Określenie miejsca udostępnienia pokładu jest procesem wymagającym analizy wielu czynników geologicznych, hydrogeologicznych, technologicznych oraz analiz ekonomicznych dla poszczególnych rozpatrywanych wariantów udostępnienia. Wszystkie te czynniki są w sposób bezpośredni ze sobą powiązane. O ile w temacie klasycznego udostępnienia zasada lokalizacji wkopu udostępniającego była wielokrotnie opisywana i analizowana w literaturze dotyczącej projektowania wyrobisk odkrywkowych, o tyle wraz z rozwojem graficznych oprogramowań komputerowych moŜna ten sam proces przeprowadzić na kilka sposobów. Efektem jest duŜo szybsze a zarazem dokładniejsze określenie miejsca udostępnienia pokładu. Analiza występującej na powierzchni terenu infrastruktury, oszacowanie jej wartości oraz moŜliwości likwidacji jest zagadnieniem typowo ekonomicznym, które naleŜy rozwiązać osobną metodą poza programową.
Przy obecnie stosowanych klasycznych technologiach eksploatacji z wykorzystaniem układów KTZ (koparka – taśmociąg - zwałowarka) naleŜy przy rozwiązywaniu tego problemu mieć na względzie poniŜsze czynniki:
- określenie najkorzystniejszego kierunku eksploatacji pokładu,
- określenie miejsc występowania najkorzystniejszego współczynnika N:W w granicach zalegania złoŜa,
- analiza czynników hydrogeologicznych rejonu złoŜa,
- określenie warunków geotechnicznych występujących w rejonie udostępnienia, - analiza ukształtowania powierzchni terenu w miejscu lokalizacji wkopu
udostępniającego,
- moŜliwość usytuowania zwałowiska na przedpolu jak najbliŜej wkopu udostępniającego,
- analiza moŜliwości likwidacji występującej infrastruktury na terenie wybranego miejsca udostępnienia wraz z oszacowaniem kosztów przedsięwzięcia.
Rysunek 7. Etap II procesu projektowania - lokalizacja miejsca budowy wkopu udostępniającego
4.2.1. Określenie miejsc występowania najkorzystniejszego współczynnika N:W w
granicach zalegania złoŜa
Czynnik ten gwarantuje najmniejszą konieczną do urobienia i zezwałowania ilość nadkładu od chwili rozpoczęcia jego zdejmowania do czasu rozpoczęcia zwałowania wewnętrznego.
nie Spełnienie warunków zdolności
wydobywczej i ekonomicznych w okresie udostępnienia i likwidacji
zwałowiska na przedpolu
Analiza czynników wpływających na wybór miejsca udostępnienia z wykorzystaniem opcji programu „Microstation” i wykonanych modeli cyfrowych
pokładu i wyrobiska (metoda analizy bloków N:W oraz przekrojów przez złoŜe)
Projektowania bryły zwałowiska na przedpolu – tworzenie pierwszego modelu
obliczeniowego Analiza czynników związanych z lokalizacją zwałowiska na przedpolu.
O kreślenie wielkości powierzchni pod zwałowisko. Określenie objętości nadkładu koniecznej do zdjęcia od czasu rozpoczęcia
udostępnienia do momentu przejścia na zwałowanie wewnętrzne. Wstępne określenie objętości zwałowiska na przedpolu
Określenie najkorzystniejszego kształtu modelu bryły zwałowiska na przedpolu na podstawie symulacji postępów frontów roboczych podczas jego likwidacji. Określenie moŜliwości wydobywczych kopalni w okresie likwidacji zwałowiska
Wynik negatywny – konieczność przemodelowania bryły zwałowiska poprzez zmianę kształtu (zmniejszenie wysokości
i zwiększenie powierzchni bryły )
wpływ na koszty powtórnego urobienia masy zwałowiska na przedpolu oraz zmniejsza do minimum ryzyko ograniczenia wielkości wydobycia węgla podczas jego likwidacji.
NaleŜy tu wspomnieć takŜe, Ŝe wielkość wkopu udostępniającego moŜe w większości przypadków mieć duŜy wpływ na wielkość wyrobiska końcowego po zakończeniu eksploatacji, co zostało opisane w jednym z końcowych rozdziałów pracy.
4.2.2. Określenie najkorzystniejszego kierunku eksploatacji pokładu
Przy obecnie stosowanych w polskich kopalniach węgla brunatnego układach technologicznych bardzo waŜnym czynnikiem w projektowaniu eksploatacji jest określenie najkorzystniejszego kierunku zdejmowania nadkładu i wybierania złoŜa.
Przy mało elastycznych układach KTZ wskazane jest zachowanie jednego kierunku eksploatacji zarówno ze względu na zminimalizowanie kosztów eksploatacji, jak i na konieczność ograniczenia do minimum ilości operacji związanych z przebudową układów przenośnikowych a takŜe czasu ich postoju.
Zasada ta dotyczy w szczególności złóŜ o niewielkiej szerokości i znacznej długości oraz wyrobisk o skomplikowanych granicach eksploatacji. Przy wyborze kierunku eksploatacji naleŜy takŜe kierować się zmiennością jakości kopaliny w złoŜu [19, 20]. Kierunek wybierania powinien redukować do minimum wahania zmienności kopaliny w złoŜu, co zostało szeroko omówione w dostępnej literaturze dotyczącej projektowania kopalń odkrywkowych.
Warunki zalegania złóŜ oraz stosowana technologia wybierania węgla i zdejmowania nadkładu nie zawsze gwarantują taki kierunek eksploatacji, który powyŜszy warunek by spełniał. Wybór kierunku eksploatacji takŜe w tym przypadku będzie kompromisowym rozwiązaniem, wynikającym z analizy innych czynników. Przed określeniem kierunku eksploatacji naleŜy znaleźć najkorzystniejsze miejsce udostępnienia, czyli tak jak w klasycznych metodach naleŜy między innymi dokonać analizy współczynnika N:W w projektowanych granicach eksploatacji.
Podczas analizy N:W moŜe okazać się, Ŝe najmniejszy wskaźnik N:W będzie występował w środku pokładu. Miejsce to nie będzie jednak najkorzystniejszym miejscem udostępnienia. NaleŜałoby w takim przypadku poprowadzić eksploatację skrzydłowo w dwóch kierunkach. W przypadku ograniczonej ilości maszyn i wymaganego niezbyt duŜego wydobycia po wyeksploatowaniu pokładu w jednym
kierunku naleŜałoby wyprowadzić maszyny z wyrobiska po zakończeniu eksploatacji jednego ze skrzydeł i rozpocząć eksploatację w przeciwnym kierunku. Powoduje to jednak wiele komplikacji technologicznych z samym transportem maszyn, jak i czasochłonną i kosztowną przebudową układów nadkładowo - węglowych oraz moŜe powodować zakłócenia w wydobyciu węgla podczas zmiany kierunku eksploatacji. W związku z powyŜszym naleŜy dąŜyć do zaprojektowania takiego miejsca udostępnienia, przy którym zachowany będzie jeden kierunek eksploatacji od rozpoczęcia do zakończenia wybierania pokładu.
4.2.3. Analiza czynników hydrogeologicznych rejonu złoŜa
W dalszej kolejności projektowania naleŜy po wyborze miejsca udostępnienia o najkorzystniejszym współczynniku N:W dokonać analizy hydrogeologicznej tego rejonu. Analiza ta powinna być wykonana na podstawie dokumentacji hydrogeologicznej oraz cyfrowego modelu leja depresji, co pozwoli na oszacowanie stanu odwodnienia wkopu udostępniającego od czasu uruchomienia bariery studni odwodnieniowych do momentu rozpoczęcia robót górniczych. Oprócz analizy leja depresji naleŜy takŜe brać pod uwagę wielkości dopływów wód powierzchniowych mogących doprowadzić w przypadku intensywnych opadów do zalania wyrobiska udostępniającego. Czynniki hydrogeologiczne wpływają pośrednio na warunki geotechniczne wyrobiska udostępniającego w szczególności na stateczność skarp. Niskie parametry stateczności skarp w rejonie wkopu udostępniającego spowodowane duŜym zawodnieniem wymagają zwiększenia ich nachylenia, a w konsekwencji zwiększenia kubatury wkopu.
4.2.4. Określenie warunków geotechnicznych występujących w rejonie
udostępnienia
Podczas analizy miejsca udostępnienia naleŜy takŜe zwrócić uwagę na litologię warstw oraz rodzaj skał występujących w nadkładzie w rejonie miejsca udostępnienia.
Występowanie małozwięzłych pod względem geotechnicznym gruntów moŜe wymuszać konieczność zaprojektowania skarp o małym kącie ich nachylenia, co zwiększa kubaturę wkopu udostępniającego oraz ilość mas potrzebnych do urobienia i ulokowania ich na zwałowisku tymczasowym. Konsekwencją tego jest wydłuŜony czas
obsuwania się skarp podczas ich profilowania.
4.2.5. Analiza ukształtowania powierzchni terenu w rejonie miejsca lokalizacji wkopu udostępniającego
Analizę taką naleŜy przeprowadzić na podstawie badania morfologii powierzchni terenu wokół złoŜa.
Nie jest wskazane, aby wkop udostępniający zlokalizowany był w zaniŜeniu otaczającego wyrobisko terenu. Rejon wkopu tworzy w takim przypadku zlewnię wód opadowych, co w przypadku występowania intensywnych opadów atmosferycznych naraŜa wyrobisko na zatopienie lub utratę stateczności jego zboczy. TakŜe obecność zbiorników wodnych i występujących w pobliŜu cieków powierzchniowych nie wpływa korzystnie na bezpieczeństwo udostępnienia. MoŜliwe jest jednak zabezpieczenie samego wkopu poprzez budowę obiektów hydrotechnicznych i zmianę przebiegu przepływu wód powierzchniowych lub osuszenie niewielkich zbiorników powierzchniowych w sąsiedztwie wkopu. Obecne moŜliwości techniczne pozwalają rozwiązać ten problem nawet przy niekorzystnym ukształtowaniu terenu w rejonie wkopu. Nie naleŜy jednak bagatelizować tego czynnika przy wyborze miejsca udostępnienia.
4.2.6. MoŜliwość usytuowania zwałowiska na przedpolu jak najbliŜej wkopu
udostępniającego
Temat ten został szczegółowo przeanalizowany w rozdziale dotyczącym lokalizacji zwałowiska na przedpolu takŜe w aspekcie przyszłej jego likwidacji, co gwarantuje najkrótsze drogi transportu nadkładu podczas udostępnienia i korzystnie wpływa na koszty eksploatacji. Lokalizacja zwałowiska jest zaleŜna od wielu innych czynników, które mają wpływ na jego usytuowanie.
4.2.7. Występowanie infrastruktury na terenie wybranego miejsca udostępnienia
oraz moŜliwość jej likwidacji wraz z oszacowaniem kosztów
przedsięwzięcia
Po określeniu miejsca udostępnienia naleŜy dokonać oszacowania kosztów likwidacji mogącej wystąpić na tym terenie infrastruktury lub zabudowy. MoŜe okazać się, Ŝe pomimo korzystnego układu powyŜej opisanych czynników rozpatrywanych przy wyborze miejsca udostępnienia nie jest korzystne w wybranym rejonie wykonanie udostępnienia złoŜa ze względu na istniejącą zabudowę powierzchni terenu. Projektując granice wyrobiska, wewnątrz których infrastruktura występuje, konieczna będzie jej likwidacja lub przebudowa, co wynika z rachunku ekonomicznego podczas ustalania granic eksploatacji. NaleŜy jednak wziąć pod uwagę, Ŝe wykonanie takiej operacji przed rozpoczęciem eksploatacji będzie wiązało się z poniesieniem duŜych nakładów w momencie, kiedy nie ma wpływów ze sprzedaŜy węgla, co zwiększa nakłady na uruchomienie eksploatacji.
W kaŜdym przypadku naleŜy podczas projektowania miejsca udostępnienia oszacować opłacalność jego wykonania w sposób indywidualny dla kaŜdego złoŜa w szczególności przy konieczności likwidacji, lub przebudowy istniejącej infrastruktury.
Prawidłowy wybór lokalizacji wkopu jest w większości rozpatrywanych przypadków rozwiązaniem kompromisowym. Mało prawdopodobne jest, aby moŜna było jednocześnie spełnić wszystkie wymagania opisane w powyŜszych punktach dotyczące jednego wybranego miejsca udostępnienia. Dokładna analiza tych czynników będzie miała znaczący wpływ na prawidłowy wybór najkorzystniejszego miejsca udostępnienia z zastosowaniem prezentowanej metody projektowania wkopu udostępniającego i zwałowiska na przedpolu, a wyniki tej analizy muszą być uwzględnione jako parametry wyjściowe w poniŜej opisanej metodzie analizy bloków N:W.