Zagospodarowanie zbiornika końcowego Odkrywki "Lubstów" o kierunku wodno-rekreacyjnym

Wstęp

W treści przedstawiono przyjęte rozwiązania zarówno w fazie końcowej zwałowania nadkładu z kształtowaniem zboczy wyrobisk końcowych, jak i sposoby napełniania zbiornika wodami z odwodnienia pobliskiej funkcjonującej odkrywki "Drzewce", a także propozycje przyszłego zagospodarowania wyrobiska końcowego jako zbiornika rekreacyjnego.

Najbliższe lata w działalności Kopalni Węgla Brunatnego "Konin" SA będą zdominowane odtwarzaniem potencjału wydobywczego na poziomie 9 do 11 mln Mg/rok. Odtwarzanie potencjału wiąże się z zakończeniem eksploatacji w dotychczas funkcjonujących odkrywkach takich jak "Lubstów", który zakończy swą działalność w pierwszym kwartale 2009 roku, oraz "Kazimierz Północ", z którego ostatnia tona węgla zostanie wydobyta także w 2009 roku.

Dobór optymalnego rozwiązania zagospodarowania zbiornika końcowego odkrywki "Lubstów" pod względem ekonomicznym i technologicznym.

Odkrywka "Lubstów" jest odkrywką kończącą eksploatację węgla w 2009 roku. Kolejną odkrywką planowaną do otwarcia w tym rejonie przez KWB "Konin" jest Odkrywka "Tomisławice", która pozwoli utrzymać potencjał wydobywczy kopalni na dotychczasowym poziomie i osiągnie wielkość wydobycia ok. 3 mln Mg/rok po likwidacji Odkrywki "Lubstów". W wyniku różnicy mas powstałych podczas udostępnienia we wcześniejszych latach Odkrywki "Lubstów" i wykonaniu zwałowiska zewnętrznego po zakończeniu eksploatacji powstanie wyrobisko końcowe w północnej części złoża o powierzchni ok. 570 ha.

Dotychczasowe koncepcje zagospodarowania zbiornika końcowego Odkrywki "Lubstów" zakładały zazwałowanie części północnej wyrobiska nadkładem z wkopu udostępniającego nowej Odkrywki "Tomisławice" w ilości 32,5 mln m³. Transport nadkładu miał być realizowany układem siedmiu przenośników taśmowych o łącznej długości 9,95 km. Przetransportowanie nadkładu pozwalało równocześnie na rezygnację z konieczności budowy zwałowiska zewnętrznego nowo powstającej odkrywki. Realizacja takiego wariantu w miarę upływu czasu stała się mało prawdopodobna ze względu na następujące czynniki:

• transport nadkładu z Odkrywki "Tomisławice" wymagałby utrzymania 9,95 km ciągu przenośników przez okres minimum 3 lat,
• konieczność w pierwszej kolejności wykupu lub dzierżawy gruntów pod pas transportowy na wyżej wspomnianej długości przenośników,
• wykonanie infrastruktury typu mosty lub przepusty przenośnikowe w miejscach kolizji z drogami publicznymi oraz powierzchniowymi ciekami wodnymi,
• konieczność budowy sieci zasilania przenośników na długości ciągu,
• wyposażenie przenośników taśmowych w osłony taśmy górnej oraz osłony taśmy dolnej zapobiegającej pyleniu urobku co utrudnia ich obsługę i podraża koszty budowy ciągu.
• wykonanie dróg technologicznych do obsługi układu przenośników.

Nie bez znaczenia jest tu także opóźniający się termin uruchomienia Odkrywki "Tomisławice", z której nadkład miał być transportowany, dlatego też należało zastanowić się nad podzwałowaniem części północnej wyrobiska pozostałym do zdjęcia nadkładem z Odkrywki "Lubstów". Opóźnienie to spowodowane jest problemami formalno-prawnymi związanymi z uzyskaniem koncesji na eksploatację złoża "Tomisławice". Złoże to położone jest bowiem na terenie dwóch województw (wielkopolskiego i kujawsko-pomorskiego), a w tym dwóch różnych powiatów.

Dane wyjściowe do realizacji przedsięwzięcia

Dla każdego z rozpatrywanych rozwiązań podstawowym punktem wyjścia dla zaprojektowania zbiornika końcowego było podparcie skarp stałych północnej części wyrobiska, które po wyłączeniu zewnętrznej bariery odwadniającej i rozpoczęciu napełniania zbiornika wodą wykazałoby tendencje do obsuwania się poza istniejącą granicę odkrywki.

Obsunięcie się skarpy północnej spowodowałoby zagrożenie dla niedaleko przebiegającej drogi publicznej nr 263 Sompolno - Ślesin. Jednocześnie należało przy projektowaniu brać pod uwagę takie nachylenia skarp, aby po napełnieniu zbiornika wodą nie nastąpiła ich erozja, a w konsekwencji obsuwanie się górnego fragmentu skarpy powyżej rzędnej zwierciadła wody +83 m n.p.m.

Sytuacja z zaprojektowaniem okazała się na tyle skomplikowana, że kolejność zwałowania skarp wymuszona była technologią eksploatacji nadkładu i węgla w północnej części złoża. W takim przypadku profilowanie skarp koparkami na całym obwodzie północnej części wyrobiska spowodowałoby duże straty w węglu czyniąc północną część złoża mało opłacalną do eksploatacji. Poza tym pierwotnie wyliczone masy przeznaczone do podzwałowania i wypłycenia wyrobiska okazały się nieosiągalne ze względu na wyżej wspomniany przesuwający się termin uruchomienia Odkrywki "Tomisławice".

Należało więc jak najszybciej dokonać bilansu mas pozostałego nadkładu i zaprojektowania nowej technologii zwałowania. Wymagane nachylenia skarp zbiornika zostały opracowane na podstawie ekspertyzy Akademii Górniczo-Hutniczej dotyczącej stabilności skarp całego istniejącego wyrobiska w rejonie planowanego zbiornika końcowego, a następnie określenie wymaganych minimalnych nachyleń poszczególnych odcinków skarp stałych, które będą zapewniały bezpieczeństwo geotechniczne zbiornika po jego napełnieniu oraz w poszczególnych etapach likwidacji bariery.

Tabela 1. Bilans mas nadkładu w caliźnie Odkrywki "Lubstów" na dzień 1.01.2006 r.

Masa nadkładu pozostała do końca eksploatacji odkrywki Lubstów [w m3]	Masa nadkładu potrzebna do podzwałowania części północnej wyrobiska łącznie z groblą transportową [w m3]	Różnica masy do wykorzystania w części południowej [w m3]
23.015.736	16.306.851	6.708.885

Po uzyskaniu takich informacji należało zbilansować całą masę nadkładu, jaka pozostała do zdjęcia do końca eksploatacji (od 1 stycznia 2006 roku) w celu określenia możliwości jego wykorzystania przy podzwałowaniu. Po przeliczeniu ustalono minimalną masę materiału zwałowego, jaka potrzebna jest na uformowanie skarp w żądanych nachyleniach oraz masy potrzebnej na usypanie grobli transportowej dla zwałowarki. Bilans mas został przedstawiony w poniższej tabeli.

Przed rozpoczęciem operacji podzwałowywania zwałowarka A2RsB-8800 formowała rozpoczęte wcześniej skarpowanie zbocza południowego. Po zbilansowaniu całości nadkładu pozostało 6,7 mln m³, materiału jaki należało wykorzystać na zboczu południowym.

W wyniku kontynuowanego północnego, a w końcowym etapie zachodniego kierunku eksploatacji węgla i nadkładu, zaistniała konieczność takiego samego kierunku zwałowania, dlatego też po zakończeniu zbocza południowego zachodziła potrzeba ustawienia zwałowarki na zboczu wschodnim i rozpoczęcie podzwałowywania części północnej wyrobiska wraz za postępem wybierania węgla.

Technologia podzwałowania skarp zbiornika wodnego

W koncepcji zagospodarowania wyrobiska końcowego południowe zbocze zostało wykonane pod kątem rekreacji jako duża plaża o nachyleniu 1:15 powyżej zwierciadła wody oraz od rzędnej +70 m n.p.m. w nachyleniu 1:5 z pozostawieniem wypłycenia o powierzchni 263.698 m˛. Jak wynikało z bilansu mas różnica (wykazana w tabeli 1) została w pełni wykorzystana na uformowanie plaż części południowej.

Po wykorzystaniu wspomnianej masy rozpoczęto skarpowanie odcinka zbocza zachodniego wzdłuż przenośników stałych aż do węzła rewersyjnego, a następnie należy rozpocząć odsypywanie grobli transportowej o długości 1.350 m. Odsypywanie grobli będzie trwało około 10 miesięcy przyjmując wydajność zdejmowania nadkładu przez koparki za rok 2005 na ok. 10 do 11 mln m³/rok.

Aby zużyć jak najmniejszą ilość materiału zwałowego, a tym samym skrócić do maksimum czas sypania tego etapu, grobla będzie zaniżona od poziomu wyjściowego +79 m n.p.m. do +49 m n.p.m. (o 30 m) na długości 1.000 m, a na pozostałym odcinku 350 metrów zwałowarka osiągnie docelową rzędną +60 m n.p.m. Nachylenia grobli 1:33 zostały przyjęte zgodnie z dopuszczalnym nachyleniem roboczym dla zwałowarki A2RsB-8800. Odsypywanie odbywać się będzie poprzez cykliczne wydłużanie przenośnika wzdłuż grobli aż do osiągnięcia skarpy północno-wschodniej.

Rozpatrywano także możliwości rezygnacji z sypania grobli i rozpoczęcie zwałowania od strony zachodniej wyrobiska. Koncepcja ta okazała się jednak mało realna, ponieważ należałoby w tym przypadku rozpocząć zdejmowanie nadkładu poprzez wykonanie udostępnienia pokładu od strony zachodniej w przeciwną stronę do kierunku obecnych frontów. A to przy ograniczonych zapasach węgla odkrytego spowodowałoby duże ograniczenia w wydobyciu do momentu zakończenia udostępnienia zachodniej części pokładu i odejścia frontów węglowych na odpowiednią bezpieczną odległość. Poza wspomnianym już ograniczeniem należałoby przebudować cały układ przenośników rewersyjnych na zboczu zachodnim. Korzyścią byłaby w tym przypadku tylko mniejsza długość układu przenośników. Priorytetem jest tu jednak utrzymanie wydobycia węgla na odpowiednim poziomie czego to rozwiązanie nie zapewnia.

Tabela 2. Bilans mas zwałowych koniecznych do podzwałowania poszczególnych zboczy.

Kolejność zwałowania (etap)	Ilość nadkładu w caliźnie potrzebnego do podzwałowania [w m3]	Ilość mas zwałowych potrzebnych do podzwałowania (nadkład po rozluzowaniu [w m3] - przyjęto współczynnik rozluzowania 1,08)
1. Plaża południowa	Do wykorzystania różnica do masy z bilansu 6.708.885	6.708.885
2. Grobla transportowa	8.844.861	9.562.012
3. Skarpa wschodnia	3.187.934	2.948.838
4. Skarpa północna	2.277.043	2.461.669
5. Skarpa zachodnia	1.569.938	1.697.231
Razem	16.306.850	17.629.028

Drugi etap zwałowania czyli formowanie zbocza wschodniego odbywać się będzie z rzędnej poziomu +60 m n.p.m. jaką zwałowarka A2RsB-8800 osiągnie po zakończeniu grobli transportowej.

Po odsypaniu poprzez kolejne wydłużenia przenośnika skarpy o nachylenia 1:4,5 (podpoziomowo) zwałowarka będzie skarpować górny fragment zbocza również w nachyleniu 1:4,5 od rzędnej +60 m n.p.m. do rzędnej +79 m n.p.m. W tym etapie rozpocznie się formowanie drugiej, mniejszej plaży północno-wschodniej. W dalszej kolejności za postępem frontów węglowych w taki sam sposób i z takimi samymi nachyleniami zwałowarka A2RsB-8800 będzie formowała pozostałe skarpy (północną i zachodnią).

Po zakończeniu skarpowania pozostałych zboczy prace wykończeniowe zbiornika będą prowadzone sprzętem pomocniczym. Takie podparcie skarp w nawiązaniu do opracowania AGH Kraków zapewnia stateczność zboczy części północnej zbiornika po wyłączeniu bariery studni odwadniających. Nachylenia skarp na całym obwodzie zbiornika w przedziale wspomnianych wyżej wysokości będzie kształtowało się od 1:4 do 1:5, co zapewnia wystarczającą stateczność podczas napełniania wodą zbiornika.

Zasilanie wodami podczas napełniania zbiornika końcowego

Napełnianie zbiornika będzie odbywało się przez całkowitą likwidację bariery odwadniającej i odbudowę horyzontów wodonośnych oraz poprzez odkryty spąg wyrobiska. Rozpatrywano trzy warianty napełniania zbiornika w celu przyśpieszenia napełniania i zakończenia rekultywacji:

I wariant - w sposób naturalny poprzez:

• infiltrację wód podziemnych przez dno i skarpy zbiornika,
• dopływy wód pochodzących z opadów atmosferycznych pomniejszonych o parowanie.

Natężenie dopływów wód podziemnych oszacowano na ok. 24,7 mln m³/rok w początkowym okresie napełniania do ok. 1,3 mln m³/rok w końcowym okresie przy zwierciadle wody w zbiorniku dochodzącym do rzędnej +83 m n.p.m.

Czas napełniania zbiornika w takim wariancie wynosiłby około 46 lat, a napełnianie zakończyłoby się w roku 2055.

II wariant - z wykorzystaniem wód z odwodnienia Odkrywki "Drzewce".

W tym wariancie część wód z odwodnienia Odkrywki "Drzewce" byłaby bezpośrednio przerzucana do wyrobiska końcowego Odkrywki "Lubstów". Realizacja nastąpiłaby poprzez wydłużenie jednej z nitek rurociągów tłocznych z Odkrywki "Drzewce" i skierowanie wód do południowej komory zbiornika końcowego Odkrywki "Lubstów". Uwzględniając dopływ naturalny i straty na parowanie, czas napełniania zbiornika do poziomu +83 m n.p.m. przy dodatkowym zasilaniu w wysokości ok. 15 m³/min. wyniesie około 11 lat, tj. do ok. 2020 roku.

Przyjmując wariant intensywnego napełniania wyrobiska końcowego Odkrywki "Lubstów", tj. maksymalną ilością wód ok. 30 m³/min. okres ten będzie można skrócić do ok. 9 lat.

III wariant - z wykorzystaniem wód z odwodnienia odkrywki "Drzewce" i pobliskiej rzeki Noteć.

Na północ, w odległości ok. 400 m od wyrobiska końcowego przepływa rzeka Noteć. Obecnie w miejscu tym są zrzucane wody z odwodnienia wgłębnego odkrywki "Lubstów".

Po zakończeniu eksploatacji i wyłączeniu barier studni istnieje możliwość okresowego zasilania wodami tej rzeki zbiornika końcowego. Ze względu na niskie stany wód i małe przepływy wód w tej rzece obecnie nie ma możliwości poboru wód. Może to ulec zmianie z chwilą uruchomienia odwodnienia Odkrywki "Tomisławice". Wówczas do Noteci powyżej Sompolna będą zrzucane wody z odwodnienia wgłębnego w ilości do 40 m³/min. Wody te w części, a może nawet w całości, będzie można skierować do napełniania zbiornika końcowego Odkrywki "Lubstów", ponieważ dodatkowo Noteć poprzez rzeczkę Pichnę będzie zasilana wodami z odwodnienia Odkrywki "Tomisławice" poniżej ujęcia wody dla zbiornika końcowego. W tym celu należy wybudować zastawkę przelewową na Noteci oraz rów umożliwiający grawitacyjny dopływ wód do zbiornika końcowego. Wariant ten będzie efektywny przy jednoczesnym realizowaniu wariantu II.

Przy realizacji wariantu III napełnianie wyrobiska końcowego Odkrywki "Lubstów" można zakończyć po około 7 latach.

Etapy napełniania zbiornika końcowego

W celu najszybszego napełnienia zbiornika realizowany będzie wariant II lub III. W pierwszej kolejności napełnianie rozpocznie się już w 2007 roku, w południowej komorze zbiornika. Ze względu na trwającą nadal eksploatację węgla po północnej części grobli (czyli w przyszłej komorze północnej zbiornika) będzie występowała konieczność utrzymywania odwodnienia spągowego w tej części wyrobiska do momentu zakończenia wydobycia węgla.

Nie koliduje to jednak z rozpoczęciem napełniania zbiornika przed zakończeniem eksploatacji w komorze południowej ze względu na dużo niższe rzędne spągu w tej komorze. Różnice rzędnych spągu po stronie południowej i północnej wynoszą średnio 7 metrów. Rura przelewowa Ć500 mm ułożona w grobli na poziomie ok. +37 m n.p.m. będzie odprowadzać ewentualny nadmiar wody z jednej komory do drugiej. W fazie tej przewiduje się, że napełnienie naturalne komory południowej nastąpi do poziomu +37 m n.p.m. i zakładane zwierciadło wody zostanie osiągnięte po upływie około półtora roku, tj. na początku 2009 r.

Rys. 1. Napełnianie zbiornika końcowego po odkrywce "Lubstów" - wariant II.

Po zakończeniu eksploatacji zasuwa na przepuście rurowym zostanie otwarta, a napełnianie będzie odbywało się na zasadzie naczyń połączonych.

Po napełnieniu zbiornika do docelowej rzędnej +83 m n.p.m. powierzchnia zwierciadła wody przykryje groblę transportową tworząc jeden zbiornik wodny.

Tabela 3. Podstawowe parametry zbiornika końcowego Odkrywki "Lubstów".

Całkowita powierzchnia zbiornika końcowego w [m2]	Powierzchnia zwierciadła wody [w m2]	Całkowita pojemność zbiornika końcowego wody [w mln m3]	Czas napełniania do rzędnej docelowej +83 m n.p.m. przy zasilaniu wodami z O/Drzewce wariant II lub III
5.693.736	4.751.216	136.951	7 do 11 lat

Zagospodarowanie końcowe zbiornika pod kątem rekreacyjnym - infrastruktura

Powstały zbiornik wodny w wyrobisku końcowym będzie nowym, trwałym elementem krajobrazowym i sieci hydrograficznej rejonu, o pozytywnym oddziaływaniu na środowisko w obszarach doliny Noteci i północnej części Kanału Grójeckiego.

Całość zagospodarowania zbiornika końcowego na etapie projektowania wiązała się z opiniowaniem na poszczególnych etapach projektowania z przyszłym użytkownikiem zbiornika jakim jest samorząd gminy Sompolno. Część elementów infrastruktury takich jak sieć dróg już istniejących, które zostały przerwane podczas eksploatacji zostaną po ich wyremontowaniu wykorzystane jako drogi dojazdowe do plaż i budynków. W pobliżu zbiornika końcowego przewiduje się także wykonanie parkingów przy plażach i budynkach służących jako obiekty rekreacyjne. Dodatkowym walorem przyrodniczym wokół zbiornika jest bliskie sąsiedztwo lasów od strony północno-zachodniej. W południowej części zbiornika wykonana będzie plaża trawiasta.

W miejscach pochylni wyjazdowej planowana jest przystań żeglarska, która wykorzysta pozostałą pochylnię wyjazdową po transporcie maszyn do wodowania sprzętu wodnego oraz bliskie sąsiedztwo drogi Ślesin - Sompolno. We wschodniej części zbiornika zostanie odsypana mniejsza plaża piaszczysta. Po południowej i wschodniej skarpie zbiornika została zaprojektowana droga dojazdowa, a poniżej terenu w połowie wysokości skarpy zbiornika zostanie wykonana ścieżka spacerowa o długości
5,8 km.

Rys. 2. Odkrywka "Lubstów" - widok północnej części przyszłego zbiornika końcowego (na drugim planie koparka KWK-1500s urabiająca drugie piętro nadkładowe).

Rys. 3. Odkrywka "Lubstów" - kształt zbiornika końcowego po zakończeniu rekultywacji i napełnieniu wodą.

Rys. 4. Odkrywka "Lubstów" - kształtowanie południowej skarpy zbiornika końcowego.

Wyprowadzenie maszyn podstawowych po zakończeniu eksploatacji

W związku z planowanym uruchomieniem w 2010 roku Odkrywki "Tomisławice" wszystkie pracujące maszyny w Odkrywce "Lubstów" (za wyjątkiem koparki KWK-800M, która rozpocznie w roku 2007 pracę w Odkrywce "Drzewce") zostaną wyprowadzone poprzez układ pochylni na północno-zachodnią część odkrywki i rozpoczną dalszy transport. Wspomniany tutaj układ pochylni zostanie wykonany koparką KWK-1500s oraz sprzętem technologicznym.

Transport koparek, które zakończą pracę przy skarpie zachodniej będzie odbywał się poprzez poszerzoną podczas eksploatacji do 30 m półkę pierwszego piętra nadkładowego na rzędnej +79 m n.p.m. Koparka KWK-1500s wypracuje w końcowej fazie eksploatacji pochylnię zachodnią z poziomu +64 na +79, która będzie wykorzystana także dla pozostałych maszyn. Nieznaczne poszerzenie półki daje możliwość bezpiecznego transportu koparek po stabilnym, nienaruszonym gruncie, a podparcie skarpą zwałową w dolnej części zwiększa stabilność półki transportowej na całej jej długości. Takie poszerzenie półki nie spowodowało strat w węglu w tej części złoża, ponieważ pozostałe niższe półki na tych zboczach nie uległy przesunięciu w głąb wyrobiska.

Rys. 5. Odkrywka "Lubstów" - kształtowanie zachodniej skarpy zbiornika końcowego zwałowarką A2RsB-8800.

Ostatnia pochylnia wyjazdowa z rzędnej terenu +79 m n.p.m. na powierzchnię terenu została wykonana w północno-wschodniej części wyrobiska o nachyleniu 1:25. W przyszłości po napełnieniu zbiornika do rzędnej +83 m n.p.m. posłuży ona jako pochylnia do sprowadzenia sprzętu wodnego ze względu na bezpośrednie sąsiedztwo drogi Ślesin - Sompolno.

Podsumowanie

Przedstawiony model zagospodarowania wyrobiska końcowego Odkrywki "Lubstów" jest kolejnym przykładem w KWB "Konin" zagospodarowania terenu po byłej odkrywce o kierunku wodno-rekreacyjnym. Ten kierunek rekultywacji został dotychczas zastosowany w wyrobiskach końcowych odkrywek: "Morzysław", "Niesłusz", "Gosławice", "Kazimierz Południe" i "Pątnów". Wyrobisko końcowe Odkrywki "Lubstów" jest największym pod względem powierzchni i objętości w KWB "Konin". Jego powierzchnia to około 570 ha, a objętość wody konieczna do napełnienia zbiornika wyniesie ponad 136 mln m³.

Infrastruktura zagospodarowanego zbiornika wodnego, tj. plaże, przystań żeglarska, tereny zielone, parkingi, drogi i ścieżki została uzgodniona z samorządem gminy Sompolno. Oprócz zaprojektowania elementów infrastruktury zagospodarowania wyrobiska końcowego bardzo ważnym punktem programu jest możliwość szybkiego napełnienia zbiornika wodą.

Do napełniania zostaną wykorzystane oprócz zasilania naturalnego wody z odwodnienia odkrywki "Drzewce" i rzeki Noteć. Przy braku zasilania dodatkowego wyrobisko napełniałoby się blisko 50 lat, a przy wykorzystaniu wód z innych źródeł czas ten zmniejszy się prawie dziesięciokrotnie. Skrócenie czasu napełniania i szybsze oddanie terenu po byłej odkrywce "Lubstów" znacznie zmniejszy opłaty z tytułu podatków.

Bardzo ważne w programowaniu budowy i eksploatacji odkrywki oraz rekultywacji terenów pogórniczych jest kompleksowe zaprojektowanie wszystkich etapów od wydobycia pierwszej tony węgla po przekazanie ostatniego hektara terenu po działalności górniczej.

dr hab. inż. Zbigniew Kasztelewicz
KWB "Konin" SA

mgr inż. Zbigniew Jagodziński
KWB "Konin" SA