Sposób prowadzenia robót górniczych a charakter i skutki oddziaływań górnictwa

Obszar objęty bezpośrednim wpływem wydobycia węgla na terenie KWK „Grodziec” zajmuje powierzchnię 17,21 km², co stanowi ponad 75% powierzchni obszaru górniczego byłej kopalni (Rys. 9.1). Na terenie tym eksploatacji podlegało 10 pokładów węgla, które wybierane były głównie systemem ścianowym (była KWK „Grodziec”) lub zabierkowym (dawna kopalnia „Maria”) z zawałem skał stropowych, a jedynie lokalnie w pokładach 501 i 510 (eksploatowanych przez byłą KWK „Grodziec”) do likwidacji wyrobisk zastosowano podsadzkę hydrauliczną.

Zaistniałe przekształcenia środowiska obejmują przede wszystkim spowodowane róŜnymi czynnikami zmiany ukształtowania powierzchni terenu, naruszenie struktury górotworu oraz zmiany warunków zasilania i drenaŜu wód podziemnych.

Dokonana przez byłą KWK „Grodziec” podziemna eksploatacja górnicza spowodowała osiadania powierzchni terenu, które osiągnęły maksymalną wartość 10 m (Frolik 2002 praca niepublikowana) w zachodniej części obszaru górniczego (partie A i B złoŜa), głównie w wyniku eksploatacji płytko połoŜonych pokładów 501, 504 i 510. Pozostałe występujące w tej partii złoŜa pokłady (612 i 615, 616 i 620) miały znacznie mniejszą miąŜszość i połoŜone były na większej głębokości.

Zasięgiem największych osiadań objęty został południowy stok góry Kamionka (345,5 m n.p.m.) a takŜe dolina potoku Wielonka, który na odcinku ponad 1 km (pomiędzy ul. Jana III Sobieskiego a przepustem pod torami kolejowymi) został obustronnie obwałowany w celu utrzymania wód w granicach naturalnego koryta (Rys. 6.2).

Na obszarze występowania zrobów dawnych kopalń „Maria” i „Bory” (partia C) osiadania (spowodowane eksploatacją pokładów grupy 600 i pokładu 816) były znacznie mniejsze i osiągnęły maksymalnie 4 m w rejonie pomiędzy cementownią „Grodziec” a Górą

Św. Doroty. Najmniejsze osiadania spowodowała eksploatacja pokładu 816. W partii C osiadania osiągnęły 0,6 m, a w partii D dochodziły do około 1 m (Dodatek nr 3 do dokumentacji hydrogeologicznej Rejonu „Grodziec” CZOK).

Osiadania powierzchni terenu wywołane dokonaną eksploatacją były przyczyną uszkodzeń wielu budowli, w tym kościoła na szczycie Góry Św. Doroty, a takŜe nieodwracalnych uszkodzeń budynków cementowni „Grodziec” w Będzinie – Grodźcu, które doprowadziły do jej zamknięcia.

Przekształcenia powierzchni terenu związane są równieŜ z prowadzoną w przeszłości na terenie kopalni eksploatacją odkrywkową. W rejonie pomiędzy ul. Długosza a ul. Brzeziny w Wojkowicach zlokalizowane jest stare wyrobisko będące pozostałością po eksploatacji piasku (tzw. „Uciekaj”; Rys. 6.2). Wyrobisko zajmuje powierzchnię około 14 ha, wysokość jego skarp sięga do 10 m. Obecnie dno wyrobiska porastają kilkudziesięcioletnie drzewa.

W odległości kilkuset metrów na wschód od dawnej kopalni piasku zlokalizowany jest obszar, na którym prowadzona była odkrywkowa eksploatacja surowców skalnych (wapieni) na potrzeby cementowni „Grodziec” (rejon Góry Kijowa). Teren ten wyróŜnia się urozmaiconą morfologią, która (według opinii autora) jest skutkiem nakładających się

49 wpływów czynników naturalnych (kras i erozja) i przede wszystkim antropogenicznych, tzn. dokonanej eksploatacji odkrywkowej oraz podziemnej eksploatacji węgla.

Prowadzona na małych głębokościach eksploatacja pokładów węgla jest przyczyną powstawania nieciągłych deformacji powierzchni terenu. Tego typu przekształcenia powierzchni powstają obecnie głównie wskutek utraty stabilności płytko połoŜonych wyrobisk chodnikowych, a w przeszłości były spowodowane równieŜ nielegalną eksploatacją węgla (biedaszybami) oraz reaktywacją starych zrobów wskutek eksploatacji pokładu 816.

Szczególnie intensywnym deformacjom uległa powierzchnia terenu w północno – zachodniej części byłego obszaru górniczego kopalni, w rejonie skrzyŜowania ulic Długosza i Głowackiego w Wojkowicach (Rys. 6.2), gdzie górotwór karboński znajduje się pod nadkładem skał triasowych o miąŜszości od około 30 do około 60 metrów. Skutkiem przedwojennej eksploatacji węgla na tym terenie są liczne zapadliska przypominające leje krasowe (Fot. 1), których średnica niejednokrotnie sięga do kilkunastu metrów a głębokość moŜe przekraczać 10 m, oraz deformacje liniowe w postaci progów o wysokości do około 1 m (najsilniejsze deformacje wystąpiły ponad częścią pokładu eksploatowaną w latach 1913 – 1925). Największe zapadlisko, zorientowane równolegle do ul. Długosza, ma około 300 m długości, kilkanaście metrów głębokości, a w jego obrębie nastąpiło odsłonięcie zwierciadła wód podziemnych poziomu triasowego (Fot. 2).

Pomimo upływu blisko 90 lat od zakończenia eksploatacji węgla w tym rejonie procesy zapadliskowe mają miejsce nadal i objawiają się głównie stopniowym, niezbyt intensywnym zapadaniem powierzchni terenu (Fot. 3).

Fot. 1 Fot. 2

50 Jako bezpośrednią przyczynę powstania zapadlisk wskazać moŜna zawałową eksploatację połoŜonego płytko pod nadkładem triasowym pokładu 510, który w tym rejonie wybierano na wysokość 7,5 – 8 m. Potwierdza to zasięg obszaru występowania zapadlisk, który pokrywa się z zasięgiem wyrobisk w pokładzie 510, a takŜe zmniejszanie się zagęszczenia zapadlisk w kierunku wzrostu głębokości występowania pokładu. Ponadto moŜna uznać, Ŝe drenaŜ i poeksploatacyjne spękania górotworu, jako czynniki prowadzące do zwiększenia zasilania infiltracyjnego, mogły być przyczyną wzrostu intensywności procesów krasowych.

Niewielkie zapadliska przypominające leje krasowe są charakterystycznym elementem w morfologii dawnego wyrobiska po eksploatacji wapieni w rejonie Góry Kijowa (Rys. 6.2), które w największym zagęszczeniu występują na terenie objętym wpływem eksploatacji pokładów 501, 510, 612, 615, 616, 620 i częściowo pokładu 816.

Podobnego typu, lecz o mniejszej intensywności deformacje powierzchni terenu w postaci zapadlisk i progów wystąpiły równieŜ wokół szczytu niewielkiego wzniesienia w odległości kilkuset metrów na południe od budynków KWK „Grodziec”. Na tym terenie w latach ’40 i na początku lat ’50 ubiegłego wieku prowadzono eksploatację pokładów 501, 504 i 510 na łączną wysokość około 15 m. Mniejsza skala deformacji w tym rejonie moŜe wynikać ze znacznej miąŜszości utworów triasowych w nadkładzie karbonu, a takŜe zastosowania podsadzki do likwidacji wyrobisk w części pokładu 501. Deformacje w postaci progów i zapadlisk wystąpiły ponadto w rejonie Góry Parcina (pomiędzy Gródkowem a Grodźcem; Rys. 6.2), najprawdopodobniej wskutek osiadań terenu wywołanych wybieraniem pokładu 816, który występuje tu na głębokości około 360 – 420 m i eksploatowany był na wysokość 1,8 m.

Deformacje powierzchni terenu o charakterze nieciągłym (zapadliska, progi) wystąpiły takŜe na obszarze, gdzie dawna kopalnia „Maria” eksploatowała płytko połoŜone pokłady grupy 600. Deformacje o największej intensywności wystąpiły w rejonie Góry Św. Doroty (Rys. 6.2), gdzie objawiły się głównie w postaci progów lub niewielkich zapadlisk. Poza zasięgiem występowania utworów triasowych zapadliska wystąpiły w rejonie dawnej kopalni „Bory” w pobliŜu skrzyŜowania ul. Wolności z drogą E75, w rejonie ul. Mickiewicza oraz w pobliŜu cementowni „Grodziec” (Rys. 6.2). Jako przyczyny tych zjawisk, obok działalności górniczej dawnej kopalni „Maria” wskazano zwietrzenie i osłabienie wytrzymałości skał spowodowane infiltracją wód opadowych (Bukowski, Augustyniak 2005). Eksploatacja pokładu 816 dokonana przez byłą KWK „Grodziec” w rejonie Góry

Św. Doroty mogła być przyczyną reaktywacji starych zrobów w pokładach 615, 616, 620, 621 i 622, która doprowadziła do zawałów płytkich wyrobisk chodnikowych i powstawania zapadlisk na terenie dawnej kopalni „Maria”. Eksploatację pokładu 816 prowadzono praktycznie pod całym obszarem kopalni na wysokość średnio 2 m systemem ścianowym z zawałem skał stropowych, na głębokości od około 330 m do około 400 m poniŜej najgłębiej połoŜonych zrobów kopalni „Maria”. W okresie eksploatacji tego pokładu (pod kopalnią „Maria”) i krótko po jej zakończeniu zaobserwowano wzrost intensywności powstawania zjawisk zapadliskowych. Efektem deformacji było powstawanie zapadlisk o znacznej głębokości i średnicy, a nawet odsłanianie wyrobisk górniczych.

Całkowite zatopienie dawnej kopalni „Maria”, które nastąpiło w latach 1983 – 1987 stanowiło najprawdopodobniej kolejny impuls dla powstawania deformacji powierzchni terenu. W trakcie zatapiania kopalni zjawisk zapadliskowych nie odnotowano. Dopiero po całkowitym zatopieniu zrobów co kilka lat stwierdzano powstawanie nowych zapadlisk,

51 które wystąpiły na terenach usytuowanych ponad zrobami lub w niewielkiej odległości od nich. Na podstawie analizy rozmieszczenia nowych zapadlisk stwierdzono, Ŝe wielokrotne nasycanie skał wodą i ich odwodnienie w wyniku wahań zwierciadła wody w zrobach połączone z naturalnymi procesami wietrzeniowymi w strefie przypowierzchniowej moŜe mieć wpływ na zagroŜenie zapadliskowe na obszarach występowania płytkich zrobów. Jako szczególnie naraŜone na deformacje zapadliskowe uznano tereny połoŜone ponad zrobami objętymi strefą wahań zwierciadła wody. Zroby połoŜone poniŜej najniŜszego poziomu zwierciadła wody, jako całkowicie wypełnione wodą, która stanowi rodzaj szczelnej i nieściśliwej podsadzki, uznano za stabilne (Bukowski, Augustyniak 2005).

Pomimo, Ŝe od zakończenia działalności wydobywczej przez dawną kopalnię „Maria” minęło przeszło 70 lat a jej zroby są zatopione, terenu kopalni nie moŜna uznać za stabilny. PoniewaŜ Ŝadna ze stosowanych w przeszłości technik płytkiej eksploatacji węgla nie gwarantowała całkowitego podsadzenia pustek powstających w wyniku eksploatacji, wiele wyrobisk górniczych nie uległo zawałowi (Kotyrba 2005). Pustki takie znajdujące się w strefie aeracji i w strefie wahań zwierciadła wody stanowią i będą stanowiły w przyszłości

źródło zagroŜenia dla powierzchni terenu.

Wzrostu zagroŜenia deformacjami powierzchni terenu spodziewać się moŜna równieŜ w zasięgu płytkiej eksploatacji dokonanej przez byłą KWK „Grodziec”, gdzie jako główne

źródło zagroŜenia wskazać naleŜy postępujący proces zatapiania kopalni.

Na terenie objętym badaniami obserwować moŜna skutki całkowitego zatopienia kopalni odosobnionej, jaką jest dawna kopalnia „Maria”, oraz przebieg zatapiania kopalni zespołowej, jaką jest była KWK „Grodziec”.

Oprócz wzrostu intensywności procesów zapadliskowych w rejonie Góry Św. Doroty, spiętrzenie wody w zrobach dawnej kopalni „Maria” było przyczyną podtopienia terenu zlokalizowanego około 500 m na wschód od zrobów kopalni (Rys. 6.2). Potwierdzeniem związku hydraulicznego zalewisk z zatopioną kopalnią są wyniki analiz chemicznych wód z szybu „Zygmunt” i wód z zalewiska, a takŜe zanik zalewisk po uruchomieniu pompowania w szybie. Pośrednią przyczyną powstania zalewisk moŜe być istnienie nasypu drogowego, który ogranicza ich zasięg od strony wschodniej (Bukowski, Augustyniak 2005).

Wody dopływające do zrobów dawnej kopalni „Maria” przed zaprzestaniem odwadniania wykorzystywane były (po uzdatnieniu) do celów pitnych. Po likwidacji odwadniania nastąpił wyraźny wzrost mineralizacji ogólnej wody, która wahała się w zakresie od 1512 do 4431 mg/dm³, przy zawartości siarczanów od około 500 do 1930 mg/dm³ i chlorków od 54 mg/dm³ do 71 mg/dm³ (maksymalnie nawet do 100 mg/dm³) oraz Ŝelaza do 140 mg/dm³ i manganu do 40 mg/dm³. Odczyn wód zmieniał się od słabo kwaśnego do słabo zasadowego. Znaczne pogorszenie jakości wód kopalnianych wyeliminowało je jako źródło zaopatrzenia dla ludności.

Proces zatapiania zlikwidowanej KWK „Grodziec” rozpoczęto w roku 1999 od najgłębiej połoŜonych zrobów pokładu 816. Przebieg procesu zatapiania kopalni do rzędnej 90 m n.p.m. opisany został szczegółowo przez Czapnika i Jasińską (2009). Obecnie realizowany jest czwarty etap zatapiania kopalni do przewidywanej rzędnej 120 m n.p.m.

Obserwacje kształtowania jakości wody w szybie II zlikwidowanej KWK „Grodziec” wykazały zróŜnicowany skład wody w róŜnych fazach procesu zatapiania kopalni. Przed likwidacją kopalni na poziom 300 m dopływały wody o zawartości chlorków wynoszącej 70 mg/dm³ i około 540 mg/dm³ jonów siarczanowych. Wody dopływające w tym okresie na poziom 500 m zawierały ponad 8000 mg/dm³ chlorków i około 690 mg/dm³ jonów

52 siarczanowych. Po wyłączeniu pompowni i zatopieniu poziomu 500 m do szybu zaczęły dopływać wody słodkie o składzie podobnym do wód dopływających do poziomu 300 m przed likwidacją kopalni. W następnych latach obserwowano stopniowe wysłodzenie wód dopływających do szybu. Przed zatopieniem poziomu 300 m (pod koniec 2003 roku) stęŜenie chlorków zmniejszyło się do 55 mg/dm³, a stęŜenie siarczanów do około 340 mg/dm³.

Po zatopieniu zrobów na poziomie 300 m (na początku roku 2004) nastąpił znaczny wzrost stęŜenia siarczanów. W środkowej części słupa wody w szybie (na głębokości około 270 – 290 m) stęŜenie siarczanów wynosiło około 700 mg/dm³, a w części środkowej (na głębokości 370 – 430 m) zawartość siarczanów sięgała blisko 2500 mg/dm³. Zaobserwowany skokowy wzrost stęŜenia siarczanów jest wynikiem pierwszego przepłukania wyrobisk poziomu 300 m (Zawisza, Sowińska – Botor 2005). Następnie, w wyniku mieszania się wód, stęŜenie siarczanów w środkowej części słupa wody spadło do około 2000 mg/dm³ (Frolik 2009).

W momencie uruchomienia pompowania (w roku 2005) zawartość chlorków w wodzie wynosiła około 75 mg/dm³ a siarczanów około 2000 mg/dm³. Po około 1 roku pompowania zawartość siarczanów spadła do około 1100 mg/dm³ wskutek zasilania zrobów wodami infiltracyjnymi, natomiast stęŜenie chlorków wzrosło prawie do 1000 mg/dm³ wskutek dopływu silnie zasolonych wód z poziomu 500 m. Zatrzymanie pompowania i dalsze piętrzenie wody skutkowało ponownym rozwojem stratyfikacji składu chemicznego wody i wysłodzeniem górnej części słupa wody w szybie.

W wyniku analizy zmienności składu chemicznego wody w szybie II zlikwidowanej KWK „Grodziec” stwierdzono, Ŝe skład chemiczny wody w zatopionym szybie kształtowany jest przez dopływy z kolejnych podlegających zatopieniu poziomów, a wyraźne pogorszenie jakości wody dopływającej do szybu następuje dopiero po całkowitym zatopieniu wyrobiska i połączonych z nim zrobów (Frolik 2009).

7.3.2. MoŜliwości uwzględnienia wpływu eksploatacji górniczej i zatapiania wyrobisk