Udostępnienie poziomu -50 m n.p.m. w wyrobisku górniczym Kopalni "Bełchatów"

Wstęp

Eksploatacja węgla w rowie II rzędu obejmuje prowadzenie robót górniczych w wąskim rowie tektonicznym pomiędzy liniami przekrojów geologicznych 63-56 NS. Wschodnia i zachodnia granica rowu charakteryzuje się łagodnym wypłyceniem pokładu, natomiast od strony północnej i południowej zakres eksploatacji ograniczony jest przebiegiem uskoków tektonicznych określających jednocześnie granice rowu. W rejonie linii przekrojowej 61, gdzie pokład węgla osiąga największą miąższość, spąg węgla zalega na rzędnej -240 m n.p.m.

W zakresie wydobycia zasobów przemysłowych Złoża Bełchatów obowiązująca dokumentacja zakłada powadzenie eksploatacji węgla do rzędnej -80 m n.p.m. Część zasobów zalegająca poniżej rzędnej -80 m n.p.m. została zaliczona do zasobów nieprzemysłowych, z uwagi na znaczną głębokość zalegania oraz wzrastające zagrożenie geotechniczne.

Pod pojęciem zagrożeń geotechnicznych w kopalni odkrywkowej, rozumie się możliwość utraty stateczności skarp i zboczy odkrywki w wyniku wystąpienia osuwisk, bądź gwałtownego odprężenia skał. Zagrożenia takie występują we wszystkich kopalniach odkrywkowych z różnym nasileniem. Są zależne od czynników naturalnych i technologicznych. Te pierwsze to charakter budowy geologicznej złoża, rodzaj skał i gruntów, sposób ich zalegania, obecność zaburzeń tektonicznych i glacitektonicznych, warunki hydrogeologiczne itp. Czynniki technologiczne mające wpływ na skalę i charakter zagrożeń to głównie: głębokość eksploatacji, geometria skarp i zboczy, szybkość i kierunek postępu frontów eksploatacyjnych, czas postoju skarpy. Stopień skomplikowania czynników naturalnych jest w kopalni Bełchatów wyjątkowy, nie tylko w odniesieniu do krajowych odkrywek węgla brunatnego, lecz i w skali odkrywek europejskich. Złoże węgla występuje tu w złożonym strukturalnie rowie tektonicznym (rów Kleszczowa). Południowe skrzydło rowu to głęboka regionalna dyslokacja tektoniczna w obrębie utworów mezozoicznych o charakterystycznej, schodowej budowie. Dodatkowym elementem komplikującym budowę geologiczną jest obecność w obrębie rowu podrzędnych jednostek strukturalnych. Aktualnie roboty górnicze prowadzone są w wąskiej od 300 do 700 m strukturze zwanej rowem II rzędu. Spąg serii węglowej w tej części złoża obniża się do ponad 350 m głębokości. Stwarza to skrajnie trudne górniczo-geologiczne warunki eksploatacji.

Projektowane roboty udostępniające poziom -50 m n.p.m.

Głównym założeniem do projektowania robót górniczych w rowie II rzędu było wykorzystanie będących w posiadaniu BOT KWB Bełchatów SA maszyn podstawowych i pomocniczych oraz istniejącego i projektowanego układu transportowego. Ograniczenia wynikały przede wszystkim z długości frontów eksploatacyjnych, głębokości wyrobiska oraz występujących w rejonach zboczy stałych zagrożeń geotechnicznych.

Układ poziomów eksploatacyjnych został tak zaprojektowany, aby zapewnić możliwość ciągłego przejazdu maszyn pomiędzy poziomami i ewentualnie wyjazdu koparek na poziom wyżejległy w przypadku wystąpienia nagłego zagrożenia. Określony w planie pracy kierunek urabiania poszczególnych pięter eksploatacyjnych ma ograniczyć zagrożenie dla pracującej koparki.

W ramach udostępnienia rowu II rzędu zostały zaprojektowane dwa poziomy eksploatacyjne: XI (przenośnik B.110), XII (przenośniki B.120 i B.121). W chwili obecnej przenośnik B.110 został już przebudowany na swoje docelowe rzędne, natomiast w IV kwartale bieżącego roku planowana jest budowa przenośnika B.120. Po zakończeniu fazy udostępnienia, docelowo przenośnik B.120 będzie ułożony na rzędnych: -54/-59 m n.p.m. W ostatniej kolejności zostanie wybudowany przenośnik B.121, który docelowo zostanie ułożony na rzędnych -54/-70 m n.p.m.

Realizacja projektowanych robót

Roboty górnicze w rowie II rzędu prowadzone są na kierunku wschód - zachód systemem zabierkowym z równoległym i równolegle - wachlarzowym postępem frontów roboczych, zgodnym z postępem wyżejległych poziomów eksploatacyjnych. Eksploatacja zasobów z rowu, ze względu na istniejące warunki zalegania węgla w warstwach przyspągowych wymuszające selektywne wybieranie, oparta jest w głównej mierze na dwóch koparkach łańcuchowych ERs-710 współpracujących z przenośnikami samojezdnymi typu PGOT oraz okresowym wykorzystaniu koparki kołowej SRs-2000 pracującej na poziomie XI.

Każdy etap udostępnienia nowego poziomu eksploatacyjnego wiąże się z budową nowego ciągu przenośników. W związku z tym w miesiącu kwietniu zostały wybudowane i przekazane do eksploatacji: przenośnik pochylniany B-03D oraz przenośnik stały B-04D na poziomie -50.0 m n.p.m. Na przenośnik ten został przebudowany istniejący przenośnik przesuwny B-110, który poprzednio pracował na poziomie -30.0/-41.0. Układ ten wraz z koparką łańcuchową ERs-710 został uruchomiony w dniu 19.04.2007 roku. Udostępniany poziom stanowi naturalną zlewnię wód opadowych z pochylni transportowej oraz występującego na zboczu południowym osuwiska 22S. Aby zapobiec jego całkowitemu zalaniu i konieczności wstrzymania robót górniczych na poziomie -50.0 m n.p.m. został zaprojektowany i wykonany w pierwszej fazie eksploatacji tego poziomu zbiornik retencyjny o kubaturze 20 tys. m³. W związku z budową zbiornika pierwszy raz w historii kopalni zeszliśmy z eksploatacją poniżej poziomu -50 m n.p.m., do poziomu -57 m n.p.m. Za odprowadzanie wody ze spągu wyrobiska i ze zbiornika odpowiedzialne są służby odwodnienia powierzchniowego kopalni. To nie jedyne naturalne zagrożenie występujące na najniżej położonym poziomie roboczym odkrywki.

Podjęcie eksploatacji głęboko zalegających zasobów węgla w odkrywce Bełchatów wymaga zastosowania nietradycyjnych technologii wydobycia. Technologia pracy koparek jest skomplikowana. Ze względu na istniejące zagrożenia geotechniczne oraz zaprojektowaną geometrię zboczy zakres prac jest realizowany z podziałem zabierek na podpiętra. Aktualnie roboty górnicze prowadzone są w strefie zasięgu osuwiska 22S. Wymaga to stałej kontroli "zachowania" się tegoż osuwiska, które jest na bieżąco monitorowane przez służby geotechniczne i miernicze. Technologia prowadzenia robót wymaga dostosowania do zaistniałych zmian i występujących zagrożeń związanych z aktywnością osuwiska.

Koluwia osuwiska 25S na poziomie -50 m n.p.m.

Zagrożenia związane z udostępnieniem X piętra górniczego

Główne zagrożenia prowadzenia eksploatacji w tej części złoża to:

• zaburzenia serii węglowej w strefie północnego uskoku brzeżnego rowu II-rzędu, tzw. UNB nr 2.
• odprężenie węgla brunatnego spowodowane zdejmowaniem wyższych warstw gruntów,
• aktywność koluwiów osuwiska 22S,
• deformacje górotworu obserwowane w rejonie zagrożeń XII/S związane z zaburzeniami tektonicznymi w rejonie południowego uskoku brzeżnego rowu, tzw. USB nr 1.

Szczególnym zagrożeniem jest konieczność prowadzenia eksploatacji w strefie bezpośredniej aktywności jęzora osuwiska 22S. Osuwisko o kubaturze ok. 1 mln m³ obejmuje górotwór w zakresie rzędnych +95/-24 m n.p.m. W wyniku opadów deszczu oraz aktywności wyższego osuwiska 18S stymulującego ruch koluwiów osuwiska 22S, jego jęzor spoczywa na części udostępnionego poziomu -50 m n.p.m. Dzięki ciągłemu monitorowaniu osuwiska 22S eksploatacja jego koluwiów oraz udostępnianie niższego poziomu odbywała się w okresach względnej stabilizacji osuwiska. Prace prowadzone są w okresie, gdy prędkość przemieszczania się koluwiów osuwiska nie przekracza 50 mm/dobę.

Innym rodzajem zagrożeń są deformacje serii węglowej w strefie północnego uskoku brzeżnego rowu II-rzędu UNB nr 2. Uskok ten zrzuca spąg serii węglowej w kierunku południowym o ok. 50 m, jednocześnie powodując wychylenie warstw w strefie około uskokowej pod kątem ok. 30o. Ponadto prowadzenie eksploatacji na tak dużych głębokościach stwarza zwiększone zagrożenie odprężeniowe. Zjawisko to połączone z konsekwentnym do kierunku urabiania upadem warstw może doprowadzić do zagrożenia stateczności poziomu jazdy maszyny podstawowej, szczególnie dla koparki ERs-710 podczas eksploatacji prowadzonej poniżej poziomu jazdy maszyny. Wymusza to odcinkowo kierunek eksploatacji z północy na południe oraz konieczność pozostawiania półki umożliwiającej przejazd maszyny w rejonie uskoku.

Poziom -50 m n.p.m. - widok ogólny.

Kolejnym istotnym rodzajem zagrożenia jest zagrożenie stateczności zbocza stałego południowego w zakresie rzędnych +36/-50 m n.p.m. w rejonie XII/S. Zaburzenia serii złożowej, szereg uskoków oraz odcinkowo konsekwentny do zbocza upad warstw, a także postępująca degradacja iłów śródwęglowych będąca efektem oddziaływania warunków atmosferycznych w strefach odprężania się górotworu, powoduje rozwój deformacji nieciągłych w korpusie zbocza. Wymusza to konieczność prowadzenia monitoringu powierzchniowych deformacji poziomych i pionowych oraz deformacji wgłębnych. Celem obserwacji jest określenie na podstawie wartości przemieszczeń poziomych, pionowych oraz zmian prędkości deformacji, stopnia bezpieczeństwa prowadzenia robót górniczych w rejonie zbocza południowego.

Podsumowanie

Osiągnięcie rzędnej -50 m n.p.m. jest rekordem głębokości eksploatacji w historii kopalni oraz polskiego górnictwa odkrywkowego. Aktualnie głębokość wyrobiska górniczego wynosi ca 250 m. Projektowana głębokość wyrobiska wynosi 280 m. Ze względu na zaleganie węgla poniżej rzędnej -80 m n.p.m. trwają prace przygotowawcze do podjęcia próby wydobycia węgla z tych najgłębszych partii złoża przy zastosowaniu dotychczasowej technologii umożliwiającej eksploatację do rzędnych -98 m n.p.m. Ewentualne wydobycie w zakresie rzędnych -98/-110 m n.p.m. prowadzone będzie dwoma koparkami zgarniakowymi Esz-6.3/45, które będą urabiać na przerzut w rejon zasięgu koparki ERs-710 pracującej na przenośnik B.121. Zakres urabiania koparek zgarniakowych będzie uzależniony przede wszystkim od postępu ostatniego poziomu eksploatacyjnego, na którym pracować będzie koparka łańcuchowa ERs-710 jak również postępu I poziomu zwałowiska wewnętrznego. Należy jednakże pamiętać, że głównym czynnikiem umożliwiającym realizację tych ambitnych planów będzie ocena warunków geologiczno-górniczych zmieniających się wraz ze wzrastającą głębokością eksploatacji.