___________________________________________________________________________
Rozwiązania inżynieryjno-prawne w zarządzaniu
ryzykiem związanym z funkcjonowaniem obiektów
unieszkodliwiania odpadów wydobywczych dużej skali
na przykładzie OUOW Żelazny Most
KGHM Polska Miedź S.A.
Wojciech Mizera, Joanna Świtoń
KGHM CUPRUM sp. z o.o. Centrum Badawczo-Rozwojowe, Wrocław, wmizera@cuprum.wroc.pl
Streszczenie
Obiekt unieszkodliwiania odpadów wydobywczych (OUOW) ŻELAZNY MOST funkcjonuje nie-przerwanie od 1977 r., będąc obecnie jedynym odbiorcą odpadów flotacyjnych pochodzących z procesu wytwarzania koncentratów z rud miedzi w Zakładach Przeróbczych KGHM Polska Miedź S.A. Pełniona w ciągu technologicznym funkcja unieszkodliwiania odpadów przez ich składowanie implikuje brak możliwości przestojów w jego pracy, co w prostej linii prowadziłoby do zatrzymania produkcji. Na mapie Europy, ze względu na swoje wymiary, jest to największy tego typu nadpoziomowy obiekt hydrotechniczny. W historii eksploatacji tego OUOW ŻELAZNY MOST, nie ma istotnych zdarzeń awaryjnych, ze względu na wdrożone wysokie standardy bez-pieczeństwa. Analizując przykłady światowe, można jednak dostrzec, że obiekty tego typu mogą i podlegają zdarzeniom awaryjnym. Z tego względu przedsiębiorca, stosując dobre praktyki, wdrożył szereg mechanizmów o charakterze inżynieryjnym, ograniczających ryzyko wystąpienia awarii. Pozwalają one ujawnić zagrożenia i odpowiednio z wyprzedzeniem na nie reagować. W ostatnich latach wprowadzono także istotne zmiany w regulacjach prawnych, zobowiązujące posiadacza odpadów do stosowania dodatkowych instrumentów prawno-ekonomicznych (gwa-rancje finansowe, ocena ryzyka), chroniących głównie „otoczenie” obiektu na wypadek wystą-pienia poważnego zdarzenia awaryjnego i przede wszystkim, na czym zależało ustawodawcy, wzięcia odpowiedzialności za usunięcie skutków jego wystąpienia. Artykuł prezentuje standardy zabezpieczeń na przykładzie OUOW kategorii A, należącego do KGHM Polska Miedź S.A., służącego unieszkodliwianiu odpadów z flotacji rud miedzi. Ze względu na sposób klasyfikacji, w kraju znajduje się tylko jeden przypadek obiektu unieszkodliwiania odpadów wydobywczych tak dużej skali, tj. OUOW ŻELAZNY MOST. Wdrożone w Polsce standardy bezpieczeństwa dla tego typu obiektów nie odbiegają, a wręcz wyprzedzają rozwiązania światowe.
Słowa kluczowe: obiekt unieszkodliwiania odpadów wydobywczych, ocena ryzyka, gwaran-cja finansowa
Engineering and legal solutions of risk management associated
with an operation of the largest category tailings management
facilities (TMFs) based on the example of KGHM Polish Copper
TMF Zelazny Most
Abstract
This paper presents up to date solutions in the event of an unplanned closure or a catastrophic failure in Europe’s largest category A TMF – water and flotation tailings reservoir for KGHM Polish Copper in Poland. Evoked by changes in environmental law –
a law first enforced by the European Commission - member states have now implemented national legislation allowing for special acts to prevent and lower the risk of catastrophic events in tailings management facilities. Among the acts most important new legal ‘tools’ includes a financial guarantee or its equivalent (for unplanned closure) and a risk assess-ment for TMF’s. Apart from the undeniable improveassess-ment regarding the safety of such ob-jects, as a result of the implementation the EU has also created some extra financial burden for mining companies and TMF operators. For instance, in the mining industry an obligatory liquidation fund for mining infrastructure following a closure already existed; as such, compa-nies are obliged to cover the same topic twice. Surprisingly for mining compacompa-nies, in the components of the financial guarantee, the estimated costs of removal resulting from a cata-strophic event were excluded. This is unusual, because these costs were one of the most important assumptions taken into consideration while establishing new environmental re-strictions for TMF’s. One can say common sense won, mostly due to the fact that transparent and clear methodologies for performing such actions have not - as of yet - been established. Key words: TSF, TMF, financial guarantee, risk assessment
Wprowadzenie
Ze względu na sposób klasyfikacji, w kraju znajduje się tylko jeden obiekt unieszko-dliwiania odpadów wydobywczych (OUOW) dużej skali i jest to OUOW ŻELA-ZNY MOST, należący do KGHM Polska Miedź S.A. w Lubinie.
Przedmiotowy obiekt jest w ciągłym użytkowaniu od 1977 r. Dotychczas zdepo-nowano w nim blisko ~700 mln m3 odpadów z flotacji rud miedzi. Odpady, powstają-ce w znacznych ilościach, są nieodzownym elementem ciągu technologicznego przemysłu wydobywczego, w szczególności przy tak nisko okruszcowanych rudach, jak ma to miejsce w LGOM. Obiekt planowano docelowo zamknąć po wyczerpaniu się zasobów złóż rud miedzi, przy czym dobra koniunktura na rynkach metali pozwa-la ppozwa-lanować eksploatację co najmniej do roku 2042. Rocznie w obiekcie deponowa-nych jest około 27 mln Mg odpadów flotacyjdeponowa-nych (27 924 504 mln Mg w 2011 r.). Przy tak postawionych planach docelowa pojemność projektowa wyniesie ponad 1 mld m3, czyniąc go jednym z największych tego typu obiektów na świecie. Aktual-ne parametry techniczAktual-ne obiektu przedstawia tabela 1.
Tabela 1. Parametry techniczne OUOW ŻELAZNY MOST [wg danych KGHM Polska Miedź S.A. O/Zakład Hydrotechniczny]
Parametry techniczne Stan na dzień
31.12.2012 r. 31.12.2013 r. 30.04.2015 r. Powierzchnia całkowita obiektu [ha] 1 394,0 1 394,0 1 394,0 Powierzchnia czynna OUOW* 1 239,0 1 239,0 1 239,0
Powierzchnia plaż [ha] 762 765 722
Powierzchnia akwenu [ha] 477 474 517
Rzędna piętrzenia w OUOW [m n.p.m.] 171,63 173,54 175,06 Objętość odpadów w obiekcie narastająco w
[mln m3] 522,37 539,95 627,35
Objętość wody nadosadowej w akwenie
[mln m3] 6,95 6,50 4,9
*– powierzchnia liczona po obwodzie rurociągu rozprowadzającego na rzędnej 175,00 m n.p.m. Powierzchnię tę zaczęto wyznaczać od początku 2012 r.
Na podstawie zalecenia Zespołu Ekspertów Międzynarodowych (ZEM) od 2000 r. w procesie rozbudowy OUOW ŻELAZNY MOST powyżej rzędnej 160,00 m n.p.m., w celu zapewnienia bezpiecznego funkcjonowania obiektu, wykorzystuje się metodę obserwacyjną. Jej istotą jest ocena stanu geotechnicznego w oparciu o wyniki ba-dań i obserwacji prowadzonych na obiekcie w kolejnych fazach jego projektowania, budowy i eksploatacji.
Skala obiektu wymusza stosowanie szeregu rozwiązań technicznych, jak i inży-nieryjno-prawnych, służących zachowaniu wysokiego poziomu bezpieczeństwa (przede wszystkim stateczności zapór). Środki techniczne wykorzystywane na obiekcie można podzielić na:
zabezpieczenie budowli hydrotechnicznej przeciwko wystąpieniu awarii (systemy odwodnień i odprowadzania nadmiaru wód),
zabiegi stabilizujące konstrukcję, polegające na przesunięciu do wnętrza obiektu fragmentów zapór i tworzenie plateau oraz budowa nasypów docią-żających u podstawy fragmentów zapór,
monitoring obiektu na wypadek wystąpienia awarii, w skład którego wcho-dzą następujące elementy:
monitoring geodezyjny służący kontroli i ocenie przemieszczeń i od-kształceń elementów obiektu głównego i konstrukcji związanych, monitoring hydrotechniczny i geotechniczny, pozwalający ocenić
warun-ki filtracji i określić parametry geotechniczne poszczególnych materiałów w obrębie korpusu i podłoża zapór,
monitoring hydrologiczny i meteorologiczny obejmujący obserwację zjawisk meteorologicznych, szczególnie intensywności opadów i wiatru, monitoring sejsmiczny, pozwalający ocenić oddziaływanie wstrząsów
indukowanych działalnością górniczą w rejonie obiektu.
Regularne pomiary i obserwacje prowadzone w ramach monitoringu na obszarze OUOW ŻELAZNY MOST mają przede wszystkim na celu:
ocenę konsekwencji oddziaływania obiektu na stan środowiska w jego bez-pośrednim otoczeniu,
ocenę stanu technicznego obiektu,
ocenę ryzyka związanego z funkcjonowaniem obiektu. Z kolei środki inżynieryjno-prawne to:
dokumenty z zakresu bezpieczeństwa (ocena ryzyka, wewnętrzny plan ope-racyjno-ratowniczy, instrukcje ppoż. etc.),
fundusz likwidacji obiektu oraz gwarancje finansowe na wypadek przed-wczesnego zamknięcia obiektu.
W artykule skupiono się przede wszystkim na drugiej z ww. grup.
1. Uregulowania prawne
Przez wiele lat obiekty, w dawnej nomenklaturze nazywane składowiskami, nie były regulowane w kwestii bezpieczeństwa przez osobne ustawodawstwo, zarówno na forum unijnym, jak i krajowym. W zakresie poważnych awarii przemysłowych obo-wiązywała Dyrektywa Seveso II [15], odnosząca się jednakże do prewencji i skutków wynikających z użytkowania substancji niebezpiecznych. Należy tutaj zaznaczyć, że odpady flotacyjne nie zawsze są klasyfikowane jako odpady niebezpieczne (np. w przemyśle miedziowym stanowią one głównie drobno zmieloną skałę, zawierającą
śladowe ilości substancji chemicznych z procesu odzysku). Po serii poważnych awarii, jakie wystąpiły w Europie, począwszy od Baia Mare i Baia Borsa (obie w 2000 r. w Rumunii) i kopalni Aitik (2000 r.) w Szwecji, Komisja Europejska wydała komunikat, w którym wykazała potrzebę ustanowienia odrębnych uregulowań praw-nych, pozwalających na wprowadzenie narzędzi zarządzania ryzykiem funkcjono-wania tego typu obiektów [13]. Działania te zostały podjęte niezależnie od rozwiązań stosowanych w skali świata (szczegółową bazę poważnych awarii zapór prowadzi amerykańska jednostka International Commission on Large Dams (ICOLD), której rejestr obejmuje okres od 1917 r. [10]).
Zidentyfikowano potrzebę zabezpieczenia interesów środowiska i społeczeń-stwa, jednakże w sposób możliwie zrównoważony dla przedsiębiorców. Wprowa-dzony do prawa zbiór przepisów (z założenia zunifikowanych) pozwolił na usystema-tyzowanie zagadnień związanych z bezpieczeństwem funkcjonowania składowisk odpadów pogórniczych, nazywanych w nowej nomenklaturze obiektami unieszko-dliwiania odpadów wydobywczych (w tekście również jako OUOW).
Stosowne prawo unijne zostało uchwalone w 2006 r. w postaci Dyrektywy Par-lamentu Europejskiego i Rady nr 2006/21/WE z dnia 15 marca 2006 r. w sprawie
gospodarowania odpadami pochodzącymi z przemysłu wydobywczego [16],
trans-ponowanej następnie do prawa krajowego poprzez zapisy Ustawy z dnia 10 lipca 2008 r. o odpadach wydobywczych [23].
Uchwalona ustawa miała przede wszystkim regulować kwestie formalnoprawne prowadzenia (budowy, eksploatacji i zamknięcia) obiektu unieszkodliwiania odpa-dów wydobywczych.
Wprowadzono kategoryzację OUOW ze względu na ich skalę i potencjalne za-grożenie dla środowiska. Najwyższą kategorię A uzyskały obiekty, dla których: „brak działania lub niewłaściwe działanie mogłoby spowodować poważny wypadek”, ob-warowane szczególnymi przepisami.
Zaistniały formalnie nowe pojęcia: program gospodarowania odpadami
wydo-bywczymi, ocena ryzyka, gwarancje finansowe.
W szczególności narzędzie gwarancji finansowych, przewidziane dla obiektów kategorii A, miało być nowym rozwiązaniem, służącym zabezpieczeniu środowiska, jak oczekiwano, umożliwiającym usunięcie skutków poważnego zdarzenia awaryj-nego (w jego maksymalnym zasięgu). Odmiennie w stosunku do, na przykład, roz-wiązań górniczych, gdzie w trakcie prowadzonej działalności gromadzi się środki funduszu likwidacji – już przed rozpoczęciem składowania, posiadacza odpadów wydobywczych zobowiązano do ustanowienia gwarancji finansowej lub jej ekwiwa-lentu. Gwarancja lub jej ekwiwalent w założeniach ma, jako niezależne narzędzie finansowania, zabezpieczyć koszty zamknięcia i rekultywacji obiektu w sytuacji jego nieplanowanego wyłączenia z eksploatacji. Wprowadzono więc istotne dodatkowe obciążenie przedsiębiorcy.
W przeciwieństwie do założeń części ekspertów, z definicji gwarancji wyłączono koszty usuwania konsekwencji wystąpienia poważnego w skutkach zdarzenia awa-ryjnego. Głównym postulatem takiego właśnie podejścia był brak skutecznych i wia-rygodnych narzędzi szacowania skutków katastrof, niestandaryzowane metody sza-cowania ryzyka oraz określania scenariuszy awaryjnych, szczególnie przy tak dużej skali obiektów kategorii A. Nie wypracowano również metodyki oceny skutków śro-dowiskowych i społecznych oraz przeliczania ich na wymiar finansowy. W ten spo-sób narzędzie gwarancji z jednej strony mocno spłycono, z drugiej jednak zaoszczę-dzonoprzedsiębiorcomponoszeniazawyżanychwnieuzasadnionysposóbkosztów
gwarancji. Dlatego też nacisk położono na rozbudowanie znaczenia także innych narzędzi (zgodnie z ustawą o odpadach wydobywczych), np. oceny ryzyka i monitoringu obiektu.
Do ustawy o odpadach wydobywczych wydano szereg aktów wykonawczych [18-21], z których istotne znaczenie dla zarządzania bezpieczeństwem obiektu kategorii A ma Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 11 lutego 2015 r. w sprawie
gwa-rancji finansowej i jej ekwiwalentu dla obiektu unieszkodliwiania odpadów wydobyw-czych [22], wydane na podstawie artykułu 32 ust 6 przedmiotowej ustawy. Cytowany
akt prawny realizuje zapisy decyzji Komisji Europejskiej z dnia 20 kwietnia 2009 r.
w sprawie technicznych wskazówek w celu ustanowienia gwarancji finansowej
zgodnie z dyrektywą 2006/21/WE Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie
go-spodarowania odpadami pochodzącymi z przemysłu wydobywczego [14].
W przytoczonym dokumencie Komisja podała dla państw członkowskich jednolite podstawy obliczenia gwarancji finansowej, gdzie wymieniono niezbędne do oszaco-wania składowe, mogące mieć wpływ na wysokość kwoty gwarancji. A są to:
Krótko- i długoterminowe skutki oddziaływania obiektu unieszkodliwiania odpadów na środowisko i zdrowie człowieka,
planowany sposób i kierunek docelowej rekultywacji obiektu,
uwarunkowania prawne w ochronie środowiska, ustalające normatywy gra-niczne dla poszczególnych komponentów środowiska,
środki techniczne niezbędne do ograniczenia stwarzanego potencjalnego zagrożenia obiektu dla środowiska, łącznie z usuwaniem zanieczyszczeń, jeżeli taka ewentualność związana z normalną pracą obiektu została ziden-tyfikowana,
wszelkie środki techniczne i nietechniczne zapewniające bezpieczne pro-wadzenie obiektu na etapie jego zamykania i po jego zamknięciu, ze szcze-gólnym uwzględnieniem monitoringu obiektu, aż do czasu, gdy przestanie być on wymagany.
2. Gwarancja finansowa dla OUOW ŻELAZNY MOST
Dla OUOW ŻELAZNY MOST sumę gwarancji wyznaczono dla przyjętego założenia, mówiącego o likwidacji docelowego obiektu, a więc maksymalnych możliwych do poniesienia kosztów zamknięcia. Finalna wysokość bezwzględna zapór OUOW ŻELAZNY MOST na koniec jego eksploatacji sięgnie 195,00 m n.p.m. Całkowita suma gwarancyjna dla okresu zamknięcia oraz fazy poeksploatacyjnej obliczona została w oparciu o:
dostępną koncepcję zamykania obiektu w projekcie jego rozbudowy, ustala-jącą m.in. docelowy kierunek rekultywacji,
przeprowadzoną szczegółową inwentaryzację sieci oraz obiektów hydro-transportu odpadów i wód technologiczno-kopalnianych OUOW ŻELAZNY MOST,
zewidencjonowane całkowite koszty prowadzenia monitoringu obiektu oraz rzeczywiste koszty działań redukujących jego oddziaływanie na środowisko (praca studni drenażu, stabilizacja plaż przed pyleniem i inne),
wynikające z prawa ochrony środowiska przepisy, nakazujące min. 30-letni okres prowadzenia monitoringu obiektu po jego zamknięciu,
szacowane koszty projektowanych zadań inwestycyjnych, określone z uży-ciem wskaźników cenowych (wskaźniki cenowe zawierają wartość odnie-sioną do jednostek miary właściwych do określenia poszczególnych części składowych zakresu rzeczowego – wielkość obiektów, urządzeń, robót, prac itp.),
dostępne materiały źródłowe, m.in.: dane własne KGHM CUPRUM sp. z o.o. oraz KGHM Polska Miedź O/ZH w Rudnej, Biuletyny Cen Robót Przy-gotowawczych, Wartości Kosztorysowe Inwestycji (WKI) oraz Zagregowane Wskaźniki Waloryzacyjne Sekocenbud.
Obliczona wysokość sumy gwarancyjnej zgodnie z cytowanym wyżej Rozporzą-dzeniem Ministra Środowiska z dnia 11 lutego 2015 r. w sprawie gwarancji
finanso-wej i jej ekwiwalentu dla obiektu unieszkodliwiania odpadów wydobywczych [22],
będzie podlegać waloryzacji o wskaźnik cen produkcji budowlano-montażowych, co najmniej w terminie przeglądu (lub zmiany) programu gospodarowania odpadami wydobywczymi dla ŻELAZNEGO MOSTU.
Ww. rozporządzenie ws. gwarancji finansowej lub jej ekwiwalentu dla OUOW podaje dopuszczalne jej formy (§ 4. ust.1) i są to:
depozyt na odrębnym rachunku bankowym, wskazanym przez organ wła-ściwy do wydania zezwolenia na prowadzenie obiektu,
wydzielone środki pieniężne na specjalnie do tego celu utworzonym rachun-ku bankowym z dostępem na rzecz organu właściwego do wydania zezwo-lenia na prowadzenie danego OUOW,
gwarancja bankowa,
gwarancja ubezpieczeniowa, umowa ubezpieczenia.
Pod względem finansowym rozwiązania proponowane przedsiębiorcy, bez względu na swoje wady i zalety, stanowią dla niego przede wszystkim istotne dodat-kowe obciążenie. Interes prowadzącego obiekt ma jednak tutaj drugorzędne zna-czenie. Po pierwsze, zabezpieczony został interes środowiska, a po drugie, ustawo-dawca umocował na przedsiębiorcy odpowiedzialność za usunięcie skutków jego działalności dla środowiska związanej z obiektem.
Co należy podkreślić, obowiązek uwzględniania kosztów likwidacji i rekultywacji terenów pogórniczych w sprawozdaniach finansowych istnieje już od dawna – nało-żyła go ustawa o rachunkowości oraz tzw. Międzynarodowe Standardy Rachunko-wości (MSR – dokument MSR 37) [11]. W efekcie przedsiębiorca ponosi podwójnie koszt związany de facto z likwidacją zakładów górniczych. Niewątpliwie taka sytua-cja może znacząco pogorszyć konkurencyjność podmiotów [6].
Mając na celu minimalizację obciążeń finansowych, KGHM Polska Miedź S.A. w Lubinie, prowadząc jedyny tego typu obiekt kategorii A w Polsce, na etapie kon-sultacji przedmiotowego rozporządzenia z Ministerstwem, uzyskał możliwość fina-sowania gwarancji w formie weksla, jednakże nie dalej niż do roku 2022 (§ 5 cyto-wanego Rozporządzenia Ministra Środowiska). Ustawodawca dopuścił wyłącznie częściowe oraz malejące w stosunku rocznym pokrycie gwarancji w tej formie (do 80% w roku 2015, następnie – 10%/rok i 0% w 2023 r.). Czasowo więc umożliwiono KGHM Polska Miedź S.A. ograniczenie blokowania środków pieniężnych spółki lokowanego na ten cel w formie depozytu na odrębnym rachunku bankowym. Nie zmienia to jednak faktu, że weksel jest zobowiązaniem finansowym, wpływającym na wynik finansowy Spółki, a w kolejnych latach i tak czeka ją podjęcie decyzji doty-czącej wyboru gwarancji w formie dopuszczonej prawnie.
Summa summarum, podejście zaproponowane przez Komisję Europejską (KE)
jest mimo wszystko ulgowym potraktowaniem przedsiębiorców w zakresie rodzaju informacji branych pod uwagę i samej metody wyliczania gwarancji finansowych. Gwarancje finansowe są dodatkowym obciążeniem budżetów przedsiębiorstw gór-niczych. W większości ich zakres był jak dotąd objęty funduszem likwidacji obiektów kopalnianych, który, ze względu na tzw. standardy makroekonomiczne oraz wymogi prawa górniczego, jest obligatoryjny. Jednakże kierunek postępowania KE jest słuszny, choćby ze względu na rozmiary OUOW. Co ciekawe jednak, z narzędzia gwarancji jak dotąd pominięty został główny element, tj. zabezpieczenie roszczeń z tytułu wystąpienia poważnej awarii i zaistnienia szkód w środowisku.
3. Ocena ryzyka dla obiektu unieszkodliwiania odpadów wydobywczych
Obowiązujące akty prawne z zakresu składowania odpadów, np. Dyrektywa 2006/21/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 15 marca 2006 r. w sprawie
gospodarowania odpadami pochodzącymi z przemysłu wydobywczego oraz zmie-niająca dyrektywę 2004/35/WE [16], czy też Ustawa z dnia 10 lipca 2008 r. o odpa-dach wydobywczych [23], wskazują na konieczność przeprowadzenia oceny ryzyka
dla obiektów unieszkodliwiania odpadów wydobywczych. Potrzeba uwzględnienia wszystkich związków i interakcji pomiędzy parametrami i wymuszeniami o charakte-rze losowym warunkuje, że analiza ryzyka funkcjonowania obiektu unieszkodliwiania odpadów wydobywczych jest zagadnieniem matematycznie skomplikowanym i zło-żonym. Dotychczas w przypadku OUOW ŻELAZNY MOST dokonano oceny ryzyka z wykorzystaniem rozwiązań opartych na analizie drzew zdarzeń [3, 4] oraz sieci bayesowskiej [7]. KGHM Cuprum sp. z o.o. CBR [9] zaproponowało jednak prze-prowadzenie „częściowej” analizy ryzyka w oparciu o zasady metody probabilistycz-nego szacowania ryzyka (ang. Probabilistic Risk Assessment, PRA) [8], zgodnie z zalecanymi etapami procedury, adresowanymi do powierzchniowych konstrukcji wykonanych z odpadów flotacyjnych. W zastosowaniu do obiektów unieszkodliwia-nia odpadów wydobywczych ogólny schemat procedury PRA składa się z następu-jących etapów:
1. Opracowanie modelu obiektu;
2. Identyfikacja możliwych zagrożeń/zdarzeń awaryjnych;
3. Analiza częstości/prawdopodobieństwa wystąpienia zdarzeń awaryjnych; 4. Analiza konsekwencji zdarzeń awaryjnych;
5. Liczbowe oszacowanie i ocena ryzyka; 6. Zalecenia dotyczące redukcji ryzyka.
3.1. Model obiektu
Problemy związane z ryzykiem funkcjonowania obiektów unieszkodliwiania odpa-dów wydobywczych są rozwiązywane głównie jako zagadnienie stateczności zapór i obwałowań [8]. Tym samym do celów analizy ryzyka funkcjonowania OUOW ŻE-LAZNY MOST zaimplementowano model mechaniczno-funkcjonalny obiektu, skła-dający się z takich elementów, jak geometria, wymiary, układ przestrzenny zdepo-nowanych odpadów, parametry geotechniczne materiałów w obrębie zapór i podłoża
gruntowego oraz warunki hydrogeologiczne (rys. 1), który posłużył do oszacowania prawdopodobieństwa utraty stateczności zapór.
Rys. 1. Przykład przekroju obliczeniowego przez zaporę wschodnią OUOW ŻELAZNY MOST
3.2. Identyfikacja możliwych zagrożeń
Przegląd przypadków awarii obiektów unieszkodliwiania odpadów wydobywczych w Europie i na świecie stanowił podstawę do rozpoznania możliwych zagrożeń związanych z ich funkcjonowaniem. Zidentyfikowano pewne warunki sprzyjające zniszczeniu zapór takiego obiektu, jak OUOW ŻELAZNY MOST (obiekt kategorii A). Problemy związane z jego funkcjonowaniem powinny być analizowane głównie pod kątem stateczności zapór i obwałowań. Do przerwania/osunięcia zapory dochodzi najczęściej w wyniku intensywnych opadów deszczu, utraty kontroli nad poziomem zwierciadła wód technologicznych na powierzchni obiektu, upłynnienia materiału po wstrząsie sejsmicznym, zwiększonych ciśnień porowych czy osiadania lub poślizgu warstw podłoża [2, 12]. Tym samym stwierdzono, że stateczność zapór obiektu unieszkodliwiania odpadów wydobywczych, a co za tym idzie – ryzyko związane z jego funkcjonowaniem, należy rozpatrywać z uwzględnieniem niepewności repre-zentowanej przez:
losowość wpływów zewnętrznych (np. opadów atmosferycznych), losowe właściwości materiałów, z których zbudowany jest obiekt,
skutki oddziaływania lodowca na podłoże, na którym posadowiony jest obiekt,
losowy charakter obciążeń, zwłaszcza wywołanych wstrząsami parasej-smicznymi indukowanymi działalnością człowieka.
3.3. Analiza prawdopodobieństwa wystąpienia zdarzeń awaryjnych W kontekście nietypowych warunków atmosferycznych związanych z intensywnymi opadami deszczu rozważano hipotetyczną sytuację całkowitego wypełnienia zbior-nika OUOW ŻELAZNY MOST przy wysokości zapór 175,00 m n.p.m. Analiza wyka-zała, że zjawisko inicjujące awarię, czyli opad miesięczny 1500 mm, jest mało moż-liwe, gdyż prawdopodobieństwo jego pojawienia oszacowano na 8,5E-6 [8]. Wobec tego możliwy wpływ opadów na stateczność zapór został pominięty w dalszych roz-ważaniach.
Problem stateczności skarp rozwiązano jako zagadnienie dwuwymiarowe w pła-skim stanie odkształcenia. Analizowano przebieg możliwych powierzchni poślizgu
w płaszczyźnie przekrojów obliczeniowych przez zapory OUOW ŻELAZNY MOST, z wykorzystaniem dwóch metod równowagi granicznej: uproszczonej metody Bisho-pa i metody Morgensterna-Price’a [8]. W efekcie przeprowadzonych obliczeń uzy-skano następujące rezultaty dla zapór po rozbudowie do rzędnej 185,00 m n.p.m. (aktualne zezwolenie na prowadzenie OUOW):
deterministyczne i średnie wartości wskaźników stateczności w poszczegól-nych przekrojach obliczeniowych,
prawdopodobieństwa niestateczności zapór dla parametrów materiałowych, traktowanych jako zmienne losowe o rozkładzie normalnym,
prawdopodobieństwa niestateczności zapór, z uwzględnieniem statystycznej niejednorodności materiałów i obciążeń sejsmicznych.
W analizie uwzględniono oddziaływanie parasejsmiczne, indukowane działalno-ścią górniczą w O/ZG „Rudna” i O/ZG „Lubin” (eksploatacja prowadzona najbliżej obszaru OUOW), wprowadzając kierunkowe współczynniki sejsmiczne, obliczone dla każdego rozpatrywanego przekroju na bazie przyspieszeń wstrząsów wysokoe-nergetycznych o energii większej lub równej 106J, zarejestrowanych w latach 2002- -2014 na stanowisku 8W, zlokalizowanym na zachodniej zaporze obiektu.
Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 20 kwietnia 2007 r.
w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle hydrotech-niczne i ich usytuowanie [17], OUOW ŻELAZNY MOST zalicza się do budowli
hy-drotechnicznych I klasy ważności. W przypadku obiektu tego typu przyjmuje się następujące założenia związane z dopuszczalnymi wartościami współczynnika sta-teczności:
1,5 dla podstawowego układu obciążeń, 1,3 dla wyjątkowego układu obciążeń.
Zgodnie z rankingiem, zaproponowanym przez International Tunneling and Un-derground Space Association (ITA) [5], dopuszczalne prawdopodobieństwo wystą-pienia awarii przyjęto jako 1,0E-04.
Wyniki deterministycznych analiz stateczności wskazują na to, że zapory obiektu głównego OUOW ŻELAZNY MOST nadbudowane do rzędnej 185,00 m n.p.m. po-zostaną bezpieczne, gdyż zostały spełnione kryteria zachowania obowiązujących współczynników pewności. Najniższa wartość wskaźnika stateczności, zaobserwo-wana dla jednego z przekrojów na zaporze południowej, wynosi bowiem 1,616 [9] i jest wyższa od dopuszczalnej dla podstawowego układu obciążeń.
Przeprowadzona analiza probabilistyczna uwzględniająca statystyczną niejedno-rodność materiałów i oddziaływania sejsmicznego pozwala stwierdzić, że prawdo-podobieństwo niestateczności zapór po ich podwyższeniu do rzędnej 185,00 m n.p.m. jest obecnie wyjątkowo małe. Najwyższe prawdopodobieństwo awarii wyno-szące 1,72E-09 [9] zaobserwowano dla jednego z przekrojów na zaporze wschod-niej i jest ono znacznie mwschod-niejsze od dopuszczalnego.
3.4. Analiza konsekwencji zdarzeń awaryjnych
Wyniki monitoringu geodezyjnego, prowadzonego na OUOW ŻELAZNY MOST, wykazały, że rejonami podlegającymi wzmożonym deformacjom są środkowa część zapory wschodniej oraz dwa rejony zapory północnej. Jednakże najwyższe oszaco-wane prawdopodobieństwo utraty stateczności w przypadku zapory północnej wy-niosło jednie 1,28E-10, natomiast zapory wschodniej – 1,72E-09.
W związku z obserwowanymi deformacjami zapór przeprowadzono analizę kon-sekwencji dla przypadku przerwania zapory wschodniej i północnej. Ze względu na ograniczony obszar, objęty ewentualnym wyciekiem zawartości zbiornika, i istnienie systemu monitoringu ostrzegawczego na OUOW ŻELAZNY MOST główne następ-stwa przerwania zapory są związane jedynie z aspektem ekonomicznym i środowi-skowym. Ryzyko utraty życia ludzkiego w tym przypadku jest pomijalne [7].
Na podstawie zasięgu prognozowanych wypływów i obecnego sposobu zago-spodarowania zagrożonych terenów określono możliwe konsekwencje przerwania zapór północnej i wschodniej Obiektu Głównego OUOW ŻELAZNY MOST zgodnie z trzema scenariuszami awarii. W pierwszym i drugim z nich następuje turbulentny wypływ wody wyłącznie z akwenu wód technologicznych na skutek awarii odpo-wiednio zapory północnej i wschodniej. Natomiast trzeci scenariusz opisuje wypływ mieszaniny wody i odpadów zgodnie z modelem Binghama [7], w wyniku przerwania zapory wschodniej. Konsekwencje awarii zapór określono w postaci kosztów zwią-zanych z prowadzeniem działań naprawczych na obszarach zniszczonych przez wyciek odpadów z obiektu, obejmujących:
zebranie i wywóz odpadów, remediację gleby,
zadrzewienie zniszczonych terenów leśnych,
zagospodarowanie zniszczonych użytków zielonych, odbudowę dróg publicznych.
W kalkulacji konsekwencji uwzględniono także koszt odszkodowań z tytułu zniszczonych gruntów uprawnych oraz zabudowań. Zrealizowanie wszystkich dzia-łań wiązałoby się z kosztami rzędu 1,1 mld zł w przypadku przerwania zapory wschodniej i wypływu mieszaniny wody i odpadów do około 15,5 mld zł w przypadku awarii zapory północnej i turbulentnego wypływu wody ze zbiornika (szacunki wła-sne KGHM CUPRUM [9]).
3.5. Liczbowe oszacowanie ryzyka
Pojęcie ryzyka ma charakter wybitnie abstrakcyjny. Zgodnie z ISO Guide 73:2009 [1] ryzyko definiuje się jako efekt niepewności w odniesieniu do ustalonych celów. Na potrzeby analizy zgodnie z procedurą PRA ryzyko funkcjonowania OUOW ŻE-LAZNY MOST przedstawiono jako funkcję prawdopodobieństwa awarii zapory i konsekwencji takiego zdarzenia:
(1) gdzie:
PF – maksymalne obliczone wartości prawdopodobieństwa utraty stateczności za-pory północnej lub wschodniej,
KOSZT – koszty usunięcia konsekwencji związanych z wyciekiem odpadów.
Pomimo wysokich kosztów przewidywanych na usunięcie następstw przerwania zapór OUOW ŻELAZNY MOST i wycieku fali odpadów na sąsiadujące tereny (koszt od ~1,1 mld zł dla zapory wschodniej do ~15,5 mld zł dla zapory północnej) ryzyko związane z tego typu awarią, wyrażone w postaci kosztów, ocenia się jako względ-nie małe ze względu na niskie oszacowane prawdopodobieństwa utraty stateczności
zapór (1,72E-09 dla zapory wschodniej i 1,28E-10 dla zapory północnej). Ryzyko obliczone zgodnie z zależnością (1) odpowiednio dla zapory wschodniej (2) i pół-nocnej (3) wynosi bowiem:
(2) (3)
Podsumowanie i wnioski
Na podstawie przeprowadzonych analiz należy stwierdzić, że po podwyższeniu zapór do 185,00 m n.p.m. oraz przy możliwych obciążeniach sejsmicznych ryzyko awarii o charakterze konstrukcyjnym obiektu OUOW ŻELAZNY MOST jest względ-nie małe. Mimo to stan obiektów uwzględ-nieszkodliwiania odpadów wydobywczych katego-rii A, czy budowli hydrotechnicznych klasy I, jak OUOW ŻELAZNY MOST, funkcjo-nujących w warunkach zagrażających bezawaryjnej ciągłości pracy, musi być na bieżąco weryfikowany, z wykorzystaniem złożonych systemów kontrolno- -pomiarowych. Ocena sprawności technicznej ich konstrukcji jest zadaniem skom-plikowanym i wymagającym specjalnych rozwiązań. Wiąże się to głównie ze zmien-nością i losowością wpływów zewnętrznych, obciążeń wywołanych wstrząsami indu-kowanymi działalnością górniczą oraz właściwości materiałów budujących obiekt, które należy uwzględnić w analizie ryzyka ich funkcjonowania. W związku z tym zalecaną metodą probabilistycznego szacowania ryzyka jest procedura PRA, adre-sowana do powierzchniowych konstrukcji wykonanych z odpadów flotacyjnych.
Abstrahując od wielkości obciążeń finansowych, jakim dodatkowo z tytułu wpro-wadzenia narzędzia gwarancji finansowych poddawany jest przedsiębiorca, wraz z opisaną w artykule oceną ryzyka wystąpienia poważnego zdarzenia awaryjnego, wprowadzone rozwiązania prawno-inżynieryjne sumarycznie dają bardzo skuteczny poziom ochrony obiektu i przede wszystkim otoczenia. Dzięki temu OUOW ŻELA-ZNY MOST, jako największa tego typu nadpoziomowa budowla hydrotechniczna w Europie, pomimo całego spektrum problemów techniczno-technologicznych, reali-zuje od lat prawidłową i niezakłóconą pracę.
Bibliografia
[1] AIRMIC, 2010, A structured approach to Enterprise Risk Management (ERM) and the requirements of ISO 31000. https://www.theirm.org/media/886062/ISO3100_doc.pdf (dostęp 01.07.2015).
[2] Azam S., Li Q., 2010, Tailings dam failures: a review of the last one hundred years. Geotechnical News, http://www.infomine.com/library/publications/docs/Azam2010.pdf (dostęp 04.09.2014).
[3] D’Appolonia, 2011a, „Żelazny Most” Tailings Pond – FMECA Report (Doc. No. 10-744- -H1, Rev. 0-July 2011), Raport dla KGHM Cuprum sp z o.o., Wrocław (raport niepubli-kowany).
[4] D’Appolonia, 2012a, Risk Assessment of „Żelazny Most” Tailings Pond – Phase 2C Report (Doc. No. BLG-10-744-H5 Final – November 2012), Raport dla KGHM Cuprum sp. z o.o., Wrocław (raport niepublikowany).
[5] ITA, 2002, Guidelines for Tunneling Risk Management. International Tunnel Association Working Group (ITAWG), no. 2.
[6] Kulczycka J., Pietrzyk-Sokulska E., Uberman R., Koneczna R., 2012, Wytyczne w spra-wie spra-wielkości i formy gwarancji finansowej dla obiektów unieszkodliwiania odpadów wy-dobywczych, Wydawnictwo Instytutu GSMiE PAN, Kraków.
[7] NGI, 2014, Extended risk analysis of OUOW „Żelazny Most” TSF, Review of previous studies and extended risk analysis (draft report).
[8] Pytel W., Mertuszka P., Świtoń J., 2010, Wskazanie i analiza możliwych zagrożeń wy-stąpienia poważnego wypadku na składowisku odpadów „Żelazny Most”, KGHM CU-PRUM sp. z o.o. Centrum Badawczo-Rozwojowe, Wrocław (raport niepublikowany). [9] Pytel W., Mertuszka P., Świtoń J., 2014, Ocena ryzyka dla OUOW „Żelazny Most”
w związku z jego rozbudową do rzędnej 185,00 m n.p.m. w granicach gmin Rudna i Grębocice, KGHM CUPRUM sp. z o.o. Centrum Badawczo-Rozwojowe, Wrocław (ra-port niepublikowany).
[10] Rico M., Benito G., Salgueiro A.R., Díez-Herrero A., Pereira H.G., 2008, Reported tail-ings dam failures. A review of the European incidents in the worldwide context, Journal of Hazardous Materials, vol. 152, iss. 2, s. 846-852.
[11] Uberman R., Uberman R., 2010, Likwidacja kopalń i rekultywacja terenów pogórniczych w górnictwie odkrywkowym, Problemy techniczne, prawne i finansowe, Wydawnictwo IGSMiE PAN, Kraków.
[12] WISE, 2014, World Information Service of Energy. Chronology of major tailings dam failure. WISE Uranium Project, Tailings Dam Safety. http://www.wise-uranium.org/mdaf.html (dostęp 04.09.2014).
[13] COM, 2001, Proposal for a Directive of the European Parliament and of the Council amending Council Directive 96/82/EC of 9 December 1996 on the control of major-accident hazards involving dangerous substances. 624 final, 2001/0257, Bruksela, http://www.sazp.sk/seveso/Doc/sev2/96_82angl.pdf (dostęp 26.07.2015).
[14] Decyzja Komisji Europejskiej 2009/335/WE z dnia 20 kwietnia 2009 r. w sprawie tech-nicznych wskazówek w celu ustanowienia gwarancji finansowej zgodnie z dyrektywą 2006/21/WE Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie gospodarowania odpadami pochodzącymi z przemysłu wydobywczego (notyfikowana jako dokument nr C(2009) 2798).
[15] Dyrektywa Seveso II, Dyrektywa Rady 96/82/WE z dnia 9 grudnia 1996 r. w sprawie kontroli niebezpieczeństwa poważnych awarii związanych z substancjami niebezpiecz-nymi (Dz. Urz. WE L 10 z 14.01.1997 s. 1-68), Polskie wydanie specjalne: Rozdział 05, Tom 02, s. 410-430, tekst jednolity: http://www.ciop.pl/18405.html.
[16] Dyrektywa 2006/21/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 15 marca 2006 r. w sprawie gospodarowania odpadami pochodzącymi z przemysłu wydobywczego oraz zmieniająca dyrektywę 2004/35/WE (DzU L 102 z 11.4.2006, s. 15).
[17] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 20 kwietnia 2007 r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budowle hydrotechniczne i ich usytuowanie (DzU 2007.86.579).
[18] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 5 kwietnia 2011 r. w sprawie szczegóło-wych kryteriów klasyfikacji obiektów unieszkodliwiania odpadów wydobywczych (DzU 2011.86.477).
[19] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 15 lipca 2011 r. w sprawie kryteriów zali-czania odpadów wydobywczych do odpadów obojętnych (DzU 2011.175.1048).
[20] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 20 czerwca 2013 r. w sprawie charaktery-styki odpadów wydobywczych (DzU 2013.0.759).
[21] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 29 maja 2014 r. w sprawie prowadzenia monitoringu obiektu unieszkodliwiania odpadów wydobywczych (DzU 2014.0.875). [22] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 11 lutego 2015 r. w sprawie gwarancji
fi-nansowej i jej ekwiwalentu dla obiektu unieszkodliwiania odpadów wydobywczych (DzU 2015.0.311).
[23] Ustawa z dnia 10 lipca 2008 r. o odpadach wydobywczych (DzU 2008, nr 138, poz. 865).