Bogusław BOBROWSKI, Antoni KOT Rozwiązania inżynierskie dla

WARSZTATY z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
Mat. Symp. str. 47 – 55
Bogusław BOBROWSKI, Antoni KOT
Gliwicka Spółka Węglowa S.A., Gliwice
Rozwiązania inżynierskie dla potrzeb ochrony środowiska zastosowane
w kopalniach Gliwickiej Spółki Węglowej S.A.
Streszczenie
W referacie autorzy przedstawili rozwiązania inżynierskie dla potrzeb ochrony środowiska,
niektóre unikalne w skali Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, zmniejszające uciążliwość
prowadzonej działalności górniczej, z uwzględnieniem skutków zagrożenia powodziowego
i wpływające na efekty ekonomiczne Gliwickiej Spółki Węglowej S.A. Do tych rozwiązań
należą: zakład odsalania wód kopalnianych, rurociąg lewarowy, składowisko centralne skały
płonnej i obwałowania rzeki.
1. Wstęp
Gliwicka Spółka Węglowa S.A. od początku swego istnienia wykonała szereg prac i analiz
oraz poświęciła wiele uwagi zagadnieniom ochrony środowiska i przedsięwzięciom proekologicznym. Już w 1993 roku określone zostały wielokierunkowe działania dla zminimalizowania
szkodliwego wpływu działalności górniczej na otoczenie, z uwzględnieniem rachunku
ekonomicznego. Za priorytetowe uznano wówczas:
– problematykę wód słonych, głównie zmniejszenie zrzutu wód słonych poprzez szukanie
technicznych rozwiązań odsalania wód,
– problematykę odpadów górniczych, w tym zmniejszenie ilości wytwarzanych odpadów
poprzez obniżenie zanieczyszczenia urobku,
– problematykę ujemnych wpływów działalności górniczej na deformację powierzchni
terenu, poprzez ograniczenie wpływów eksploatacji górniczej do III kategorii w rejonach
zabudowanych,
– rekultywację terenów zdegradowanych z sukcesywnymi działaniami wyprzedzającymi,
m.in. regulację spraw własnościowych gruntów,
– ochronę powietrza, poprzez wymianę urządzeń grzewczych nie spełniających wymogów
ochrony środowiska,
- ograniczenie hałasu, poprzez wyciszanie obiektów o przekroczonych dopuszczalnych
normach emisji hałasu, w pierwszej kolejności w rejonie osiedli mieszkaniowych.
Dotychczasowe osiągnięcia w dziedzinie ochrony środowiska przedstawia komunikat
Gliwickiej Spółki Węglowej S.A. (Bobrowski 2002).
Niniejsze opracowanie informuje o kompleksowych działaniach podjętych w zakresie
systemu zarządzania środowiskiem oraz przedstawia, interesujące w skali Górnośląskiego
Zagłębia Węglowego, rozwiązania techniczne zastosowane w kopalniach Spółki:
____________________________________________________________________________
47
B. BOBROWSKI, A. KOT – Rozwiązania inżynierskie dla potrzeb ochrony środowiska...
____________________________________________________________________________
– rurociąg lewarowy tłoczący wodę z zalewisk, wykorzystywany do odprowadzania wód
z bezodpływowych niecek (zastępujący przepompownię),
– zakład odsalania wód kopalnianych,
– lokalizacja oraz sposób składowania odpadów na centralnym składowisku skały płonnej,
– roboty hydrotechniczne.
Program rządowy reformy górnictwa węgla kamiennego postawił w 1999 roku sektorowi
górnictwa zadania do wypełnienia do 2005 roku, dotyczące wymogów prawnych w zakresie
ochrony środowiska, których nie spełnienie może być powodem podjęcia decyzji o likwidacji
kopalń.
Na zlecenie Ministra Gospodarki została przeprowadzona przez Główny Instytut Górnictwa
„sektorowa ocena stanu środowiska w górnictwie węgla kamiennego” [3]. We wnioskach
powyższej oceny ujęto potrzebę stworzenia jednolitych dla kopalń węgla kamiennego
systemowych rozwiązań w zakresie monitorowania i okresowych ocen wpływu zakładów
górniczych na stan środowiska. Przedstawiała ona również sposób wdrożenia systemu
zarządzania środowiskowego według norm ISO 14000.
Proces dostosowywania polskiego prawa do przepisów i szczegółowych wymagań Unii
Europejskiej oraz konieczność uwzględniania praw miejscowych, np. określonych warunków
ujętych w miejscowych planach zagospodarowania przestrzennego, wymaga stałej weryfikacji
programu zarządzania środowiskiem i związanych z tym działań proekologicznych. Negocjacje
związane z wejściem Polski do Unii Europejskiej, okresy przejściowe i dostosowawcze, nowe
dyrektywy i przepisy oraz możliwości wykorzystania funduszy unijnych mogą również
wpłynąć na program wdrażania systemów zarządzania środowiskiem.
System zarządzania środowiskiem musi być oparty o strategię „czystszej produkcji” (CP).
Idea CP jest jedną z kluczowych w dążeniu do osiągnięcia zrównoważonego rozwoju.
„Czystsza produkcja” kładzie nacisk na ograniczeniu zanieczyszczeń u „źródła”. W przypadku
kopalń GSW S.A. będzie to: minimalizacja ilości wytwarzanych odpadów górniczych,
recykling odpadów i ograniczenie ilości odprowadzanych do cieków powierzchniowych wód
słonych, głównie poprzez zwiększenie ich wykorzystania dla celów technologicznych.
Wykorzystane zostaną dotychczasowe doświadczenia własne i innych przedsiębiorstw.
Wdrożenie powyższego systemu w GSW S.A. wymaga ponownej wszechstronnej oceny
stanu aktualnego w zakresie ochrony środowiska na podstawie zintegrowanego monitoringu
środowiska oraz analiz wszystkich elementów działalności górniczej w aspekcie techniczno –
ekonomicznym i zgodności z tworzonymi aktualnie planami zagospodarowania przestrzennego
gmin.
2. Zakład odsalania wód kopalnianych
W wyniku wieloletnich prac naukowo – badawczych prowadzonych przez Główny Instytut
Górnictwa w Katowicach wybudowano w 1975 r. przy kopalni „Dębieńsko” Zakład Odsalania
„Dębieńsko I”, którego zadaniem była utylizacja całości wód dołowych silnie zasolonych
pochodzących z tej kopalni. W roku 1994 uruchomiono instalację „Dębieńsko II”, powstałą na
licencji firm amerykańskich i szwedzkich, której zadaniem była utylizacja wód miernie
zasolonych. Rysunek 2.1. przedstawia zdjęcie obiektów Zakładu oraz bilans masowy procesu
odsalania z publikacji Piechy i Klimka (1998).
____________________________________________________________________________
48
WARSZTATY z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
a)
b)
Rys. 2.1. Zakład Odsalania „Dębieńsko”(a) i schemat procesu odsalania (b) (Piecha, Klimek 1998)
Fig. 2.1. „Dębieńsko” Plant of the desalination (a) and the scheme of the desalination process (b)
(Piecha, Klimek 1998)
Oprócz korzyści dla środowiska w procesie utylizacji wód słonych powstaje szereg
cennych surowców możliwych do wykorzystania gospodarczego głównie sól (koncentrat)
i oczyszczona woda (Płonka 1999).
Budowa Zakładu Odsalania miała na celu wyeliminowanie zrzutów wód zasolonych przez
kopalnie „Dębieńsko” i „Budryk’. Cel ten został osiągnięty w stu procentach. Te dwie kopalnie
przestały być uciążliwe dla środowiska. Istnieje teoretycznie możliwość podłączenia do
instalacji innych okolicznych kopalń. Na przeszkodzie mogą stanąć przede wszystkim
problemy ekonomiczne. Szczegółowe informacje o przedmiotowym zakładzie zawarte są
w publikacjach Piechy i Klimka (1998) i Płonki (1999).
____________________________________________________________________________
49
B. BOBROWSKI, A. KOT – Rozwiązania inżynierskie dla potrzeb ochrony środowiska...
____________________________________________________________________________
3. Rurociąg lewarowy
W większości kopalń GSW S.A. w nadkładzie złoża występują grube kompleksy warstw
nieprzepuszczalnych a poziom zwierciadła wody gruntowej położony jest blisko powierzchni
terenu. W takich warunkach obniżenia poeksploatacyjne powierzchni w zależności od ich
wielkości spowodują:
– zabagnienie i podtapianie terenów zabudowanych, pól uprawnych i terenów leśnych,
– zmiany granic i wielkości pojemności istniejących zbiorników, powstawanie zalewisk
bezodpływowych,
– deformacje koryt cieków powierzchniowych połączone z zatapianiem terenów do nich
przyległych,
– zmianę kierunku spływu wód powierzchniowych,
– ogólne zmiany w poziomie wód gruntowych, deklasyfikacje gleb, itp.
Powszechną znaną metodą likwidacji lub minimalizacji zalewisk na terenach górniczych są
wszelkiego rodzaju przepompownie. W kopalniach GSW S.A. jest ich znaczna ilość.
W celu niedopuszczenia do nadmiernego powiększania się powierzchni zalewiska W-3
KWK „Szczygłowice” zastosowała unikalną metodę, a mianowicie zbudowała rurociąg
lewarowy odprowadzający wody z zalewiska W-3 na potoku Książenickim do zalewiska W-65
na potoku Wilczańskim (rys. 3.1.).
Trasa lewara przebiega przez tereny Kopalni „Szczygłowice”. Długość lewara od komory
ujęcia do komory głowic lewarowych wynosi 690 m. Rurociąg lewarowy rozpoczyna się
studnią (komorą) wlotową wykonaną z rury stalowej  2000 mm zapuszczoną w grunt.
Komora jest połączona hydraulicznie z zalewiskiem W-3 na potoku Książenickim. Wysokość
lustra wody w komorze jest równa wysokości lustra wody w zalewisku W-3 i waha się
w granicach od 230,7 do 236,05 m. n.p.m. (1999 r.). Do studni wlotowej wprowadzona jest
końcówka ssąca rurociągu lewarowego na głębokość poniżej 230,7 m. n.p.m. Na końcu
rurociągu znajduje się komora wylotowa, w której mieszczą się końcówki rur spadowych
głowicy samoodpowietrzającej. Głowica składa się z czterech rur spadowych o różnej
średnicy. Rzędna zwierciadła wody w komorze wylotowej nie może przekroczyć minimalnej
wysokości lustra wody w komorze wlotowej, tj. maksymalnie 230,7 m n.p.m.
Z dotychczasowych obserwacji terenowych wynika, że dla prawidłowego działania lewara
minimalna różnica poziomów lustra wody w zalewiskach W-3 i W-65 musi wynosić
Hmin = l m. Na trasie lewara znajduje się komora pomp próżniowych, przy użyciu których
uruchamiany jest lewar. Pompy te powodują powstanie podciśnienia w lewarze, przez co
podnosi się poziom wody w końcówkach lewara. Woda z komory wlotowej przelewa się przez
najwyższy punkt lewara i płynie grawitacyjnie do komory głowicy samoodpowietrzającej.
Maksymalne podciśnienie, przy jakim lewar będzie funkcjonował wynosi 8 m słupa wody.
Rurociąg lewarowy na całej swej długości leży na podporach betonowych, w odległościach co
około 10 m, na których znajdują się rolki stalowe. Rolki te umożliwiają swobodne
przemieszczanie się rurociągu.
Lewar ułożony jest na powierzchni terenu lub w otwartym wykopie. Jest to podyktowane
tym, że jego trasa przebiega na terenie objętym wpływami eksploatacji górniczej. Ocieplony
jest wełną mineralną i obłożony blachą. Na 511 mb. lewar przecina ulicę ks. Jana Pojdy.
Przejście pod drogą wykonano w rurze przeciskowej  1800 mm.
Pierwsze uruchomienie lewara polega na użyciu pompy próżniowej. Po uruchomieniu
lewara zwierciadło wody w komorze dopływowej opada i stabilizuje się w punkcie równowagi
pomiędzy dopływem w komorze dopływowej i odpływem w komorze odpływowej. Stały
____________________________________________________________________________
50
WARSZTATY z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
przepływ przez głowicę odpowietrzającą i stałe usuwanie powietrza z rurociągu gwarantuje
wymagane podciśnienie w lewarze. Kilka rur spadowych w głowicy stwarza możliwość
ciągłego odpowietrzania przy różnych wydajnościach przepływu od założonego min. 20 dm 3/s
do max 1200 dm3/s (Wącirz 1999).
1
2
1
Kanał dopływowy
Hmax = 8 m
Komora wlotowa
Komora pomp
podciśnień.
Rurociąg  800 mm
2
3
Hmin = 1 m
Komora wylotowa
Kanał odpływowy
3
Rys. 3.1. Rurociąg lewarowy
Fig. 3.1. Siphonly pipeline
____________________________________________________________________________
51
B. BOBROWSKI, A. KOT – Rozwiązania inżynierskie dla potrzeb ochrony środowiska...
____________________________________________________________________________
Zaletami rurociągu lewarowego są:
– możliwość zapewnienia przerzutu wody w granicach od 20 dm3/s do 1200 dm3/s,
– przerzut grawitacyjny bez użycia energii elektrycznej poza jednorazowym wytworzeniem
podciśnienia przy rozruchu,
– możliwość eksploatacji bez obsługi.
Wadami rozwiązania są:
– wrażliwość wydajności układu na osiadanie obustronne od strony wlotu i wylotu z lewara
(możliwość unieruchomienia),
– mała rezerwa wysokości podciśnienia w przypadku osiadania terenu., co może spowodować unieruchomienie układu po osiągnięciu maksymalnego podciśnienia 8 m słupa wody,
– możliwość zamarzania lewara przy małych przepływach i niskiej temperaturze wody.
4. Centralne Składowisko Odpadów Górniczych
Gliwicka Spółka Węglowa S.A. wspólnie z KWK „Budryk” od 1988 roku realizuje
przedsięwzięcie pod nazwą Centralne Składowisko Odpadów Górniczych w Knurowie.
Składowisko położone jest w lesie, na obszarze górniczym KWK „Knurów”. Teren pod
budowę składowiska był terenem zdegradowanym wskutek podziemnej eksploatacji węgla
i wykorzystywanym uprzednio przez KWK „Knurów”. Powierzchnia terenu, na której
projektowane są roboty, wynosi 352,3 ha.
Aktualnie składowisko zajmuje około 317 ha powierzchni a jego docelowa pojemność
wyniesie 86,7 mln m3, tj. 164,7 mln Mg. Taka pojemność gwarantuje możliwość składowania
odpadów górniczych dla kopalń Spółki i KWK „Budryk” jeszcze przez najbliższe 25 lat.
Maksymalna docelowa rzędna składowania odpadów wynosi +283,00 m n.p.m. Na rysunku
4.1. przedstawiono aktualne granice składowiska na podkładzie zdjęcia lotniczego z 1992 roku
oraz prognozowane izolinie obniżeń na okres 2002 – 2020.
Odwodnienie składowiska stanowią rowy opaskowe oraz odprowadzalniki, których
zadaniem jest odprowadzenie wód z rowów opaskowych do cieków powierzchniowych, po
uprzednim ich oczyszczeniu z piasku w osadnikach sedymentacyjnych. Całkowita długość
rowów opaskowych wynosi 4470 m. Prawidłowość funkcjonowania składowiska jest w sposób
ciągły monitorowana przez piezometry na jego obwodzie, a woda z rowów opaskowych
kierowana jest do rzek poprzez osadnik sedymentacyjny.
Sukcesem budowy przedmiotowego składowiska jest lokalizacja minimalizująca jego
uciążliwość dla mieszkańców oraz wykorzystanie stopniowego osiadania terenu, docelowo
nawet do 30 metrów, spowodowanego eksploatacją najbogatszej części złoża KWK „Knurów”.
Teren składowiska jest rekultywowany w kierunku leśnym.
5. Roboty hydrotechniczne
Charakterystyczną cechą większości terenów górniczych kopalń GSW S.A. są cieki,
zbiorniki wodne i wynikające z nich zagrożenia zalewiskami i podtopieniami przyległych
gruntów. Kopalnie GSW S.A. radzą sobie z tymi problemami poprzez stałe prowadzenie prac
hydrotechnicznych. Do likwidacji zalewisk, budowy obwałowań rzek i cieków wykorzystywane są odpady górnicze. Realizowane są szeroko zakrojone roboty hydrotechniczne.
Przykładem jest KWK „Makoszowy” (rys. 5.1.).
____________________________________________________________________________
52
WARSZTATY z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
1,0 m
izolinie obniżeń do roku 2020
0,0 m
1,0 m
2,0 m
3,0 m
4, 0 m
5,0 m
m
6,0 m
7,0
ska
wi
aktualna granica składo
8,0 m
Zdjęcie lotnicze z 1992 r.
Rys. 4.1. Centralne Składowisko Odpadów Górniczych
Fig. 4.1. Central dumping ground of mine wastes
____________________________________________________________________________
53
B. BOBROWSKI, A. KOT – Rozwiązania inżynierskie dla potrzeb ochrony środowiska...
____________________________________________________________________________
Rys. 5.1. Roboty hydrotechniczne
Fig. 5.1. Hydraulic engineering works
Największym osiągnięciem kopalni w tym względzie było przeprowadzenie rekultywacji
zalewiska Wn-35 w części położonej na prawym brzegu rzeki Kłodnicy w Zabrzu-Makoszowy
połączone z obwałowaniem rzeki Kłodnicy, co uratowało dzielnicę Zabrze-Makoszowy, przed
powodzią w 1997 roku.
Aktualnie prowadzone są intensywne prace hydrotechniczne na lewym brzegu rzeki
Kłodnicy (rys. 5.1.).
6. Uwagi końcowe
Zagadnienia związane bezpośrednio i pośrednio z ochroną środowiska są również jednymi
z ważniejszych problemów, jakie towarzyszyły procesom likwidacji kopalń Gliwickiej Spółki
Węglowej S.A. – „Gliwice” i „Dębieńsko”. Obejmują one bowiem likwidację infrastruktury
powierzchniowej i podziemnej zakładu górniczego, w aspekcie jej wpływu na przekształcenia
środowiska przyrodniczego. W szczególności zaś dotyczą:
– zmiany warunków wodnych w górotworze i na powierzchni,
– konieczności utrzymania odwadniania kopalń,
– zagospodarowania wód słonych,
– utrzymania istniejących ujęć wody pitnej,
– rekultywacji i zagospodarowania zwałowisk i hałd oraz gruntów zdegradowanych działalnością
górniczą,
– usuwania występujących szkód górniczych po zakończeniu likwidacji kopalń.
____________________________________________________________________________
54
WARSZTATY z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
Zagadnienia ochrony środowiska w kopalniach likwidowanych występują zarówno
w trakcie przebiegającego właśnie procesu likwidacji, jak również często ujawniają się już po
formalnym zakończeniu tego procesu (np. rekultywacja terenów, likwidacja szkód górniczych,
opiniowanie przydatności terenu pod zabudowę lub inne zagospodarowanie) i tym zagadnieniom należałoby w przyszłości poświęcić więcej uwagi, w szczególności w zabezpieczeniu
możliwości ich finansowania (Chaber, Kot 1998).
W GSW S.A. problematyka ochrony środowiska zajmuje bardzo wysoką pozycję.
W dużym stopniu wycofano się z eksploatacji górniczej spod zwartej zabudowy miast:
Knurów, Zabrze i Gliwice. W wyniku rozwiązań inżynierskich działalność kopalń GSW S.A.
staje się coraz bardziej przyjazna dla środowiska. Wdrożenie w kopalniach GSW S.A.
systemów zarządzania środowiskiem umożliwi kompleksowe rozwiązywanie problemów
ekologicznych kopalń i zminimalizowanie szkodliwych skutków działalności górniczej
z uwzględnieniem rachunku ekonomicznego.
Gliwicka Spółka Węglowa S.A. zamierza poświęcić więcej uwagi problemom kształtowania środowiska. Dysponowanie dużą masą odpadów górniczych, w warunkach występowania zalewisk i terenów zdegradowanych, często z przyczyn pozagórniczych, powinno skłaniać
władze samorządowe do ich wykorzystania inżynierskiego w zasadzie bezkosztowego. Górnictwo
może pozostawić po sobie teren zagospodarowany, atrakcyjny dla przyszłych pokoleń, o korzystniejszych walorach środowiskowych niż przed rozpoczęciem działalności górniczej.
Literatura
[1] Bobrowski B. 2002: Komunikat: „Ochrona środowiska w Gliwickiej Spółce węglowej S.A.”.
Miesięcznik WUG 5(93)/2002, 5 – 7.
[2] Chaber M., Kot A. 1998: Problematyka ochrony środowiska w procesie likwidacji kopalń węgla
kamiennego. Materiały Konferencji Naukowo-Technicznej „Ochrona środowiska na terenach
górniczych”, Rytro.
[3] Główny Instytut Górnictwa: Sektorowa ocena stanu środowiska w górnictwie węgla kamiennego.
Materiały Głównego Instytutu Górnictwa, Katowice 2000. Materiały niepublikowane.
[4] Piecha J., Klimek R. 1998: Zakład Odsalania przy kopalni „Dębieńsko”- bezodpadowa utylizacja
zasolonych wód kopalnianych. Wiadomości Górnicze 9/98, 379 – 384.
[5] Płonka K. 1999: Zakład Odsalania Wód Dołowych „Dębieńsko I” i „Dębieńsko II”. Materiały IV
Konferencji Naukowo-Technicznej „Uwarunkowania w Miejscowych Planach Zagospodarowania
Przestrzennego Miast i Gmin w Rybnickim Okręgu Przemysłowym”, Rybnik, 267 – 277.
[6] Wącirz M. 1999: Możliwości funkcjonowania rurociągu lewarowego łączącego potoki Książenicki
z Wilczańskim w świetle zamierzeń eksploatacyjnych KWK „Szczygłowice” do roku 2020”. Praca
na uprawnienia mierniczego górniczego wykonana pod kierunkiem dr inż. A. Kota, Knurów (praca
niepublikowana).
Engineering solutions for environment needs applied in mines
of GSW S.A.
In the paper the authors presented other unique engineering, solutions to protect the
environment in the area of Upper Silesian Coal Basin. These solutions can reduce drudging
problems, also the flood risk, and increase economic effects GSW S.A. connected with mining.
These solutions are: the plant of desalination of mining waters, the central dumping ground of
mine waste and improving the embankments of the river.
Przekazano: 20 marca 2002
____________________________________________________________________________
55