Prognozowanie zagrożenia wodnego związanego z zatapianiem wyrobisk góniczych kopalń węgla kamiennego

W pracy scharakteryzowano zagrożenie wodne jako zjawisko oraz przedstawiono obowiązujący podział źródeł zagrożenia wodnego na dwie grupy pod względem kryterium swobody ruchu wody i przewidywanego natężenia jej przepływu. Wskazano na występowanie zgodności lub jej braku w porównaniu klasyfikacji źródeł zagrożenia wodnego z oceną stanu tego zagrożenia. Omówiono zmiany w występowaniu przejawów zagrożenia wodnego w kopalniach węgla w okresie po II wojnie światowej do czasów współczesnych. Dla wybranych przedziałów czasu wskazano na związki przyczynowo-skutkowe ich występowania. W nawiązaniu do ostatnich tendencji zarysowujących się w restrukturyzacji górnictwa węgla w Polsce określono zmiany, jakie mogą występować w rozwoju odwadniania kopalń. Na podstawie, głównie zmian właściwości skał i górotworu pod wpływem wody, zaproponowano nowe wskaźniki oceny i wstępną klasyfikację złóż z uwagi na zagrożenie wodne ze strony kopalń zlikwidowanych i częściowo zatopionych. Z uwagi na istniejącą, od połowy ostatniej dekady lat 90. XX w., sytuację górnictwa węglowego, za jeden z najistotniejszych czynników kształtujących stan zagrożenia wodnego w GZW uznano formowanie się dużych zbiorników wodnych w zlikwidowanych kopalniach. W związku z powyższym szczegółowej analizie zostały poddane główne metody wyznaczania parametrów pozwalających na szacowanie pojemności dołowych zbiorników wodnych. Przeanalizowano, stosowane od wielu lat, a także zaproponowane przez autora pracy, modele obliczania pojemności podziemnych zbiorników wodnych oraz sposób oceny bilansu wodnego zbiorników wodnych. Na podstawie analizy występowania w GZW podziemnych zbiorników wodnych przedstawiono propozycję ich podziału na trzy główne klasy pojemności. Porównywalność i efektywność metod badawczych oraz stosowanych w kopalniach metod prognozowania zatapiania wyrobisk górniczych została wykorzystana do określenia błędu prognozy w przypadku różnych metod obliczeniowych. Przeprowadzono dyskusję stosowalności metod obliczeniowych w aspekcie ustalenia przyczyn rozbieżności wyników prognoz i rzeczywistego przebiegu zatapiania wyrobisk górniczych. Na tej podstawie dokonano oceny skutków przeszacowania lub niedoszacowania pojemności wodnej zbiornika w wyrobiskach górniczym, w tym zwłaszcza dla przewidywania zagrożenia wodnego. Na podstawie przeanalizowanych warunków i okoliczności wystąpienia zagrożenia wodnego w wyrobiskach szybowych z ostatnich kilku lat opracowano systematykę szybów z uwagi na kategorie narażenia wyrobisk szybowych na zagrożenie wodne (WODSHIP). Kategoryzacja ta jako system oceny eksperckiej, została opracowana z uwzględnieniem zespołu siedmiu czynników geologiczno-górniczych, hydrogeologicznych i technicznych. W aspekcie potrzeb badawczych, ustalania wzajemnych współzależności działalności gospodarczej, związanej z gromadzeniem wody w zbiornikach zlikwidowanych kopalń, a jednocześnie potrzeb górnictwa węgla, posłużył przykład eksploatacji górniczej prowadzonej w pobliżu dużego zbiornika wodnego. Przykład ten stał się także podstawą do zbudowania modelu fizycznego, a następnie numerycznego do oceny zagrożenia wodnego. Generalnie, przeanalizowane warunki geologiczne i hydrogeologiczne, metody badań laboratoryjnych skał, badań polowych górotworu, sposoby badań modelowych, przeanalizowane przykłady przejawów zagrożenia wodnego zostały wykorzystane do scharakteryzowania strefowości górotworu w warunkach zatapiania kopalń. Scharakteryzowano także kształtowanie się zagrożenia wodnego w warunkach zatapiania i odwadniania wyrobisk górniczych. Następnie na tle analizy metodycznej, w tym metod opracowanych i testowanych przez autora w okresie ostatnich kilku lat, zaproponowano kompleks metod do oceny hydrogeologicznych właściwości skał i górotworu na potrzeby projektowania zbiorników w zatapianych wyrobiskach górniczych, a w przypadku badań na rumoszach skalnych także do formowania zasypów w likwidowanych szybach kopalnianych. Autor zaproponował nieco odmienną od obowiązującej klasyfikację, w której uwzględnił trzy grupy źródeł zagrożenia wodnego. Na przykładzie szczegółowej analizy sytuacji zagrożenia wodnego ze strony dużego zbiornika wodnego zaproponowano sposób wyznaczania stref bezpieczeństwa dla czynnych robót górniczych. To nowe rozwiązanie zostało zaproponowane, zwłaszcza w przypadku utrudnionej oceny zagrożenia wodnego związanej z brakiem możliwości wyznaczenia filarów bezpieczeństwa i występowania skłonności górotworu do wstrząsów i tąpań. Metodyka badawcza analizowana w pracy, a zwłaszcza sposób wyznaczania parametrów skał i rumoszy skalnych oraz wyznaczania stref bezpieczeństwa została wykorzystana w badaniach modelowych, przede wszystkim do oceny warunków sytuacji nietypowych w długim okresie prognozowania. Reasumując, efektem przeprowadzonych badań było:  opracowanie metodyki badań i oceny wodochłonności oraz przepuszczalności skał i rumoszy skalnych dla prognoz pojemnościowych i zagrożenia wodnego w szybach kopalnianych,  opracowanie metodyki prognozowania pojemności zbiorników wód dołowych w aspekcie ich oceny jako źródeł zagrożenia wodnego i obiektu działalności gospodarczej,  określenie możliwości optymalizacji metod badań nad zatapianiem wyrobisk górniczych,  określenie możliwości klasyfikacji zawodnienia górotworu i zagrożenia wodnego,  opracowanie sposobu wyznaczania stref bezpiecznego zasięgu robót górniczych w warunkach eksploatacji górniczej prowadzonej w pobliżu zbiorników wody utworzonych w zlikwidowanych kopalniach,  zaproponowanie zmian legislacyjnych w zakresie hydrogeologicznego dokumentowania i prognozowania procesu zatapiania wyrobisk górniczych.