dokonaniu inwentaryzacji wybranego pod zwałowisko terenu pod k ątem

konieczności likwidacji istniejącej infrastruktury,

5) ocenie moŜliwości modyfikacji kształtu bryły zwałowiska podczas

projektowania na wybranym pod zwałowisko terenie,

6) ocenie budowy geologicznej podłoŜa (nadkładu) w wybranym miejscu

lokalizacji zwałowiska na przedpolu.

Ad.1. Określenie minimalnej wielkości obszaru potrzebnego pod zwałowisko

Do określenia minimalnej wielkości obszaru pod zwałowisko na przedpolu naleŜy rozpatrzyć dwa parametry:

- objętość zwałowiska, która została wyznaczona na etapie projektowania wkopu udostępniającego,

- przewidywaną wysokość zwałowiska, którą określa się z załoŜonej technologii jego likwidacji. Przy określaniu powierzchni pod zwałowisko naleŜy brać pod uwagę jego maksymalną wysokość. Wysokość uwarunkowana jest moŜliwością maksymalnego pionowego zasięgu urabiania koparki lub kilku koparek podczas likwidacji zwałowiska oraz względów geotechnicznych.

Rozpatrując zwałowisko jako prostą bryłę geometryczną jej objętość jest iloczynem pola podstawy i jego projektowanej wysokości, dlatego teŜ mając daną wysokość bryły i jej objętość moŜemy wstępnie określić przybliŜoną powierzchnię, jaką naleŜy zarezerwować na przedpolu pod bryłę zwałowiska.

powierzchni jest prawidłowy dla obszaru idealnie płaskiego. W rzeczywistości powierzchnia terenu pod zwałowiskiem moŜe być zróŜnicowana wysokościowo, co będzie miało duŜy wpływ na rzeczywistą wielkość powierzchni terenu potrzebną pod zwałowisko przy ulokowaniu określonej stałej jego objętości.

Wstępna ocena potrzebnej pod zwałowisko powierzchni terenu nie uwzględnia zwiększenia powierzchni wynikającej z zachowania odpowiednich nachyleń skarp bocznych, które naleŜy uwzględnić przy projektowaniu przyszłej bryły zwałowiska.

Wstępnie oszacowana wielkość powierzchni zostanie zweryfikowana po wykonaniu ostatecznego modelu bryły zwałowiska w programie Modeller.

Ad.2. Wyznaczenie obszaru o najkorzystniejszym współczynniku N:W w granicach projektowanego wyrobiska

Wyznaczenie rejonów najkorzystniejszego współczynnika N:W jest istotnym czynnikiem mającym wpływ na prędkość postępów frontów nadkładowych i wielkość odkrycia węgla oraz moŜliwości wydobywcze kopalni podczas likwidacji zwałowiska. Podczas projektowania udostępnienia naleŜy dąŜyć do lokalizacji zwałowiska w rejonach najmniejszego współczynnika N:W. Taka lokalizacja zwałowiska pozwala zminimalizować spowolnienie postępów frontów nadkładowych w okresie jego reeksploatacji.

W poprzednim rozdziale przedstawiono metodę określania pól o najmniejszym współczynniku N:W, na podstawie której moŜemy znaleźć najkorzystniejsze obszary lokalizacji wkopu udostępniającego. Analogicznie do wyboru miejsca udostępnienia tą samą metodą moŜemy określić najkorzystniejsze miejsce lokalizacji zwałowiska na przedpolu. Wykorzystując wcześniej wykonany przekrój podłuŜny przez wyrobisko odkrywki Drzewce pole Bilczew moŜemy wybrać najkorzystniejsze miejsce lokalizacji zwałowiska w miejscach najmniejszego współczynnika N:W analizując takŜe ukształtowanie istniejącego terenu.

Przedstawiony na rysunku 21 przekrój przez wyrobisko docelowe pokazuje moŜliwość wykorzystania deniwelacji terenu (w tym przypadku zaniŜeń) przy wyborze lokalizacji zwałowiska w celu uśrednienia wartości N:W w całym polu eksploatacyjnym. Takim sposobem rozkładu bryły zwałowiska i uśrednieniu współczynnika N:W dąŜymy do uzyskania moŜliwie równomiernej prędkości postępu

okresie likwidacji zwałowiska.

Rozpatrując lokalizację zwałowiska na przykładzie odkrywki Drzewce pole Bilczew moŜna w wyniku wykonanej analizy zauwaŜyć, Ŝe najwyŜszy punkt na przedpolu wkopu udostępniającego w rejonie, gdzie określono najkorzystniejszą lokalizację zwałowiska, posiada rzędną + 98 m n.p.m. Taką teŜ rzędną wierzchowiny zaprojektowano dla modelu nr 2 i 3 bryły zwałowiska, co spowodowało uśrednienie wartości N:W na długości ok. 2000 metrów. Pozwala to na wykorzystanie optymalnego zasięgu urabiania pionowego koparki SchRs 900 przeznaczonej do likwidacji zwałowiska na przedpolu.

Rysunek 21. Przykład usytuowania zwałowiska na przedpolu z uwzgl przekrój przez wyrobisko docelowe pola Bilczew odkrywki

zwałowiska na przedpolu z uwzględnieniem deniwelacji terenu na przedpolu w celu uś przekrój przez wyrobisko docelowe pola Bilczew odkrywki Drzewce

Ad.3. Odległość wkopu udostępniającego od zwałowiska na przedpolu

Istotnym parametrem mającym wpływ na okres likwidacji zwałowiska oraz koszty udostępnienia jest odległość wkopu udostępniającego od zwałowiska na przedpolu.

Podczas projektowania zwałowiska na przedpolu naleŜy dąŜyć do takiej jego lokalizacji, aby osiągnąć jak najmniejszą odległość od wkopu udostępniającego z następujących powodów:

a) Konieczność budowy jak najkrótszej drogi transportu nadkładu z wkopu udostępniającego na zwałowisko, co ma odzwierciedlanie w kosztach eksploatacji przenośników oraz wielkości poniesionych nakładów na ich budowę.

b) Lokalizacja zwałowiska na przedpolu wymaga wcześniejszego niŜ przy normalnym postępie frontów I piętra nadkładowego wykupu i wyłączenia z uŜytkowania gruntów na przedpolu, co generuje juŜ na wstępie dodatkowe koszty związane z wysokimi podatkami od gruntu przekształconego eksploatacją. Koszty te ponoszone będą do momentu zakończenia rekultywacji na rozpatrywanym pod zwałowisko terenie. W związku z powyŜszym moŜna stwierdzić, Ŝe im większa odległość zwałowiska na przedpolu od wkopu udostępniającego, tym czas od momentu zajęcia gruntu pod to zwałowisko do chwili jego zlikwidowania, wyeksploatowania węgla, zazwałowania i zrekultywowania będzie się odpowiednio wydłuŜał. Przy obliczaniu postępów frontów w wyrobisku moŜna dokładnie określić czas od momentu uformowania zwałowiska do zakończenia zwałowania wewnętrznego i zrekultywowania terenu zajętego pod zwałowisko tymczasowe. Następnie naleŜy określić koszty, jakie naleŜy ponieść w tym okresie czasu. Obecnie obowiązujące przepisy dotyczące kopalń węgla brunatnego pozwalają na wykup i przekształcenie gruntów przeznaczonych pod eksploatację na krótko przed ich zajęciem, dlatego oddalanie lokalizacji zwałowiska na przedpolu od wkopu udostępniającego wymusza duŜo wcześniejsze zajęcie tego gruntu pod zwałowisko na przedpolu.

Oprócz powyŜszych zagadnień naleŜy takŜe rozpatrzyć konieczność wcześniejszego wykupu i zajęcia pasa terenu pod budowę i eksploatację ciągu przenośników taśmowych łączących wkop udostępniający ze zwałowiskiem, które będzie usytuowane w znacznej odległości od wkopu udostępniającego. DuŜa odległość zwałowiska od wkopu będzie w obydwóch przypadkach wpływała na wielkość kosztów eksploatacji węgla jak i na wielkość ponoszonych nakładów na budowę odkrywki.

lokalizacji zwałowiska na przedpolu. Dodatkowo oszacowano takŜe przybliŜony koszt podatków od gruntu przekształconego eksploatacją dla kaŜdego z opisanych niŜej wariantów lokalizacji zwałowiska, co będzie częścią składową całkowitych kosztów wykonania i funkcjonowania projektowanego zwałowiska na przedpolu i moŜe mieć wpływ na wybór jego lokalizacji.

Do analizy przyjęto cztery modele zwałowiska usytuowane na obszarze bloków obliczeniowych N:W o numerach:

Model 1 - Bl- 13, Bl-15, Bl-16, Bl-17, Bl-18, Bl-19

Model 2 - Bl- 11, Bl-12, Bl-13, Bl-14, Bl-15, Bl-16, Bl-17, Bl-18, Bl-19, Bl-20, Bl-21

Model 3 - ze względu na podobną powierzchnię i usytuowanie jak model nr 1 został pominięty w analizie poniewaŜ układ przenośników będzie zbliŜony do układu przenośników w modelu nr 1.

Model 4 - zwałowiska został umieszczony na obszarze najkorzystniejszego współczynnika N:W w polu eksploatacyjnym A na obszarze bloków obliczeniowych o numerach: A-1, A-3, A-5, A-7 i częściowo na bloku A-9.

Modele 1, 2 i 3 zostały w dalszych rozdziałach opisane i wykorzystane do prezentacji metody projektowania, jako modele o najkorzystniejszej lokalizacji zwałowiska na przedpolu z pośród wielu rozpatrywanych do wypracowania metody projektowania.

Dla kaŜdego usytuowania zwałowiska zaprojektowano układ przenośników nadkładowych B-1600 i oszacowano długość ciągów oraz ilości stacji napędowych.

Układy przenośników dla poszczególnych zwałowisk przedstawiono na rysunkach 22, 23, 24. Oszacowano takŜe czas formowania poszczególnych zwałowisk. W celu określenia kosztów eksploatacji przyjęto średnie wartości jednostkowego kosztu eksploatacji dla przenośników nadkładowych B-1600 dla odkrywki Drzewce w KWB „Konin” S.A. za lata 2005 - 2008 r.

Średni jednostkowy koszt eksploatacji przenośnika nadkładowego dla tej odkrywki wynosi około 135 000 [zł/km/mc].

Długości ciągów przenośników dla poszczególnych wariantów lokalizacji zwałowiska zostały przyjęte, jako średnie długości z całego okresu eksploatacji podczas wykonywania wkopu udostępniającego i zwałowiska na przedpolu.

iloczyn kosztu jednostkowego eksploatacji przenośnika, średniej długości ciągu przenośników i czasu ich eksploatacji podczas formowania danego modelu zwałowiska.

W tabeli 6 oszacowano sumaryczny koszt utworzenia danego modelu zwałowiska z uwzględnieniem kosztu podatków od gruntu przekształconego pod zwałowisko i czasu funkcjonowania tego zwałowiska liczonego od momentu jego utworzenia do czasu rozpoczęcia jego likwidacji. Koszt podatku od gruntu przemysłowego dla odkrywki Drzewce w latach 2005- 2010 wynosił około 7900 [zł/ha] w danym roku obliczeniowym. Przy przeliczeniu tego podatku w skali miesięcznej do obliczeń przyjęto kwotę 658,3 zł/mc/ha. W obliczeniach pominięto koszt wykupu gruntu pod zwałowisko ze względu na fakt, Ŝe wszystkie modele zwałowiska leŜą w granicach eksploatacji i koszt wykupu gruntu pod ich posadowienie i tak w kaŜdym przypadku zostałby poniesiony niezaleŜnie od zastosowanego rodzaju zwałowania. RóŜnica mogłaby wynikać tylko z czasu nabycia tego gruntu.

Tabela 5.Porównanie średnich kosztów eksploatacji przenośników taśmowych przy róŜnych usytuowaniach i rozkładzie bryły zwałowiska na przedpolu na przykładzie odkrywki Drzewce

Model wkopu i zwałowiska Średni koszt jednostkowy eksploatacji 1 km przenośnika nadkładowego w [zł/km/mc] Średnia długość przenośników taśmowych w okresie formowania zwałowiska [km] Czas formowania zwałowiska [mc] Sumaryczny koszt eksploatacji przenośników podczas formowania zwałowiska [zł] (1) (2) (3) (1)*(2)*(3) Model 1 zwałowiska 135 000 2,866 13,5 5 223 285 Model 2 zwałowiska 135 000 3,141 14 5 936 490 Model 4* zwałowiska 135 000 4,905 13 8 608 275

* model nr 4 nie został zakwalifikowany w dalszych obliczeniach do prowadzonych analiz dotyczących wyboru najkorzystniejszej lokalizacji wkopu i zwałowiska.

Rysunek 22. Długości przenośników taśmowych podczas formowania zwałowiska na przedpolu (model 1 zwałowiska).

Model wkopu i zwałowiska Koszt eksploatacji przenośników podczas formowania zwałowiska [zł] Koszty podatków od gruntu przekształconego pod lokalizację zwałowiska [zł/ha/mc] Okres funkcjonowania zwałowiska [mc] Suma kosztów utworzenia zwałowiska [zł] (4) (5) (6) (4) +(5*6) Model 1 zwałowiska 5 223 285 658,3 27 5 241 059,1 Model 2 zwałowiska 5 936 490 658,3 21 5 950 314,3 Model 4* zwałowiska 8 608 275 658,3 48 8 639 873,4

Rysunek 23. Długości przenośników taśmowych podczas formowania zwałowiska na przedpolu (model 2 zwałowiska)

Rysunek24. Długości przenośników taśmowych podczas formowania zwałowiska na przedpolu (model 4 zwałowiska)

Z wykonanej analizy wynika, Ŝe lokalizacjazwałowiska w coraz większej odległości od wkopu udostępniającego ma duŜy wpływ na koszty eksploatacji przenośników oraz generuje dodatkowe opłaty z tytułu podatków od nieruchomości ze względu na wydłuŜający się czas funkcjonowania zwałowiska. W takim przypadku naleŜy liczyć się

zwałowiska.

Ad.4. Inwentaryzacja terenu pod zwałowisko pod kątem likwidacji istniejącej

infrastruktury.

Rozpoczęcie eksploatacji złoŜa oraz formowanie zwałowiska na przedpolu wiąŜe się takŜe z koniecznością likwidacji lub przebudowy istniejącej w granicach eksploatacji oraz w najbliŜszym rejonie infrastruktury.

W analizie załoŜono, Ŝe na podstawie wcześniej opisanych czynników mających wpływ na posadowienie zwałowiska wybrane zostało korzystne miejsce pod względem odległości zwałowiska od wkopu udostępniającego i wartości współczynnika N:W na rozpatrywanym obszarze.

MoŜe jednak okazać się, Ŝe wybrany pod zwałowisko teren wymaga przebudowy istniejącej na nim infrastruktury, takiej jak np. istniejące linie energetyczne, drogi, sieci wodociągowe, cieki wodne czy konieczność wykupu i likwidacji duŜej ilości budynków. W przypadku lokalizacji zwałowiska blisko wkopu udostępniającego nie będzie to miało wielkiego wpływu na wielkość nakładów na budowę odkrywki, poniewaŜ w kaŜdym zastosowanym rodzaju zwałowania i tak koszty te naleŜy ponieść zaraz po rozpoczęciu udostępnienia.

W przypadku znacznej odległości zwałowiska od wkopu udostępniającego naleŜy juŜ na wstępie ponieść koszty przebudowy infrastruktury zwiększając wielkość nakładów na budowę odkrywki, co przy innym rodzaju zwałowania i normalnej eksploatacji I piętra nadkładowego mogłoby być wykonane w późniejszym okresie czasu z inwestycji utrzymujących w czasie, gdy kopalnia posiada wpływy z bieŜącej eksploatacji węgla. Dlatego teŜ jest to kolejny istotny element analizy mogący mieć wpływ na podjęcie decyzji dotyczącej miejsca lokalizacji zwałowiska na przedpolu.

Ad.5. Ocena budowy geologicznej podłoŜa (nadkładu) w wybranym miejscu

lokalizacji zwałowiska

Kolejnym elementem na etapie projektowania, który naleŜy przeanalizować przy wyborze lokalizacji zwałowiska na przedpolu jest budowa geologiczna podłoŜa, na którym zwałowisko będzie posadowione. Wstępne informacje dotyczące budowy

dokumentacji geologicznej (profile otworów wiertniczych).

Występowania na tym obszarze słabonośnych gruntów organicznych moŜe powodować brak stateczności zaprojektowanej bryły zwałowiska.

W takim przypadku konieczne byłoby usunięcie warstwy tych gruntów, co wiąŜe się z poniesieniem dodatkowych kosztów jeszcze przed rozpoczęciem eksploatacji. Wielkość kosztów koniecznych do poniesienia na tę operację moŜe być na tyle wysoka, Ŝe naleŜałoby zastanowić się nad inną lokalizacją zwałowiska na przedpolu w miejscu, gdzie zwałowisko będzie zlokalizowane na gruntach o większej nośności.

Słaba nośność podłoŜa przy rezygnacji z wymiany moŜe teŜ powodować ograniczenie wysokości zwałowiska i konieczność zajęcia większego obszaru przy jego formowaniu. W przypadku jakichkolwiek wątpliwości powinny zostać wykonane badania geotechniczne podłoŜa rozpatrywanego rejonu.

Ad.6. MoŜliwość modyfikacji bryły zwałowiska podczas projektowania na

wybranym obszarze lokalizacji

Ostatnim z czynników koniecznym do rozpatrzenia będzie ocena moŜliwości korygowania kształtu bryły zwałowiska na wybranym obszarze podczas jego projektowania. Czynnik ten jest mniej istotny niŜ przedstawione powyŜej jednak godny zainteresowania ze względu na późniejsze moŜliwości dopasowania bryły zwałowiska do parametrów technicznych maszyn, ustalania parametrów geotechnicznych skarp oraz regulacji prędkości postępów frontów podczas likwidacji zwałowiska poprzez korektę jego wysokości i zajmowanego obszaru.

Inaczej mówiąc, wskazane jest dysponowanie większym o kilka procent niŜ wstępnie oszacowano obszarem pod zwałowisko w celu moŜliwości zmniejszania jego wysokości lub projektowania nachylenia skarp bocznych. W tej sytuacji prawie zawsze powoduje to konieczność zajęcia większej niŜ to wynika z wstępnych szacunków powierzchni terenu.

Po wykonanej analizie czynników dotyczącej najkorzystniejszej lokalizacji zwałowiska na przedpolu frontu eksploatacyjnego kolejnym elementem drugiego etapu projektowania będzie wstępne zaprojektowanie bryły zwałowiska na przedpolu z uwzględnieniem jego parametrów wysokości i powierzchni, co będzie miało istotne znaczenie przy jego przyszłej reeksploatacji.

Rysunek 25. Etap II procesu projektowania –projektowanie bryły zwałowiska na przedpolu

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 )

Projektowanie cyfrowego modelu zwałowiska na przedpolu będzie polegało na wrysowaniu w oprogramowaniu 3D powierzchni bryły zwałowiska na podstawie, której wygenerowany zostanie cyfrowy model tej bryły w formie pliku sn. Zasady tworzenia tych modeli są identyczne, jak wcześniej opisywanych modeli cyfrowych wyrobiska docelowego, które wygenerowano do obliczania objętości nadkładu. Model ten zostanie wykorzystany do obliczania objętości zwałowiska podczas symulacji postępów frontów roboczych w trakcie jego likwidacji.

Przy wykonaniu pierwszego modelu obliczeniowego bryły zwałowiska naleŜy z wcześniej wykonanych obliczeń wykorzystać następujące informacje:

- objętość bryły zwałowiska na przedpolu,

- wstępnie wybrane miejsce lokalizacji zwałowiska wraz z określoną

powierzchnią.

Uwzględniając powyŜsze dane naleŜy w dalszej kolejności określić szczegółowo moŜliwości techniczne przyszłej likwidacji zwałowiska przez koparki, dlatego teŜ do projektowania bryły zwałowiska naleŜy wyznaczyć następujące parametry wejściowe: