Földrajzi Konferencia, Szeged 2001.
A FELSZÍN ALATTI BÁNYÁSZAT DOMBORZATRA GYAKOROLT HATÁSAI A KELET-BORSODI-SZÉNMEDENCÉBEN Sütő László1 Abstract Magyarország ÉK-i részén található hazánk egyik legjelentősebb barnakőszén bányászati területe, a Kelet-Borsodi-szénmedence. A két évszázados termelés következményeként nagytömegű meddőanyag került lerakásra, míg a felszín alatti vágatok, lefejtett telepek átszövik az egész területet. Vizsgálataink célja, hogy meghatározzuk a vágatok által indukált felszínmozgások, süllyedések mértékét és területi kiterjedését. A pásztás szerkezetű szénmedence pikkelyközi tereiben rakódtak le a kainozóos molasz üledékek, amelyek tartalmazzák a 250-350 m vastag ottnangi-kárpáti széntelepes rétegsort. A dombság morfológiai képe a negyedidőszaki felszínfejlődésnek köszönhetően rendkívül mozaikos. A felszín stabilitása gyenge közepes, amit súlyosbít a vágatok nagyméretű kiterjedése és a meddőhányók tömegéből eredő többletterhelés. A felszín alatti bányászat következményeként megindult felszínmozgások nyomon követhetők a Tardonai-dombság egész területén. A süllyedések területi kiterjedésének lehatárolásához mintaterületünkön, a Tardona-patak vízgyűjtőjén, a fekü mélységét, a vágatok magasságát, a fedőrétegek vastagságát figyelembe véve térképet készítettünk. A geomorfológiai, felszínstabilitási, illetve a felszínsüllyedési térképek összevetéséből kiderült, hogy az aláfejtett térségek okozta felszínmozgások a Sajó mellékvölgyeinek torkolatvidékére koncentrálódnak, nagyrészt egybeesnek a csuszamlásveszélyes instabil felszínekkel és a sűrű beépítésű területekkel, ezért fokozott veszélyforrásként jelentkeznek. Bevezetés A borsodi szénbányászat a Sajó-völgyi ipari tengely válságával megszűnőben van. A széntelepek egyrészt kimerültek, másrészt romlott a szén minősége és egyre veszélyesebbé váltak a fejtések. Jelenleg csak Lyukóbánya működik a medence K-i szegélyén. A Ny-i peremen pedig felszámolás alatt áll a Putnoki Bánya Kft még működő aknája (1. ábra). A Kelet-Borsodi-szénmedencének a Bükk-hegység és a Sajó alluviuma közötti részét, azaz a Tardonai-dombságot választottuk kutatási területnek (1. ábra). Ennek oka, hogy a térség kulcsfontosságú szerkezeti csomópont, amelyen a különböző korú üledékek felszínre kerülése, valamint a nagymértékű, de eltérő fokú szerkezeti irányítottság változatos morfológiai arculatú részegységek kialakulásához vezetett. Az 5 fő széntelepes összlettel rendelkező ottnangi-kárpáti rétegsorból a technológiai felkészültségnek megfelelően, mind alkalmasnak bizonyult a bányászatra. A változatos adottságokkal rendelkező térség a nehézipar egyik központjává fejlődött, de az elmúlt 50 év át nem gondolt fejlesztési stratégiái miatt most válságövezetként keres kiutat. A bányászat által okozott környezeti károk azonban itt maradnak, s ezek felszámolása mindenképpen szükséges feladat. A két évszázados termelés során nagytömegű meddőanyag került lerakásra, a lefejtett telepek pedig átszövik az egész területet. Ezért kísérletet tettünk a vágatok által indukált felszínsüllyedések mértékének és területi kiterjedésének becslésére a Tardona-patak vízgyűjtőjén kijelölt mintaterületen. 1
Sütő László PhD hallgató Debreceni Egyetem Természetföldrajz tanszék, H-4010 Debrecen Egyetem tér 1. Pf. 9.
1
Putnok Sajó
Sajómercse
3
4
Tardona
2
Ha ric a-p ata k
Ta rdo na -pa t ak
Cser nelypatak
Bán -pa tak
Ki rál dipa tak
Királd
Mer csepata k
Kazincbarcika
atak ő-p g ö Ny
Lyukóbánya
5 Települések
10 km Vasút
jó Sa
0
ak
Pe rec espa tak
pat kóLyu
1
Miskolc
Műutak
Vízrajz
Meddőhányók és bányászati objektumok
1. ábra: A kutatási terület topográfiai térképe a fontosabb bányászati objektumokkal
Földrajzi Konferencia, Szeged 2001.
A Tardonai-dombság földtani, felszínalaktani adottságai Területünk a szénmedencék tektonikai osztályozásának rendszerében a tektonikus kompressziós fázisok szüneteiben létrejött intramontán medencék közé sorolható (Juhász A. 1970). A szerkezet- és üledékföldtani viszonyok alapján tudhatjuk meg, mely telepek bányászatára volt lehetőség, milyen anyagok kerülhettek ki a meddőhányókra, ill. milyen állékonyságú üledékek vannak a lefejtett területek felett. A Kelet-Borsodi-medence ÉÉK-DDNy-i főtörésekkel tagolt aljzata a Darnó-vonaltól lépcsőzetesen zökken le DK-felé (Kozák M. et al. 1998b). Az ÉÉK-DDNy-i törések mentén létrejött hosszanti aljzatpásztákat ÉNy-DK-i csapású haránttörések tagolják tovább, a terület blokkos feldarabolódását idézve elő. Az alpi orogenezis hatására a térség e pászták mentén különböző mértékben kiemelkedett és felpikkelyeződött. A kréta-eocén trópusi éghajlaton intenzív denudációs periódus vette kezdetét, amelynek végén a fiatalabb kainozóos üledékek közvetlenül a paleozóos aljzatra települtek. A nagyfokú tektonikus felszabdaltsághoz és az ismétlődő torlómozgásokhoz igazodva a laza, törmelékes összlet sűrű fáciesváltásokkal, belső diszkordancia felületekkel és több-kevesebb üledékhiánnyal rakódott le a pikkelyközi terekben (Kozák M. - Püspöki Z. 1995a). A kettős vetőrendszerrel tagolt medencealjzat törésrendszerei a későbbi mozgások során átöröklődtek a medencekitöltő üledéksorra, amely meghatározta a fiatal lepusztulási folyamatok térbeli lefutását. Így a mozaikosan, eltérő magasságig kiemelt szerkezeti egységek eltérő módon táródtak fel (2. ábra). Ez bonyolította a földtani képet, nehezítve a bányászatot és változatossá téve a jelenlegi felszínt. Az ottnangi-kárpáti transzgresszió kezdeti szakaszában lerakódó széntelepes sorozat cikluskezdő sekélytengeri, partközeli jellegű kifejlődés. Anyaga uralkodóan önálló kötegekben, máskor összefogazódva megjelenő finomszemű homok és aleurit, amely sekélytengeri-lagúnáris-tengerparti környezeteket tükröz (Kozák M. - Püspöki Z. 1995a). A lagúnáris összletben 5 paralikus széntelep jelenik meg (nemritkán kísérőtelepekkel), ezek képezték a borsodi szénbányászat alapját (3. ábra). A telepek telepcsoportokba rendeződnek, számozásuk alulról fölfelé V., IV., IIIa, III., II., Ia., I. A rétegsor fölfelé finomodik, s felső szakaszán szénképződés már nem jellemző (Juhász A. 1970) (4. ábra). Az aknamélyítés szempontjából fontos, hogy a széntelepek alatt gyakran megjelenő tufazsinórok a képződést kísérő tektonikus zavarokat jeleznek. A későbbi erózió több széntelepet, elsősorban az I.-t, megsemmisített mivel felszín közeli rétegekben jelenik meg. Jelentőségüket azonban az adja, hogy ezeket tudták a bányászat kezdetén kitermelni. A bádeni transzgressziót kiváltó szerkezeti mozgásokhoz csatlakozó vulkáni tevékenység a szarmatára teljesedett ki, és több ritmusban kerültek felszín közelbe a mai morfológiai kép alakulásában is nagy szerepet játszó neutrális blokklávák és savanyú tufaszórások anyagai (Kozák M. et al. 1998a) (2. ábra). A pannontól a Bükk fokozatos emelkedéséhez kapcsolódva a terület is kiemelt helyzetbe került, s megkezdődött a medenceüledékek máig is tartó lepusztulása (Szabó J. 1979, Kozák M. - Püspöki Z. 1995a), sőt a terület intenzív emelkedése miatt (Miskolci L. 1973) a természetes erózió mértéke napjainkban is az egyik leggyorsabb hazánkban. A dombság központjában, a Tardona-patak vízgyűjtőjén a völgysűrűség eléri a 3,1 km/km2 értéket (Baros Z. et al. 2001), s az eróziós árkok, vízmosások a fosszilis csuszamlásokba, deráziós völgyekbe, s egymás részvízgyűjtőibe bevágódva alakítják tovább a kaotikusan felszabdalt tájat, s köztük elkeskenyedő völgyközi hátakként maradtak fenn a pliocén hegylábfelszín maradványai (5. ábra).
3
0
2
4
6
8
10 km
Szarmata-Pannon
Ottnangi-Kárpáti
Preneogén
Vulkanitok
Széntelepes összlet Eggenburgi
Vetõk
Bádeni agyag
Települések
2. ábra: A Tardonai-dombság földtani térképe (Gyalog et al. 2000)
Jelmagyarázat
5
1. széntelep elterjedése
Vízfolyások
2. széntelep elterjedése
A Tardona-patak vízgyűjtő határa
3. széntelep elterjedése 4. széntelep elterjedése 5. széntelep elterjedése 0 3 6 km
4
3
2
1
3. ábra: A széntelepek elterjedése a Kelet-Borsodi-szénmedencében
Homok Áthalmozott tufa Oligo-mocén slír
Sajóvölgyi Formáció
Dubicsányi SajóAndezit völgyi
Szarmata-Pannon
F o r m á c i ó
Bádeni Agyag
BÁDENI
hiátus
{
OLIGO - MIOCÉN
Paleo-Mezozoikum
B a r n a k ő sz é n
Homokos aleurit
S a l g ó t a r j á n i
Aleurit
hiátus
PALEO-MEZOZOIKUM
4. ábra: A Tardonai-dombság központi részének idealizált miocén elvi rétegsora
Felsőnyárádi Formáció
Kavics, homokos kavics Szén
K Á R P Á T I
Agglomerátum
-
Andezit
O T T N A N G I
Jelmagyarázat:
Sütő László: Felszín alatti bányászat…
Az aljzatszerkezet átöröklődését jól mutatja a völgyhálózat, amely a fő tektonikai irányokat (feltolódások, diagonálisok, haránttörések) követve DNy-ÉK-i csapású (Kozák M. et al. 1998b). A nem pontos illeszkedés oka, hogy a térség többszöri rotációs elmozdulásából eredően a sűrű vetőhálózat elemei gyakran igénybe vették a már kialakult litoklázis rendszereket, ill. a miocén térszínen a laza üledék konszolidálatlan mivolta nagyobb szórást engedett meg (Szalai K. et al. 1999, Baros Z. et al. 2001). A völgyek aszimmetriáját a pikkelyfrontok, pikkelyhátak eltérő meredekségű lejtői okozzák, amelyek az eróziós viszonyoknak megfelelően a pikkelyhátakon lecsúszva fejlődnek tovább, s arról rövid, de nagy esésű oldalvölgyek csatlakoznak hozzájuk (5. ábra). A laza, konszolidálatlan molassz összletet a lineáris erózió mellett geliszoliflukciós, deráziós folyamatok és tömegmozgások formálták. A homokos - agyagbetelepüléses miocén üledéksor szeszélyes váltakozásának köszönhetően a lejtők, völgyoldalak hullámos felszínnel rendelkeznek. Az eltérő szilárdságú, duzzadóképességű és hidrodinamikai vezetőképességű agyagos, tufitos rétegsorban csúszópályák, rétegfejek menti leszakadások, alámosódások jöttek létre, s a kritikus nyírófeszültség elérése után karéjos csuszamlások sorozata oldódott ki, kulisszaszerű lépcsőket hagyva maga után (Peja Gy. 1956; Szabó J. 1979).
A felszínstabilitás problémaköre A rendkívül mozaikos földtani alapadottságok és a jelenleg is intenzív felszínfejlődési folyamatok alapján tehát egy dinamikusan változó, geomorfológiai kép tárul elénk (5. ábra). Mind a természetes, mind a bányászati tevékenység során megindult felszínmozgások és az általuk kialakított formakincs továbbfejlődését nagymértékben befolyásolják a domborzat stabilitási viszonyai. Ennek jellemzésére a Tardona-patak vízgyűjtőjén lehatárolt mintaterületen elkészítettük a terület felszínstabilitási térképét (6. ábra), hazánk hegy- és dombvidéki városaira elkészült mérnökgeológiai atlaszok módszerei alapján (Fodor T-né Kleb B. 1986). A MÁFI által kidolgozott 1:25000-es építésföldtani térképezés (Cserny T. 1975) a morfológiát, a szilárd kőzeteknél a törőszilárdságot és a töredezettséget, a laza üledékeknél a porozitást és a víztartalmat vette figyelembe. A rendelkezésre álló adatok alapján saját térképszerkesztési módszert alakítottunk ki a kőzetfizikai-talajmechanikai tulajdonságokat, ill. a lejtőmeredekséget figyelembe véve. A litosztratigráfiai egységek kőzetfizikai jellemzésére az egyirányú nyomószilárdságot választottuk, melyre a bányászati fúrásnaplók nyújtottak adatokat, s a hiányzókat analógiák felhasználásával pótoltuk. Mivel a pélitek nyomószilárdsága a víztartalom növekedésével töredékére csökken, ezek esetében figyelembe vettük a vízhatásra való érzékenységet. Végül a formációkat a szilárdsági tényező (f) és konzisztencia viszonyok alapján a Protodjakonov-féle kőzetosztályozási rendszerhez (Egerer F. - Kertész P. 1993) hasonló kategóriákba soroltuk. A másik fontos paramétert, a mérnökmorfológiai célú lejtőkategóriákkal jellemeztük (Ádám L. Pécsi M. 1985). A térkép szerkesztésekor a formációkra meghatározott szilárdági index reciprokát összeszoroztuk a lejtőkategóriák középértékével, majd az eredményül kapott számokat terepi megfigyelések és analógiák figyelembe vételével öt csoportra osztottuk az erősen instabil kategóriától a stabilig. Mindezek alapján, a terület felszínstabilitási viszonyairól formációk szerint az alábbiakat állapíthatjuk meg. A paleo-mezozóos sorozat (2. ábra) karbonátos, palás, agyagos aleurolitos, kovás, képződményei a szilárd kőzetek közé tartoznak. Összetételükben jelentős változások figyelhetők meg, a vízhatásra gyorsan plasztikussá váló agyagos-márgás közbetelepülésektől a rideg, kemény, elsősorban tektonikai tönkremeneteleket elszenvedő karbonátos és kovás kőzetváltozatokig. Utóbbiak a Protodjakonov-féle osztályozási rendben 10-es szilárdsági
8
Földrajzi Konferencia, Szeged 2001.
tényezőt (f) kaptak, ezért a 35o-nál meredekebb lejtők is stabilnak mondhatók. Erodálhatóságuk és stabilitási viszonyaik tekintetében nem a törő-, ill. szakítószilárdságuk játszik szerepet, inkább többgenerációs tektonikai repedésrendszerük. A sekélytengeri, uralkodóan karbonátos-agyagos cementációjú homokos - kőzetlisztes oligocén medenceüledékek felszíni elterjedése a Tardonai-dombság területén nem túl jelentős (2. ábra). A kalapáccsal könnyen törhető kőzet minősége az összletben nagyjából kiegyenlített (f = 3). Ezért csak a lankás térszíneken alkot kvázi stabil felszíneket, gyakoriak az instabil lejtők. Az agyagos közbetelepülések, vagy a tektonikai vonalak mentén bemosódó agyagfilmek esetenként nagyobb tömegmozgások csúszópályájául szolgálhatnak. A litológiailag változatos ottnangi-kárpáti törmelékes üledéksor jelentős elterjedése miatt meghatározó felszínalkotó összlet (2. ábra). Építésföldtani értelemben mozaikos, azonban a terepi bejárások alapján meglehetősen jól felismerhető morfológia jegyekkel jellemezhető. Ennek fő okai a változatos rétegsorban domináns csillámos, finomhomokos – kőzetlisztes rétegek, melyek diagenezisük alapján az oligocén kifejlődésekkel mutatnak rokonságot (f = 23), azaz meredekebb morfológia esetén, instabil lejtőket alkotnak. A relatíve alacsony agyagtartalom vízhatásra kevésbé érzékennyé teszi az összletet, azonban a széntelepek feletti agyagos sávokon, túlnedvesedés hatására tömegmozgások oldódhatnak ki. Jelentős a területi elterjedése, elsősorban a dombság Ny-i részén a Bádeni Agyag Formációnak, amely agyagos megjelenése, alacsony diageneziáltsági foka miatt állandóan instabil lejtőket alkot (f = 1). Meredek lejtőket csak fölötte települő szilárdabb képződmény átmeneti védőhatására képezhet. Felázás esetén azonban, éppen a védelmet nyújtó fedő rétegsor terhelése miatt, nagyméretű felszínmozgások, blokkcsuszamlások kialakulásának ad teret. A magas agyagtartalom miatt igen érzékeny a vízhatásra, s csapadékosabb periódus idején megélénkülnek felszínén a kisméretű felszínmozgásos folyamatok. A Sajóvölgyi Formáció az ottnangi-kárpáti rétegsorhoz hasonló okokból, meghatározó a stabilitás szempontjából (2. ábra). Az igen vegyes összetételű, uralkodóan homokos, gyakran kavics-, vagy agyagbetelepülésekkel tagolt rétegsor sűrűn fogazódik össze a Dubicsányi Andezit apofízaszerű szegélyfácieseivel, ami növeli a rétegsor konzisztenciáját (2. ábra). A tetőhelyzetben, s helyenként a lejtőoldalakon kipreparálódó, áttöréses helyzetű neutrális vulkanitoknak fontos szerepe van a lejtőállékonyság területi eloszlásában. A láva, lávabreccsa megjelenésű andezit, s az ezt kísérő tufoláva, hialoklaszt szerkezetű piroklasztikumok gyakran preparálódnak ki meredek lejtőkkel, s falhatásszerűen védik közvetlen környezetüket, ugyanakkor agyagosan bontott szakaszain tömegmozgásokra hajlamosak (Csámer Á. 1999). A lávakőzetek 10-es, a beágyazó piroklasztikumok pedig 7-es szilárdsági tényezővel rendelkeznek. A törmelékes üledékeknek a vulkanitok magas részarányából eredően az átlagosnál több a vas és mangántartalma, amely segíti a gyakori limonitos cementáció kialakulását. Mindez együttesen az összletnek a törmelékes miocén képződményeknél nagyobb átlagos szilárdságot kölcsönöz (f = 5). A tetőhelyzetben települő meredekebb lejtő kialakítására képes szarmata-pannon sorozat talpa morfológiailag minden esetben markánsan elválik a kisebb szilárdsági fokú kárpáti vagy bádeni üledékek határán. A Tardona-patak vízgyűjtőjére készített felszíntabilitási térkép analógiája alapján a Tardonai-dombság egész területéről általánosságban elmondható, hogy a miocén térszínek stabilitása mérnökgeológiai, -geomorfológiai szempontból gyenge közepes (6. ábra). A laboratóriumi elemzések alapján a széntelepes összlet átlagosan 20-80%-os montmorillonit, ill. 3,5-6% víztartalommal jellemezhető. Telítettsége meghaladhatja az 53-55%-ot, szivárgási tényezője 10-7-10-8, konzisztencia-indexe 2-2,5, plaszticitási indexe 18-36, folyási határ pedig elérheti a 60-80%-ot (Kozák M - Püspöki Z. 1995b).
9
Kazincbarcika
Stabil Kevésbé stabil Kvázi stabil Instabil Erõsen instabil
Tardona
0
1
2
3
4 km
6. ábra: A Tardona-patak vízgyûjtõjének felszínstabilitási térképe
287°
107°
Skz. 159
400 350 300 250 200
IV. telep
IV. telep
150 V. telep
V. telep
100 m 0 100
500[m]
303° Skz. 130.
123°
300
Skz. 192.
275 250 225 200
Tardona-völgy IV. telep
175 150 125 m
V. telep
IV. telep
Homokos aleurit
Szén
Homok
Aleurit
Andezit
Kavics, homokos kavics
7.ábra: Csuszamlások a Tardona-patak völgyében
Sütő László: Felszín alatti bányászat…
Súlyosbítja a képet a terület sűrű mikrotektonikai töréshálózata, melynek gyakran agyagos kitöltései csapadékosabb időszakban felázva tömegmozgások csúszópálya síkjaként szolgálnak. A bányászati térségekben külön problémát jelent, hogy az enyhén K felé dőlő széntelepes rétegsorban a telepek feletti agyagos sávok preformált csúszópályát alkotnak, s az alsó rétegeken kioldódott csúszások után az instabillá való magasabb térszínről újabb mozgások indulnak meg (Baros Z. et al. 2001)(7. ábra). Az emberi hatás jelentőségét mutatja, hogy Tardona község területén a csapadékosabb évek után, mint pl. 1999-ben több ház is csuszamlások áldozatául esett (1. fotó). A bányászati tevékenység okozta felszínmozgások A Sajó-völgybe és környékére települt hazánk legnagyobb nehézipari körzete, s ehhez kapcsolódóan a Tardonai-dombság területén az országosnál sűrűbb településhálózat alakult ki. Az aszimmetrikus völgyek (Királdi-, Mercse-; Csernely-, Bán-; Tardona-; Harica-, Nyögő-; Lyukó-, Pereces-patak stb.) kiszélesedő részein és a völgytorkolatokban jöttek létre a települési csomópontok, s később a bányatelepek, majd a nagyipari beruházások is, amelyek összekötéséhez szintén sűrű infrastruktúra hálózat csatlakozott (1. ábra). A legnagyobb bányák átlagosan 60-80 évig működtek a térségben, azonban a kisebb fejtéseket a két világháború között, elsősorban a Nagy Gazdasági Világválság miatt bezárták. A háború után a műszakilag nem megfelelő és helyre nem hozható tárókat és lejtős aknákat azonnal felszámolták. Az extenzív fejlődés a ’60-as években érte el csúcspontját, majd a kitermelés fokozódásával egyre nagyobb mértékben a vízveszélyes tárók váltak a bányászat fő színtereivé (Mándy A. - Zsámboki L. 1996), ami hozzájárult a tönkremenetelhez. A vízkitermelés egyik káros következménye, hogy a ‘80-as években még működő források, ill. vízfolyással rendelkező patakok közül több kiszáradt. A gyenge felszínstabilitás ismeretében érthető, hogy miért helyeztük a hangsúlyt a felszín alatti vágatok következtében lejátszódó felszínmozgások vizsgálatára. A vágatok képzése során a felszínmozgások igazából csak járulékos folyamatok (míg a külfejtésnél tulajdonképpen maga az anyagnyerés folyamata jár bányagödör képződésével), s hosszú ideig nem is tulajdonítottak nekik nagyobb szerepet. A bányavállalatoknál végzett rendszeres ellenőrző mérések során azonban érdekes összefüggések rajzolódtak ki. Megállapították, hogy az üregek beomlása által kiváltott felszínmozgások formája és mérete függ a fejtés időtartalmától, lefejtett rétegek nagyságától, azok felszín alatti mélységétől, a szerkezeti és hidrogeológiai viszonyoktól, a fedőrétegek kőzetmechanikai és egyéb kőzettani tulajdonságaitól, valamint a bányaművelés módszerétől (fejtési mód, biztosítás, üregfelhagyás) (Martos F. 1958, Erdősi F. 1987). Az utóbbi két tényezőcsoport pedig meghatározza a süllyedések felszínre jutásának idejét is (Hoványi L. – Kolozsvári G. 1989). Az adottságok jellemzéséből kiderült, hogy a szénmedence területén a fedőrétegekre általánosan jellemző a kis szilárdsági tényező, s a rétegvastagság a völgyek közvetlen közelében esetenként nem haladta meg az 50 m-t sem. Mivel a vágathajtás hatására a kőzettömeg feszültségi állapota megváltozik az üreg környezetében módosult feszültségek lépnek fel. A hazai, fiatal korú széntelepeink mellékkőzeteinek szilárdsága rendszerint olyan csekély, hogy e megnövekedett igénybevételnek nem tudnak ellenállni, összetöredeznek, a rugalmas, vagy latens plasztikus állapotból valódi plasztikus állapotba kerülnek és a kivájt üreg felé elmozdulva, azt betölteni igyekeznek (Martos F. 1958). A vízbetörések ellen védő, később a vágatok felszakadásában is szerepet játszó agyagos rétegek vastagsága és települési viszonyai a III.-IV. széntelepek felett a legkedvezőbbek, a II. széntelep felett a legrosszabbak, míg az I. és V. széntelepé közepesnek mondható (4. ábra).
12
Földrajzi Konferencia, Szeged 2001.
(Mivel a védőréteg vastagságának az I-II. telepnél 10-12 m-nek, a III. telepnél 6-8 m-nek, a IV. telepnél 12-24 m-nek, az V. telepnél – kétpados fejtésnél - 46-45 m-nek kellene lennie, a meglevők nem nyújtanak teljes biztonságot a fejtéseknek (Juhász A. 1965). Több esetben (királdi bányák, kazincbarcikai Géza-táró) a II. telep fedőjét pár cm-es agyagréteg után 1,5-4 m vastag folyós homok képezi, ezért a vékony szénrétegekből a felső 10-15 cm-t nem tudták lefejteni, ill. az üreg felhagyása után a keményebb védőréteg felszakadását követően a felszínmozgások intenzitása is megnövekedett. A világháború előtti aknák többsége kézi művelésű kamrafejtéssel lett letermelve, ahol a régi faácsolatos biztosítás terhelhetősége kisebb, tehát ezek mentén, különösen valamilyen plusz terhelés esetén újra aktivizálódhatnak a tömegmozgásos folyamatok. A ’60-as évektől fejlettebb biztosítást használtak (pl. acél TH gyűrűk, Dobson önjáró biztosítás stb.), azonban a gépesítettség fokának növekedésével nőttek a vágatméretek is (a fővágatok elérték a 4 m-es magasságot, szemben a század eleji átlagos 2 m-es vágatmagassággal), következésképpen ugyanolyan fedővastagság mellett nagyobb mértékű süllyedés következett be. A térség bányászati szakemberivel folytatott beszélgetések alapján a mozgások intenzitásának ütemét, Erdősi F. (1987) Pécs környéki tapasztalataihoz hasonlóan, több szakaszra bonthatjuk. Az első mozgások röviddel a bányaüregek felhagyása után következtek be. Azonban ezek a süllyedések a Kelet-Borsodi-szénmedencében, a Mecsek környéki példákkal ellentétben sokkal gyorsabban, esetenként néhány nap, ill. 2-4 hét alatt lejátszódtak. Ennek egyik okát a széntelepek fekü és fedőrétegeit képező laza miocén molassz üledékek jelenthetik, másrészt a lefejtett területek közelebb esnek a felszínhez. A legnagyobb elmozdulások az ott dolgozók tapasztalatai szerint 1-2 éven belül zajlottak le, s utána időben elhúzódva folyamatosan lecsengő méretű mozgások történtek, amelyek a fedőrétegek tömörödésével jártak együtt.
Süllyedési teknők kiterjedésének meghatározása vágattérképek alapján A felszín alatti bányászat okozta süllyedések térképi modellezéséhez, a Tardona-patak vízgyűjtőjét választottuk. A vágatok elhelyezkedése alapján Geomédia szoftver segítségével rajzoltuk meg a lefejtett területek digitális térképét, amely alapjául szolgált a felszínmozgások felméréséhez (8. ábra). A felszínmozgások mértékének és területi kiterjedésének becslésére az S = (T+M) – AT egyszerű egyenletet alkalmaztunk (ahol S: a felszín süllyedése, T: a fedőrétegek vastagsága, M: a szénréteg vastagsága, A: a széntelepes összlet átlagos térfogatnövekedési együtthatója (hazánkban átlag 1,01)) (Nir, D. 1981). A térkép elkészítésekor nem vettük figyelembe az ún. határszöget (a lefejtett telep szélét a felszínmozgások hátárával összekötő egyenesnek a vízszintessel bezárt szöge (Hoványi L. – Kolozsvári G. 1989)), mert ehhez nem volt elég adatunk. A számítás során Geomédia és Idrisi térinformatikai szoftverek segítségével kiszámítottuk a vízgyűjtő digitális szintvonalas térképe, valamint az általunk elkészített digitális vágattérkép alapján a felszíni domborzat és a felszín alatti vágatok tengerszint feletti magasságkülönbségét, s ebből hektáronkénti bontásban adtunk meg egy átlagértéket, amely megfelel a fedőréteg átlagos vastagságának. A képletben a továbbiakban a szénréteg kiterjedése helyett a vágatok magasságát használtuk, hiszen a vágatok magassága több a telepvastagságnál, s fedőrétegnek az üreg feletti terület stabilitását kell biztosítani. Ezt a bányatérképek adatai alapján átlagosan 2 m-nek vettük a régi kamrafejtésű vágatok esetén, 3 m-nek a gépi frontfejtéseknél és 4 m-nek a fővágatoknál. A képletből kapott értékek ha-os bontásban megadták a felszínsüllyedések mértékét és kirajzolták a veszélyeztetett területek határait (9. ábra) (Juhász Cs. 2001).
13
Sütő László: Felszín alatti bányászat…
A Tardona-patak bal oldalán, az aláfejtett területek a Kazincbarcikától DNy-ra eső részén érintik a hétvégi házak, kertek övezetét. A süllyedések mértéke pedig meghaladja a 2 m-t, bár ezek napjainkra nagyrészt lezajlottak, mivel az itt található IV. telepet még az 1920-as években művelték. D-re és Ny-ra haladva nem érintik a beépített domboldalakat, azonban instabil térszíneket igen. Ezeket a vágatokat már a 60-as években hajtották, s a fabiztosítást már felváltotta az acélbiztosítás, Ennek ellenére azonban, ahol ez a technika nem vált be, többször beomlottak a vágatok, pl. Tervtáró 4-es ereszkéjében, a Tardona-patak bal oldalán, a lefejtett területek DNy-i részében (Juhász Cs. 2001), amelyet a felszínsüllyedési térképen egy 4 m-es átlagos süllyedés mutat. A patak jobb oldalán szintén jelentős terület lett aláfejtve. Ennek kisebbik részét a század elején (legkeletibb fejtések) kizárólag fával biztosították (8. ábra). E lebányászott területek felett ma kiskertek, szőlők és erdő található, ahol a süllyedés szintén elérhet akár a 2-3 m-t is (9. ábra). Ahol a felszínstabilitás kicsi, az ott áthaladó vágatok felett akár 4 m is lehet az elmozdulás (6. 8. 9. ábra).
A vágatok hatására kialakult felszínmozgások típusai Az alábányászott felszíneken bekövetkező mozgások típusa a lefejtett telep elhelyezkedésétől függ. Közvetlenül a lebányászott terület felett kizárólag süllyedésekkel számolhatunk, ezt követi a felszínen kifelé az összenyomódás zónája, majd a süllyedési teknő határsávjában a felszakadások területe (Erdősi F. 1987). A beszakadások eredményeképpen kialakult felszínen mélyedések, szakadások, repedések és deformációk különböző mérettartományba esnek. Ezek morfológiai típusonként, leegyszerűsítve és nagyságrendi sorrendben a következők (Erdősi F. 1987): süllyedési teknő > süllyedési mező > berogyás. A meredek oldalú kisebb gödörszerű képződmények a berogyások. Ezek általában a felszínközeli telepek aknanyílásai közelében néhány 10 m-es körzetben találhatók (2. 3. fotó). A Királdi bányakörzetben D-i részén megfigyelt rogyásos formák pedig szabályos lineáris elrendeződést mutatnak, s elterjedésük a felszínközeli vágatok felszíni vetületével pontosan egybeesik (4. fotó). Átlagos mélységük, átmérőjük meghaladja az 1-5 m-t (5. fotó), s az eddigi megfigyelésekhez (Erdősi F. 1987) hasonlóan ezek is aszimmetrikus kifejlődést mutatnak. Egyetlen telep leművelése után kialakult horpát csak egy-egy régebbi bányánál találhatunk, ahol még kézi műveléssel igyekeztek a könnyen elérhető széntelepeket lefejteni. De az esetek többségében egy adott terület alatt a technológia fejlődésével, később újabb telepeket nyitottak meg és ezek hatási egymásra lapolódtak. A több egymás alatti műrevaló készlet lefejtése után több fázisban következnek be elmozdulások, mégpedig a mélyebben lévő üreg nagyobb felszíni hatótávolságával. Erre a Kelet-Borsodi-szénmedencében több helyen is van példa. A Királd környéki bányákban, ill. a Tardona-völgy mentén a Géza-, az Ilona- és a Kakucsa-táróban egymás után fejtették a II. és a III. telepet, az Ádám-völgyben pedig a III és a IV telepet. A szénmedence egyik legnagyobb és legrégebbi szénmezőjén a Tervtáró D-i részén, a Tardona-völgyben a IV telep fejtései helyenként a már korábban leművelt III telep alatt haladnak (1. 8. ábra).
14
1. fotó: A felszín stabilitása a dombság területén gyenge közepes. Az ennek figyelmen kívül hagyásával beépített csuszamlásra hajlamos lejtőkön komoly károk keletkeztek.
2. fotó: A Tardona-patak völgyére kifutó Sándor-táró bejáratánál felhagyás után megrogyott felszín. A több mint fél évszázada művelt táró előtti horpadást kisebb eróziós vízmosás alakította át.
3. fotó: A Tardona-völgyi György-táró bejárata mentén végigfutó elnyíródás nyílt hasadéka. Jól látszik a gyökérzet sérülése, amely tömeges méretekben az erdőgazdálkodást akadályozó tényező.
4. fotó: A Királd környéki Cséptelep alatt húzódó felszínközeli vágatrendszert vonal menti elrendeződésben kisebb berogyások követik a felszínen.
5. fotó: A Királd környékén létrejött aszimmetrikus, tölcsér alakú berogyások átmérője elérheti az 5 m-t, és gyakran egy embert is elnyelnek.
6. fotó: Az Ádám-völgyi meddőhányórendszert több, kisebb lejtősaknával aláfejtett területre raktak, amely további rézsűcsúszásokat idézett elő a „féligtermészetesen” fejlődő meddőoldalban.
Kazincbarcika
Ádám-völgy
Cserbabos-táró Tervtáró
Billa-táró
Lefejtett terület
Tardona
Vágatok Aknabejáratok Meddõhányók Település Folyó 0
1
2
3
4
5 km
8. ábra: A Tardona-patak vízgyûjtõjének bányászati térképe
A felszínsüllyedés lehetséges mértéke [m]
0
1
2
3 km
Terület határa
Vízfolyás
Település
Meddõhányó
9. ábra: Felszínsüllyedéssel veszélyeztetett területek a Tardona-patak vízgyûjtõjén
Sütő László: Felszín alatti bányászat…
A térkép szerkesztésekor használt fedővastagság, ill. vágatmagasság értékei a mozgási tartományok típusainak a meghatározását is lehetővé teszik. A telepek felett közvetlenül az ún. omlásos zóna alakul ki, amelyben a rétegek teljesen összetöredeznek és fellazulnak. Ezt követi a repedéses zóna, ahol a kőzetek még összetöredeznek, de összefüggésüket nem veszítik el, ezért teherbírásuk legalább részlegesen megmarad, majd az áthajló zóna, ahol összetöredezettség és fellazulás már nem jön létre (Hoványi L. – Kolozsvári G. 1989). Ezek közül az omlásos zóna különös jelentőséggel bír, a fentebb felsorolt esetekben, amikor a lefejtett telep alatt újabb vágatot nyitnak, hiszen a felső vágat miatt már eleve összetöredezett és fellazult fedőréteg sokkal kisebb teherbírással rendelkezik Ha ezek vastagsága eléri a felszínt, akkor jöhet létre az omlásos, a töréses és végül az elmozdulási horpa. A H = m / k-1 képlet alapján (H: a fedővastagság; m: a vágatmagasság, a Tardonai-dombság területén max. 4-5 m; k: az ún. lazulási tényező, Magyarországon átlagosan 1,2; 3 m-es széntelep vastagság esetén) (Hoványi L. – Kolozsvári G. 1989) omlásos horpa csak ott jöhetett létre, ahol a fedőréteg vastagsága nem haladta meg a maximum 20-25 m-t. A Tardonai-dombság területén, mint leírtuk a széntelepek többségét általában a Sajóba torkolló fővölgyek mentén kezdték lefejteni, ezért ezeken a helyeken omlasztásos horpák jöhettek létre (9. ábra). A felszínstabilitási és a geomorfológiai térképeken látható, hogy a bányászat által leginkább igénybe vett övezet egybeesik az instabilabb felszínekkel és az aktív csuszamlásos, ill. csuszamlásveszélyes lejtőkkel (5. 6. ábra). Töréses horpák kialakulása a H < 40-50 * m képlet (Hoványi L. – Kolozsvári G. 1989) szerint, területünkön 200-250 m-nél kisebb vastagságú fedőréteget feltételez, amely gyakorlatilag mindenhol igaz, ezért a területen általában ezek jellemzőek. Viszont ennél vastagabb fedőréteg esetén is következhet be kis mértékű elmozdulás, azaz az ún. elmozdulási horpákkal veszélyeztetett térségek még a komolyabb károsodást okozó süllyedéseken túl is terjedhetnek. A süllyedések közvetett morfológiai következménye, miután a lejtőviszonyok átalakulnak, az eróziós-deráziós folyamatok aránya és intenzitása is megváltozik (Erdősi 1987, Wach, J.- Szczypek, T. 1996). A felszíni vízfolyásokra gyakorolt hatását legjobban Sajómercsénél lehetett megfigyelni, ahol a Mercse-patakon egy horpát elérve időszakos tó alakult ki. Az állóvíz lecsapolására a folyó medrét mesterségesen ki kellett építeni.
Összegzés A vágatok miatt a felszínen különböző típusú elmozdulások lépnek fel. A feltűnő morfológiai jegyeken kívül, károk is keletkeznek. Napjainkban a bányatelkek utólagos ellenőrzése során, a kárelhárítás miatt kerültek ezek a mozgások a figyelem homlokterébe. A települések terjeszkedésével ma már lakott területek kerülnek aláfejtett területekre, így a felszínen épület- és útkárok is megfigyelhetők. A süllyedések és repedések miatt az erdők is károsodhatnak a bányák feletti területen. Előfordulhat gyökérszakadás, és a bányászat okozta talajvízszint csökkenés miatt bekövetkező állománykiszáradás is. A felszínre került nagy tömegű meddőanyagot gazdasági megfontolások miatt az esetek többségében az aknanyílások közelében deponálták. Ekkor azonban a vágatok okozta süllyedések és a hányók tömegéből eredő többletterhelés, összegződve sújtotta az instabil térszíneket. A Kazincbarcika közeli Ádám-völgyben, pl. a több mint 1,2 millió m3 térfogatú meddőhányót, a Cserbabos-táró nyomvonalvezetésére rakták rá (8. 9. ábra), s ezért a depónián többszöri jelentős mértékű rézsűcsúszás zajlott le (Sütő L. 2000) (6. fotó), amely a jelenleg zajló rekultiváció folyamatát is jelentősen megnehezíti, és költségesebbé teszi.
18
Földrajzi Konferencia, Szeged 2001.
A Tardona-patak vízgyűjtőjén kijelölt mintaterületen jól látszik, hogy a lefejtett területek a települések közvetlen közelében vannak (kertségek, hétvégi házak övezete), s a fővölgyekre kifutó aknák a lineáris infrastruktúra elemeit veszélyeztetik (8. ábra). A geomorfológiai térképen látható (5. ábra), hogy ez a területrész különböző korú és formájú csuszamlásokkal tagolt lejtőkből áll. A felszínstabilitási térképre tekintve (6. ábra) pedig kirajzolódik, hogy a vágatok több helyen egybeesnek a gyenge stabilitású területrészekkel. Ezért valószínű, hogy a tömegmozgásos folyamatok újraindulása a lefejtett területeknek köszönhető (9. ábra). A területfejlesztési feladatok megoldása során ezek a tájrészletek a potenciálisan veszélyeztetett térségek közé tartoznak. Éppen ezért a felszínmozgások meghatározására szolgáló térképet szeretnénk az egykori Borsodi Szénbányászati Tröszt méréssorozatainak adataiból továbbfejleszteni. Végezetül köszönetet kívánunk mondani témavezetőinknek Dr. Szabó Józsefnek, Dr. Kozák Miklósnak és Püspöki Zoltánnak a kutatás során nyújtott segítségükért. Irodalomjegyzék Ádám L. – Pécsi M. (szerk.) (1985) : Mérnökgeomorfológiai térképezés. – Budapest : MTA FKI. – 188 p. Baros Z. – Homoki E. – Juhász Cs. (2001) : Bányászati hatások vizsgálata a Tardona-patak vízgyűjtőjén. – Debrecen : DE Ásvány- és Földtani Tanszék 49 p. – OTDK dolgozat. Csámer Á. (1999) : Környezetföldtani vizsgálatok Tardona térségében. Debrecen, DE Ásvány- és Földtani Tanszék 49 p. – Diplomamunka. Cserny T. (1975) : Az 1:25 000-es méretarányú építésföldtani mintatérképek szerkezetének elvi alapjai - Budapest : MÁFI évi jelentése az 1975. évről. - p. 315-318. Egerer F. - Kertész P. (1993) : Bevezetés a kőzetfizikába. – Budapest : Akadémiai Kiadó. – p. 424. Erdősi F. (1987) : A társadalom hatása a felszínre, a vizekre és az éghajlatra a Mecsek tágabb környezetében. – Budapest : Akadémiai Kiadó. – 228 p. Fodor T-né - Kleb B. (1986) : Magyarország mérnökgeológiai áttekintése. – Budapest : MÁFI. – 199 p. Gyalog L. (szerk.) (1999) : Az Északi-középhegységi terület fedetlen földtani térképe. – Budapest : MÁFI Adattár; MOL Adattár. Hoványi L. – Kolozsvári G. (1989) : Geodézia és Bányaméréstan : Bányaméréstan II. – Budapest : Tankönyvkiadó. – p. 155-261. – Kézirat. Juhász A. (1965) : A Kelet-borsodi barnakőszén-medence vízföldtani viszonyai = Bányászati Kohászati. Lapok. – 98. évf. 10. sz., p. 677-690. Juhász A. (1970) : A Borsodi-medence keleti részén a helvéti barnakőszéntelepek szénkőzettani, településtani vizsgálata = Földtani Közlöny. – 100. évf., p. 239-306. Juhász Cs. (2001) : Antropogén geomorfológiai és területhasználati változások vizsgálata a Tardonaidombság területén. – Debrecen : DE Ásvány- és Földtani Tanszék 57 p. –Diplomamunka. Kozák M. - Püspöki Z. (1995a) : Correlative relationship between denudational periods and sedimentation in the forelands of the Bükk Mts. (NE Hungary). – In: CBGA XV. Congress. – Athen : CBGA. – p. 340-345. Kozák M. - Püspöki Z. (1995b) : Építésföldtani jellemzők környezeti alapjai a Bábony-patak völgyében (K-i Bükk) = Acta Geographica. ac Geologica et Meteorologica Debrecina. – Vol. 33. – p. 205-218. Kozák M. - Püspöki Z. - Csámer Á. - Csathó B. - Pécskay Z. - Barta I. (1998a) : Volcanology and geochronology of east Borsod-basin. – CBGA XVI. Conference. – Wien : CBGA. – p. 301. Kozák M. - Püspöki Z. - Piros O. - László A. (1998b) : The structural position of the Bükk Mountains based on tectono- and pebble stratigraphic analyses. – In: CBGA XVI. Conference. – Wien : CBGA. – p. 303.
19
Sütő László: Felszín alatti bányászat… Mándy A. - Zsámboki L. (1996) : A borsodi-medence szénbányászata. – In: A magyar bányászat évezredes története : 2. / Benke I. - Reményi V. (szerk.). – Budapest : Országos Magyar Bányászati és Kohászati Egyesület. – p. 19-59. Martos F. (1958) : A külszín elmozdulását befolyásoló tényezők = Bányászati Lapok. – 91. évf. 1. sz., p. 367-372. Miskolci L. (1973) : Kéregmozgások vizsgálata szabatos szintezésekkel. – Budapest : Akadémia Kiadó. – p. 45-48. Nir, D. (1981) : Az ember mint geomorfológiai tényező. – Debrecen : KLTE : 1993. – 256 p. – Kézirat. – Fordította: Rózsa P. Peja Gy. (1956)a : Suvadástípusok a Bükk É-i (harmadkori) előterében = Földrajzi Közlemények. – 80. (4.) köt. 3. sz., p. 217-240. Sütő L. (2000) : Mining agency in the east Borsod Basin, North-East Hungary. – In: Nature use in the different conditions of human impact / (ed.) Jankowski, A. T.& Pirozhnik I. I. – Minsk; Sosnowiec : Studenckie Koło Naukowe Geografów UŚ. – p. 116-123. Szalai K. – McIntosh R. – Gönczy S. (1999) : Az Upponyi-hegység szerkezet-morfogenetikai és geomorfológiai vizsgálata. – Debrecen : DE Ásvány- és Földtani Tanszék. – 44 p. – OTDK dolgozat. Szabó J. (1979) : A városkörnyéki táj fejlődése és morfológiája. – In: Kazincbarcika földrajza / Frisnyák S. (szerk.). – Kazincbarcika : Kazincbarcika Városi Tanács. – p. 11-54. Wach, J.- Szczypek, T. (1996) : Преобразования рельефа местнсти в районах горнодобыающй проышенности вследтвие оседаний грунта (на примере катовицкого воевдства). Географические проблемы природопользования в условиях антропогенной деятельности. Минск : Белорусский Государственный Университет и Белорусское Географическое Общество. – p. 21-27.
20
