Wstęp. Logistyka procedur eksploatacji i zagospodarowania kopalin towarzyszącychtowarzyszącychtowarzyszących

Odkrywkowa eksploatacja węgla brunatnego w złożu Bełchatów nierozerwalnie zwią-zana jest ze zdejmowaniem nadkładu. Jak wspomniano, w przypadku Pola Bełchatów rozpoczęło się ono w 1977 roku. W Polu Szczerców skały nadwęglowe zaczęto wybierać w 2002 roku.

Już treść „Kompleksowej dokumentacji geologicznej…” z 1964 roku uzmysłowiła, że część osadów nadkładu spełnia kryteria kopalin towarzyszących. Zostały nawet już wów-czas ustalone szacunkowe zasoby niektórych ich odmian (tab. 2.2). W przypadku np. tor-fów jeszcze w roku 1963 opracowano założenia projektowe, dotyczące ich wykorzystania.

Jednak w początkowym okresie funkcjonowania Kopalni niezbędne było skupienie uwagi i środków na problemach eksploatacyjnych i technologicznych związanych z wydobywa-niem węgla. Nadkład zaś w sposób nieselektywny był gromadzony na składowisku ze-wnętrznym. Miało ono powierzchnię około 16 km² i objętość 1350 mln m³. Uformowane zostało do wysokości 126–196 m n.p.t. Z czasem nazwane Górą Kamieńsk stało się naj-większym wyniesieniem Polski Centralnej a także znanym ośrodkiem rekreacji i sportów zimowych (fot. 3). Trzeba jednak uwzględnić przy analizie tej sytuacji, że w owym czasie istniały ograniczenia formalno-prawne dotyczące możliwości selektywnego eksploatowania kopalin z nadkładu, ich składowania i wykorzystania.

Jest to chyba pierwsza tego typu tabela podająca zestawienie kopalin towarzyszących w złożu węgla brunatnego Bełchatów. Jej treść wymaga jednak komentarza. Wynika on z niekonsekwencji stosowanej terminologii w przypadku tych kopalin. Obok nazw litolo-gicznych czy wręcz petrograficznych definiujących poszczególne ich odmiany, znajdują się w niej i takie, które sugerują czy nawet determinują surowcowy kierunek ich wykorzystania.

Sytuacja dotycząca kopalin towarzyszących uległa pozytywnej zmianie w latach dzie-więćdziesiątych ubiegłego stulecia. Stało się to możliwe dzięki wprowadzeniu ulgi eksplo-atacyjnej, jak i koncesji w przypadku ich wydobywania i zagospodarowania. W efekcie tego eksploatacja, gromadzenie, przetwarzanie i sprzedaż tych kopalin stały się opłacalne. Zaczę-ły przynosić zyski. W celu usprawnienia tego procesu Kopalnia poczyniła zmiany organiza-cyjne. Został powołany najpierw Dział Aktywizacji Kopalin Towarzyszących (w sierpniu 1990 roku). Po pewnym czasie stał się on Sekcją Nadkładu i Kopalin Towarzyszących, będąc częścią Działu Geologicznego Kopalni. Jej główne zadania to:

y bieżące rozpoznawanie obecności i zalegania kopalin towarzyszących;

y stymulowanie możliwości ich praktycznego wykorzystania;

y ewidencja wydobycia.

Fot. 3. Góra Kamieńsk, największe wyniesienie Polski centralnej. Dawne zwałowisko skał nadkładowych Pola Bełchatów. Ośrodek rekreacyjny

TaBeLa 2.2. Zasoby niektórych odmian kopalin towarzyszących w złożu Bełchatów według „Kompleksowej dokumentacji geologicznej…” (1964*)

Rodzaj kopaliny Zasoby

Piaski do podsadzki płynnej 11,3 mln m³

Pospółki piaszczysto-żwirowe 2,5 mln Mg

Piaski budowlane 42,5 mln Mg

Iły do produkcji cementu 5,2 mln Mg

Iły do produkcji ceramiki budowlanej 38,5 mln Mg

Kreda jeziorna 13,8 mln Mg

Piaski kwarcowe 3,0 mln m³

Skały wapienne 30,0 mln m³

Bruki krzemienne 1,54 mln Mg

Torfy 2,0 mln Mg

* W monografii korzystano z informacji pochodzących z różnych źródeł. Mankamentem takiego stępowania był fakt, że znajdujące się w nich dane liczbowe dotyczące m.in. zasobów kopalin były po-dawane w różnych jednostkach (nie zawsze obowiązujących i aktualnych). Zdecydowano nie korygować ich, lecz wykorzystać w postaci, w jakich były przytaczane. Taki sposób rozwiązania tego zagadnienia w niektórych przypadkach może jednak budzić zastrzeżenia.

Kierownikiem pierwszej z tych jednostek przez kilka lat pozostawał Wojciech Wiśniew-ski. Jego duże zaangażowanie, różnorakie propozycje, autorstwo wielu referatów i artyku-łów naukowych sprawiły, że stał się jednym z moderatorów zagadnień zmierzających do rozwiązania problematyki kopalin towarzyszących.

Funkcjonowanie najpierw działu, a potem sekcji pozwoliło w sposób planowy i syste-matyczny podejść do problemów kopalin towarzyszących. Starano się przy tym postępo-wać zgodnie z obowiązującymi procedurami, przepisami i normami, decydującymi przede wszystkim o możliwościach zakwalifikowania ich do odmian towarzyszących.

Wydobycie kopalin towarzyszących prowadzone jest zgodnie z zarządzeniem Kierow-nika Ruchu Zakładu Górniczego Kopalni. Odbywa się na podstawie wpisów służby geo-logicznej do planu pracy koparek lub specjalnych projektów sporządzonych przez Dział Technologii Górniczej i Dział Geologiczny. Określany jest przy tym rodzaj kopalin, rejony ich występowania, a także parametry surowcowe.

W celu wyselekcjonowania odmian kopalin towarzyszących o najlepszych parametrach surowcowych i korzystnych geologiczno-górniczych warunkach zalegania Kopalnia wypra-cowała własny program postępowania, obejmujący zarówno ich charakterystykę surowco-wą, jak i warunki wydobycia. Procedury postępowania obejmują następujące czynności:

y analizę materiałów archiwalnych obejmujących wyniki dotychczasowych badań, a także klasyfikację próbek kopalin towarzyszących znajdujących się w magazynie z przeznaczeniem do badań laboratoryjnych;

y bieżące kartowanie geologiczne skarp;

y wiercenia kontrolne zlokalizowane na przedpolu frontów eksploatacyjnych i surow-cowe opróbowanie rdzeni wiertniczych;

y wytypowanie odmian kopalin nadających się do eksploatacji selektywnej i zaplano-wanie warunków ich wydobycia;

y nadzór nad selektywną eksploatacją i składowaniem na złożach wtórnych;

y bieżące opróbowanie i wykonywanie badań surowcowych kopalin ze złóż wtórnych.

Procedury te, graficznie przedstawione na rysunku 2.5 współbrzmią z zasadami, które są niezbędne i konieczne do realizacji w procesach prowadzących do zagospodarowania kopalin towarzyszących. A są nimi: typowanie odmian tych kopalin, ustalenie cech surow-cowych umożliwiających prognozowanie kierunków wykorzystania, eksploatację, tworzenie złóż wtórnych, budowę i instalacje zakładów przeróbczych, przetwórstwa i sprzedaż.

Podstawą do prowadzenia wydobycia kopalin towarzyszących były koncesje na ich wy-dobywanie, które Kopalnia uzyskała zarówno dla Pola Bełchatów, jak i Pola Szczerców.

Kopaliny towarzyszące wydobywano z wystąpień nieposiadających dokumentacji geo-logicznych (z tzw. punktów eksploatacyjnych). Czyniono to na podstawie bieżącej oceny parametrów ilościowych i jakościowych, dokonywanej przez służbę geologiczną oraz ope-ratywnych decyzji ruchowych.

W efekcie tych zabiegów okazało się, że spośród ponad 20 odmian kopalin niewęglo-wych zalegających w złożu Bełchatów, a mogących przynajmniej teoretycznie spełniać kry-teria odmian towarzyszących (tab. 2.3), można wyróżnić dwa ich rodzaje:

y pierwszy to grupa stanowiąca swoiste „okręty flagowe” wśród tych kopalin. Ich ce-chy surowcowe, możliwość selektywnej eksploatacji, a także uwarunkowania rynku

Rys. 2.5. Logistyka dotycząca procedur eksploatacji i zagospodarowania kopalin towarzyszących przez Kopalnię Bełchatów (Adamczyk i in. 2012a)

TaBeLa 2.3. Kopaliny towarzyszące w złożu węgla brunatnego Bełchatów – pola Bełchatów i Szczerców według wiśniewskiego (2000a, 2000b – zaktualizowana)

Nazwa kopaliny,

TaBeLa 2.3.

y piasek szklarski klasy 2 i 3 po uszlachetnieniu

y roboty drogowe rozluzowywanie

zrywarkami ZIEMIA KRZEMIONKOWA

(opoka odwapniona) kilka mln m³ selektywna

eksploatacja

* Stan zagospodarowania złoża uniemożliwił wykorzystanie tych kopalin.

zbytu – zapotrzebowanie – przesądzają o celowości ich eksploatacji. Należą do nich:

torfy, piaski i pospółki piaszczysto-żwirowe, niektóre kopaliny ilaste (iły beidelli-towe, kaoliny), kreda jeziorna, głazy narzubeidelli-towe, piaskowce kwarcybeidelli-towe, wapienie mezozoiczne. Kryteria te spełniają także wody kopalniane;

y druga odmiana to kopaliny, które z uwagi na swą wątpliwą niekiedy przydatność uży-teczną czy wielkość zasobów itp. można nazwać używając obecnej nowomowy po-litycznej kopalinami „drugiej prędkości”. Są to iły (warwowe, poznańskie, illitowe), gliny zwałowe, skały kompleksu podwęglowego (opoki, gezy, margle). Zaliczono do nich również odmiany o wykazanej przydatności surowcowej, ale niemogące zostać zagospodarowane (teraz i w przeszłości) z uwagi na geologiczno-górnicze warunki ich zalegania i związane z tym trudności eksploatacyjne. Są to kaoliny i piaski kwarcowe z kompleksu podwęglowego. W przypadku niektórych z nich aktualne staje się sformu-łowanie masy ziemne” (służby geologiczne kopalni stosują też termin „gleba kopalna”).

Intensyfikacja prac związanych ze zdejmowaniem nadkładu była różna. W przypadku Pola Bełchatów zamyka się ona w przedziale od około 12 mln m³ w latach 2014–2015 do ponad 135 mln m³w roku 2002. W odkrywce Szczerców w 2002 roku zdjęto niecałe 3,5 mln m³, a rekordowa ilość przypadła na 2015 rok i wyniosła 107 mln m³. Sumaryczny kubatura skał zebranego i przetransportowanego nadkładu w przypadku obu odkrywek w la-tach 1977–2015 przekroczył 4 250 mln m³. Z tej masy, nieco ponad 940 mln m³ przypadło na Pole Szczerców (rys. 2.6).

Rys. 2.6. Wielkość wydobycia skał nadkładu w Kopalni Bełchatów w latach 1977–2015 (Pola Bełchatów i Szczerców) (według Działu Geologicznego Kopalni Bełchatów 2015)

Pierwotnie zdejmowanie nadkładu odbywało się w sposób nieselektywny. O jakości su-rowcowej zdejmowanych skał można było się częściowo zorientować na podstawie infor-macji zawartych w „Kompleksowej Dokumentacji Geologicznej…” z 1964 roku (tab. 2.2).

Nabrzmiewający problem surowcowego wykorzystania skał nadkładu sprawił, że z cza-sem zaczęto w ich przypadku stosować kryteria decydujące o możliwości wykorzystania, czyli traktowania jako kopaliny towarzyszące. Było to związane z potrzebą selektywnej eksploatacji, a później tworzenia złóż antropogenicznych. Wielkość wydobycia odmian ko-palin towarzyszących w przypadku złoża Bełchatów, poczynając od 1988 roku podaje ry-sunek 2.7. Dane te obejmują lata 1988–2010. Dają się zauważyć znaczne fluktuacje w tym względzie. Ilości te w 1990 roku były niemal śladowe, aby w 1996 roku wynieść ponad 1 200 000 Mg. Ostatnie lata charakteryzuje raczej stabilna sytuacja dotycząca wielkości ich wydobycia. Zamyka się ona w przedziale od 400 tys. do ponad 800 tys. Mg. Rysunek 2.8 przedstawia procentowy udział poszczególnych odmian kopalin towarzyszących w danym wydobyciu, notowany od początków eksploatacji nadkładu do 2010 roku. Priorytet w tym względzie należy do piasków i pospółki (ponad 30%) oraz kredy jeziornej (ponad 25%).

Pozostałe odmiany wydobywanych kopalin towarzyszących to torfy, głazy narzutowe, pia-skowce kwarcytowe, wapienie mezozoiczne.

Warto prześledzić wielkość wydobycia poszczególnych odmian kopalin towarzyszących w latach 2002–2010 (rys. 2.9). Daje się w tym zauważyć absolutną dominację piasków

Rys. 2.7. Wielkość wydobycia kopalin towarzyszących w latach 1988–2010 (Skórzak 2010)

Rys. 2.8. Procentowy udział poszczególnych odmian kopalin towarzyszących w ogólnym wydobyciu ich przez Kopalnię Bełchatów, lata 1988–2010 (Skórzak 2010)

Rys. 2.9. Wielkość wydobycia poszczególnych odmian kopalin towarzyszących przez Kopalnię Bełchatów w latach 2002–2010 (według Działu Geologicznego Kopalni Bełchatów 2015)

i pospółek. Dotyczy to całego okresu wydobycia. Przekraczało ono niekiedy 350 tys. Mg rocznie. Inaczej przedstawia się sprawa w przypadku kopalin ilastych. W 2006 roku zebrano je w rekordowej ilości – ponad 150 tys. Mg. Niestety z upływem lat zainteresowanie nimi zaczęło wykazywać tendencję wyraźnie spadkową, aby z czasem zupełnie zaniknąć. Wy-dobywania tych kopalin zaprzestano w 2007 roku. Ta sama sytuacja dotyczyła w pewnym sensie krzemiennej pospółki piaszczysto-żwirowej. W tym samym roku wyeksploatowano ją w ilości zaledwie 60 tys. Mg. Natomiast inaczej wygląda problem wykorzystania wapieni mezozoicznych. Zaczęto je eksploatować w 2002 roku. Jak wynika z danych w ciągu na-stępnych lat daje się zauważyć wyraźny wzrost wydobycia tych kopalin (rys. 2.9). W latach 2007 i 2009 przekroczyło ono 250 tys. Mg. Zastanawiający jest fakt niedużego zaintere-sowania kredą jeziorną mimo niewątpliwych walorów surowcowych tej kopaliny (podob-nie zresztą jak w przypadku beidellitowych odmian skał ilastych). Wydobycie tej kopaliny w kolejnych latach kształtowało się na stabilnym, ale nie wysokim poziomie.

Wielkość wydobycia poszczególnych odmian kopalin towarzyszących od początku ich eksploatacji przedstawia rysunek 2.10. Pierwszeństwo w tym względzie należy do piasków i pospółek (prawie 4,2 mln Mg). Znaczne są także ilości wydobytej kredy jeziornej i wapie-ni. Zwrócić należy też uwagę na duże zainteresowanie torfami (1,67 mln Mg wydobytych od 2002 roku).

Od 2002 roku Kopalnia sprzedała odbiorcom zewnętrznym lub zagospodarowała na po-trzeby własne 9,7 mln Mg różnych odmian kopalin towarzyszących. Natomiast 4,4 mln Mg

Rys. 2.10. Całkowita wielkość wydobycia przez Kopalnię Bełchatów poszczególnych odmian kopalin towarzyszących od początku ich eksploatacji

(według Działu Geologicznego Kopalni Bełchatów 2015)

zostało zgromadzone na złożach wtórnych. Procentowy udział sprzedaży zewnętrznej i zu-życia własnego w przypadku wszystkich odmian kopalin towarzyszących ilustruje rysunek 2.11, a dla poszczególnych odmian kopalin rysunek 2.12. Obejmuje on lata 2002–2011.

Okazuje się, że największy popyt dotyczył piasków i żwirów oraz wapieni mezozoicznych.

Rys. 2.11. Procentowy udział sprzedaży zewnętrznej i zużycia na potrzeby własne kopalin towarzyszących wydobytych w latach 2002–2010 przez Kopalnię Bełchatów (Skórzak 2010)

Rys. 2.12. Wielkość sprzedaży zewnętrznej i zapotrzebowania na cele własne poszczególnych odmian kopalin towarzyszących przez Kopalnię Bełchatów w latach 2002–2010 (Adamczyk in. 2012a)

Aktualnie Kopalnia wydobywa i sprzedaje piaski i żwiry, wapienie mezozoiczne oraz przetworzone na kruszywo głazy narzutowe.

Inny problem, poza selektywnym wydobywaniem kopalin towarzyszących, dotyczył możliwości ich gromadzenia w celu zarówno magazynowania nadwyżek, jak i zapewnienia ciągłości dostaw do użytkowników. Aby go rozwiązać, Kopalnia utworzyła trzy złoża wtór-ne (antropogeniczwtór-ne) gromadzące te kopaliny. Są to:

y złoże północne. Powstało w 1992 roku. Miało długość około 12 km i zlokalizowane zostało przy zlikwidowanej trasie transportu węgla do elektrowni. Składało się z kil-ku pryzm o wysokości kilkil-kunastu metrów gromadzących selektywnie kolejne odmia-ny kopalin towarzyszących. W przewadze była to kreda jeziorna (rys. 2.13, fot. 4).

Poza tym osobne złoża gromadziły piaski plejstoceńskie, iły beidellitowe, kaoliny, bruki krzemienne, torfy. Składowisko to zostało zamknięte w 2015 roku. Wówczas też został zlikwidowany punkt sprzedaży kopalin towarzyszących w Piaskach. Po-została w złożu kreda w całości Po-została zakupiona przez odbiorców zewnętrznych.

Przed podjęciem decyzji o likwidacji złoże to gromadziło ponad 450 tys. m³ kopa-lin, w tym blisko 290 tys. m³ kredy jeziornej, 105 tys. m piasków plejstoceńskich, 59 tys. m³ skał ilastych oraz 2 tys. m³ bruków krzemiennych;

y złoże wschodnie. Zlokalizowane zostało na wierzchowinie zwałowiska wewnętrzne-go pola Bełchatów, przy jewewnętrzne-go północno-wschodniej granicy. W złożu tym w latach 1992–1999 zgromadzono około 1,5 mln m³ kredy jeziornej;

Rys. 2.13. Kopaliny towarzyszące zgromadzone na złożu wtórnym (składowisko zewnętrzne Pola Bełchatów) (według Działu Geologicznego Kopalni Bełchatów 2015)

y utworzone przy odkrywce Szczerców. Funkcjonuje ono do 2006 roku (fot. 5).

Aktualną ilość kopalin towarzyszących zgromadzonych na tym złożu ilustruje rysunek 2.14. Zalega w nim około 560 tys. m³ różnych odmian kopalin. Złoże to obejmuje kilka oddzielnych zwałów. Na dwóch największych dominują bruki krzemienne – ponad 370 tys. m³oraz piaski (112 tys. m³). Na pozostałych zo-stały zeskładowane torfy 5200 m³, iły (ponad 16 tys. m³), gleba kopalna (ponad 34 tys. m³).

W 2005 roku utworzono także magazyn próbek kopalin towarzyszących (fot. 6). Gro-madzi on ich kolejne odmiany surowcowe z pełną inwentaryzacją dotyczącą m.in. miejsc pobrania (np. otwory pilotowe czy obserwacyjne). W 2012 roku gromadził on 1400 próbek pochodzących z 201 otworów (Adamczyk i in. 2012a).

Prawidłowej i optymalnej gospodarce kopalinami towarzyszącymi w złożu Bełchatów służy także Jednolita Baza Danych Geologicznych (JBDG). Powstała w efekcie współpra-cy z COB-P Górnictwo Odkrywkowe POLTEGOR. W jej ramach funkcjonuje także Baza Kopalin Towarzyszących (BKT). Zawiera ona informacje charakteryzujące geologicznie i surowcowo kolejne odmiany kopalin. Stwarza przez to szansę i możliwości gospodarowa-nia oraz wykorzystagospodarowa-nia ich najlepszych odmian. Wraz z profesjonalnym oprogramowaniem użytkowym umożliwia projektowanie robót górniczych także w obszarze kopalin towarzy-szących (Bednarz i in. 1992).

Fot. 4. Kreda jeziorna zgromadzona na północnym złożu wtórnym kopalin towarzyszących Pola Bełchatów, stan z 2012 roku

W celu dalszego udoskonalenia i rozwiązania problematyki kopalin towarzyszących Ko-palnia podjęła decyzję o budowie dwóch zakładów przeróbczych. Były to:

y Zakład Produkcji Kruszyw o zdolności produkcyjnej 100 tys. Mg rocznie kruszyw łamanych przerabianych na sucho i 50 tys. Mg piasku płukanego (fot. 7). Uzyskiwać w ten sposób można dość szeroki asortyment wyrobów obejmujący 21 odmian kru-szyw łamanych i 8 niełamanych. Zakupiono także trzy mobilne zestawy krusząco--sortujące, koparkę chwytakową oraz młoty hydrauliczne w celu przeróbki wapieni mezozoicznych, głazów narzutowych i piaskowców kwarcytowych;

Fot. 5. Złoże wtórne kopalin towarzyszących przy Polu Szczerców, stan z 2012 roku

Rys. 2.14. Aktualna kubatura poszczególnych odmian kopalin towarzyszących zgromadzonych na złożu wtórnym Pola Szczerców w Kopalni Bełchatów (według działu Geologicznego Kopalni Bełchatów

2015)

y Zakład Przeróbki Kredy (fot. 8). Umożliwia on poprawę jakości tej kopaliny prze-znaczonej dla rolnictwa. W tym celu kreda jest wstępnie sortowana. Podziarno gromadzi się na hałdzie. Nadziarno zaś poddawane jest działaniom zgniatania i przesiewania. Po ponownym sortowaniu uzyskuje się z niego gotowy produkt – nawóz rolniczy.

Zbiorcze zestawienie kopalin towarzyszących ze złoża węgla brunatnego Bełchatów, uwzględniające ich charakter litologiczny, właściwości surowcowe, zasoby, wielkość wy-dobycia i kierunki wykorzystania, podaje tabela 2.3.

Fot. 6. Magazyn próbek kopalin towarzyszących zlokalizowany na zapleczu Pola Szczerców

Fot. 7. Zakład Produkcji Kruszyw