Automatyzacja i monitoring wysadu solnego "Dębina"

Wysad solny "Dębina" stanowi najdalej wysuniętą w kierunku południowym strukturę tego typu na Nizinie Środkowopolskiej. Powstał w centralnej części trzeciorzędowego rowu Kleszczowa, poprzez przebicie się na przełomie pliocenu i plejstocenu mas solnych z utworów permskich przez utwory mezozoiczne i kenozoiczne. Rozdziela on w sposób naturalny złoże węgla brunatnego "Bełchatów" na Pole "Bełchatów" i Pole "Szczerców".

Wysad solny ma kształt owalnego pnia i w centralnej części jego strop zalega na głębokości około 150 m (rys. 1). W warunkach naturalnych wysad solny pozostawał w równowadze hydrochemicznej z wodami podziemnymi występującymi w jego otoczeniu.

Rozpoczęcie eksploatacji węgla brunatnego w BOT KWB Bełchatów SA wymusiło prowadzenie prac odwodnieniowych na niespotykaną skalę. Zastosowano do tego celu wyłącznie studzienny system odwadniania z wykorzystaniem głębokich studni wielkośrednicowych.

Prace odwodnieniowe spowodowały zmiany pola hydrodynamicznego wód podziemnych o charakterze regionalnym, obejmując rejon wysadu "Dębina" i powodując intensyfikację przepływu wód podziemnych w jego otoczeniu. Mogłoby to skutkować stopniowym rozmywaniem jego struktury i zasoleniem wód podziemnych w całym rejonie, w tym wód kopalnianych.

Aby zapobiec temu zjawisku, zaprojektowano i wykonano proekologiczną barierę ochronną wysadu solnego "Dębina", która funkcjonuje w ramach systemu odwadniania wgłębnego BOT KWB Bełchatów SA już od 1992 roku.

Bariera ochronna wysadu solnego

Proekologiczną barierę ochronną wysadu solnego "Dębina" zaprojektowano i zrealizowano jako pierścieniową barierę studni głębinowych, która pełni rolę ekranu hydraulicznego. Zadaniem tej bariery jest wyeliminowanie przepływu wód przez wysad dzięki wytworzeniu takiego układu hydrodynamicznego, w którym równomierna depresja w linii bariery jest większa od depresji spowodowanej odwadnianiem Pola "Bełchatów" i "Szczerców". W tym układzie hydrodynamicznym dopływające z zewnątrz wody są ujmowane głębokimi studniami bariery i nie przepływają w sposób niekontrolowany przez strukturę solną.

Pompowanie wody ze studni bariery ochronnej wysadu "Dębina" prowadzone jest nieprzerwanie od października 1992 roku. Głębinowe studnie rozmieszczone są co kilkadziesiąt metrów centrycznie wokół wysadu, na okręgu o średnicy około 900 m. Obecnie w eksploatacji jest 40 studni głębinowych, o głębokościach dochodzących nawet do 430 m.

Dla kontroli położenia zwierciadła wody podziemnej w bezpośrednim otoczeniu wysadu solnego "Dębina" wykorzystuje się ok. 120 otworów obserwacyjnych, które zostały specjalnie w tym celu wykonane. Wypompowywana woda ze studni bariery odprowadzana jest systemem rowów (rów wschodni, zachodni i zbiorczy) do Strugi Aleksandrowskiej, a następnie wpływa do rzeki Widawki.

Obserwacje i pomiary bariery ochronnej

Dla kontroli prawidłowości funkcjonowania bariery ochronnej prowadzi się szereg pomiarów i obserwacji, m.in.:

• położenia zwierciadła wody i wydajności studni,
• położenia zwierciadła wody w piezometrach,
• jakości pompowanej wody.

Pomiary te realizowano dotychczas w sposób manualny.

Monitoring wysadu solnego "Dębina"

Od początku pracy bariery prowadzony jest monitoring jakości odprowadzanej wody na rowie zbiorczym (monitor chlorków) w zakresie wybranych wskaźników jakościowych wód, tj. stężenia jonów chlorkowych, przewodnictwa, pH i temperatury. Realizowany jest również ciągły pomiar wielkości zrzucanej wody przez urządzenia rejestrujące położenie stanu wody w rowach typu limnigraf.

Od roku 2004 rozpoczęto prace projektowe mające na celu zautomatyzowanie pracy studni i monitoring położenia zwierciadła wody w studniach i piezometrach. Realizację tych projektów rozpoczęto w 2006 roku.

Automatyzacją i monitoringiem objęto 36 studni i 60 piezometrów, przepływ wody w rowach oraz włączono do systemu istniejący monitor chlorków. System ten umożliwia kontrolę nad pracą studni bariery, odczyt parametrów pracy studni, pomiar ilości odprowadzanej wody i jej jakości (rys. 2).

System monitoringu i automatyzacji odwodnienia na wysadzie solnym oparty jest o istniejący system nadzoru nad stacjami energetycznymi.

Dla automatycznego realizowania pomiarów i sterowania urządzeniami studni zastosowano:

• odporne na zanieczyszczenia chemiczne i mechaniczne hydrostatyczne sondy głębokości, realizujące dokładny pomiar poziomu wody w studniach i piezometrach,
• zespół pomiarowy zawierający przepływomierz elektromagnetyczny wraz z sondą konduktometryczną, realizujący pomiar wydajności studni, stężenia jonów chlorkowych i temperatury wody (rys. 3),
• przepustnicę z napędem dźwigniowym i elektrycznym umożliwiającą sterowanie wydajnością studni,
• przetwornik ciśnienia realizujący pomiar przed przepustnicą,
• przepływomierze do ciągłych pomiarów przepływu w kanałach otwartych, realizujące pomiar ilości odprowadzanej wody (rys. 4).

Zebrane parametry przekazywane są za pośrednictwem łącza światłowodowego i połączeń sieciowych Ethernet do komputerowego stanowiska operatorskiego, na którym zainstalowane jest oprogramowanie systemowe. Za jego pomocą dyspozytor prowadzi nadzór nad pracą bariery (rys. 5).

Stanowisko komputerowe realizuje funkcję zdalnego monitorowania i sterowania urządzeniami zainstalowanymi na barierze ochronnej. Dodatkowo z systemu nadzoru nad stacjami energetycznymi pobierane są parametry energetyczne pracy głębinowych agregatów pompowych, tj. napięcie zasilania, natężenia prądu i mocy, wykorzystywane do diagnostyki sprawności agregatów.

Stanowisko operatorskie pełni także funkcję serwerów (podstawowego i rezerwowego) systemu.

Oprogramowanie systemowe umożliwia:

• dostęp do bieżących i archiwalnych danych,
• sterowanie pracą pompy (rys. 6),
• prezentację generowanych wyników pomiarów ze studni i piezometrów, również w trybie "on-line",
• obserwację monitora chlorków i przepływu na rowach (rys. 7),
• graficzną i tabelaryczną analizę wybranych parametrów w czasie (rys. 8),
• dostęp do baz danych odwodnienia wgłębnego,
• diagnostykę agregatów pompowych,
• przegląd zdarzeń i alarmów generowanych przez system.

Dzięki tym możliwościom operator sytemu nadzoru ma bezpośrednią kontrolę nad zautomatyzowanymi obiektami bariery i możliwość szybkiego reagowanie na zachodzące zmiany. Ma to zasadnicze znaczenie dla prawidłowej pracy bariery ochronnej wysadu solnego "Dębina".

Bariera ochronna wysadu solnego "Dębina" będzie funkcjonować przez cały okres eksploatacji węgla w Polach "Bełchatów" i "Szczerców" oraz w czasie ich likwidacji. Pozwoli to kontrolować odbudowę zwierciadła wody w rejonie wysadu solnego, co zapobiegnie niekontrolowanemu przedostawaniu się zasolonych wód do wód podziemnych w tym rejonie.

Automatyzacja i monitoring bariery ochronnej wysadu "Dębina" umożliwiają stały nadzór nad pracą bariery - pozwala to zminimalizować prawdopodobieństwo wystąpienia sytuacji stwarzających zagrożenie dla środowiska naturalnego. Prace nad system monitoringu będą prowadzone w dalszym ciągu, kolejne obiekty wiercone w tym rejonie będą sukcesywnie przyłączane do systemu.