A Borsodi Szénbányák bányavízvédelmi problémáinak rövid ismertetése

Földtani

Közlöny,

Bull,

of the Hungarian

Geol. Soc.

(1979)

109.

Ш — 427

A Borsodi Szénbányák bányavízvédelmi problémáinak rövid ismertetése Varró Tibor (1 ábrával)

A Borsodi Szénmedencében néhány évtizeddel ezelőtt vízveszélytől gyakor­ latilag teljesen mentes, nagyobb százalékban táróbányászat dominált. Előfor­ dultak ugyan kisebb-nagyobb víz- és úszóhomokbetörések — elsősorban vetőharántolásoknál — csak ritkán. E b b e n az időszakban még nem volt a bányászat létkérdése a vízföldtani k u t a t á s . A vízföldtani viszonyok megismerésére irányuló törekvéseink csak az utóbbi 1 5 — 2 0 évben kerültek előtérbe, amikoris a függőaknák mélyítésénél, valamint a fejtési területek kialakításánál is egyre inkább súlyosbító tényező­ ként jelentkezett a víz, illetve úszóhomokveszély. Ez késztetett bennünket arra, hogy barnakőszénmedencénk t ö b b aknájánál megvalósítsuk az aktív bányavízvédelmet. A vízföldtani viszonyok felderítése nem terjed ki az összes vizet tároló rétegre, csupán a barnakőszéntelepeket kísérő mellékkőzetekre. Külszíni hidrogeológiai fúrás a Borsodi Szénmedencében a terület nagyságához viszonyítva nagyon kevés mélyült. A mintegy 2 5 db fúrásból is közel 2 0 db a Feketevölgy I — I I . akna, valamint a Sajómercse I — I I . kutatási területen mélyült. Ilyen kis számú fúrás adatai a terület egészére vonatkoztatva csak minimális mértékig vehetők figyelembe. Ezért választottuk több aknánknál azt a megoldást, hogy egy-egy nagyobb fejtési területet, egy-egy bányarészt, külön-külön önálló kis kutatási program keretében vizsgáltuk meg vízföldtani szempontból. í g y megbízható adatok birtokába jutottunk, amelyek a való­ sághoz közelebb álló eredményeket produkáltak, mint a laboratóriumi adatok. A k t í v rétegvízvédelemről barnakőszénmedencénkben lényegében az 1950-es évek végétől beszélhetünk. Azóta igen komoly pozitív gazdasági kihatásai vannak. Emellett mind bányászati, mind vízföldtai vonatkozásban sok tapasztalatot gyűjtöttünk. A K-Borsodi medencerészben öt telep, a Ny-Borsodi medencerészben pedig három telep fejlődött ki művelésre érdemes vastagságban és minőségben. A barnakőszéntelepek és a mellékkőzetek kifejlődése alapján többen vizs­ gálták már a két medencerészt, de egyértelműen nem sikerült a telepazono­ sítás. Talán a borsodi V. telep mondható azonosnak az ózdi I I I . teleppel. Az egyes telepek elterjedése természetesen csak a medencerészekre szorít­ kozik, különösen a K-Borsodi területen, ahol mind az öt telep megléte ritka eset. A Ny-Borsodi területen nem ritka — különösen az É-i részen — mind­ három barnakőszéntelep egyidejű múrevaló jelenléte. A legáltalánosabb elterjedésűek a K-Borsodi területen а IV. és V. telepek, a Ny-Borsodi területen pedig а I I . és I I I . telepek. A barnakőszéntelepek kísérő mellékkőzetei ( 1 . ábra) legnagyobbrészt

422

földtani

Közlöny 109. kötet, 3 — 4. füzet

1. ábra. A B o r s o d i - b a r n a k ő s z é n m e d e n c e i d e á l i s r é t e g s z e l v é n y e i . J e l m a g y a r á z a t : 1. H o m o k , 2 . A g y a g , 3 . H o r n k o s a g y a g , 4 . A g y a g o s h o m o k , 5. A l e u r i t , 6. A n d e z i t t u f a , 7. K a v i c s o s h o m o k , 8 . T u f á s a g y a g , 9. T u f á s h o m o k , 1 Barnakőszén Fig. 1. I d e a l i z e d c o l u m n a r s e c t i o n s of t h e B o r s o d L i g n i t e B a s i n . L e g e n d : 1. S a n d , 2 . C l a y , 3 . S a n d y c l a y , 4 . C l a y s a n d , 5. S i l t s t o n e , 6 . A n d é s i t e tuff, 7. G r a v e l l y s a n d , 8 . T u f f a c e o u s c l a y , 9. T u f f a c e o u s s a n d , 1 0 . L i g n i t e

Varró:

A Borsodi Szénbányák

bányavízvédelmi

problémái

423

homokos jellegűek, vagy éppen homokok. Ezek a homokrétegek a K-Borsodi területen is, de elsősorban a Ny-Borsodi részeken vizet tárolnak. Mivel az utóbbi helyen a védőrétegviszonyok is kedvezőtlenek, meglehetősen vízve­ szélyes körülmények állnak a bányászat elé. Gyakoriság és a tárolt víz mennyisége szempontjából is legvízveszélyesebb az ózdi I — I I . telep közötti homokréteg, a K-Borsodi területen pedig a IV. és V. telep közötti, valamint az I. és Il-es telepek közötti homokrétegek. Ezekben a homokrétegekben végezzük a csapolási munkák mintegy 75 — 80 százalékát. A barnakőszéntelepek magas fedőrétegei között is van több homokréteg, amely tárolhat vizet, de ezekről, mivel a bányaműveletek számára nem jelen­ tenek veszélyt, általában nem szerzünk információkat. H a a borsodi szénbányászat utóbbi 20—30 évének vízvédelmi problémáit rendszerezni akarnánk, akkor az alábbi sorrend lenne rögzíthető: 1. Aknamélyítések vízvédelmi problémái 2. Vetőkkel kapcsolatos vízvédelmi problémák 3. Fejtési mezők fedő- és feküvízlecsapolási problémái 4. Öregségi vizekkel kapcsolatos problémák. Napjainkban a 2. és 3. pontban említettek a leglényegesebbek.

1. Aknamélyítések vízvédelmi problémái Függőaknák és lejtősaknák hajtásánál — produktív területen belül — műszaki nehézséget jelent a vízdús homokrétegek harántolása. Szénmeden­ cénkben ilyen munkáknál több módszert alkalmaztunk. Fagyasztásos módszerrel készültek a lyukói aknák. A legnagyobb problé­ m á t a fagyasztófolyadék cirkuláltatására szolgáló fúrólyukak függőlegessé­ gének biztosítása jelentette. További probléma, hogy fagyasztáskor a kőzet víztartalma továbbra is megmarad, és ha az aknafalazat injektálása nem tökéletes, úgy az aknában a csepegő víz hosszú időn keresztül igen kellemetlen tényezőként jelentkezik. Az ományi és csernelyi aknák esetében az előbbitől olcsóbb módszert alkalmaztunk. Ez a feszültségmentesítésen, illetve vízszintsüllyesztésen alap­ szik. A vízdús rétegsor fölött és alatt is az akna körül körvágatokat képeztünk ki, és ezekből a körvágatokból csapolófúrásokkal végeztük el a víztároló homokrétegek feszültségmentesítését. Az alsó körvágat kihajtásához természe­ tesen szükség volt arra, hogy előzőleg egy ereszkepárral lehatoljunk a mélyülő' akna alá. Az ilyen aknamélyítésnél probléma, hogy a harántolt vízdús kőzetrétegeket igen körültekintő vizsgálatnak kell alávetni olyan szempontból, hogy a beépí­ t e t t szűrőtípusok szűrőképessége tökéletes legyen, a homokolást teljes egészé­ ben kizárja. A szűrők kis mértékű homokolása sem engedhető meg, mert ez az akna körül kiüregelődést eredményez, ami a létesítmény megrokkanásához vezethet. A víztároló homokréteg inhomogenitása miatt ez a feltétel sok esetben százszázalékosan nem biztosítható. Vízdús kőzeteken át a lejtősaknák mélyítése általában hagyományos mód­ szerekkel történik.

424

Földtani Közlöny 109. kötet, 3 — 4. füzet

2. Vetőkkel kapcsolatos vízvédelmi problémák A nagy és kisebb vetők közelében folytatott bányaműveletek esetén több alkalommal jelentkeztek vízvédelmi problémák. Régebben az volt a gyakorlat, hogy a nagy vetőkkel határolt barnakőszén­ területek feltárása a vetőkre merőlegesen történt. Ez legtöbbször a dőlés­ iránnyal egyezett meg. A fronthomlokok ilymódon párhuzamosak voltak a vetőkkel. A fejtések kifutási hossza 2—400 m között volt kialakítható, a vetők egymástól való távolságának függvényében. Ma már a fejtések gépesítése meg­ követeli ennek a gyakorlatnak a megváltoztatását. Mivel a gépi berendezések alkalmazása a 200—400 m-es frontkifutási hossznál többet igényel, a vető­ sávokban levő barnakőszénterületek fejtési pasztáit a vetőkkel párhuzamosan kellett kialakítani. Ilymódon egyes esetekben 800 — 1000 m kifutási front­ fejtések is kialakíthatók voltak. Gépesítés szempontjából a hosszú frontkifutás a gazdaságos. Ennek meg­ valósítása a felvetett területrészeken kialakított fejtési pászták esetében prob­ lémákat okoz. H a a vető vízveszélyes, számolni kell a frontfejtés vető felé eső végének elvizesedésével, sőt olykor a folyamatos omlasztás — megbontva a vető egyensúlyi állapotát — nagyobb vízbetörés előidézője is lehet. Az áll itt ugyanis elő, hogy a vetőn keresztül a lezökkent területrész fedőjének tárolt vizét csapoljuk meg. A feladat tehát az, hogy a vető mellett vagy megfelelő nagyságú vízvédelmi pillért kell visszahagyni, számolva a nagyobb volumenű ásványvagyonveszteséggel, vagy pedig egy tökéletes vetővíztelenítést kell kivitelezni, mely véleményünk szerint szinte beláthatatlanul időigényes. Azt tapasztaltuk, hogy nemcsak a nagyobb vetők okoznak vízvédelmi szempontból problémát, hanem a fejtési pasztákat átszelő 0,2—1,0 m-es kis elvetési magasságú vetők is. Néhány aknánknál feltűnt, hogy egyes ereszkék­ ben, azok különböző pontjain, de sokszor még az ereszketetők közelében is a vágat talpából felszálló vizet kaptunk. Ugyanakkor voltak olyan helyek ugyan­ abban az ereszkében még az ereszkék mélypontjaihoz közel is, ahol a talp­ vízszint 1-2 m-re volt észlelhető a sínkorona szintje alatt. A jelenséget vizsgálva az derült ki, hogy az ereszkékre merőlegesen (a front­ homlokkal párhuzamosan) a kis vetők egész sora húzódik. Elvetési magasságuk oly kicsi volt, hogy az ereszkék hajtásakor nem is észlelték azokat. Ezek mint­ egy vízzáró síkként szerepeltek, melyek eredményeképpen több kis víztároló egység jött létre, és ezek csapolását kizárólag külön-külön lehetett megoldani talpcsapoló kutak segítségével. Ahol ezek az elmozdulások túl sűrűn jelentkeztek, nem t u d t u k a talpvíz csapolását eredményesen megoldani. Ezekben az esetekben a biztosítószer­ kezetek elsüllyedései következtében a frontsebesség lecsökkent, ami viszont fokozta a fedővíz okozta gondokat.

3. Fejtési mezők fedő- és fekvő vízlecsap olási problémái Egyes aknáinkban, az elsősorban vízveszélyesnek mondható homokrétegek a következők:

Varró:

A Borsodi Szénbányák

bányavízvédelmi

problémái

425

Ny-Borsodi területen: I — I I . telep közötti homokréteg, K-Borsodi területen: I — I I . telep közötti, valamint az IV—V. tele­ pek közötti homokrétegek. A több éves gyakorlat minden vízveszélyes aknánál kialakított egy-egy vízvédelmi módszert, mely az adott viszonyok mellett a legjobbnak mondható. A barnakőszéntelepeket kísérő víztároló rétegek nemcsak regionálisan, hanem kisebb területen belül is minden irányban igen inhomogének. Egyik helyen igen finomszemű homok, másutt agyagosabb jellegű homok, ismét másutt kavics, homokkő vagy márgarótegek találhatók. Sokszor az egymástól 20 — 25 m távolságra készült szűrőkutak esetében sem azonosak az egyes harántolt kőzetrétegek vastagsági értékei, illetve azok kőzettani jellemzői. A homokos összletek inhomogenitása sokszor igen kellemetlen tényezőként jelentkezik. Gátolja a kéződmény egyenletes lecsapolhatóságát, vízdómok maradhatnak vissza, melyek omlasztáskor kisebb-nagyobb vízbetöréseket okozhatnak. Előfordul, hogy a homokos, víztároló összletben agyagos, márgás közbe­ települések összefüggő rétegként jelentkeznek 0,5 — 2,0 m vastagságban. Ezek vízzárók, az összletet két, vagy több víztároló rendszerre osztják. Ilyen eset­ ben ügyelni kell a szűrőkutak hosszának optimális megállapítására. Említettük, hogy a frontfejtéseket elsősorban a gépesítés szemszögéből nézve csapásirányban, vagy áldőlésben célszerű telepíteni. Vízvédelem szem­ pontjából ez nem kedvező, mivel nagyobb fokú rétegkiürítést kell biztosítani. Amíg ugyanis a dőlésben felfelé haladó frontfejtések esetében az omlás sok vizet képes felvenni — mintegy besegít a víztelenítésbe — addig a csapás­ menti, vagy az 1 — 2 fok dőlésben felfelé haladó frontfejtések esetében ez nem áll fenn és az omlás által „lecsapolt" vízmennyiség is jóval kisebb. Dőlésben lefelé haladó frontfejtéseket barnakőszénmedencénkben ma már pontosan vízvédelmi okokból kifolyólag nem telepítünk, jóllehet még ma is van­ nak olyan helyek, ahol a telepundulációk miatt — ha kis távolságon is, — de dőlésben lefelé haladva kényszerülünk üzemeltetni a fejtéseket. Probléma a fronthomlok szélességének meghatározása is. Csapoló k u t a k a t ugyanis csak a feltáró-, ill. előkészítő vágatokba telepíthetünk. A fronthomlok szélességét a csapoló k u t a k által kialakítható hatásos depresszió függvényében kell megválasztani. Az eddigi tapasztalatok alapján vízvédelmi szempontból 80 — 90 méteres fronthomlok mondható optimálisnak. A fenti megállapítások elsősorban a fedőképződményekre vonatkoznak. A feküvízveszély mind gyakoriság, mind mennyiségi szempontból kisebb jelen­ tőségű. H a ez utóbbiakat vizsgáljuk, az eddigi megfigyeléseink azt igazolják, hogy beszélhetünk elsődleges és másodlagos feküvízről. Az elsődleges feküvíz a porózus kőzetek eredeti rétegtartalmaként fogható fel, míg a másodlagos feküvíz a fedővízből származtatható. Ebből következik, hogy szakszerű főtevíztelenítéssel részben megoldhatjuk a fekü víztelenítését is, ugyanakkor nem körültekintő főtevíztelenítéssel a feküvízveszélyt fokozhatjuk. Arra gondo­ lunk itt, pl. hogy a csapolt főtevizet zárt rendszerben kell elvezetni az átemelő zsompokig, nem pedig a vágat talpán. Ezzel is csökkenthetjük némileg a fekü elázottságát, illetve agyagos fekükőzet esetén annak duzzadási készségét. A feküvízveszélyre nem a kőzetből nyerhető nagy vízhozam jellemző, hanem az, hogy a jelentkező víz a kőzet teherbíróképességét — homok esetében 8

Földtani Közlöny

426

Földtani Közlöny 109. bötet, S—4. füzet

— lerontja, így terhelhetősége egészen minimális értékre zsugorodik. Ez a tény viszont h a t á r t szab az önjáró biztosítószerkezetek alkalmazhatóságának, olykor azt teljesen kizárja. A kisebb vetők feküvízveszélyt fokozó hatásáról már szóltunk. Kiegészítés­ képpen még annyit említünk, hogy a telepundulációk szintjón hasonló jelleggel bírnak.

4. Öregségi v i z e k k e l kapcsolatos v í z v é d e l m i p r o b l é m á k Az öregségi vizek legtöbbször a fejtési mezők és a vetőkkel kapcsolatos víz­ védelmi problémák részét alkotják. A legtöbb aknánknál olyan formában okoztak problémát az öregségi vizek, hogy a szomszédos vagy alacsonyabb szinten levő és később művelt területek fejtéseit különböző nagyságú vízbetörések formájában műszakilag, ha idősza­ kosan is, de megbénították. A jelenlegi bányászatban először a magasabb szintek ásványvagyonát fejtik le. Bizonyos mennyiségű vízfakadás a magasabb szinteken is van még akkor is, ha egy-egy területnek nincs számottevő dinamikus vízutánpótlása. A műve­ leteknek a mélyebb szintek felé való eltolódásával párhuzamosan a legtöbb működő aknánál az öregségi vizek mennyisége egyre nő. Nem egy esetben több éve, sőt t ö b b tíz éve lefejtett területből fakadó vízmennyiség folyamatos eme­ lését kell biztosítani a termelés zavartalan vitele érdekében. Ez nagy teherté­ telt jelent néhány aknánk esetében. Már több ízben vizsgáltuk annak lehetősé­ gét, hogy a régi műveleteket milyen műszaki megoldással lehetne elszigetelni a jelenlegiektől, de az esetek elenyésző százalékától eltekintve ez nem oldható meg. Példaképpen említjük meg, hogy általánosságban egy-egy akna emelt vízének 30 százaléka öregségi víz, de pl. Edelény akna és Szeles akna esetében ez az arány 50 és 75%-ra emelkedik. Ezeknél az aknáknál 10—12 m /perc vízmennyi­ séget emelünk, ami rétegvizes bányában nagy értéknek számít. A leírtakban érzékeltetni kívántuk a vízvédelem területén Vállalatunk aknái­ ban tapasztalt és ismert, fontosabb földtani és vízföldtani nehézségeket. Termé­ szetesen sok más is felmerül. A bányabeli vízlecsapoló fúrások víztelenítésének gépesítettsége meglehető­ sen alacsony szintű. A bányabeli fúrógépparkunk elavult. Tudomásunk szerint hazai viszonylatban jelenleg nagyüzemi szinten nem gyártanak olyan típust, mely kielégítené igényeinket. A külföldön megrendelt gépek leszállítása több évre elhúzódik és alkatrész-ellátásuk nincs megoldva. Környezetvédelmi szempontból fontos, hogy a külszínre emelt bányavizek megfelelő tisztasági fokon kerüljenek a külszíni befogadóba. E z t egy akna kivételével a bányavizek zsompokban történő egyszerű ülepítésével biztosítani is tudjuk. Egercsehi esetében azonban a befogadóba történő betáplálás előtt a bányavizet — annak igen magas lebegőanyagtartalma, valamint oxigénfo­ gyasztásának csökkentése céljából — tisztítási eljárásnak kell alávetni. A bányavízvédelem, valamint a vízemelés költségei, a termelt szén önkölt­ ségében nem nagy százalékkal szerepelnek, ezért feltétlenül érdemes a bánya­ vízvédelmet folyamatosan végezni, mert elhanyagolása huzamosabb időre viszszavetheti egy-egy akna termelését. 3

Varró:

A Borsodi Szénbányák

bányavizvédelmi

problémái

427

Problems o f u n d e r g r o u n d w a t e r c o n t r o l a t t h e Borsod Coal Mines E n t e r p r i s e T. Varró The introductory part of the paper deals with a schematical outline of the rather scant hydrogeological data available in the Borsod Coal Basin and with sketching up the geo­ logical setting of the area concerned. The problems of water control met with during the last 20 to 30 years are systemati­ zed. Four major groups of problems are distinguished and each of them is dealt with in detail. Particular attention is paid to one of the most urgent groups of problems : the drainage of waters from the roof and the footwall of panels being worked.

8

: