-8.1.7.4.02.4, nr arch. 25/ONB).
[3] Wytyczne prognozowania odkształceń terenu i zabezpieczeń obiektów przeciw szkodom górniczym
w zasięgu leja depresji KWB Bełchatów. COBPGO Poltegor Wrocław. 1987 – Zatwierdzone przez
Dyrektora Ogólnokrajowego Gwarectwa Węgla Brunatnego jako obowiązujące do stosowania
w Kopalni Węgla Brunatnego „Bełchatów” i zalecone do wykorzystywania w innych kopalniach
odkrywkowych.
[4] Dawidziak G. 1994: Uściślenie prognozy osiadań i odkształceń terenu w obszarze zasięgu
oddziaływania KWB Bełchatów oraz interpretacja wyników na podstawie pomiarów do 1993 r.
POLTEGOR-Projekt, Wrocław, (nr proj. 0012.1009.161 i 211).
[5] Dawidziak G., Szczepiński J. 2000: Prognoza osiadań i odkształceń związanych z budową
O/Szczerców. POLTEGOR-Projekt, Wrocław (nr proj. 0030.1166.161,231).
[6] Ochrona obiektów budowlanych na terenach górniczych. Praca zbiorowa pod kierunkiem prof.
J. Kwiatka, Wydawnictwo Głównego Instytutu Górnictwa, Katowice 1998 r.
[7] Zasady oceny możliwości prowadzenia podziemnej eksploatacji górniczej z uwagi na ochronę
obiektów budowlanych. Główny Instytut Górnictwa – Katowice styczeń 2000 r. Seria: instrukcje,
Nr 10. Zatwierdzone do stosowania przez Komisję do spraw Ochrony Powierzchni przy Wyższym
Urzędzie Górniczym w dniu 16 grudnia 1999 r.
[8] Wymagania techniczno-budowlane dla obiektów budowlanych wznoszonych na terenach
podlegających wpływom eksploatacji górniczej. Instytut Techniki Budowlanej Warszawa 1975 r.
[9] Dawidziak G. 1990: Określenie wielkości i zasięgu deformacji powierzchni terenu wywołanych
lejem depresji wokół wysadu solnego Dębina. COBPGO Poltegor, Wrocław (nr proj. 0.012.111.1).
[10] Założenia Techniczno-Ekonomiczne budowy Odkrywki Szczerców. Poltegor-projekt Sp. z o.o.,
Wrocław, 1997, nr proj. 1030.1009.001.
[11] Aktualizacja ZTE budowy O/Szczerców do wprowadzenia II układu KTZ włącznie. Tom II. Zeszyt
2. Poltegor- projekt Sp. z o.o., Wrocław, 1999, nr proj. 1030.1178.231,221.
[1]
____________________________________________________________________________
76
WARSZTATY 2004 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
[12] Projekt dyrektywny wydobycia do końca eksploatacji O/Bełchatów w rowie II rzędu. Poltegorprojekt Sp. z o.o., Wrocław, 1998, nr proj. 3012.1118.221.
[13] Badania modelowe O/Szczerców dla potrzeb prognozowania leja depresyjnego i odwadniania
odkrywki. POLTEGOR-Projekt Sp. z o.o., Wrocław, 1999, nr proj. 0030.1159.231.
[14] POLTEGOR-Projekt Sp. z o.o., Wrocław, 1996: Opracowanie modelu warunków hydrogeologicznych z uwzględnieniem odwodnienia O/Bełchatów i bariery ochronnej wysadu solnego. Nr proj.
3030.1002.211.
[15] Studium określenia granicy zasięgu leja depresyjnego O/Bełchatów. POLTEGOR-Projekt,
Wrocław, 1993, nr proj. 0012.1021.211.
[16] POLTEGOR-Projekt Wrocław, 1999: Koncepcja wyrobiska końcowego. Nr proj. 1012.1154.161.
[17] Główny Instytut Górnictwa Katowice, 2001, Ocena i prognoza zjawisk sejsmicznych w rejonie
KWB Bełchatów. Nr pracy w GIG: 41121181-123.
[18] Szczepański A. 1995: Zasięg przewidywanych wpływów robót górniczych Kopalni Węgla
Brunatnego „Bełchatów” dla ustalenia granic terenu górniczego. Kraków.
Conditions for development and management of mining area taking
Bełchatów surface lignite mine as example
From among other surface mining plants, the Bełchatów surface lignite mine distinguishes
it self, first of all by sizes of its open pits and volume of earth mass removal. The exploitation
carried out requires also to pump out huge amounts of water from the rock mass during the
dewatering process. In turn, this brings about formation of a big cone of depression which
directly influences the delinitation of mining area. An additional element making the
development conditions in this area worse is occurrence of an unusual seismic activity in the
immediate vicinity of mining operations carried out. This unusual seismicity, considering
seismic prevailing in Poland, has its grounds in the geological structure and geotechnical
conditions prevailing this region.
This paper presents method for delinitation of mining areas and prediction of mining
impact on building facilities located within the limits of mining areas in Bełchatów and
Szczerców fields. Also, the authors of this paper indicate a problem wether mining area spatial
development plans have their grounds to prepare them for areas with definite impacts of
mining operations or for areas with considerable harmful impacts of mining operations only.
Przekazano: 25 marca 2004 r.
____________________________________________________________________________
77