Zagrożenia wodne

I.        Źródła przypływu wody do kopalni 1

1.        Dopływ wody z górotworu. 1

2.        Dopływ wody ze zbiorników powierzchniowych. 2

3.        Dopływ wody z procesów technologicznych. 2

II.       System odwadniania kopalni 2

1.        Odwadnianie przodków. 2

2.        Odwadnianie oddziałowe. 3

3.        System ścieków. 4

4.        Zbiorniki wodne i komora pomp. 4

III.          Zagrożenia wodne kopalń. 4

Stopnie zagrożenia wodnego. 5

IV.           Zabezpieczenia przed wdarciem wody do kopalni. 5

V.       Bibliografia: 6

 

Prawie do każdej kopalni następuje przypływ wody, którą trzeba ujmować i usuwać, w przeciwnym razie kopalnia zostałaby zatopiona.

Problematyką przypływu wód do kopalni oraz jej odwadnianiem zajmują się różne służby, które w tym zakresie powinny ze sobą ściśle współpracować. Rozpoznanie źródeł dopływu wody, jej jakości oraz pomiary dotyczące wielkości przypływu należą do zadań służby mierniczo-geologicznej kopalni. Ujęcie wody w miejscu jej wystąpienia i odprowadzenie do systemu odwadniającego kopalni należy do służb górniczych i energomechanicznych. Służby te są odpowiedzialne również za utrzymanie i funkcjonowanie systemu odwadniającego kopalnię. Obecnie do głównych pompowni kopalń węgla kamiennego dopływa około 700 m3/min wody, co stanowi około 3,6 m3 na 1 tonę wydobycia.

I.     Źródła przypływu wody do kopalni

Wody dopływające do kopalni mogą pochodzić z następujących źródeł:

-        z górotworu otaczającego wyrobiska górnicze,

-        z otwartych zbiorników powierzchniowych,

-        z procesów technologicznych.

1.    Dopływ wody z górotworu

 Ilość wody dopływającej z górotworu otaczającego wyrobiska zależy od warunków naturalnych i górniczo-technicznych.

Do warunków naturalnych zalicza się:

-         rodzaj i hydrogeologiczne własności oraz ciągłość skał oddzielających wyrobiska kopalni od powierzchni, ich ułożenie i wzajemne stosunki przestrzenne,

-         wielkość i rozkład opadów w ciągu roku,

-         rzeźbę i sposób użytkowania terenu na obszarze górniczym kopalni oraz obszarach przyległych.

Spękania skał oraz uskoki i wymycia są naturalnymi drogami, przez które woda dostaje się w głąb do wyrobisk podziemnych.

Do warunków górniczo-technicznych zalicza się:

-         sposób eksploatacji,

-         sposób rozcięcia złoża i model przestrzenny kopalni,

-         kierunek eksploatacji, szybkość i głębokość eksploatacji,

-         wielkość obszaru górniczego kopalni itp.

Ze wzrostem terenu objętego eksploatacją zwiększa się obszar, z którego wody przesiąkają do wyrobisk górniczych. W kopalniach płytkich dopływ wody jest zazwyczaj większy i bardziej zależny od opadów atmosferycznych niż w kopalniach głębokich. Przy intensywnej eksploatacji wzrasta dopływ wody, gdyż górotwór szybciej oddaje do wyrobisk zawarte w nim zasoby wód.

Sposób wybierania ma znaczny wpływ na wielkość dopływu wody z otaczającego górotworu. Wybieranie z zawałem powoduje największe naruszenie, a więc zawalenie i spękanie nadległych warstw, niekiedy aż do powierzchni, może więc stać się powodem bardzo znacznego zwiększenia ilości dopływającej wody. Prowadząc wybieranie z ochroną stropu, np. z podsadzką hydrauliczną, można w znacznym stopniu ograniczyć przypływ wód do kopalni.

2.    Dopływ wody ze zbiorników powierzchniowych.

Ze zbiorników powierzchniowych woda może przedostawać się do wyrobisk górniczych drogami naturalnymi, a więc przez skały przepuszczalne, przez spękania, szczeliny uskokowe i wymycia lub drogami wytworzonymi sztucznie wskutek zawału i spękania skał w wyniku eksploatacji.

3.    Dopływ wody z procesów technologicznych.

Woda używana jest w kopalni do różnych celów. Duże ilości wody doprowadza się do kopalni z podsadzką hydrauliczną. Woda podsadzkowa zawiera zawiesinę gliny z pylastym piaskiem i może niszczyć pompy, dlatego przed wypompowaniem musi być oczyszczona w osadnikach. Poza tym woda używana jest również do innych celów, np. do hydromechanizacji, gaszenia pożarów, zwalczania zapylenia, wiercenia otworów strzałowych z przepłuczką itp.

II.   System odwadniania kopalni

System odwadniania kopalni ma za zadanie ujęcie wody w miejscu jej wypływu i odprowadzanie na powierzchnię kopalni.

System odwadniania kopalni składa się z następujących elementów:

-        odwadnianie przodkowe,

-        odwadniania oddziałowego,

-        systemu ścieków,

-        zbiorników wodnych i komory pomp wraz z odpowiednią siecią rurociągów.

1.    Odwadnianie przodków.

 Polega ono na usuwaniu wody z przodków lub pojedynczych wyrobisk do ścieków bądź też do innych dróg wodnych, którymi woda spływa do zbiorników wodnych oddziałowych lub przyszybowych. Zbiorniki te pełnią jednocześnie funkcję osadników. W odwadnianiu przodkowym stosuje się lekkie pompy przenośne lub stałe, o napędzie pneumatycznym lub elektrycznym (rys. 1). Nadają się do pompowania cieczy silnie zanieczyszczonych z dużą zawartością ciał stałych. Dlatego nazywamy je także pompami szlamowymi.

Górnicze pompy przodkowe

Rys. 1. Pompy przodkowe

2.    Odwadnianie oddziałowe.

 Ma ono na celu usuwanie wody z pewnych pól oddziałowych, z których woda nie może samoczynnie spływać do zbiorników głównego odwadniania pod szybem.

W odwadnianiu oddziałowym stosuje się wielostopniowe pompy wirowe napędzane silnikiem elektrycznym (rys. 2) o wydajności kilku m3/min i wysokości tłoczenia około 100 m.

 

Wielostopniowa pompa wirowa

Rys. 2. Wielostopniowa pompa wirowa

 

3.    System ścieków.

Wyrobiska, w których założone są ścieki mają pochylenie w kierunku szybu od 3 do 5‰ dzięki temu woda spływa samoczynnie. Aby woda z podtorza mogła spływać do ścieku, powinno ono być nieco pochylone w kierunku ścieku, w ściance ścieku natomiast muszą być wykonane otwory dla umożliwienia spływu wody do ścieku. Pojemność ścieku powinna być tak dobrana, aby zapewniła swobodny spływ dopływającej do niego wody. Dla ochrony przed zanieczyszczeniem oraz dla umożliwienia ludziom przejścia nakrywa się ściek płytami betonowymi.

4.    Zbiorniki wodne i komora pomp.

W celu pomieszczenia wody doprowadzonej ściekami w rejon szybu oraz oczyszczania jej w pewnym stopniu z mechanicznych zanieczyszczeń przed wypompowaniem na powierzchnię, wykonuje się w pobliżu szybu zbiorniki w postaci chodników wodnych, spełniających również zadanie osadników. Z chodników wodnych woda dopływa pod pompy ustawione w komorze pomp. Komora pomp musi mieć dostęp z szybu i podszybia oraz niezależną wentylację, aby w razie zatopienia kopalni lub pożaru był możliwy dostęp do pomp. Poziom komory pomp powinien znajdować się powyżej poziomu podszybia.

Przykład usytuowania zbiorników wodnych i komory pomp przy szybie przedstawiono na rysunku 2.

 Przekrój przez wyrobiska odwadniania głównego 
1 — podszybie, 2 — komora pomp, 3 — kanał rurowy, 4 — studnia ssąca pompy, 5 — kanały wodne, 6 — zbiorniki wodne

Rys. 3. Przekrój przez wyrobiska odwadniania głównego

1 — podszybie, 2 — komora pomp, 3 — kanał rurowy, 4 — studnia ssąca pompy, 5 — kanały wodne, 6 — zbiorniki wodne

III.  Zagrożenia wodne kopalń

Niezależnie od dopływów normalnych w kopalniach mogą się zdarzyć niespodziewane, zwykle krótkotrwałe, wdarcia wody w dużych ilościach. Ich przyczyną mogą być odsłonięcia wodonośnych uskoków, komór krasowych lub starych zrobów.

Możliwość wdarcia się wody lub kurzawki do wyrobisk górniczych w ilości, która może zagrozić bezpieczeństwu załogi lub zakładu górniczego, określa się mianem zagrożenia wodnego.

Stopnie zagrożenia wodnego.

Przepisy górnicze[1] ustalają trzy stopnie zagrożenia wodnego w podziemnych zakładach górniczych

Do pierwszego stopnia zagrożenia wodnego zalicza się złoża lub ich części, jeżeli:

1) zbiorniki i cieki wodne na powierzchni są izolowane warstwą skał nieprzepuszczalnych od części górotworu, w obrębie której wykonano lub planuje się wykonanie wyrobisk, lub

2) poziomy wodonośne są izolowane od istniejących oraz projektowanych wyrobisk warstwą skał o wystarczającej miąższości i ciągłości lub z poziomów wodonośnych odprowadzono zasoby statyczne wód, a dopływ z zasobów dynamicznych ma stałe natężenie umożliwiające bieżące odwadnianie wyrobisk lub

3) zbiorniki wodne w nieczynnych wyrobiskach są izolowane od istniejących oraz projektowanych wyrobisk warstwą skał o wystarczającej miąższości i ciągłości lub zostały odwodnione.

Do drugiego stopnia zagrożenia wodnego zalicza się złoża lub ich części, jeżeli:

1) zbiorniki i cieki wodne na powierzchni oraz podziemne zbiorniki wodne mogą w sposób pośredni, w szczególności przez infiltrację lub przeciekanie, spowodować zawodnienie wyrobisk lub

2) w stropie lub spągu złoża albo części górotworu, w której są wykonane lub przewidziane do drążenia wyrobiska, istnieje poziom wodonośny typu porowego, nieoddzielony wystarczającą pod względem miąższości i ciągłą warstwą izolującą od złoża albo wyrobisk, lub

3) występują uskoki wodonośne rozpoznane pod względem zawodnienia i lokalizacji, lub

4) występują otwory wiertnicze niezlikwidowane prawidłowo albo nie ma danych o sposobie ich likwidacji, jeżeli otwory te stwarzają możliwość przepływu wód z powierzchniowych lub podziemnych zbiorników wodnych oraz poziomów wodonośnych.

Do trzeciego stopnia zagrożenia wodnego zalicza się złoża lub ich części, jeżeli:

1) zbiorniki lub cieki wodne na powierzchni stwarzają możliwość bezpośredniego wdarcia się wody do wyrobisk lub

2) w stropie lub spągu złoża albo części górotworu, w której są wykonywane lub przewidywane do drążenia wyrobiska, istnieje poziom wodonośny typu szczelinowego lub szczelinowo-kawernistego, nieoddzielony wystarczającą pod względem miąższości i ciągłą warstwą izolującą od złoża albo wyrobisk, lub

3) w części górotworu, w której wykonano lub planuje się wykonanie wyrobisk, albo w ich bezpośrednim sąsiedztwie występują zbiorniki wodne zawierające wodę pod ciśnieniem w stosunku do spągu tych wyrobisk, lub

4) występują uskoki wodonośne o niedostatecznie rozpoznanym zawodnieniu bądź lokalizacji, lub

5) istnieje możliwość wdarcia się wody lub wody z luźnym materiałem z innych źródeł niż określone w pkt 1-4.

IV.                Zabezpieczenia przed wdarciem wody do kopalni.

W celu rozeznania zagrożenia wodnego przy prowadzeniu wyrobisk wykonuje się otwory wiertnicze:

·       wyprzedzające (przedwierty) - minimalna długość 4 m.

·       badawcze o długości minimalnej 25 m

·       drenujące - cel stosowania to osuszenie stwierdzonego zbiornika wody.

W przypadku wdarcia się wody do wyrobiska przed zalaniem kopalni chronią nas tamy wodne, od najprostszych filtrujących zbudowanych z okrąglaków do szczelnych (zwanych tamami bezpieczeństwa) rys. 3.

Tama bezpieczeństwa betonowa z drzwiami stalowymi

Rys. 4. Tama bezpieczeństwa betonowa z drzwiami stalowymi

 

Zebrał i opracował: Czesław Zając

V.  Bibliografia:

- Bielewicz T., Prus B., Honysz J. Górnictwo Część I. Wydawnictwo ŚLĄSK 1993r.

- ROZPORZĄDZENIE MINISTRA GOSPODARKI z dnia 28 czerwca 2002 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych. (Dz. U. z dnia 2 września 2002 r.)

 



[1] ROZPORZĄDZENIE MINISTRA SPRAW WEWNĘTRZNYCH I ADMINISTRACJI z dnia 14 czerwca 2002 r.w sprawie zagrożeń naturalnych w zakładach górniczych. (Dz. U. Nr 94, poz. 841)