Technologie eksploatacji złóż kruszyw naturalnych i ich

Technologie eksploatacji złóż
kruszyw naturalnych i ich wpływ
na środowisko
prof. dr hab. inż. Wiesław Kozioł
mgr inż. Łukasz Machniak
mgr inż. Joanna Goleniewska
Wydział Górnictwa i Geoinżynierii
Katedra Górnictwa Odkrywkowego
Kraków 5 kwietnia 2011 r.
PODZIAŁ KRUSZYW WEDŁUG NORMY
PN-EN
KRUSZYWO
Naturalne
Żwirowo-piaskowe
Sztuczne
Łamane
Z recyklingu
Zastosowanie kruszyw
naturalnych w gospodarce
Podstawowy surowiec i materiał budowlany
• w drogownictwie – 90% masy w
konstrukcji drogi,
• w budownictwie – 75% masy betonowej
WYDOBYCIE KRUSZYW NATURALNYCH W POLSCE
W LATACH 1989 - 2010
prognoza
Produkcja kruszyw na 1 mieszkańca w
krajach UE w 2009 r.
źródło: dane UEPG (European Aggregates Association)
Zależność produkcji na mieszkańca od
PKB na mieszkańca
źródło: dane UEPG (European Aggregates Association)
Sposoby eksploatacji kruszyw
naturalnych
Eksploatacja lądowa
Eksploatacja wodna
•z urabianiem z lądu
•z urabianiem z lustra wody
Eksploatacja mieszana
•z urabianiem z lądu
•z urabianiem z lądu i z lustra wody
źródło: A. Bęben
UKŁADY WYDOBYWCZE DO EKSPLOATACJI
ŻWIRÓW I PIASKÓW
Eksploatacja
Układ wydobywczy
Urabianie kopaliny
Transport urobku
Koparki urabiające z poziomu
lądowego:
– przenośnikowy
– wieloczerpakowe
– jednonaczyniowe:
– samochodowy
zgarniakowe, łyżkowe,
chwytakowe, zgarniarki linowe
Koparki pływające:
– przenośnikami
Spod wody
– wieloczerpakowe
pływającymi
– chwytakowe
– barkami,
szalandami
– ssące
– rurociągami
tłoczonymi
– hydropneumatyczne
– przenośnikami
pływającymi
Koparki łyżkowe + przenośniki lub
samochody
Zalety
- uniwersalność zastosowań do robót górniczych
Wady
-ograniczona głębokość (< 12 m) i wydajność eksploatacji
-trudności kształtowania skarp o nachyleniu < 40°
-ryzyko osunięc skarpy
Koparki zgarniakowe + przenośniki, samochody
Zalety
- urabianie z poziomu
eksploatacyjnego na lądzie
-eliminacja transportu
urobku po poziomie wody
Wady
- cykliczny charakter pracy
koparki - trudności
kształtowania skarp o
nachyleniu < 40°
-trudności urabiania przy
występowaniu w złożu
głazów, pni itp.
-mała głębokość
eksploatacji (do 12 m)
Zgarniarki + przenośniki, samochody
Zalety
- urabianie z poziomu eksploatacyjnego na lądzie (do 24 m)
- eliminacja transportu urobku po poziomie wody
Wady
- cykliczny charakter pracy zgarniarki
- zmniejszenie wydajności koparki z głębokością wydobycia
Zgarniarki linowe
1
L
L
3
5
T
T
2
Legenda:
1 – urządzenie zgarniakowe,
2 – zgarniak,
3 – krążek kierunkowy,
4 – lina ciągnąca,
5 – lina zwrotna.
4
Najczęściej osiągana głębokość
eksploatacyjna T = L/6
L – szerokość wykopu,
T – głębokość urabiania.
Koparki chwytakowe + przenośniki pływające,
barki
Zalety
- korzystne głębokości wydobywania (do 40 m)
Wady
- duże straty spągowe oraz drobnych frakcji
- cykliczny charakter pracy koparki, mała wydajność
- zmniejszenie wydajności koparki z głębokością urabiania
Koparki wieloczerpakowe lądowe lub pływające
+ przenośniki lądowe lub pływające, barki
Zalety
- ciągły charakter pracy koparki
- małe ilości strat spągowych
Wady
- ograniczona głębokość wydobycia (do 20 m)
- trudności urabiania przy występowaniu w złożu głazów, pni itp.
Pogłębiarki ssące + przewody tłoczne
Zalety
- ciągły charakter pracy układu wydobywczego (do 20 m)
- małe ilości strat spągowych
- możliwość zastosowania hydrotransportu na znaczne odległości
Wady
- ścieralność elementów układu wydobywczego
- trudności urabiania przy występowaniu w złożu głazów, pni itp.
Zespoły urabiające pogłębiarki ssącej
Głowica spulchniająca (Jet)
Pogłębiarki ssące z kołem wieloczerpakowym
lub łańcuchem tnącym
Łańcuch tnący
Koło frezujące
Zalety
- ciągły charakter pracy układu wydobywczego (do 20 m)
- małe ilości strat spągowych
- możliwość zastosowania hydrotransportu na znaczne odległości
Wady
- ścieralność elementów układu wydobywczego
Pogłębiarki hydropneumatyczne + przenośniki
pływające
5
4
1
Legenda:
1 – przewód
doprowadzający wodę
pod ciśnieniem,
2 – dysze,
3 – komora głowicy,
4 – przewód
doprowadzający
sprężone powietrze,
5 – mieszanina
urobku, wody i
powietrza.
3
2
Zalety
- ciągły charakter pracy układu
wydobywczego
- korzystne głębokości wydobycia (12 –
80 m)
- korzystne ilości strat spągowych
Wady
- transport pływającymi przenośnikami
taśmowymi
- trudności urabiania przy występowaniu
w złożu głazów, pni itp.
Pogłębiarki - statki
Zalety
- duża wydajność
- małe straty
- duża głębokość eksploatacji (60 – 100 m)
Transport urobku do zakładu
przeróbczego
Do transportu urobku służą m.in.:
• rurociągi (hydrotransport),
• pływające i lądowe przenośniki taśmowe,
• barki, szalandy.
Rurociąg + odwadniacz kołowy + taśmociąg
Pogłębiarka wieloczerpakowa +
transport taśmowy
Załadunek kruszywa na barkę
Porównanie technologii eksploatacji
kruszyw spod wody – czynniki techniczne
Środowiskowe aspekty podwodnej
eksploatacji kruszyw naturalnych
Wydobycie surowców mineralnych, w tym także
kruszyw naturalnych w sposób nieunikniony
oddziaływuje na środowisko, a w szczególności na
tereny, na których odbywa się eksploatacja.
Porównanie poszczególnych technik i technologii
eksploatacji jest trudne ze względu na złożoność
procesów i oddziaływań.
W celu podjęcia takiej oceny niezbędne jest
określenie najważniejszych kryteriów wrażliwości
ekologicznej.
Środowiskowe aspekty podwodnej
eksploatacji kruszyw naturalnych
Do podstawowych czynników wrażliwości ekologicznej, na
które mają lub mogą mieć wpływ stosowane techniki i
technologie podwodnej eksploatacji i produkcji kruszyw
naturalnych zaliczyć należy:
•
•
•
•
•
•
zdrowie i bezpieczeństwo załogi i innych osób,
degradacja flory i fauny,
zmiany stosunków wodnych,
zanieczyszczenia wody i powietrza,
przekształcenia krajobrazu (trwałe, czasowe),
hałas, drgania,
Porównanie technologii eksploatacji
kruszyw spod wody – czynniki
środowiskowe
Środowiskowe aspekty podwodnej
eksploatacji kruszyw naturalnych
Kryteria dotyczące bezpośrednio obszarów Natura 2000 i
ochrony rzadkich i zagrożonych ptaków i innych siedlisk i
gatunków (wytyczne KE):
• utrata lub pogorszenie stanu siedlisk lub ich
rozdzielenie,
• zakłócenie funkcjonowania zagrożonych
gatunków lub ich przemieszczenie,
• utrata rzadkich lub zagrożonych gatunków,
• możliwość zasiedlenia przez obce inwazyjne
gatunki,
• zmiany w ekosystemach wodnych lub ich
degradacja.
Wytyczne Komisji Europejskiej dotyczące podejmowania nowej działalności
wydobywczej w zakresie surowców nieenergetycznych zgodnie z wymogami
sieci NATURA 2000
Skala oddziaływania na wymienione czynniki w
małym stopniu uzależniona jest od techniki i
technologii eksploatacji, zależy natomiast głównie od
wrażliwości środowiska, wyboru lokalizacji,
kolejności eksploatacji, koncentracji wydobycia itp.
Nie wszystkie skutki eksploatacji kruszyw są
negatywne. Górnictwo i przemysł surowców
mineralnych wnoszą również pozytywny wkład w
ochronę środowiska, co m.in. jest zauważone w
wytycznych KE dotyczących górnictwa surowców
nieenergetycznych.
Prowadzone prace we Francji, w Niemczech a
również i w Polsce wskazują, że niektóre gatunki
chronione, które w tych krajach lub regionach były
bardzo nieliczne, znajdują schronienie w nowych
siedliskach mieszczących się w dawnych lub też
czynnych wyrobiskach odkrywkowych. Za granicą
mamy przykłady, że byłe wyrobiska włączane są
do obszarów Natura 2000.
Dzięki odpowiednio zaprojektowanej i wykonanej
rekultywacji wyrobisk poeksploatacyjnych miejsca te
stały się schronieniem rzadkich i zagrożonych
gatunków ptaków, gadów, płazów itp.
Wytyczne Komisji Europejskiej dotyczące podejmowania nowej działalności
wydobywczej w zakresie surowców nieenergetycznych zgodnie z wymogami
sieci NATURA 2000
Wnioski końcowe
1. Do eksploatacji złóż kruszyw naturalnych,
w zależności od usytuowania poziomu
wodonośnego oraz warunków
geologiczno-górniczych stosowane są dwie
podstawowe technologie wydobycia:
a. eksploatacja lądowa,
b. eksploatacja spod wody
2. Złoża kruszyw żwirowo piaskowych ze
względu na trudności z ich odwodnieniem
(duży zasięg leja depresji) w większości
(70 – 80%) eksploatuje się spod lustra
wody, co praktycznie nie powoduje
lokalnego obniżenia zwierciadła wody.
3. W zależności od warunków geologicznogórniczych eksploatacji (wielkość
zasobów, głębokość zalegania i miąższość
złoża, warunki urabiania, wielkość
wydobycia itp.) stosowane są różne
techniki i technologie wydobycia. Do
najczęściej obecnie stosowanych maszyn
wydobywczych należą:
• pogłębiarki ssące z głowicami
spulchniającymi,
• pogłębiarki chwytakowe,
• koparki łyżkowe (podsiębierne) lub
zgarniakowe,
• zgarniarki linowe,
• pogłębiarki wieloczerpakowe.
4. W pracy przedstawiono próbę porównania
możliwych do stosowania technologii
eksploatacji z uwagi na niektóre
ważniejsze czynniki techniczne i
środowiskowe.
5. Dotychczas praktycznie w większości
przypadków brane są pod uwagę czynniki
techniczne i ekonomiczne (koszty
inwestycyjne, eksploatacyjne,
efektywność produkcji) nowych
projektów.
6. Realizacja zrównoważonego rozwoju i
ochrona środowiska naturalnego
wymagają uwzględnienia również
czynników środowiskowych zarówno w
górniczych projektach jak również w
analizach ekonomicznych efektywności
eksploatacji (czynnik środowiska).
7. Z analizy porównawczej poszczególnych
technologii wydobycia wynika, że do
technologii bardziej sprzyjających
środowisku naturalnemu można zaliczyć
urabianie pogłębiarkami ssącymi,
zgarniarkami linowymi, koparkami
podsiębiernymi.
8. Ważne znaczenie dla ochrony środowiska
mają prace koncepcyjno-projektowe
eksploatacji złoża i wybór odpowiedniego
wariantu. Do szczególnie istotnych
czynników mających wpływ na
środowisko, poza technologią, zaliczyć
należy:
• określenie wielkości wydobycia i produkcji
kruszyw,
• ustalenie obszaru (granic) eksploatacji,
• wybór lokalizacji udostępnienia i postępu
eksploatacji,
• wybór lokalizacji zakładu przeróbczego,
oraz technologii przeróbki,
• wybór miejsc składowania i zwałowania,
9. Uwzględniając konieczność ochrony
terenów przyrodniczo cennych i
równocześnie ograniczoną ilość
nieodnawialnych zasobów surowców
mineralnych, konieczne jest wypracowanie
racjonalnych, modelowych metod
zagospodarowania złóż (projektowanie,
eksploatacja) oraz rekultywacji i
rewitalizacji terenów poeksploatacyjnych
w warunkach możliwego oddziaływania na
środowisko przyrodnicze.
Dziękuję za uwagę