Ukládání v hlubinných dolech Do vydobytých prostor v hlubinných dolech byly odpadní materiály ukládány už v samých počátcích hornických prací. Zpočátku šlo pouze o hlušinu, kterou bylo nutno rozrušovat a přemísťovat, aby bylo vůbec možno požadovaný užitkový nerost těžit. Hlušina byla produktem...
Ukládání v hlubinných dolech
Do vydobytých prostor v hlubinných dolech byly odpadní materiály ukládány už v samých počátcích hornických prací. Zpočátku šlo pouze o hlušinu, kterou bylo nutno rozrušovat a přemísťovat, aby bylo vůbec možno požadovaný užitkový nerost těžit. Hlušina byla produktem ražby chodeb v neproduktivních horninách a nebyla těžena na povrch, ale zakládala se bezprostředně do vydobytých prostor.
Zvýšila se sice pracnost, ale bylo dosahováno úspor, protože nebylo nutno dopravovat jalovinu na povrch. Tím zároveň docházelo samovolně ke snižování ekologického zatěžování krajiny, kde by jinak bylo nutno zřizovat odvaly hlušiny.
Vývojem hornictví a jeho specializací na různá odvětví roste těžba a sortiment těživa. Vznikají stále větší vydobyté prostory ve stále větších hloubkách, což nabízí nebývalé možnosti zbavit se všeho, co obtěžuje člověka na povrchu, zejména odpadů.
Avšak zdaleka ne všechny odpady lze ukládat kamkoliv, kde je pro to volné místo. V popředí figurují především důvody ekologické. To platí v plném rozsahu i o podzemí.
NEHOMOGENNÍ MASÍV
Horninový masív není v celém svém rozsahu ani zdaleka homogenní a kompaktní útvar. Není tedy schopen za všech okolností eliminovat prosaky vod a plynů z vydobytých prostor do trhlin, puklin a pórů umožňujících komunikaci s povrchovou atmosférou. Jedná se především o vystupující plynné, resp. plynovzdušné směsi či vyvěrající podzemní vody.
Tyto okolnosti musí být respektovány při ukládání odpadů obsahujících otravné či jedovaté látky nebo látky, které mohou časem jedovaté zplodiny produkovat, a také o látky jinak zdraví či životu nebezpečné. Podle charakteru takových ukládaných odpadů (jedná se především o jejich fyzikální a chemické vlastnosti) je tedy lze v podzemí ukládat pouze při splnění dalších zpřísňujících opatření.
Je nutné vytipovat vhodnou oblast opuštěné části hlubinného dolu. Musí být dobře izolována od ostatních důlních děl neporušeným horninovým masívem, aby se vyloučila jakákoliv komunikace přes jiná důlní díla k povrchu země. Tato část bývalého dolového pole se po uložení odpadního materiálu hermeticky uzavře vhodnou uzavírací hrází a v tomto stavu se ponechá.
Jiné odpadní materiály musí být naopak ukládány v odlehlých podzemních oblastech tak, aby k nim byl kdykoliv možný přístup např. za účelem kontroly jejich stavu, nebo stavu úložních kontejnerů apod. V těchto případech musí být zajištěna vhodná výměna ovzduší v úložních prostorách.
VĚTRÁNÍ PROSTOR
Větrání úložišť odpadů lze realizovat buďto průchodním větrným proudem (na úložiště, která jsou zpřístupněna nejméně dvěma chodbami - jednou úvodní a druhou výdušnou). Průchodní větrání je zajišťováno provozem hlavního důlního ventilátoru.
V ostatních případech lze ovětrávat prostor úložiště větráním separátním (lutnovým ventilátorem a lutnovým tahem). Jelikož chod větracích zařízení je energeticky velice náročná záležitost, lze v ojedinělých případech využívat přirozeného tlakového spádu vyvolaného různými hodnotami hustot ovzduší na povrchu a v dole.
Zvláštní požadavky na úložní odpadní materiál vyvstaly v souvislosti se zahájením systematického útlumu, resp. ukončováním těžby v převážné většině našich revírů těžících suroviny způsobem hlubinného dobývání ložisek.
STARÉ JÁMY
Plynopropustnost neporušeného horninového masívu (hornin) je poměrně nízká. S jejím zvýšením je možno počítat všude tam, kde došlo k narušení jeho celistvosti (tektonikou, vlivem dobývacích prací apod.). Proto se jako nejzávažnějším a nejnebezpečnějším místem pro výstup plynu jeví jámy a především jámy staré, jejichž možné komunikace s povrchem se dnes již obtížně zjišťují.
I kdyby byly jámy zasypány, jejich propustnost je ovlivněna typem a kvalitou zásypového materiálu a hlavně způsobem provedení jámové výztuže. Jedná se o možnost výstupu plynu neutěsněným prostorem mezi jámovou výztuží a hrubým profilem jámy, přestože světlý průřez uvnitř jámové výztuže je zlikvidován zásypem nepropustným.
Plyn exhalovaný z kolektorských typů horninového masívu a nashromážděný v uzavřených důlních prostorách nebo jiných dutinách tvoří směsi plynů. Jejich složení je různorodé.
Za hlavní plynové složky lze označit metan, oxid uhličitý a dusík ve směsích s různou koncentrací. Dalším charakteristickým znakem těchto směsí plynů je nízký obsah kyslíku. Tato stařinná atmosféra, jak je směs označována, se chová podle základních fyzikálních zákonů.
ZMĚNY TLAKU
Výstup stařinné atmosféry na povrch může být ovlivňován řadou faktorů. Dominantní postavení mezi nimi zaujímá změna barometrického tlaku.
Výstup plynu je velmi výrazně ovlivňován poklesem barometrického tlaku. Ovlivnění bude tím větší, čím větší bude netěsnost (průchodnost) uzavírky důlních prostor.
Zvláště pak, když je plyn (stařinná atmosféra) nashromážděn v blízkosti povrchu pod netěsnou uzavírkou (např. pod netěsnou uzavírací zátkou) nebo silně porušenou horninou, kdy její plynopropustnost může být vysoká.
Výstup plynu (stařinné atmosféry) z důvodu poklesu barometrického tlaku bude tím větší, čím bude pokles barometrického tlaku:
[*] větší,
[*] rychlejší,
[*] delší.
Naopak nárůst barometrického tlaku výstup plynu zpomalí a po určité době přeruší. Při malých (nevýrazných) změnách barometrického tlaku a rychlém střídání poklesu a nárůstu nebude mít výstup plynu možnost se projevit. Je proto důležité, aby kontrola výstupu plynu na nebezpečných místech byla zajištěna právě v době výrazných poklesů barometrického tlaku.
DALŠÍ FAKTORY
Ostatní faktory ovlivňující výstup plynu (např. zvýšení tlaku plynu z důvodů nárůstu jeho teploty či zatápění dolů vodou) je možno hodnotit v porovnání s poklesem barometrického tlaku jako méně závažné, a jak ukazují zkušenosti z poslední doby, dokonce jako zanedbatelné.
Faktory, způsobující či umožňující nekontrolovaný výstup důlní atmosféry na zemský povrch, jsou vázány na zastavení těžby uhlí v dole a na opatření následující poté:
[*] snižování intenzity větrání dolu až do jeho úplného zastavení,
[*] silné omezení a posléze ukončení důlní degazace,
[*] omezení čerpání důlních vod s následným zatápěním spodních partií dolů.
Důsledky působení těchto faktorů lze charakterizovat následovně:
[*] Dochází k postupnému slábnutí dříve uměle vyvolávané a permanentně udržované deprese v celém ovlivněném podzemí. V závislosti na čase dochází naopak k postupnému nárůstu tlaku důlní atmosféry vlivem průběžného pokračování plynové exhalace, především metanové.
[*] V prvotních fázích zatápění dolů hraje dosti významnou roli stoupající hladina důlních vod a přemisťování důlní atmosféry z místa zatápění směrem k jiným sousedním dolům, které v likvidaci ještě nepostoupily tak daleko.
Proudění vzdušin je pak umožněno podzemními propojeními existujícími mezi sousedními doly s nepoměrně nižšími hodnotami jejich aerodynamických odporů ve spodních partiích dolů, než je tomu v důsledku konsolidace v nadloží.
Tento faktor ztrácí na svém významu s postupujícím útlumem a ukončováním těžby v sousedních dolech. Hladina důlních vod se ustálí na stanovené hranici (ochrana před zatopením dalších dolů v jiných dílčích pánvích s ještě provozovanou těžbou).
Vlivem kolísání barometrického tlaku na povrchu se rozkmitá obrovská masa ovzduší, která je střídavě - v závislosti na změnách barometrického tlaku - vtlačována (časová etapa sníženého nebezpečí), resp. vytlačována (vysávána - časová etapa zvýšeného či vysokého nebezpečí) do a z podzemí. Tento jev probíhal vždy, avšak díky komplexní důsledně udržované depresi v podzemí byly jeho účinky zdaleka nižší. Již dříve byl tento jev znám jako "dýchání masívu".
Kolísání barometrického tlaku působí jako mohutná pumpa, jež v době narůstání barometrického tlaku zatlačuje do podzemí všemi možnými komunikacemi různého původu a různého typu přízemní povrchovou část atmosféry, která se v podzemí obohatí stařinnými plyny. Ty jsou ve fázi poklesu barometrického tlaku na povrchu posléze vysávány zpět na povrch, čemuž v nových podmínkách vydatně napomáhá skutečnost, že v podzemí panuje permanentní přetlak.
Takto vzniká bezpečnostní riziko vystupujících plynů jako důsledek zrušení trvalé deprese a tím i zrušení řízeného a kontrolovaného výstupu plynů, jak tomu bylo vždy v podmínkách provozovaných dolů.
RIZIKO DŮLNÍCH PLYNŮ
Z rozboru vlastního rizika nebezpečí výstupu důlních plynů na zemský povrch vyplývá, že toto riziko je ve své podstatě dvojího druhu. V prvním případě je směs vystupujících plynů takového chemického složení, že je výbušná, nebo se po smíšení se vzduchem směs může výbušnou stát, ve druhém případě má směs takové chemické složení, které zajišťuje její nevýbušnost (směs je inertní). Při výstupu z podzemí však může dojít k vytvoření nedýchatelného ovzduší, protože směs obsahuje nízké procento kyslíku, nebo ho neobsahuje vůbec.
Působení těchto dvou případů je zcela odlišné, avšak něco mají oba případy společného: riziko se nemůže realizovat na otevřeném prostranství, protože tam dochází k důkladnému mísení se se vzduchem.
Metan - složka, která způsobuje v určitých mezích výbušnost směsi, je přirozeným vztlakem vlivem jeho malé hustoty vznášen do nejvyšších míst atmosféry a oxid uhličitý naopak vzhledem ke své vysoké hustotě se rozprostírá v přízemní vrstvě atmosféry.
Z toho vyplývá, že rizikový faktor může najít své uplatnění jen v tom případě, kdy důlní plyny exhalují - vystupují z podzemí do uzavřených prostor, např. sklepů, suterénů budov, kanalizace, podzemích komunikací apod.
První případ může způsobit vytvoření výbušné směsi plynů, která při možné iniciaci vybuchne, druhý případ způsobí vytěsnění původní povrchové atmosféry z těchto míst a nahradí ji atmosférou nedýchatelnou. Zde pak hrozí nebezpečí pro lidi, ale i pro zvířata a zvěř. Po vstupu do takto zamořených prostor se mohou pro nedostatek kyslíku udusit.
Eliminace popsaného rizika výstupu plynů na zemský povrch je možné dosáhnout aktivními prostředky ochrany. Jde o vytvoření dílčích odsávacích systémů tak, aby se v rámci celkového odsávacího systému vzájemně překrývaly depresní kužele. Zároveň je vhodné použít pasivní prostředky, které brání komunikaci ovzduší mezi opuštěnými důlními díly a zemským povrchem pomocí různých možných způsobů utěsnění důlních děl.
UTĚSNĚNÍ RŮZNÝMI ZŮSOBY
Možností, jak zabránit komunikaci důlních prostor se zemským povrchem, je několik. Odpadním materiálem se vyplní celý prostor opuštěných důlních děl. Jde buď o materiál v tekutém stavu (použije se technologie plavení), nebo ve stavu tuhém (v tom případě lze použít zafoukávání). Takto likvidované prostory se v závěrečné fázi navíc odizolují vhodným izolačním objektem např. plavenou hrází apod.
K izolaci důlních děl je možno přistoupit tak, že prostory zůstanou nevyplněné (časem může dojít k jejich zatopení) a tyto ponechané prostory se uzavřou uzavíracími hrázemi, aniž by byly předtím vyplněny základkovým odpadním materiálem.
Volba způsobu je závislá na řadě faktorů vyplývajících z mechanických vlastností hornin, v nichž jsou důlní díla vyrobena (např. nutnost ochrany povrchu před poklesem), dostatečné množství základkového materiálu nebo naopak jeho nedostatek a řada dalších.
V současné době se zkoumá vhodnost řady odpadních materiálů z hlediska jejich chemických a fyzikálních vlastností pro jejich použití k popsaným účinkům tak, aby byla zároveň vyřešena i technologie ukládání včetně vyhovující dopravy z povrchu až do úložiště.
PAVEL PROKOP,
Institut bezpečnostního inženýrství,
VŠB - Technická univerzita,
Ostrava
