S e r i a : GÓRNICTWO z . 54 Nr k o l . 355
Doc. d r S t a n i s ła w J a n i c z e k ' /
ZWAŁY KOPALNICTWA WĘGLOWEGO
JAKO NATURALNE ŹRÓDŁO ZAGROŻENIA KOROZYJNEGO
S t r e s z c z e n i e . Zwały ko p aln ictw a węglowego z a w ie r a ją ł a two r o z p u sz c z a ln e w wodzie s o l e m ineralne w i l o ś c i do o- koło 2$ wag. m a t e r i a ł u zwałowego. Głównym skład nikiem tych s o l i j e s t s i a r c z a n w apnia. Okresowe atm osferyczne opady lub c i e k i p rze p ły w ające p rze z zwały wymywają te s o l e i p rz e n o sz ą na t e r e n y o k o lic z n e ( g r u n t y , g l e b y ) - z a s a l a j ą c j e . Może to być przyczyną wywoływania z ja w isk a k o r o z j i względem obiektów, elementów, k o n s t r u k c ji i urządzeń zbu
dowanych z tworzyw m etaliczn y ch oraz spoiwowych (zaprawy, b eto n y, że lb e to n y ) posadowionych w p o b liż u zwałów.
1 . Wstęp
Problem k o r o z j i m ateriałó w stosowanych w budownictwie nad- i podziem
nym przemysłu g ó r n ic z e g o , mimo s t a ł e g o i dużego p ostęp u w s e n s i e roz p oz
nania n a tu r a ln e g o środow iska agresyw nego, doboru odpowiednich m ateriałów i tworzyw oraz środków ochrony a n t y k o r o z y jn e j, j e s t jednak n ad a l otw arty . Jednym z czynników warunkujących p o s tę p w d z i e d z i n i e ochrony obiektów, e - lementów i u rzą d z eń , zbudowanych z różnych m ateriałó w i tworzyw, j e s t sta
ł e rozpoznawania ź r ó d ł a n a tu r a ln e g o z a g r o ż e n ia k o ro zy jn eg o .Z r e g u ł y za ta k ie uważa s i ę a t m o s f e r ę , h y d r o s f e r ę , g ru n ty i s k a ł y . W- okręgach w ie lk o przemysłowych, s z c z e g ó l n i e o c h a r a k te r z e górn iczo -h u tn ic zym , w y stę p u ją u- c ią ż l iw e z w ielu względów zwały ( h a ł d y ) . J e s t to dodatkowy element natu
r a ln e g o środow iska w y n ikający z przemysłowej d z i a ł a l n o ś c i człow ieka.N a t e r e n ie G ó rn o ślą sk ie g o Okręgu Przemysłowego (GOP) w y stęp u je 400 zwałów z a j - mujących powierzchnię około 16 km , przy czym n a j l i c z n i e j s z ą grupę s t a n o wią zwały k o p aln ictw a węglowego w l i c z b i e 340 z a le g a ją c y c h na powierzch
ni 13 km2 [i] . Obiekty te by ły przedmiotem badań odnośnie m ożliw ości ich b i o l o g ic z n e g o zagospodarowania [ 2] . w t r a k c i e d a lsz y c h badań zwrócono uwa
g ę , że n i e k t ó r e w ła śc iw o śc i m a t e r i a ł u zwałowego ( h a ł d ) , a w s z c z e g ó l n o ś c i duże z a s o l e n i e może stw arzać z a g ro ż e n ie koro zyjne d l a obiektów i urządzeń zn ajd u ją cy ch s i ę w p o b liż u zwałów [ 3] • N i n i e js z e opracowanie p rz e d sta w ia to z a g ad n ie n ie w o p a rc iu o m a t e r i a ł y badawcze z l a t u b ie g ły c h , j a k i e ze
brano w Katedrze Gruntoznawstwa AGH, w ramach p rac nad b io logicz n ym zago
spodarowaniem nieużytków poprzemysłowych.
2, Z a so le n ie zwałów kop alnictw a węglowego
Zwały k o paln ictw a węglowego na t e r e n i e GOF-u zbudowane są z łu pk ó w ,iło - łupków i piaskowców k arb oń skich z p rz e r o sta m i w ę g la , a tak ż e w n iektórych przypadkach przem ieszane s ą z żużlem paleniskowym.
Stw ierdzon o, że zwały te z a w ie r a ją ro z p u sz c z a ln e w wodzie s o l e mine
r a l n e różnego ro d z a ju w różnych i l o ś c i a c h [ 2 , 3, 4] . Obecność tych s o l i w m a t e r i a l e zwałowym p r z y p i s u j e s i ę n astępującym czynnikom [ 3] :
- ob ecn ości z n atury roz p usz czaln y ch w wodzie s c l i mineralnych w sk ałach płonych tow arzyszących pokładom w ęgla,
- w sp ó ł d z ia ła n iu czynników atm o sfery cz n y ch , hydrosferycznych i b i o s f e r y c z - nych,
- termicznemu procesowi p r z e p a l a n i a s i ę m a t e r i a łu zwałowego, - d z i a ł a l n o ś c i przemysłu ( g a z y , p y ły , odpadki m ateriałow e i in n e ) .
Dowodem n a t u r a l n e j ob ecn ości w m a t e r i a l e zwałowym s o l i ro z p uszczaln ych w wodzie s ą wyniki a n a l i z y n iek tó ry ch s k a ł karb ońskich ( t a b l i c a 1 ) .
T a b l ic a 1 Skład jonów roz p usz czaln y ch w wodzie s o l i ze s k a ł karbońskich 4
Jor. mg/10C g s k a ł y
łupek pyłowy p ia s e k d r o b n o z i a r n i s t y
Ca2+ 287,19 28,72
Mg2+ 23,10 17,51
K+ + Na4 0 ,0 0 ' 3 5,50
CC^2- 15,60 13,20
C l- 12,45 9,66
s o 2 -
4 736,46 168,10
4 0,0 5 0,03
z a s o l e n i e 1074,93 270,82
Stw ierdzono, że z a s o l e n i e zwałów n ie j e s t równomierne i zmienia s i ę w za
l e ż n o ś c i od r o d z a ju zwału ( n i e p r z e p a l o n y , p rz e p a lo n y , te rm iczn ie czynny), a tak ż e l o k a l n i e w samym zwale w z a l e ż n o ś c i od wystawy i na różnych g ł ę b o k ościach [3? 4 ] . J e s t ono również za le ż n e od czynników b io lo g ic z n y c h (ro
ś l i n n o ś ć ) . Wysokość z a s o l e n i a i r o d z a j w aż n iejsz y ch s o l i pokazano na p rzy k ł a d z i e c z te re c h zwałów r e p r e z e n tu ją c y c h z a s a d n ic z e grupy hałd w y stę p u ją cych na t e r e n i e GOP-u ( t a b l i c a 2 ) .
T a b l ic a 2 Zawartość ro z p u sz c z a ln y c h w wodzie s o l i mineralnych
w n ie k tó ry c h zwałach k o p aln ictw a węglowego Q4]
Hałda
Z a w a r t o ś ć Z a w a r t o ś ć
w a ż n ie jsz y ch s o l i
mg/1 OOg $ wag. rod z a j mg/100 $ wag.
Zwał n i e p r z e p a - lony kop. "C z er
wona Gwardia"
w C z e l a d z i
706-1410 0 , 7 - 1 , 4
CaSo^
MgS04 245-1068 0 ,2 5 - 1 ,0 7 Zwał w z a n i k a j ą
c e j czynn ości t e r m ic z n e j kop.
."G l iw i c e "
51 9-1681 0 , 5 2 - 1 , 6 8 CaSO^
MgS04 Na2S 0 4
200-1140 38-360 27-340
0 , 2 0 - 1 ,1 4 0 , 0 4 - 0 , 4 0 0 , 0 3 - 0 ,3 4 Zwał p rzep alon y
kop. "Dymitrow"
w Bytomiu 615-1424 0 , 6 -1 ,4 CaS04 20-1324 0 ,0 2 - 1 ,3 2
Zwał m ieszany węglowo żużlowy
kop. "Z a brze" 167-328 0 , 1 6 - 0 ,3 2 CaS04 12-48 0 ,0 1 - 0 ,0 5
Z przeprowadzonych badań wynika, że w zwałach k o p aln ictw a węglowego wy
s t ę p u j ą różnego r o d z a ju s o l e j a k : CaSO^, MgSO^, CaClg, FeSO^, NaCl, KC1, NagSO^, MnSO^, A lg ( S O ^ ) j, a ta k ż e in n e . Z a s o le n ie waha s i ę w g ra n ic a c h od k i lk u d z i e s i ę t n y c h do około dwóch p r o c e n t , p rzy czym za s ó l główną w zwałach n ie p r z e p alo n y c b i przep alonych n a l e ż y uznać s i a r c z a n wapnia.
W o k r e s i e czynn ości t e r m ic z n e j zwału zaobserwowano s z c z e g ó l n i e in t e n sywne występowanie s o l i . Taki przypadek stw ierdzono we w schodniej c z ę ś c i zwału k o p a ln i G liw ic e , k tó r e g o c z ę ś ć l o k a l n i e wykazywała wewnętrzną czyn
ność term iczn ą [ 4 ] .
Z a so le n ie term iczne czynnej c z ę ś c i zwału kop. G liw ice w yno siło od 9-61%
wag. m a t e r i a łu zwałowego, a głównymi składnikam i s ą s i a r c z a n glinowy k t ó rego u d z i a ł procentowy wynosi od 4 , 8 - 4 4 , 0 1 $ wag. ora z s i a r c z a n sodu w i l o ś c i od 3 , 4 8 - 2 2 ,0 5 $ wag. m a t e r i a ł u zwałowego. To bardzo wysokie z a s o l e n i e ja k i sk ład jako ściow y ( s i a r c z a n y g l i n u , sodu) w sk az u ją na przemiany mi
nerałów i l a s t y c h w c z a s i e p ro c e su term icznego na s o l e p r o s t s z e .
Opady atm o sfery cz n e i ewentualne c i e k i wodne p rzechodzące p rz e z zwały wymywają s o l e i p rz e n o sz ą na t e r e n y o k o lic z n e ( g r u n t y , g l e b y ) , z a s a l a j ą c j e . Dowodem tego j e s t sk ład z a n ie c z y s z c z e ń wody z c iek u płynącego u pod
nóża zwału k o p a ln i G l iw ic e , k tó r e g o wody k i e r u j ą s i ę na p o b l i s k i e te re n y glebowe i gruntowe ( t a b l i c a 4 ) .
Ze sk ła d u jonowego z a n ie c z y s z c z e ń cieku u podnóża zwału k o p a ln i Gliwice wynika, że głównymi solam i s ą s i a r c z a n y i c h lo r k i potasowców oraz wapniow-
ców. Z a so le n ie cieku w sk a z u je , że każdy l i t r wody n i e s i e w o k o lic z n y t e ren ponad 1 3 g wymienionych s o l i .
T a b l ic a 3 Zawartość roz p usz czaln y c h w wodzie s o l i mineralnych
we wschodniej c z ę ś c i zwału Kopalni Gliwice o wewnętrznej czynności term iczn ej (odkrywka nr 8)
Rod za j s o l i
Zawartość s o l i w 100 g m a t e r ia łu zwałowego na głę b ok .
0 - 1 5 cm 15 - 55 cm 55 - 80 cm
mg * mg % mg %
MgS04 14,44 0 ,1 5 190,8 0,2 9 34,91 0,05
CaSO^ 179,70 1 ,92 412,5 0,63 176,30 0 ,26
FeSO^ 568,86 6 ,0 9 751 ,14 1,1 6 802,79 1 ,19
a i2 (so4 ) 3 4801,65 51 ,42 4 0 ,9 5 9 ,1 8 63,03 44016,59 65,54
MnS04 4 7,56 0,51 169,12 0 ,26 205,36 0,31
k2so4 64,47 0 ,6 9 43,56 0,07 47,04 0,07
Na2S04 3489,23 3 7 ,3 6 22048,87 33,93 21499,17 32,02
NaCl 172,02! 1 ,86 406,84 0,63 3376,44 0,5 6
NaHOj 0 ,2 0 0 ,0 0 0 ,0 0 0 ,0 0 0,0 0 0 ,0 0
Na3P04 0,05 0 ,0 0 0,8 2 0,0 0 0,44 0,0 0
Suma 9339,18 100,00 64982,83 100,00 67159,04 100,00
T a b l ic a 4 Skład z a n ie c z y sz c z e ń wody z cieku u podnóża zwału Kopalni "G liw ic e " [4]
Nr prób
k i wody z cieku
K a t i 0 n y w m g/l wody
K+ Na+ Ca2+ Mg2+ Mn2 + Fe2+
1 133 3287 527 451 0,33 0,1 2
2 113 3771 650 296 0,11 0 ,0 8
3 111 3629 675 330 0,11 0 ,1 0
4 90 3825 418 224 0,44 0,45
A i i 0 n y w mg/l wody
HCO-3 CL" so2-
4 NO" PO3-
1 509 4404 3714 2,5 0 , 0
2 424 5255 3298 2,5 0 , 0
3 180 5318 3298 3 , 0 0 , 0
4 320 5654 2081 3 ,5 0 ,03
Z a so le n ie w mg/l wody
1 13027
2 13809
3 13544
4 12616
3. Z a so le n ie zwałów .lako czynnik z a g r o ż e n ia korozyjnego
Badania w ykazały, że wynoszone na powierzchnię s k a ł y k arb o ń sk ie towa
r z y s z ą c e pokładom węgla s ą z n atu ry już z a s o l o n e , a głównym składnikiem j e s t s i a r c z a n wapnia ( t a b l i c a 1 ) . Utworzone ze s k a ł karb ońskich zwały pod
l e g a j ą procesom w i e t r z e n i a , k tó r e to s ą czynnikiem powodującym tworzenie s i ę p ro sty ch s o l i łatwo ro z p usz czaln y ch w w odzie. Dalszym czynnikiem wy
wołującym p ro c e s z a s o l a n i a zwałów j e s t zja w isk o czynności t e r m ic z n e j, w t r a k c i e k tó re g o wytwarza s i ę zn aczn ie w ię c e j s o l i , a n i ż e l i w c z a s i e p ro c e sów w i e t r z e n i a ( t a b l i c a 3 ) . Nadmiernemu procesowi z a s a l a n i a zwałów p r z e c i w d z i a ł a j ą n a t u r a l n e z ja w is k a e l u a c j i . Szczegó ln e n a s i l e n i e z ja w is k a wy
mywania s o l i ze zwałów m ają m ie js c e w o k r e s i e wiosennym ( t o p n i e j ą c e ś n i e g i i d e s z c z e ) oraz w jesiennym ( d e s z c z e ) . P r z y c z y n i a ją s i ę do tego również w niek tó ry ch przypadkach c i e k i p rze p ły w ające p rzez zwały ( t a b l i c a 4 ) . Wy
mywane ze zwałów s o l e s ą tran sportow ane p rz e z wody opadowe lub c i e k i na p r z y l e g ł e t e r e n y , z a s a l a j ą c j e .
Jednym z czynników wywołujących zja w isk o k o r o z j i tworzyw m etaliczny ch zapraw, betonów, s ą wody i grunty z a w ie r a ją c e ponadnormatywne i l o ś c i so l i . Zasolone zwały, te re n y w p o b l iż u zwałów i c i e k i stan ow ią środow isko e l e k t r o l i t y c z n e , a w tych warunkach w sz e lk ie g o r o d z a ju n ie w ła śc iw ie chro
nione i konserwowane k o n s tr u k c je i u rz ą d z e n ia z tworzyw m etaliczny ch będą u l e g a ł y szybkiemu korodowaniu. Podobnie n a le ż y s i ę l i c z y ć w ta k ic h warun
kach z m ożliw o śc ią a g r e s j i względem obiektów i elementów wytworzonych na b a z ie spoiw cementowych, a s z c z e g ó l n i e na b a z ie cementu p o r t l a n d z k ie g o . Normy o g r a n i c z a j ą zaw arto ść jonów siarczanowych w wodach do 250 m g / l , a w gruntach do 0 , 3 $ wag (w o d n i e s ie n i u do betonów). W przypadku zwałów ko
p a ln ic tw a węglowego i p o b l i s k i c h terenów, normy t e s ą p rz e k ra cz a n e , a po
nieważ g o l ą główną j e s t zazwyczaj s i a r c z a n wapnia, wobec tego n a le ż y l i czyć s i ę z m o żliw o ścią k o r o z j i sia rc z a n o w e j względem betonów ( s ó l Candlo- t a ) . K o n stru k c je żelbetonowe narażone s ą zarówno na a g r e s j ę siarczan ow ą ( c z ę ś ć spoiwowa k o n s t r u k c ji ) ora z na elek troc h em iczn ą k o r o z ję s z k i e l e t u m e ta lic z n e g o .
4 . Wnioski końcowe
Zwały k o p aln ictw a węglowego można uznać za n a t u ra ln e środowisko oddzia
ływujące na p o b l i s k i e te re n y w s e n s i e z a s o l e n i a . Wynika stąd możliwość wy
woływania groźnego w skutkach z ja w isk a k o r o z j i względem obiektów, elemen
tów k o n s t r u k c ji i urządzeń zbudowanych z tworzyw m etaliczny ch oraz spoiwo
wych (zapraw y, b eto n y, ż e l b e t o n y ) .
a
5. LITERATURA
1. Skawina T . , Rekultyw acja hałd oraz g le b dotkn iętych wpływami szkód gór
niczych i przemysłowych. B i u l . GOP PAN nr 6 5 , 3 3 ( 1 9 6 2 ).
2. Skawina T . , J a n i c z e k S . , G re sz ta J . , Wyniki badań nad rozwojem g leb na hałdach ko p aln ian y ch . B i u l . GOP PAN nr 1 ,1 6 2 (1 9 5 6 ) .
3. J a n i c z e k S . , Problem ro zp uszczaln ych s o l i mineralnych w zwałach kopal
nictwa węglowego. B i u l . GOP PAN nr 12, 8 7 ( 1 9 5 7 ).
4. J a n i c z e k S . , Chemiczno-gleboznawcza c h a r a k te r y sty k a zwałów k o p a l n i
ctwa węglowego. B i u l . GOP PAN nr 4 6 , 8 ( 1 9 6 2 ) .
OT3AJIU yroJIbHUX LAXT KAK ECTECTJEHHHw HCTOHHLK KOPPOtkOKilOn OI1AOHOCTV.
P e 3 b u e
T o p H u e o T B a J i t i y r o J i b H t i x m a x T c o j t e p a c a T M t H e p a J i b H h i e J i e r K o p a C T B o p a e M b i e b B o a e c o m b K O J i H ^ e c T B e
2 %
n o O T H o i i i e H H B k M a T e p n a J i y r o p H u x O T B a J T O B .O C H C B H O M COJIhiO OSbW IIO J i B J i a e T C H C y j l btp Hfl K a j I b U H S . I l e p H O J.H U e c KH e a T U O C $ e p - H u e o c a j , K H a T a K a c e b o s o t o k h b h m m b u b t o t h c o j i h h n e p e n o c u T b p a c n o m o i t e H H b i e
B Ó JIH 3H T e p p H T O p H K .
G b e p x H O p u a T M B i i a a 3 a ' 0 J i e n H 0 C T b r o p H b i x o T B a J i O B h ó j i h 3 K o p a c n o J i o s c e H H b K T e p - p K T O p H W MOaceT 6 b I T b n p H l « l H O t K o p p O f l H p O B a H H H O f i b e K T O B U O Ó O p y i O B a H l i a n o C T p c - e H H L K K 3 M e T a J i J i n v i e c K H X h B H S t y m H X M a T e p w a j i o B , i K 3 B S S C y m H X B e m e C T B ) o
THE DUMPS IN COAL MINING AS NATURAL SOURCE THE DANGER OP CORROSION
S u m m a r y
The dumps in c o a l mining co n ta in m ineral s a l t s which a r e e a s i l y s o l uble in w ater a t an ameunt o f 2$ in r e l a t i o n to the dumping m a t e r i a l . The main s a l t to be encountered i s u s u a l l y calcium s u l p h a t e . The s e a s e n a l a t mospheric p r e c i p i t a t i o n s a s w ell a s w a te r - c o u r s e s wash away th e se , s a l t s t r a n s f e r r i n g them to the n eighbouring a r e a . The e x c e s s i v e s l i n i t y o f dumps and the a d jo i n i n g a r e a may g iv e r i s e to the c o r r o s io n o f s t r u c t u r e s and a p p a r a t u s c o n s i s t i n g o f m e ta ls or f i l l e r m e t a l s .
