Index of /rozprawy2/10399

Pełen tekst

(1)Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Wydział Górnictwa i GeoinŜynierii Katedra Górnictwa Odkrywkowego. ROZPRAWA DOKTORSKA. METODA PROJEKTOWANIA WKOPU UDOSTĘPNIAJĄCEGO I TYMCZASOWEGO ZWAŁOWISKA NA PRZEDPOLU ODKRYWKOWEJ KOPALNI WĘGLA BRUNATNEGO. mgr inŜ. Zbigniew Jagodziński. Promotor: dr hab. inŜ. Zbigniew Kasztelewicz prof. nadzw. AGH. Kraków 2011 rok.

(2) 2. Składam serdeczne podziękowania Panu dr hab. inŜ. Zbigniewowi Kasztelewiczowi za pomoc, inspiracje oraz cenne wskazówki udzielone w trakcie pisania rozprawy. Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(3) 3. SPIS TREŚCI. 1. WPROWADZENIE ......................................................................................... 7 1.1. Geneza tematu ........................................................................................................ 11 1.2. Ocena istniejącego stanu analizowanego zagadnienia ........................................... 12 1.3. Cel pracy ................................................................................................................ 17 1.4. Teza pracy .............................................................................................................. 19 1.5. Wybór obiektu badawczego ................................................................................... 20. 2. TECHNOLOGIA UDOSTĘPNIENIA ZŁOśA Z LOKALIZACJĄ ZWAŁOWISKA NA PRZEDPOLU FRONTU EKSPLOATACYJNEGO – OPIS SPOSOBU UDOSTĘPNIENIA ......................................................................... 21. 2.1. Fazy udostępnienia złoŜa z budową zwałowiska na przedpolu ............................. 21. 3. CHARAKTERYSTYKA NOWEJ METODY I OPIS POSTĘPOWANIA PODCZAS PROJEKTOWANIA WKOPU UDOSTĘPNIAJĄCEGO I ZWAŁOWISKA NA PRZEDPOLU .................................................................. 26. 3.1. Zarys nowej metody projektowania ....................................................................... 26. 4. PREZENTACJA MECHANIZMU DZIAŁANIA NOWEJ METODY PROJEKTOWANIA WKOPU UDOSTĘPNIAJĄCEGO I ZWAŁOWISKA NA PRZEDPOLU NA PRZYKŁADZIE WYBRANEGO OBIEKTU BADAWCZEGO .... 32. 4.1. Wyznaczenie danych wejściowych do prezentowanej metody ............................. 32 4.2. Lokalizacja miejsca budowy wkopu udostępniającego z określeniem kierunku postępu frontów roboczych - analiza czynników wpływających na wybór miejsca udostępnienia ................................................................................. 34 4.2.1. Określenie miejsc występowania najkorzystniejszego współczynnika N:W w granicach zalegania złoŜa .................................................................................. 35 4.2.2. Określenie najkorzystniejszego kierunku eksploatacji pokładu ............................. 36 4.2.3. Analiza czynników hydrogeologicznych rejonu złoŜa ............................................ 37 4.2.4. Określenie warunków geotechnicznych występujących w rejonie udostępnienia ......................................................................................................... 37 4.2.5. Analiza ukształtowania powierzchni terenu w rejonie miejsca lokalizacji wkopu udostępniającego ........................................................................................ 38 Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(4) 4 4.2.6. MoŜliwość usytuowania zwałowiska na przedpolu jak najbliŜej wkopu udostępniającego ................................................................................................... 38 4.2.7. Występowanie infrastruktury na terenie wybranego miejsca udostępnienia oraz moŜliwość jej likwidacji wraz z oszacowaniem kosztów przedsięwzięcia ...................................................................................................... 39 4.3. Analizy współczynnika N:W w granicach złoŜa z wykorzystaniem programu Modeller. Metoda analizy bloków N:W ............................................................... 40 4.4. Określenie objętości nadkładu koniecznej do zdjęcia podczas udostępnienia do momentu przejścia na zwałowanie wewnętrzne wraz z oszacowaniem wstępnej objętości zwałowiska na przedpolu ........................................................ 53 4.4.1. Projektowanie połoŜenia frontów nadkładowych i węglowych pozwalającego na rozpoczęcie zwałowania wewnętrznego ................................... 54 4.4.2. Określenie wstępnej objętości zwałowiska na przedpolu ...................................... 60 4.5. Interpretacja matematyczna symulacji postępów frontów w wyrobisku dla metody projektowania wkopu udostępniającego i zwałowiska na przedpolu ....... 61 4.5.1. Interpretacja matematyczna metody udostępnienia na przykładzie złoŜa Drzewce pole Bilczew ............................................................................................ 68 4.6. Analiza czynników związanych z lokalizacją zwałowiska na przedpolu. Określenie powierzchni terenu potrzebnej pod zwałowisko.................................. 71 4.7. Projektowanie bryły zwałowiska na przedpolu – tworzenie pierwszego modelu obliczeniowego ......................................................................................... 84 4.8. Określenie najkorzystniejszego kształtu modelu bryły zwałowiska oraz moŜliwości wydobywczych kopalni na podstawie symulacji postępów frontów roboczych podczas jego likwidacji....................................................... 88 4.8.1. Symulacja postępów frontów dla modelu 2 zwałowiska na przedpolu ................ 102 4.8.2. Symulacja postępów frontów dla modelu 3 zwałowiska na przedpolu ............... 108 4.8.3. Symulacja porównawcza postępów w przypadku zastosowania technologii udostępnienia z zastosowaniem zwałowiska zewnętrznego ................................. 114 4.8.4. Symulacja porównawcza postępów frontów dla modelu 3 zwałowiska na przedpolu z wprowadzeniem dodatkowej koparki do likwidacji zwałowiska na przedpolu ......................................................................................................... 117 4.9. Analiza i wnioski z przeprowadzonych prób symulacji postępów frontów podczas likwidacji poszczególnych brył zwałowiska na przedpolu .................... 122 4.10. Weryfikacja metody projektowania na przykładzie wkopu udostępniającego oraz zwałowiska na przedpolu odkrywki Drzewce.............................................. 126. 5. WPŁYW TECHNOLOGII UDOSTĘPNIENIA Z WYKONANIEM ZWAŁOWISKA NA PRZEDPOLU NA OBJĘTOŚĆ WYROBISKA KOŃCOWEGO ........................................................................................... 132. 6. WNIOSKI KOŃCOWE ............................................................................... 145 ANEKS ......................................................................................................... 150 Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(5) 5. 1. CHARAKTERYSTYKA OBIEKTU BADAŃ PRZYJĘTEGO DO PREZENTACJI METODY ................................................................................................... 150 1.1. Odkrywka Drzewce w Kopalni Węgla Brunatnego „Konin” w Kleczewie S.A........................................................................................................................ 150 1.1.1. PołoŜenie i budowa geologiczna złoŜa Drzewce.................................................. 150 1.1.2. Zasoby geologiczne złoŜa Drzewce ...................................................................... 151 1.2. Przyjęta koncepcja eksploatacji dla złoŜa Drzewce ............................................. 153 1.2.1. Układ maszyn w wyrobisku podczas eksploatacji ................................................ 156. 2. CHARAKTERYSTYKA POSIADANEGO OPROGRAMOWANIA ZASTOSOWANEGO DO PREZENTACJI NOWEJ METODY PROJEKTOWANIA .................................................................................... 158. 3. TECHNOLOGIA PROJEKTOWANIA ROZWOJU KOPALNI ODKRYWKOWEJ Z WYKORZYSTANIEM MODELI CYFROWYCH WYROBISKA - OGÓLNY OPIS METODY .................................................... 159. 3.1.1. Dane geologiczne z otworów badawczych ........................................................... 159 3.1.2. Tworzenie cyfrowego modelu pokładu węgla oraz modelu powierzchni terenu w rejonie złoŜa przy wykorzystaniu programu „Modeller” ..................... 160 3.2. Proces modelowania wyrobiska docelowego - budowa modeli wyrobiska do stropu i spągu pokładu ......................................................................................... 165 3.2.1. Projektowanie granicy wybierania pokładu jako konturu bazowego .................. 166 3.2.2. Projektowanie zboczy stałych wyrobiska ............................................................. 169 3.3. Określenie zasobów przemysłowych w docelowym modelu wyrobiska, całkowitej wielkości nadkładu oraz średniego współczynnika N:W dla całego wyrobiska.................................................................................................. 176 3.3.1. Obliczanie całkowitej wielkości nadkładu na podstawie wygenerowanych modeli wyrobiska docelowego ............................................................................. 177 3.3.2. Obliczanie całkowitej ilości węgla do wydobycia w przyjętym okonturowaniu. Określenie wielkości zasobów przemysłowych i operatywnych ....................................................................................................... 177 3.4. Planowane wielkości zdejmowania nadkładu i wydobycia węgla w poszczególnych latach eksploatacji - podstawowe wytyczne do projektowania postępów frontów w wyrobisku ................................................... 180 3.4.1. Określenie wymaganych wielkości wydobycia węgla w poszczególnych latach eksploatacji ............................................................................................... 181 3.4.2. Określenie maksymalnej wielkości zdejmowania nadkładu................................. 182 3.5. Dobór maszyn podstawowych dla projektowanej odkrywki na podstawie wcześniej załoŜonych wielkości zdejmowania nadkładu i wydobycia kopaliny................................................................................................................ 183 3.6. Projektowanie modeli cyfrowych poziomów roboczych poszczególnych pięter nadkładowych ............................................................................................ 186 Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(6) 6. 4. OKREŚLENIE DANYCH WEJŚCIOWYCH DO PROJEKTOWANIA UDOSTĘPNIENIA NA PODSTAWIE WYROBISKA ODKRYWKOWEGO DRZEWCE. ................................................................................................ 190. 4.1. Dane geologiczne z otworów badawczych .......................................................... 190 4.2. Tworzenie cyfrowego modelu pokładu węgla dla pól eksploatacyjnych złoŜa Drzewce ............................................................................................................... 190 4.3. Określenie zasobów przemysłowych węgla brunatnego w docelowym modelu wyrobiska, całkowitej wielkości nadkładu oraz średniego współczynnika N:W dla wszystkich pól eksploatacyjnych złoŜa Drzewce ......... 192. 5. PODSUMOWANIE DO ANEKSU .................................................................. 193 SPIS LITERATURY ........................................................................................ 194 SPIS TABEL .................................................................................................. 202 SPIS RYSUNKÓW .......................................................................................... 204 PODSTAWOWE DEFINICJE ........................................................................... 208. Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(7) 7. 1.. WPROWADZENIE Wydobycie węgla brunatnego w Polsce jako jednego z podstawowych paliw stałych. do produkcji energii elektrycznej utrzymuje się obecnie na poziomie około 60 mln ton rocznie. Dzięki spalaniu węgla brunatnego w polskich elektrowniach uzyskujemy około 35 % energii elektrycznej produkowanej w kraju. W obecnej chwili funkcjonuje pięć kopalń węgla brunatnego dostarczających węgiel do elektrowni konwencjonalnych. Są to kopalnie: „Bełchatów” wydobywający największą ilość tego surowca (około 34 mln ton/rok), „Turów”, „Konin”, „Adamów” oraz „Sieniawa”. Obserwując zmiany cen na światowych rynkach energii, moŜna zauwaŜyć tendencję wzrostową cen ropy naftowej oraz gazu ziemnego, co przy niŜszej cenie takich paliw jak węgiel brunatny i kamienny powinno mieć bardzo duŜy wpływ na zwiększenie poziomu wydobycia rodzimych surowców stałych, w tym równieŜ węgla brunatnego. Koszt jednostkowy produkcji energii elektrycznej z węgla brunatnego jest obecnie o około 20% niŜszy niŜ z węgla kamiennego, będącego głównym. surowcem. energetycznym. w. Polsce.. Analizując. takŜe. wzrost. zapotrzebowania na energię elektryczną spowodowany rozwojem polskiej gospodarki oraz zakładając dalszy stopniowy jej rozwój, moŜna przypuszczać, Ŝe zapotrzebowanie na wydobycie paliw stałych będzie rosło wprost proporcjonalnie do zuŜycia energii elektrycznej. Taki stan rzeczy będzie wymuszał zwiększenie moŜliwości produkcji energii elektrycznej poprzez modernizację starych i budowę nowych bloków w istniejących elektrowniach konwencjonalnych. [24] Pomimo wielu koncepcji rozwoju energetyki atomowej i odnawialnej w Polsce, nie naleŜy spodziewać się zaspokojenia wszystkich potrzeb energetycznych za pomocą tego typu elektrowni w najbliŜszych dziesięcioleciach. W ostatnich latach w celu odnowienia potencjału wydobywczego węgla brunatnego w Polsce powstała nowa odkrywka „Szczerców” w KWB „Bełchatów” oraz odkrywki Drzewce i „Tomisławice” w KWB „Konin” S.A. Według długoterminowej strategii wydobycia węgla planowane jest w najbliŜszych latach uruchomienie eksploatacji na złoŜach Piaski, Mąkoszyn – Grochowiska oraz Ościsłowo przez Kopalnię „Konin” oraz na złoŜu Złoczew przez kopalnię „Bełchatów”. Trwają takŜe prace koncepcyjne nad Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(8) 8 uruchomieniem w przyszłości eksploatacji złoŜa „Legnica” oraz złoŜa „Gubin” [46, 47], największych udokumentowanych do tej pory złóŜ węgla brunatnego w Polsce. Eksploatacja prawdopodobnie będzie prowadzona tak jak w innych kopalniach metodą odkrywkową. Pomimo prowadzonych prac studialnych nad metodą zgazowania węgla w złoŜu, której technologia przewiduje zrezygnowanie z wykonania wyrobisk odkrywkowych, nie moŜna spodziewać się szybkiego i masowego wprowadzenia takiej technologii eksploatacji w najbliŜszych kilkudziesięciu latach ze względu na konieczność wykonania jeszcze wielu kosztownych badań i prac studialnych. Zbyt mało wiadomo na temat skutków środowiskowych oraz efektywności wykorzystania energii z węgla przy tego typu metodach eksploatacji. W związku z powyŜszym moŜna bez wahania stwierdzić, Ŝe w Polsce prawdopodobnie przez najbliŜszych 50 lat energetyka będzie nadal oparta na złoŜach węgla kamiennego i brunatnego wydobywanego stosowanymi dotychczas technologiami eksploatacji. W związku z powyŜszym istnieje duŜe prawdopodobieństwo, Ŝe przez kolejne lata nadal będzie występowała konieczność rozwiązywania wielu problemów związanych z budową kopalń odkrywkowych węgla brunatnego w Polsce, co skłania do szukania lepszych pod względem ekonomicznym rozwiązań związanych z projektowaniem i prowadzeniem eksploatacji. Dlatego teŜ poszukiwanie nowych metod projektowych, takich jak zaprezentowana w tej pracy, stało się inspiracją do podjęcia niniejszego tematu. NaleŜy wspomnieć przy tym, Ŝe branŜa górnicza tak jak i inne gałęzie przemysłu nie moŜe obecnie funkcjonować bez stosowania nowoczesnych systemów informatycznych. i. programów. wspomagających. projektowanie.. Powoduje. to. konieczność poszukiwania nowych metod projektowych ściśle związanych z informatyką.. Praca została podzielona na dwie części: część zasadniczą oraz część pomocniczą, zwaną aneksem do rozprawy, Cześć zasadnicza W części zasadniczej zaprezentowano całość zagadnienia dotyczącego nowej metody projektowania udostępnienia złoŜa z wykonaniem zwałowiska na przedpolu. We wstępie pracy została przedstawiona geneza tematu oraz analiza istniejącego stanu zagadnienia. Przedstawiono takŜe cel i tezę pracy. W rozdziale tym zawarto równieŜ ocenę istniejącej sytuacji w branŜy węgla brunatnego wraz z krótką charakterystyką dotyczącą perspektywy jej rozwoju. W dalszej części tego rozdziału Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(9) 9 przedstawiono nowe problemy techniczne i prawne związane z projektowaniem udostępnienia i zwałowaniem nadkładu, szczególnie przy budowie zwałowisk zewnętrznych, co potwierdza konieczność podjęcia tematu projektowania udostępnienia nowych złóŜ z budową zwałowisk na przedpolu. W rozdziale drugim opisano technologię udostępnienia złoŜa węgla brunatnego z zastosowaniem zwałowiska tymczasowego na przedpolu oraz przedstawiono cztery fazy udostępnienia pokładu węgla od momentu rozpoczęcia budowy wkopu udostępniającego do czasu zlikwidowania zwałowiska na przedpolu. Rozdział trzeci zawiera charakterystykę nowej metody projektowania wkopu udostępniającego z zastosowaniem zwałowiska na przedpolu na podstawie algorytmu nr 1. Algorytm ten przedstawia zastosowanie nowej metody projektowania w dwóch etapach: •. Etap I, rozpoczynający się wykonaniem cyfrowych modeli pokładu złoŜa wraz z określeniem wielkości zasobów przemysłowych kopaliny, kończący się na określeniu maszyn podstawowych o wymaganych parametrach technicznych,. zapewniających. zrealizowanie. postawionych. zadań. wydobywczych. Na tym etapie określone zostaną takŜe parametry poziomów roboczych poszczególnych pięter eksploatacyjnych. •. Etap II, w którym następuje projektowanie wkopu udostępniającego oraz zwałowiska na przedpolu do chwili zakończenia udostępnienia. Dodatkowo etap II zawiera skrócony opis metody projektowania zwałowiska wewnętrznego. do. czasu. zakończenia. eksploatacji. i. wyznaczenia. parametrów wielkości wyrobiska końcowego.. Podstawowym elementem nowej metody projektowania jest algorytmu nr 1 z etapem II. W rozdziale czwartym na wstępie omówiono sposób wyboru najkorzystniejszych miejsc przyszłej lokalizacji wkopu udostępniającego i zwałowiska na przedpolu z zastosowaniem metody bloków obliczeniowych N:W i przekrojów przez złoŜe na przykładzie trzech pól eksploatacyjnych odkrywki Drzewce. W dalszej kolejności określono parametry niezbędne do dalszego projektowania wkopu udostępniającego i zwałowiska na przedpolu, takie jak: objętość wkopu oraz objętość zwałowiska na przedpolu. Ciąg dalszy procesu projektowego w etapie II prezentowanej metody to analiza najwaŜniejszych elementów projektowania wkopu udostępniającego i Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(10) 10 zwałowiska, jakie naleŜy brać pod uwagę podczas wyboru miejsca lokalizacji zwałowiska na przedpolu. Opisano takŜe metodę symulacji postępów frontów w wyrobisku. pozwalającą. zweryfikować. prawidłowość. zaprojektowania. miejsca. udostępnienia oraz kształtu bryły zwałowiska. Na podstawie wykonanych prób symulacji udowodniono wpływ kształtu bryły zwałowiska na osiągane wielkości odkrycia i wydobycia węgla, co zostało poparte obliczeniami podczas kolejnych zmian parametrów brył zwałowiska na przedpolu. Na podstawie analizy trzech brył zwałowiska. dokonano. wyboru. najlepszej. lokalizacji. bryły. zwałowiska. i. najkorzystniejszego jej kształtu. W ostatnim punkcie rozdziału czwartego dokonano weryfikacji zastosowanej nowej metody projektowej z rzeczywistym wykonaniem wkopu i zwałowiska na przedpolu na odkrywce Drzewce. Otrzymane parametry projektowe wkopu i zwałowiska na przedpolu porównano z otrzymanymi wynikami rzeczywistymi po zakończeniu udostępnienia i likwidacji zwałowiska na odkrywce Drzewce. W rozdziale piątym dokonano analizy wpływu wielkości zwałowiska na przedpolu na wielkość wyrobiska końcowego powstałego po zakończeniu eksploatacji. Rozdział ten zawiera opis algorytmu nr 2 dotyczącego metody obliczeń wielkości wyrobiska końcowego z wykorzystaniem wykonanych wcześniej modeli cyfrowych wyrobiska docelowego, zwałowiska wewnętrznego oraz modeli zwałowiska na przedpolu. Jest to algorytm pomocniczy uzupełniający obliczenia dla algorytmu nr 1, stosowany w końcowym etapie projektowania. Wykorzystując ten algorytm wykonano przykładowe obliczenia wpływu wielkości i moŜliwość wykorzystania nadkładu z likwidowanego zwałowiska tymczasowego do zminimalizowania wielkości wyrobiska końcowego. Do analizy wykorzystano parametry wykonanych trzech modeli brył zwałowiska tymczasowego oraz porównano z wynikami, jakie osiągnięto by przy udostępnieniu klasyczną metodą ze zwałowiskiem zewnętrznym dla odkrywki Drzewce. We wnioskach końcowych z pracy podsumowano otrzymane wyniki obliczeń i wykonane analizy z zastosowanej metody udostępnienia oraz opisano trafność prezentowanej metody na podstawie wykonanego zwałowiska odkrywki Drzewce. Omówiono moŜliwość jej wykorzystania przy projektowaniu innych kopalń odkrywkowych w przyszłości. Analizując moŜliwe zmiany prawne dotyczące ustawy o odpadach wykazano, Ŝe prezentowana metoda moŜe mieć w przyszłości duŜe moŜliwości wykorzystania przy dostosowaniu polskiego prawa do dyrektyw Unii Europejskiej. Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(11) 11 Aneks W aneksie do rozprawy opisane zostały wszystkie elementy dotyczące charakterystyki obiektu badawczego, czyli odkrywki Drzewce, jako obiektu przyjętego do zaprezentowania mechanizmu działania nowej metody projektowania. Ponadto zaprezentowano stosowaną w KWB „Konin” S.A. metodę określenia danych wejściowych, które wykorzystane będą do rozwaŜań w części zasadniczej rozprawy z wykorzystaniem cyfrowych modeli docelowych wyrobiska. W aneksie scharakteryzowano takŜe zastosowane do prezentacji nowej metody projektowania narzędzia informatyczne.. 1.1. Geneza tematu Obowiązujące przed wejściem Polski do Unii Europejskiej przepisy dotyczące ochrony środowiska nie traktowały górniczej działalności w sposób tak rygorystyczny jak obecnie, dlatego teŜ kopalnie odkrywkowe w większości przypadków były nastawione na udostępnianie pokładów węgla brunatnego z formowaniem najmniej kłopotliwych zwałowisk zewnętrznych. Przedstawione w pracy problemy związane z udostępnieniem nowych pokładów węgla brunatnego w Polsce nie były w poprzednich latach tak znaczące jak obecnie, dlatego temat tworzenia zwałowisk na przedpolu nie był przez projektantów podejmowany, a ich tworzenie traktowane było z góry jako ekonomicznie nieuzasadnione oraz stwarzające wiele dodatkowych problemów technologicznych. Po wejściu Polski do Unii Europejskiej zaistniała takŜe obawa, Ŝe masy skalne i ziemne, które naleŜy ulokować na zwałowisku zewnętrznym podczas udostępniania złóŜ będą według nowych uregulowań prawnych traktowane jako odpad, co drastycznie podniosłoby koszty budowy zwałowisk zewnętrznych obciąŜając kaŜdą tonę wydobytego węgla [48,49]. Konsekwencją tego byłby spadek rentowności kopalń tego surowca. Stosowanie zwałowisk zewnętrznych ma swoje wady, ze względu na konieczność wykupu i zajęcia dodatkowych powierzchni terenu pod te zwałowiska oraz konieczność późniejszego zrekultywowania skarp i zagospodarowania ich wierzchowiny. Obecnie obowiązujące stawki podatków od nieruchomości zajmowanych między innymi pod zwałowiska zewnętrzne wynoszą około 7500 - 8000 zł/ha. Stanowi to duŜe. Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(12) 12 obciąŜenie finansowe zarówno dla kopalń węgla brunatnego, jak i innych kopalń odkrywkowych. Po zakończeniu eksploatacji złoŜa metodą odkrywkową w większości przypadków pozostaje wyrobisko końcowe. Przy zastosowaniu zwałowania zewnętrznego podczas udostępnienia jego kubatura będzie w większości przypadków większa niŜ przy udostępnieniu z formowaniem i likwidacją zwałowiska na przedpolu. Ma to wpływ na czas i koszty napełniania przyszłego zbiornika końcowego wodą, dlatego teŜ jest to jeden z czynników, który takŜe naleŜy rozpatrywać podczas podejmowania decyzji o metodzie udostępnienia. Podjęcie prób wypracowania metody udostępnienia z zastosowaniem zwałowiska na przedpolu okazuje się być zasadne i przydatne przy projektowaniu przyszłych wyrobisk odkrywkowych. Zdobyte doświadczenia na odkrywce Drzewce, jako pionierskiego wyrobiska udostępnionego tą metodą, pozwolą rozwiać wiele wątpliwości i często negatywnych opinii o takim sposobie udostępnienia. NaleŜy mieć świadomość, Ŝe kaŜde z istniejących rozwiązań udostępnienia ma swoje wady i zalety. Wadą tego rozwiązania jest konieczność ponoszenia dodatkowych kosztów na likwidację tego typu zwałowiska. Nie naleŜy jednak z góry zakładać, Ŝe zastosowanie tego typu technologii udostępnienia jest nieekonomiczne do czasu wykonania symulacji i przeanalizowaniu takiego rozwiązania jako jednego z wielu wariantów udostępnienia.. 1.2. Ocena istniejącego stanu analizowanego zagadnienia Zagadnienia związane z transportem, lokalizacją oraz późniejszym zagospodarowaniem mas skalnych przemieszczanych w kopalniach odkrywkowych w okresie udostępnienia złóŜ zostały omówione w wielu publikacjach oraz pracach naukowych związanych z uruchamianiem kopalń odkrywkowych zarówno w Polsce, jak i za granicą. W Polsce po okresie transformacji ustrojowej i gospodarczej kopalnie odkrywkowe w celu uzyskania jak najlepszych wyników finansowych zaczęły weryfikować swoje podejście do projektowania i wykonania nowych wyrobisk odkrywkowych lub przeprojektowania elementów wyrobisk juŜ istniejących pod kątem zmniejszenia nakładów na ich budowę oraz zmniejszenia kosztów bieŜącego funkcjonowania i późniejszej ich likwidacji. Jednym z czynników, które przyczyniły się do przyspieszenia tych prac były zmiany prawne dotyczące ochrony środowiska. Wiele nowych obowiązków związanych z Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(13) 13 budową planowanych i funkcjonowaniem istniejących kopalń odkrywkowych narzuciła nowelizacja ustawy Prawo Geologiczno- Górnicze z 1994 r. oraz ustawa z dnia 27.04. 2001r. Prawo Ochrony Środowiska (Dz. U. 62. poz. 627) [94]. Po wejściu Polski do Unii Europejskiej została wydana dyrektywa dotycząca zagospodarowania odpadów 2006/21/WE, która postanawiała, Ŝe masy skalne usuwane i lokowane na zwałowisku zewnętrznym będą traktowane jako odpad, a zwałowisko zewnętrzne jako obiekt ich unieszkodliwiania,. co. zmusiłoby nowo. otwierane kopalnie odkrywkowe,. w. szczególności kopalnie węgla brunatnego, do poniesienia olbrzymich kosztów związanych z budową takich zwałowisk [48,49]. Obecnie obowiązująca Ustawa o odpadach z dn.27.04.2001r art.2 nie traktuje mas skalnych usuwanych w związku z eksploatacją kopalin jako odpadu, jeŜeli zwałowisko zostało umieszczone w Planie Zagospodarowania Przestrzennego, a w koncesji na wydobywanie kopaliny zawarta jest klauzula mówiąca o sposobie zagospodarowania mas na tym zwałowisku. Przez sposób zagospodarowania zwałowiska zewnętrznego naleŜy rozumieć jego uformowanie oraz zrekultywowanie zapewniające bezpieczne funkcjonowanie w środowisku. Powstające problemy prawne i ekonomiczne związane z budową zwałowisk zewnętrznych skłaniają do szukania innych rozwiązań związanych z technologią zwałowania mas nadkładu podczas udostępnienia. Przez inne rozwiązania naleŜy rozumieć udostępnienie złoŜa poprzez zwałowanie na przedpolu lub zwałowanie w innym wyrobisku górniczym. Zmiany przepisów prawnych dotyczących ochrony środowiska oraz zagadnienia rentowności eksploatacji zmuszają do szukania nowych rozwiązań w dziedzinie technologii eksploatacji jak i zweryfikowania rozwiązań wcześniej proponowanych, które były z góry uwaŜane za nieopłacalne w kaŜdym przypadku udostępnienia. W związku z powyŜszym podczas projektowania eksploatacji naleŜy spojrzeć kompleksowo na całość procesu eksploatacji od chwili udostępnienia do całkowitego jej zakończenia. NaleŜy przy tym. uwzględnić wielkości nakładów podczas budowy. wyrobiska odkrywkowego, jak i kosztów jego likwidacji i rekultywacji po zakończeniu wydobycia kopaliny. Dlatego teŜ, chcąc ocenić zasadność zastosowania tego typu rozwiązania, w niniejszej pracy oprócz zagadnień związanych z etapem udostępnienia, poruszono takŜe temat wpływu zastosowanego zwałowania na przedpolu na wielkość wyrobiska końcowego i wielkość kosztów poniesionych na późniejszą rekultywację. Analizując stan zwałowisk zewnętrznych wykonanych do chwili obecnej w polskich kopalniach odkrywkowych, moŜna zauwaŜyć występowanie wielu problemów związanych z ich utrzymaniem i zrekultywowaniem. Przed tego typu dylematami stoi Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(14) 14 dzisiaj kopalnia Bełchatów, która w celu wypłycenia wyrobisk końcowych odkrywek Szczerców i Bełchatów przy jednoczesnym ich zabezpieczeniu przed erozją wysadu solnego Dębina prawdopodobnie będzie zmuszona do częściowej reeksploatacji zwałowiska zewnętrznego Szczerców oraz częściowej reeksploatacji zwałowiska wewnętrznego w polu Szczerców. Przemieszczenie tak wielkiej ilości mas ziemnych i związane z tym dodatkowe koszty mogą przyczynić się do pogorszenia rentowności wydobycia węgla z tej kopalni. W kopalni „Adamów” wykonano podczas udostępnienia odkrywek Adamów, Bogdałów i Władysławów trzy zwałowiska zewnętrzne, w kopalni „Turów” jedno zwałowisko zewnętrzne. W przypadku wieloodkrywkowej kopalni „Konin” podczas udostępniania kolejnych złóŜ w okresie 66 lat działalności tej kopalni zastosowano wszystkie moŜliwe rodzaje zwałowania. Podczas udostępniania odkrywek Morzysław, Niesłusz, Gosławice, Pątnów, Kazimierz, Jóźwin IIA oraz Lubstów wykonano siedem zwałowisk zewnętrznych. W maju 2010 roku rozpoczęto formowanie ósmego zwałowiska zewnętrznego podczas udostępnienia złoŜa Tomisławice. Jak juŜ wcześniej wspomniano, budowa zwałowisk zewnętrznych wiąŜe się z wykupem duŜych obszarów terenu. pod. ich. lokalizację. oraz. poniesieniem. kosztów. ich. zabezpieczenia. geotechnicznego i rekultywacji. Pierwsze wykonane zwałowiska konińskich odkrywek takich, jak Niesłusz, Gosławice i Pątnów były formowane w sposób, który do końca nie zapewniał bezpieczeństwa pod względem geotechnicznym po zakończeniu eksploatacji, czego konsekwencją są występujące osuwiska na tych zwałowiskach nawet po wielu latach po zakończeniu eksploatacji. W przypadku młodszych wyrobisk usytuowanych w niewielkiej odległości od obecnie istniejących, lokowano masy nadkładowe z procesu udostępnienia na zwałowiskach. wewnętrznych. wyrobisk. wyeksploatowanych. lub. kończących. eksploatację w celu zmniejszenia do maksimum ich wyrobisk końcowych. Taki sposób zwałowania zastosowano podczas udostępnienia odkrywki Kazimierz Północ, gdzie przemieszczano nadkład do wyrobiska kończącej wówczas działalność odkrywki Kazimierz Południe. Podobne rozwiązanie zastosowane zostało podczas udostępnienia odkrywki Jóźwin II B, z której nadkład kierowany był do wyeksploatowanego wyrobiska odkrywki Jóźwin II A. TakŜe tę metodę zwałowania preferowano podczas udostępnienia pokładu węgla brunatnego w odkrywce Koźmin KWB „Adamów”, gdzie nadkład został ulokowany w wyrobisku końcowym odkrywki Bogdałów [7]. Przy zastosowaniu takiego rozwiązania moŜliwe jest uniknięcie lub zmniejszenie wielkości Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(15) 15 zwałowiska zewnętrznego i redukcja kosztów jego rekultywacji, z drugiej strony naleŜy ponieść wysokie koszty transportu nadkładu związane z utrzymaniem ciągu przenośników w określonym czasie oraz koniecznością wykupu lub dzierŜawy dodatkowego pasa terenu na budowę tych przenośników. Taki wariant zwałowania był takŜe rozpatrywany podczas projektowania wkopu udostępniającego odkrywki Tomisławice. Jednak ze względu na zbyt duŜą odległość, tj. ok. 14 km do wyrobiska końcowego odkrywki Lubstów oraz minimum 2-letni czas eksploatacji ciągu przenośników nadkładowych odstąpiono od takiego wariantu zwałowania. Powodem zaniechania wdroŜenia takiego sposobu zwałowania były zbyt duŜe koszty udostępnienia i wykupu gruntów pod trasę przenośnikową. Jak widać, kaŜdy z tych wariantów wymaga rozwiązania wielu problemów technicznych i ekonomicznych przez obecnie funkcjonujące kopalnie. Oprócz proponowanej nowej metody projektowania wkopu i zwałowiska na przedpolu, w niniejszej pracy podjęto takŜe próbę usystematyzowania zagadnienia dotyczącego metody udostępnienia z formowaniem zwałowiskiem na przedpolu frontu eksploatacyjnego. Ze względu na brak doświadczeń w wykonaniu takich przedsięwzięć, do tej pory nie było moŜliwe zweryfikowanie wszystkich teorii dotyczących budowy takich zwałowisk. Niewiele jest informacji w literaturze na temat metod projektowania zwałowisk tymczasowych. Brak takŜe publikacji dotyczących metod projektowania tego typu udostępnienia złóŜ węgla brunatnego z wykorzystaniem nowoczesnych narzędzi informatycznych. W istniejących opracowaniach przedstawione są tylko moŜliwości programowe bez. Ŝadnych. konkretnych. sposobów i. metod. projektowania eksploatacji. z. wykorzystaniem programów graficznych. Z projektowaniem zwałowisk tymczasowych w Polsce moŜna spotkać się tylko w opracowaniach dotyczących udostępnienia nowych złóŜ przez firmę projektową Poltegor – projekt spółka z o.o. Są to tylko przedstawione koncepcje eksploatacji dotyczące takich złóŜ jak Tomisławice, gdzie proponowano wariant eksploatacji ze zwałowiskiem na przedpolu o kubaturze 40,3 [mln m3] i powierzchni 210 [ha] oraz koncepcję eksploatacji złoŜa Mąkoszyn – Grochowiska, gdzie zaproponowano sposób udostępnienia z ulokowaniem części nadkładu na zwałowisku zewnętrznym, a reszty na przedpolu.. Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(16) 16 W wymienionych opracowaniach przewiduje się taką moŜliwość eksploatacji bez szczegółowych rozwiązań oraz rozwaŜań nad optymalizacją bryły zwałowiska na przedpolu i wpływem na moŜliwą wielkość wydobycia w okresie jego likwidacji. Tematykę projektowania z wykorzystaniem narzędzi informatycznych podjęto w pracach L. Jurdziaka oraz W. Kawalca [18,19]. Dotyczyły one wykorzystania do optymalizacji wyrobisk odkrywkowych takich programów, jak NPV Scheduler i Datamine [18,21]. Są to jednak prace naukowe dotyczące ogólnych warunków prawidłowego pod względem ekonomicznym zagospodarowania złóŜ węgla brunatnego z ukierunkowaniem na optymalizację wielkości całego wyrobiska ze względu na cenę wydobywanego surowca oraz wybierania najbardziej korzystnych pod względem parametrów jakościowych partii złoŜa. Prace te nie poruszają w szczegółach tematyki projektowania technologii eksploatacji udostępnienia złóŜ. Wiele cennych informacji dotyczących. najkorzystniejszej. lokalizacji. wkopu. udostępniającego. podczas. projektowania eksploatacji moŜna odczytać analizując algorytm Lercha - Grossmanna wykorzystywany m.in. w programie NPV Scheduler, nadający się do wyznaczania zasobów oraz wskazania umiejscowienia wkopu udostępniającego. Zastosowany w algorytmie proces parametryzacji polegający na generowaniu wielu optymalnych ekonomicznie (maksymalizujących niezdyskontowaną wartość wyrobiska) dla róŜnych poziomów cen (tworzenia tzw. wyrobisk zagnieŜdŜonych) pokazuje, w którym miejscu moŜna byłoby zacząć eksploatację (zbudować wkop). Mianowicie najmniejsze wyrobisko wygenerowane dla najniŜszej ceny i kierunek rozbudowy wyrobisk optymalnych dla wyŜszych cen pokazują najkorzystniejsze miejsce otwarcia złoŜa i sugerują kierunek rozwoju projektowanego wyrobiska. TakŜe S. Mazurek [53] w swojej pracy podjął próbę powiązania wskaźnika N:W z wartością węgla i kosztami eksploatacji, natomiast praca Z. Kasztelewicza [32] zawiera dociekania naukowe z zakresu programowania zagospodarowania złóŜ w kopalni wieloodkrywkowej bez rozróŜniania rodzajów zwałowisk. Powodem braku literatury fachowej dotyczącej nowych metod projektowania z wykorzystaniem narzędzi informatycznych moŜe być zbyt krótki czas rozwoju tych systemów w Polsce, a ostatnie lata wprowadzania ich do uŜytku to czas zdobywania nowych doświadczeń projektowych z ich wykorzystaniem. Obecnie oprócz polskich przedsiębiorstw wykorzystuje. wydobywczych oprogramowanie. i. projektowych,. Microstation. w. równieŜ. koncern. projektowaniu. i. Vattenfall. prowadzeniu. technologii eksploatacji odkrywek na terenie Niemiec. Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(17) 17. 1.3. Cel pracy Celem. pracy. jest. przedstawienie. nowej. metody. projektowania. wkopu. udostępniającego i zwałowiska tymczasowego na przedpolu wyrobisk odkrywkowych budowanych w okresie udostępniania złoŜa węgla brunatnego. Jest to alternatywne rozwiązanie dla formowanych dotychczas zwałowisk zewnętrznych lub zwałowania nadkładu w innych wyrobiskach usytuowanych w niewielkiej odległości od nowobudowanych wyrobisk. Istotą tematu jest zaprezentowanie nowej metody projektowania, która pozwoli na szybkie i precyzyjne wskazanie i zaprojektowanie najkorzystniejszego miejsca udostępnienia złoŜa oraz określenie usytuowania i kształtu zwałowiska tymczasowego na przedpolu w aspekcie przyszłej jego likwidacji. Wzajemne usytuowanie oraz określenie parametrów zarówno wkopu udostępniającego, jak i zwałowiska tymczasowego zostało przeanalizowane przy uwzględnieniu szeregu czynników, które mają wpływ zarówno na koszty udostępnienia złoŜa w okresie budowy kopalni, jak i po osiągnięciu jej pełnej zdolności wydobywczej, a takŜe na czas i koszty późniejszej likwidacji wyrobiska po zakończeniu eksploatacji kopaliny.. W celu zminimalizowania kosztów eksploatacji kopaliny i osiągnięcia przez kopalnię jak najlepszych wyników finansowych z eksploatowanego wyrobiska naleŜy przy zastosowaniu zaprezentowanej w pracy nowej metody projektowania kierować się następującymi kryteriami:. 1) osiągnięcie niezbędnej wielkości wydobycia kopaliny, szczególnie w okresie udostępnienia oraz likwidacji zwałowiska na przedpolu, 2) dąŜenie do zaprojektowania wkopu udostępniającego o jak najmniejszej wielkości oraz jednoczesne zmniejszenie objętości zwałowiska na przedpolu, 3) określenie takiej lokalizacji wkopu i zwałowiska, która pozwoli na najkrótsze drogi transportu urobku w okresie budowy wkopu udostępniającego i formowania zwałowiska, 4) zajęcie jak najmniejszej powierzchni terenu pod zwałowisko tymczasowe, co wiąŜe się z koniecznością. wcześniejszego wykupu gruntu i poniesieniem. duŜych nakładów w pierwszym etapie funkcjonowania kopalni, 5) wybór. sposobu. ulokowania. nadkładu. z. likwidowanego. zwałowiska. tymczasowego na zwałowisku wewnętrznym prowadzący do zmniejszenia Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(18) 18 objętości wyrobiska końcowego. Pozwoli to na skrócenie czasu rekultywacji wyrobiska i jego napełniania wodą. Przedstawiona w pracy nowa metoda projektowania pozwala na ocenę celowości zastosowanego rodzaju udostępnienia ze zwałowiskiem na przedpolu i moŜe stanowić punkt wyjścia do dalszych analiz ekonomicznych opłacalności przyjętej technologii eksploatacji jeszcze przed przystąpieniem do budowy kopalni. Przy. zastosowaniu. proponowanego. rozwiązania. moŜliwe. jest. uzyskanie. odpowiedzi, które z miejsc na obszarze złoŜa jest najkorzystniejsze do wykonania udostępnienia i lokalizacji zwałowiska tymczasowego w granicach eksploatacji przyszłego wyrobiska, biorąc pod uwagę róŜne warianty lokalizacji wkopu i zwałowiska względem siebie. Stosując prezentowaną w pracy metodę symulacji postępu frontów w wyrobisku moŜna ocenić wiele wariantów eksploatacji danego złoŜa. Nową metodę wyboru lokalizacji wkopu i zwałowiska na przedpolu w obrębie granic eksploatacji przetestowano na przykładzie wyrobiska docelowego odkrywki Drzewce. zaprojektowanego. według. obowiązujących. kryteriów. bilansowości.. Do metody tej moŜna takŜe zastosować nowe podejście do kryteriów bilansowości zaproponowane w pracy S. Mazurka [53] lub z wykorzystaniem algorytmu Lercha Grossmanna, których wynik będzie wykorzystany jako dane wejściowe do prezentowanej metody projektowania. Zastosowanie narzędzi informatycznych znacznie skraca czas projektowania, dając moŜliwości szybkiego zweryfikowania otrzymanych wyników takŜe pod względem ekonomicznym (uzyskanie danych wejściowych do analizy ekonomicznej) przy wykorzystaniu niektórych niezmiennych elementów projektowych (modele docelowe wyrobiska). Wykorzystanie tych narzędzi pozwala takŜe na wykonanie w krótkim czasie. wielu. innych. wariantów. udostępnienia. do. momentu. otrzymania. najkorzystniejszego wyniku projektowania. Zastosowanie. nowej. metody. projektowania. pozwala. równocześnie. na. zminimalizowanie ryzyka błędnych decyzji dotyczących technologii udostępnienia i eksploatacji złoŜa. Konsekwencje błędów projektowych mogą być długotrwałe i kosztowne w późniejszych latach eksploatacji lub nawet doprowadzić do całkowitego braku rentowności kopalni.. Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(19) 19. 1.4. Teza pracy Prawidłowe zaprojektowanie kopalni odkrywkowej powinno prowadzić do maksymalizacji wartości zaktualizowanej netto (NPV) przedsięwzięcia górniczego. Biorąc pod uwagę zmienną wartość pieniądza w czasie obniŜanie nakładów na jej budowę (m.in. związanych z wyborem właściwej lokalizacji i wielkości wkopu udostępniającego) i minimalizację kosztów na początku eksploatacji (np. związanych z tworzeniem zwałowiska na przedpolu i jego likwidacji) powinno przyczynić się do poprawy wskaźnika NPV. Wprawdzie celem pracy nie jest analiza ekonomiczna, ale przyjęte w proponowanej metodzie załoŜenia prowadzą do poprawy opłacalności inwestycji związanej z uruchomieniem eksploatacji kopaliny. Określenie najkorzystniejszego rozwiązania dotyczącego technologii udostępnienia (np. zmniejszenie wielkości wkopu udostępniającego) i późniejszej eksploatacji wpływa korzystnie na rentowność wydobycia kopaliny oraz koszty przyszłej likwidacji projektowanego wyrobiska. Obecne moŜliwości projektowania kopalń z wykorzystaniem nowoczesnych programów. graficznych. i. obliczeniowych. pozwalają. w. krótkim. czasie. na. zaprojektowanie wielu wariantów rozwiązań eksploatacji z moŜliwością wykonania szybkiej analizy ekonomicznej dla kaŜdego z nich. Dzięki temu istnieje moŜliwość wyboru najkorzystniejszego pod względem technologicznym oraz ekonomicznym rozwiązania, a takŜe dokładnego określenia moŜliwości wydobywczych projektowanej kopalni w kaŜdym roku jej funkcjonowania.. Planując eksploatację pokładu węgla brunatnego z umiejscowieniem zwałowiska na przedpolu w obrębie granic eksploatacji sformułowano następującą tezę: MoŜna opracować procedurę projektowania wkopu udostępniającego i zwałowiska na przedpolu, która zapewni zrównowaŜony postęp wyrobiska uwzględniający następujące kryteria: -. zmniejszanie kubatury wkopu i zwałowiska,. -. ograniczanie dróg odstawy nadkładu podczas formowania zwałowiska,. -. dobór. kształtu zwałowiska nie wymagający zwiększenia liczby maszyn. podstawowych,. Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(20) 20 -. zapewnienie niezbędnej wielkości wydobycia węgla nawet w okresie likwidacji zwałowiska na przedpolu.. 1.5. Wybór obiektu badawczego W KWB „Konin” S.A. od początku jej działalności zastosowano wszystkie znane dotychczas metody zwałowania podczas udostępnienia złóŜ. Są to: -udostępnienie z wykonaniem zwałowiska zewnętrznego, -udostępnienie ze zwałowaniem nadkładu w innym sąsiednim wyrobisku odkrywkowym, - zwałowanie z wykonaniem zwałowiska tymczasowego na przedpolu, Odkrywka Drzewce jako jedna z czterech obecnie czynnych odkrywek tej kopalni została wybrana na obiekt badawczy do analizy podjętego tematu ze względu na fakt, Ŝe po raz pierwszy w Polsce zdecydowano się na wykonanie na tej odkrywce zwałowiska na przedpolu w okresie udostępnienia złoŜa. W związku z tym, tylko na tej odkrywce zaistniała. moŜliwość. zweryfikowania. wszelkich. otrzymanych. wyników. po. zastosowaniu nowej metody projektowania. Jak juŜ wspomniano w pierwszym rozdziale pracy, zastosowanie tej metody i potwierdzenie jej słuszności otrzymanymi wynikami moŜe w przyszłości posłuŜyć do projektowania udostępniania wielu innych złóŜ węgla brunatnego przez kopalnie, które zdecydują się na zastosowanie takiego rozwiązania lub będą analizowały pod względem ekonomicznym moŜliwość takiego sposobu udostępnienia złoŜa. W obecnej chwili przy wykorzystaniu tej metody zostały zweryfikowane pierwotne projekty udostępnienia złoŜa Drzewce wykonane tradycyjnymi metodami, które początkowo zakładały udostępnienie z wykonaniem zwałowiska zewnętrznego, a po wykonaniu kolejnych wariantów eksploatacji udostępnienie z wykonaniem zwałowiska na przedpolu o duŜo większej niŜ obecnie objętości [1,2]. Na odkrywce Drzewce zakończono juŜ etap udostępniania pokładu i reeksploatacji zwałowiska na przedpolu, dlatego moŜliwe było dokonanie weryfikacji otrzymanych wyników z wynikami projektowymi, co zostało przedstawione w rozdziale czwartym tej pracy.. Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(21) 21. 2.. TECHNOLOGIA UDOSTĘPNIENIA ZŁOśA Z LOKALIZACJĄ ZWAŁOWISKA NA PRZEDPOLU FRONTU EKSPLOATACYJNEGO – OPIS SPOSOBU UDOSTĘPNIENIA 2.1. Fazy udostępnienia złoŜa z budową zwałowiska na przedpolu Udostępnienie złoŜa z zastosowaniem zwałowiska na przedpolu polega na. wykonaniu wkopu udostępniającego, z jednoczesnym przemieszczeniem nadkładu z tego wkopu na przedpole frontu eksploatacyjnego i uformowanie zwałowiska w granicach eksploatacji złoŜa. Po zakończeniu udostępnienia oraz przesunięciu się frontów eksploatacyjnych na odpowiednią bezpieczną odległość, następuje przejście na zwałowanie wewnętrzne, a następnie likwidacja zwałowiska na przedpolu poprzez jego reeksploatację koparkami i ulokowaniu mas zwałowych na zwałowisku wewnętrznym. Przy zastosowaniu technologii jednokierunkowego układu eksploatacji cały proces udostępnienia podzielony jest na cztery fazy :. Faza I. Budowa wkopu udostępniającego wraz ze zwałowaniem nadkładu na przedpolu frontu eksploatacyjnego.. Pierwsza faza udostępnienia pokładu węgla brunatnego wiąŜe się z wykonaniem pochylni udostępniających, które pozwolą na sprowadzenie maszyn na zaprojektowane poziomy robocze i w dalszej części odkrycie stropu węgla w celu rozpoczęcia eksploatacji złoŜa. Jednocześnie realizowany jest transport urobku układem przenośników taśmowych (nadkładowych) oraz jego zwałowanie na zwałowisku tymczasowym zlokalizowanym na przedpolu wewnątrz granic eksploatacji wyrobiska. W trakcie osiągania przez koparki odpowiednich zaprojektowanych wcześniej rzędnych poziomów roboczych następuje sukcesywne wprowadzenie kolejnych maszyn do wyrobiska z zachowaniem bezpiecznych odległości pomiędzy poszczególnymi poziomami roboczymi (piętrami eksploatacyjnymi). Po odsłonięciu stropu pokładu węgla następuje wprowadzenie koparki węglowej i rozpoczęcie eksploatacji węgla. Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(22) 22. Rysunek 1. Faza I. Budowa wkopu udostępniającego wraz ze zwałowaniem nadkładu na przedpolu frontu eksploatacyjnego. Faza II. Zakończenie formowania zwałowiska na przedpolu. Zakończenie tej fazy eksploatacji wiąŜe się ze zdjęciem takiej ilości nadkładu i wyeksploatowaniu takiej ilości węgla, która pozwoli na bezpieczne rozpoczęcie zwałowania wewnętrznego w ślad za postępem frontów węglowych. Pod pojęciem bezpiecznego prowadzenie frontów zwałowiska wewnętrznego naleŜy rozumieć taką odległość stopy tego zwałowiska od frontów węglowych, która w dalszym okresie eksploatacji nie spowoduje zagroŜenia zasypania skarpy węglowej w wyniku szybszego postępu zwałowiska w stosunku do postępu frontu węglowego. NaleŜy takŜe wziąć pod uwagę lokalizację pompowni spągowej, która w klasycznym układzie eksploatacji jest zazwyczaj usytuowana pomiędzy stopą zwałowiska wewnętrznego a skarpą węglową w najniŜszym miejscu odkrytego w tym czasie spągu pokładu.. Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(23) 23. Rysunek2. Faza II. Zakończenie udostępnienia złoŜa i formowania zwałowiska na przedpolu. Faza III. Rozpoczęcie zwałowania wewnętrznego. Po przesunięciu się frontów nadkładowych zgodnie z kierunkiem eksploatacji oraz wybraniu odpowiedniej ilości węgla na bezpieczną odległość następuje rozpoczęcie zwałowania wewnętrznego. Wybranie węgla musi być na tyle duŜe, aby odsłonięta powierzchnia spągu wyrobiska pozwoliła na uformowanie pierwszej warstwy zwałowiska wewnętrznego z zachowaniem wspomnianej wcześniej bezpiecznej odległości pierwszej jego warstwy od frontu węglowego. Rozpoczęcie zwałowania wewnętrznego wiąŜe się z koniecznością przebudowy układu przenośników taśmowych i odwróceniu kierunku transportu nadkładu.. Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(24) 24. Rysunek3. Faza III. Rozpoczęcie zwałowania wewnętrznego. Faza IV. Likwidacja zwałowiska na przedpolu poprzez jego reeksploatację i ulokowanie nadkładu na zwałowisku wewnętrznym. Faza likwidacji zwałowiska na przedpolu polega na powtórnej eksploatacji przez koparki nadkładowe zwałowiska na przedpolu i ulokowaniu całej jego objętości na zwałowisku wewnętrznym. Faza likwidacji zwałowiska tymczasowego nie jest juŜ wliczona w okres udostępnienia. Likwidacja zwałowiska tymczasowego moŜe odbywać się w okresie późniejszym eksploatacji i jest zaleŜna od usytuowania (odległości) zwałowiska tymczasowego względem wkopu udostępniającego. Na rysunku 4 przedstawione zostało rozpoczęcie reeksploatacji zwałowiska zaraz po przejściu na zwałowanie wewnętrzne z następujących powodów: Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(25) 25 - najkrótsze drogi transportu nadkładu, - grunty zajęte pod lokalizację zwałowiska zostaną w krótkim czasie objęte eksploatacją, co zmniejsza koszty inwestycji i czas utrzymania zwałowiska na przedpolu od momentu zakończenia jego formowania do całkowitego zakończenia reeksploatacji, - braku konieczności przebudowy infrastruktury mogącej występować na powierzchni terenu w miejscu lokalizacji zwałowiska duŜo wcześniej niŜ pod samą eksploatację, - braku konieczności wykupu lub dzierŜawy gruntów w miejscu usytuowania przenośników taśmowych transportujących nadkład z wkopu udostępniającego na zwałowisko tymczasowe, co zmniejsza nakłady inwestycyjne i koszty bieŜącej eksploatacji.. Wszystkie wymienione czynniki zostały opisane szczegółowo w rozdziale dotyczącym najkorzystniejszej lokalizacji zwałowiska na przedpolu.. Rysunek 4. Faza IV. Likwidacja zwałowiska na przedpolu poprzez jego reeksploatację i ulokowanie nadkładu na zwałowisku wewnętrznym. Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(26) 26. 3.. CHARAKTERYSTYKA NOWEJ METODY I OPIS POSTĘPOWANIA PODCZAS PROJEKTOWANIA WKOPU UDOSTĘPNIAJĄCEGO I ZWAŁOWISKA NA PRZEDPOLU 3.1. Zarys nowej metody projektowania Nowa metoda projektowania wkopu udostępniającego i zwałowiska na przedpolu. polega. na. zaprojektowaniu. wyrobiska. odkrywkowego. z. określeniem. najkorzystniejszych jego parametrów takich, jak: granice eksploatacji pokładu kopaliny, granice poszczególnych pięter nadkładu oraz najkorzystniejszych parametrów udostępnienia z wykonaniem zwałowiska na przedpolu frontu eksploatacyjnego. Metoda została podzielona na dwa etapy projektowe w celu rozgraniczenia procesu projektowania. wyrobiska. docelowego. i. określenia. danych. wejściowych. do. projektowania udostępnienia oraz procesu projektowania samego udostępnienia. Podział. na. dwa. etapy. umoŜliwia. wykorzystanie. wszystkich. elementów. projektowania wyrobiska docelowego zawartego w pierwszym etapie jako parametrów wejściowych do projektowania takŜe innych rodzajów udostępnienia (udostępnienie ze zwałowiskiem zewnętrznym oraz ze zwałowaniem nadkładu w innym wyrobisku). Drugi etap przedstawia tok postępowania, który pozwala na optymalne zlokalizowanie wkopu udostępniającego i zwałowiska przy metodzie udostępnienia ze zwałowiskiem na przedpolu. Na tym etapie moŜliwe jest takŜe określenie najkorzystniejszego kształtu bryły zwałowiska i jego usytuowania w celu osiągnięcia najkorzystniejszych wielkości odkrycia i wydobycia węgla w okresie reeksploatacji zwałowiska. PoniŜej scharakteryzowano szczegółowo poszczególne etapy procesu projektowego.. Etap pierwszy. obejmuje. proces wykonania cyfrowych modeli powierzchni. stropu, spągu oraz modelu miąŜszości pokładu kopaliny, na podstawie których zostaną obliczone całkowite zasoby złoŜa oraz zasoby w wyznaczonych granicach bilansowości pokładu. Jednocześnie konieczne jest wykonanie modelu cyfrowego powierzchni terenu nad pokładem na podstawie obmiarów geodezyjnych. Wygenerowane modele cyfrowe pokładu kopaliny zostaną w dalszej kolejności wykorzystane do zaprojektowania wyrobisk docelowych do stropu i spągu pokładu z uwzględnieniem granic eksploatacji nadkładu na poszczególnych piętrach i granic Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(27) 27 eksploatacji węgla. W dalszej kolejności na podstawie modeli cyfrowych złoŜa oraz docelowych modeli wyrobiska do stropu i spągu pokładu zostanie oszacowana całkowita objętość nadkładu, jaką naleŜy zdjąć w celu wyeksploatowania całkowitych zasobów przemysłowych kopaliny. Na tym etapie określone zostaną takŜe planowane wielkości wydobycia węgla oraz zdejmowania nadkładu w poszczególnych latach eksploatacji. Pierwszy etap zostanie zamknięty wstępnym doborem maszyn podstawowych dla projektowanego wyrobiska odkrywkowego. Wybór maszyn podstawowych pozwoli w dalszej kolejności na zaprojektowanie średnich rzędnych poziomów roboczych poszczególnych pięter nadkładu. Szczegółowy opis I Etapu metody projektowania został zamieszczony w aneksie pracy.. Etap drugi zawiera analizę najkorzystniejszego miejsca lokalizacji wkopu udostępniającego oraz zwałowiska na przedpolu. Po dokonaniu wyboru miejsca udostępnienia naleŜy, poprzez wykonanie pierwszej symulacji postępu frontów w wyrobisku w okresie udostępnienia, określić objętość wkopu udostępniającego oraz objętość bryły zwałowiska na przedpolu. W dalszym toku postępowania zostanie wykonany pierwszy model bryły zwałowiska na przedpolu, a następnie zostanie przeprowadzona symulacja postępów frontów nadkładowych i węglowych podczas jego likwidacji. Symulacja pierwotna pozwoli na wstępne określenie wielkości odkrycia i wydobycia węgla w stosunku do wielkości wymaganych w okresie reeksploatacji zwałowiska. W końcowej fazie drugiego etapu projektowania zaprezentowano sposób postępowania przy określeniu najkorzystniejszego kształtu i wielkości zwałowiska na przedpolu poprzez wykonanie kolejnych skorygowanych modeli brył wkopu i zwałowiska z określeniem wielkości odkrycia i wydobycia węgla. W przypadku nieosiągnięcia zakładanych rezultatów dotyczących wielkości wydobycia węgla, opisano dalszy tok postępowania mający na celu zmianę lokalizacji zwałowiska na przedpolu lub zmianę lokalizacji wkopu udostępniającego. Po dokonaniu zmian konieczne będzie powtórzenie wykonania symulacji dla zmienionej lokalizacji tych elementów z ponownym określeniem wielkości odkrycia węgla podczas likwidacji zwałowiska. Taki sposób projektowania pozwoli na znalezienie najkorzystniejszego miejsca lokalizacji wkopu i zwałowiska oraz uzyskanie największej ilości odkrytego węgla w celu pokrycia załoŜonego zapotrzebowania wydobycia kopaliny. Nowa metoda projektowania oparta została na dwóch algorytmach : Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(28) 28 - algorytmie nr 1 (algorytm zasadniczy), na podstawie którego zaprezentowano cały proces projektowania, począwszy od wykonania wkopu udostępniającego oraz bryły zwałowiska aŜ do zakończenia procesu eksploatacji wyrobiska, - algorytmie nr 2 (algorytm pomocniczy), wykorzystanym w końcowym procesie projektowania do obliczenia wielkości wyrobiska końcowego przy określonym rodzaju zwałowania z wykorzystaniem modeli cyfrowych wyrobisk docelowych (do stropu i spągu pokładu) i ostatecznym modelu wierzchowiny zwałowiska wewnętrznego. Modelowanie bryły zwałowiska na przedpolu jest ostatnim z etapów projektowania udostępnienia złoŜa. Prezentowana metoda symulacji postępu frontów w wyrobisku moŜe być stosowana z powodzeniem takŜe przy klasycznym rodzaju udostępnienia ze zwałowiskiem zewnętrznym i eksploatacją po przejściu na zwałowanie wewnętrzne. W takim przypadku moŜliwe jest takŜe zaprojektowanie najkorzystniejszej bryły zwałowiska wewnętrznego z zastosowaniem symulacji postępów frontów od momentu udostępnienia do zakończenia wydobycia węgla. PoniŜej przedstawiono algorytm nr 1 z kolejnością wykonywania poszczególnych operacji projektowania. Elementy projektowania etapu pierwszego zostały przedstawione i opisane w szarych polach tekstowych, natomiast etap drugi projektowania od momentu udostępnienia do zakończenia projektowania i optymalizacji wkopu udostępniającego i zwałowiska na przedpolu w Ŝółtych i czerwonych polach tekstowych. Ostatnia faza projektowania z określeniem wielkości wyrobiska końcowego została opisana w niebieskich polach tekstowych. W dalszej części etapu II algorytmu nr 1 (pola niebieskie) przedstawiono postępowanie podczas projektowania bryły zwałowiska wewnętrznego i określenie wielkości wyrobiska końcowego. Algorytm nr 2 jest algorytmem pomocniczym zastosowanym w końcowym etapie projektowania i słuŜy do określenia wielkości wyrobiska końcowego na podstawie wykonanych wcześniej modeli cyfrowych wyrobiska docelowego i wierzchowiny zwałowiska wewnętrznego. Dzięki jego zastosowaniu moŜliwe jest określenie stopnia wykorzystania. nadkładu. z. reeksploatowanego. zwałowiska. na. przedpolu. do. zmniejszenia objętości wyrobiska końcowego po zakończeniu eksploatacji. Przy kaŜdym. z punktów opisujących poszczególne etapy projektowania. przedstawiono fragment algorytmu z zaznaczeniem których elementów dany opis dotyczy. Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(29) 29. Dane geologiczne z otworów badawczych. Obmiar geodezyjny powierzchni terenu w rejonie złoŜa. Wprowadzanie danych z otworów badawczych w postaci cyfrowej do oprogramowania MICROSTATION. Tworzenie cyfrowego modelu pokładu węgla oraz powierzchni terenu w rejonie złoŜa przy wykorzystaniu programu „Modeller”. Model cyfrowy powierzchni stropu pokładu węgla. Model cyfrowy powierzchni spągu pokładu węgla. Model cyfrowy miąŜszości pokładu węgla. Obliczanie zasobów złoŜa na podstawie wygenerowanych modeli miąŜszości pokładu. ETAP I Projektowanie granic eksploatacji pokładu węgla oraz zboczy wyrobiska z uwzględnieniem wymogów stateczności geotechnicznej uzyskanych z obliczeń w osobnym oprogramowaniu. Proces modelowania kształtu wyrobiska docelowego do stropu pokładu. Proces modelowania kształtu wyrobiska docelowego do spągu pokładu. Określenie zasobów przemysłowych w docelowym modelu wyrobiska, całkowitej wielkości nadkładu oraz średniego współczynnika N:W dla całego wyrobiska. Określenie wymaganych wielkości wydobycia węgla oraz zdejmowania nadkładu w poszczególnych latach. Dobór maszyn podstawowych dla projektowanej odkrywki. Projektowanie modeli poziomów roboczych dla poszczególnych pięter. Rysunek 5. Algorytm nr 1 procesu projektowania wyrobiska udostępniającego i zwałowiska na przedpolu - Etap I Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(30) 30. 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). Określenie objętości nadkładu koniecznej do zdjęcia od czasu rozpoczęcia udostępnienia do momentu przejścia na zwałowanie wewnętrzne. Wstępne określenie objętości zwałowiska na przedpolu. Analiza czynników związanych z lokalizacją zwałowiska na przedpolu. O kreślenie wielkości powierzchni pod zwałowisko.. Projektowania bryły zwałowiska na przedpolu – tworzenie pierwszego modelu obliczeniowego. 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. Spełnienie warunków zdolności wydobywczej i ekonomicznych w okresie udostępnienia i likwidacji zwałowiska na przedpolu. nie. ETAP II. Wynik negatywny – konieczność przemodelowania bryły zwałowiska poprzez zmianę kształtu (zmniejszenie wysokości i zwiększenie powierzchni bryły ). Powtórna symulacja postępów frontów nadkładowych i węglowych po kaŜdorazowym przemodelowaniu bryły zwałowiska i wkopu. Określenie wielkości odkrycia węgla i zdolności wydobywczych przy likwidacji (urabianiu) kaŜdej z brył zwałowiska. tak Spełnienie warunków zdolności wydobywczej i ekonomicznych w okresie udostępnienia i likwidacji zwałowiska na przedpolu. nie. Wynik negatywny po korekcie ETAP II miejsca kształtu konieczność zmiany lokalizacji samego zwałowiska lub zwałowiska i wkopu udostępniającego na podstawie powtórnej analizy miejsca udostępnienia lub zmiana umaszynowienia. tak. Wynik pozytywny – zakończenie etapu projektowania wkopu i zwałowiska na przedpolu. Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(31) 31. Wynik pozytywny – zakończenie etapu projektowania wkopu udostępniającego i zwałowiska na przedpolu. Symulacja postępów frontów w wyrobisku od momentu zakończenia likwidacji zwałowiska na przedpolu do zakończenia eksploatacji węgla w wyrobisku z wykonaniem modelu cyfrowego kształtu wierzchowiny zwałowiska wewnętrznego. Określenie najkorzystniejszego kształtu wierzchowiny zwałowiska wewnętrznego - dąŜenie do uzyskania minimalnej wielkości przewyŜszenia bryły zwałowiska wewnętrznego ponad powierzchnię terenu przy optymalnym prowadzeniu frontów roboczych w wyrobisku. Wynik negatywny Wynik pozytywny. Konieczność wykonania korekty bryły zwałowiska wewnętrznego i wykonania powtórnej symulacji postępów frontu. Obliczenie wielkości wyrobiska końcowego na podstawie algorytmu nr 2 z wykorzystaniem modeli docelowych wyrobiska oraz ostatecznego modelu wierzchowiny zwałowiska wewnętrznego. Zakończenie całego procesu projektowania. Rysunek 6. Algorytm nr1 procesu projektowania wyrobiska udostępniającego i zwałowiska na przedpolu - Etap II. Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(32) 32. 4.. PREZENTACJA MECHANIZMU DZIAŁANIA NOWEJ METODY PROJEKTOWANIA WKOPU UDOSTĘPNIAJĄCEGO I ZWAŁOWISKA NA PRZEDPOLU NA PRZYKŁADZIE WYBRANEGO OBIEKTU BADAWCZEGO Zaprezentowana w pracy nowa metoda projektowania została opisana poprzez. graficzne i liczbowe przedstawienie wyników obliczeń kształtu i objętości zwałowiska na przedpolu, jakie uzyskano w poszczególnych etapach projektowania podczas poszukiwania optymalnego rozwiązania przy tym sposobie udostępnienia na przykładzie odkrywki Drzewce w Kopalni Węgla Brunatnego „Konin” S.A. W trakcie pisania rozprawy doktorskiej zakończono udostępnienie złoŜa Drzewce z wykonaniem zwałowiska na przedpolu zaprojektowanego właśnie tą metodą, dlatego teŜ moŜliwe było jej zweryfikowanie. Weryfikacja polegała na wykonaniu modelu cyfrowego wykonanego wkopu udostępniającego i zwałowiska na przedpolu i ich porównaniu do modelu projektowanego, co zostało opisane szczegółowo w punkcie dotyczącym weryfikacji metody w rozdziale czwartym pracy. Metoda wyznaczania wielkości wyrobiska końcowego opisana i zaprezentowana z poparciem obliczeń wielkości wyrobiska końcowego odkrywki Drzewce według algorytmu nr 2 moŜliwa będzie do zweryfikowania po zakończeniu eksploatacji węgla na tej odkrywce w momencie zakończenia zwałowania wewnętrznego i pozostawieniu wyrobiska końcowego w polu B tej odkrywki.. 4.1. Wyznaczenie danych wejściowych do prezentowanej metody W celu rozpoczęcia procesu projektowania udostępnienia za pomocą prezentowanej metody konieczne jest określenie następujących parametrów: - całkowite zasoby geologiczne według modeli cyfrowych, - przebieg granic bilansowości pokładu zgodnie z obowiązującymi kryteriami, - zasoby bilansowe kopaliny; - zasoby pozabilansowe kopaliny. W aneksie w rozdziale pt „Technologia projektowania rozwoju kopalni odkrywkowej z wykorzystaniem modeli cyfrowych wyrobiska - ogólny opis metody” Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(33) 33 przedstawiono sposób obliczenia tych parametrów za pomocą wykonania cyfrowych modeli wyrobiska docelowego zgodnie z etapem I algorytmu nr 1. Jest to sposób określania danych wejściowych, który został wypracowany w KWB „Konin” S.A. i stosowany przez autora pracy w wielu projektach eksploatacji dla takich złóŜ, jak Drzewce, Tomisławice czy Mąkoszyn-Grochowiska. MoŜliwe jest uzyskanie tych samych danych takŜe innymi znanymi metodami projektowymi i wykorzystanie ich do projektowania nową metodą udostępnienia złoŜa z wykonaniem zwałowiska na przedpolu. Zaprezentowany przez autora sposób określania danych wejściowych moŜe być stosowany takŜe do projektowania udostępniania złóŜ z wykonaniem zwałowiska zewnętrznego oraz ze zwałowaniem nadkładu w innym wyrobisku.. Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(34) 34. 4.2. Lokalizacja miejsca budowy wkopu udostępniającego z określeniem kierunku postępu frontów roboczych - analiza czynników wpływających na wybór miejsca udostępnienia 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.. Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..

(35) 35. 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). Określenie objętości nadkładu koniecznej do zdjęcia od czasu rozpoczęcia udostępnienia do momentu przejścia na zwałowanie wewnętrzne. Wstępne określenie objętości zwałowiska na przedpolu. Analiza czynników związanych z lokalizacją zwałowiska na przedpolu. O kreślenie wielkości powierzchni pod zwałowisko.. Projektowania bryły zwałowiska na przedpolu – tworzenie pierwszego modelu obliczeniowego. 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. Spełnienie warunków zdolności wydobywczej i ekonomicznych w okresie udostępnienia i likwidacji zwałowiska na przedpolu. nie. Wynik negatywny – konieczność przemodelowania bryły zwałowiska poprzez zmianę kształtu (zmniejszenie wysokości i zwiększenie powierzchni bryły ). tak 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.. Metoda projektowania wkopu udostępniającego i tymczasowego zwałowiska na przedpolu odkrywkowej kopalni węgla brunatnego..