Sanace hořícího odvalu Dolu Kateřina – Radvanice v Čechách

Ing. Zdeněk Osner, CSc, Ing. Jaroslav Němec, DrSc a kolektiv spolupracovníků; Energie Kladno a.s.

1.Úvod

Horní zákon ukládá těžební organizaci zajistit sanaci všech pozemků dotčených těžbou. Tuto povinnost má i státní podnik Východočeské uhelné doly, konkrétně i sanaci hořícího odvalu Dolu Kateřina v souvislosti s likvidací těžby uhlí na tomto dole. Naléhavost řešení tohoto problému byla zvýrazněna skutečností, že hořící odval se nachází prakticky na hranicích Chráněné krajinné oblasti Broumovsko a na okraji obce Radvance, čítající cca 1000 obyvatel.

Odval likvidovaného Dolu Kateřina vznikal v průběhu více než 100 let těžby uhlí. Na dole nebyla v minulosti zřízena úpravna. Uhlí se pro expedici připravovalo přímo v třídírně, kde byl ručně vybírán z těženého uhlí „kámen“. Rozpojená rubanina z příprav včetně uhlí, proplástky z rubání a ostatní cizí předměty se zpravidla odvážely na odval.

Přesný časový údaj odkdy se rozvíjely termické procesy v odvalu až do vzniku ohně není znám. K prvním protipožárním opatřením bylo nutno přistoupit již v letech 1967 až 1969, kdy zahoření odvalu nabylo větší intenzity a negativně ovlivňovalo okolí.

Situace odvalu Dolu Kateřina je nepříznivě ovlivněna i tím, že od počátku padesátých let až do roku 1957, kdy zde probíhala těžba radioaktivní suroviny zejména ze sloje Baltazar, se ukládal na odval veškerý ostatní vytěžený materiál, tzn. nejen hlušina a proplástek, ale i uhlí. Množství i rozsah ukládání těchto materiálů nebylo zachyceno v dokumentaci a rovněž tak ani množství ukládané škváry z místní kotelny.

V druhé polovině sedmdesátých let se důsledky oxidačních procesů uvnitř haldy začaly výrazněji projevovat. Zahoření odvalu a jeho negativní dopady na životní prostředí dosáhly v roce 1979 takové intenzity, že bylo nutno přistoupit k nápravným opatřením.

2. Průběh prací na likvidaci zahoření odvalu Dolu Kateřina do roku 1995

V listopadu 1979 byly zahájeny sanační práce na potlačení záparu injektáží bentonitovou suspenzí do vrtů, předem zhotovených v tělese odvalu podél výtahu.

Bentonitová suspenze s kalkosanem, popř. cementová kaše, byly do vrtů injektovány pod tlakem 0,3 MPa. Práce pokračovaly do června 1980. Protože však injektáž nevykázala očekávané účinky, bylo v červnu 1980 nově rozhodnuto odtěžovat zapařená ohniska. Ohniska byla ochlazována vodou, nakládána rýpadlem, odvážena na hranu odvalu v jižní a jihozápadní části a vyklápěna na svahy. Celkem bylo takto za srpen a září 1980 odtěženo téměř 50 000 m³. Záměr zabezpečit možnost opětovného odvalování pomocí výtahu se však nepodařilo splnit, takže hlušina musela být odvážena nákladními auty na nový odval.

V průběhu zimních měsíců 1980 a 1981 bylo zaznamenáno další zvýšení požární aktivity. Zápar prostupoval povrchovými vrstvami do severní a severovýchodní části odvalu a dosáhl takového rozsahu, že situace na odvalu byla prohlášena za havarijní a velmi nepříznivě ovlivňující exhalacemi obyvatelstvo obce Radvanice. Vedení dolu se proto obrátilo na Vědeckovýzkumný uhelný ústav Ostrava – Radvanice se žádostí o vypracování technického řešení likvidace požáru odvalu.

VVUÚ vypracoval technický záměr, jehož podstatou bylo přetvarování tělesa odvalu do lavic a jejich utěsnění (inertizace) vrstvou popílku. V lavicích měly být vybagrovány podélné a příčné rýhy, které následně měly být zaplaveny popílkovou suspenzí. Dále záměr předpokládal zchlazování „zapařené“ haldoviny, její vybrání rýpadlem a odvoz na náhradní skládku. V intencích technického záměru se prováděly sanační práce v roce 1982 a v prvém pololetí 1983. Přes všechny provedené práce však nebyly celkově dosaženy výraznější výsledky v potlačení požáru odvalu.

Zásahy do odvalu a delší dobu nechráněné svahy vytvořených lavic však měly své negativní důsledky v tom, že zápar prostupoval podpovrchovými vrstvami těchto lavic a postupně se rozšířil i do okrajové severozápadní části, kde byly umístěny některé provozní budovy. Rozsah prohořívání byl tak intenzívní, že docházelo k výronu zplodin mezi provozními budovami, vyvěrání dýmu z výpustí do kanalizačního řadu a exhalace pronikly i do vlastního objektu skladu.

K potlačení pokračujícího záparu v této části byla dále navržena etapová injektáž, jejíž podstatou byla chemickofyzikální prevence a likvidace záparu. Jednotlivé na sebe navazující etapy byly založeny na souhrnném využití vlastností aplikovaných hmot, jejichž samostatné dílčí účinky jsou z provozní praxe známy. Funkční principy jednotlivých etap spočívaly:

- v prvotním zchlazování pasivačním roztokem, tj. takovou chemickou látkou s pH menší než 7, která při reakci s plynnými zplodinami oxidace vytvoří na povrchu hořlavých látek ve vodě nerozpustnou vrstvu, tlumící jejich schopnost reagovat se vzdušným kyslíkem. Tato vrstva současně v důsledku své alkalické reakce neutralizuje kyselost nezbytnou k potlačení mikrobiologického okysličování sirníků (takovou látkou je např. hydroxid vápenatý),

- v následné inertizaci hořlavých látek, tj. zabránění průtahu vzduchu vyplněním volných prostor nehořlavou anorganickou látkou ve vodní fázi, která vykazuje při čerpatelné viskozitě nízký koeficient vodního součinitele, jako např. mletý jíl, mletý vápenec, elektrárenský popílek, popř. jejich směsi,

- ve finální inhibici, tj. chemickém potlačení oxidace hořlavých složek roztokem inhibitoru zahuštěného jemně mletým minerálem, který mechanicky dotěsní zbývající trhliny a k jehož udržení v trvale plastickém stavu přispívá voda vázaná jako hydrát příslušných solí, např. roztok chloridu vápenatého s jemně mletým jílem.

Již koncem roku 1983, tj. po čtyřech měsících od zahájení injektážních prací a při spotřebě asi 60% z celkem projektovaného množství materiálu bylo možno konstatovat, že zápar v prostoru provozních budov byl utlumen. Bylo proto rozhodnuto injektáž ukončit v říjnu 1984, situaci trvale sledovat a v případě potřeby lokální projevy záparu potlačovat opakovanou injektáží. Tak bylo v listopadu a v prosinci 1985 doinjektováno 6 tun materiálu a začátkem roku 1986 12 tun materiálu pomocí několika sond převážně v prostoru šachetní budovy. Popsanou injektáží se dosáhlo tedy pouze krátkodobé likvidace hoření na 6 měsíců až 3 roky.

Po zastavení těchto prací byl realizován nový projekt vypracovaný skupinou odborníků z Kamenouhelných dolů Kladno, vycházející ze zkušeností získaných při utlumování ohňů mezi provozními budovami dolu.

Návrh spočíval:

- ve zchlazování a pasivaci sanovaných ploch nástřikem vodního roztoku Ca(OH)₂ v asi 5% koncentraci s přídavkem inhibitorů (první fáze)

- v následném převrstvení asanovaných ploch náplavem suspenze jemné, požárně inertní anorganické látky na výslednou tloušťku alespoň 10 cm (druhá fáze),

- ve vytvoření konečného hydrofobizačního povlaku živičnou disperzí s příměsí semen vytrvalé travní popř. keřové vegetace.

Ověření navrženého způsobu bylo uskutečněno na vymezené části odvalu. Docílené výsledky nebyly uspokojivé, a proto se ani tento způsob dále nerozšiřoval.

Souhrnně můžeme konstatovat, že prohořívání odvalů z uhelných dolů je zdrojem škodlivých emisí a jejich dopad může být zaznamenán i ve značných vzdálenostech od zdroje v závislosti na morfologii blízkého okolí a klimatických podmínkách. Běžné způsoby likvidace požáru se při likvidaci hořícího odvalu dlouhodobě neosvědčují, čehož dokladem je i odval Dolu Kateřina. Běžné způsoby nelze aplikovat zejména pro velké objemy deponovaných hornin, velký úklon svahů a obvykle obtížně přístupná ložiska záparů.

3. Teoretické i praktické poznatky k problému sanace hořícího odvalu

Z praktických poznatků lze snadno odvodit, že sanace hořícího odvalu dosud prováděnými způsoby je kromě technické náročnosti značně nákladná, časově i pracovně velmi náročná, přičemž dosahované výsledky nejsou adekvátní vynaloženým prostředkům. Bylo proto nutné pro trvalou sanaci hořícího odvalu vypracovat takový způsob, který zajistí likvidaci hořícího odvalu, výrazné snížení škodlivých emisí a současně i funkční začlenění odvalu do krajiny pomocí technické a biologické rekultivace.

Při vypracování metody sanace hořícího odvalu jsme analyzovali všechny dosud navržené a v praxi použité metody potlačení požáru odvalu. Dále jsme vyšli z teoretických poznatků docílených ve světě při řešení problémů samovzněcování uhlí. Konečně jsme zohlednili i všechny dostupné domácí i zahraniční poznatky získané při použití různých metod likvidace ohnisek záparů a endogenních ohňů v odvalech.

Přes více než stoleté úsilí výzkumu i praxe zůstává proces samovzněcování uhlí dosud ne zcela objasněným. Každý proces, jehož vznik, mechanizmus a kinetika jsou známy, se lépe a spolehlivěji ovládá než proces, který je charakterizován zcela nebo alespoň z části empirickými parametry. To se vztahuje i na proces samovolné oxidace uhlí. Cílem dosud probíhajících výzkumů (a to nejen v ČR) je tedy prohloubit dosavadní poznání tak, aby byl proces samovznícení uhlí nejen obecně definován, nýbrž aby současně bylo možno určit podmínky a prostředky pro jeho ovládnutí, a to ve všech stádiích, která se v hornické praxi vyskytují.

V teoretické oblasti došlo do současné doby k prohloubení poznání mechanizmu stěžejního problému interakce uhlí s kyslíkem a příčin jeho iniciace. Samovznícení uhlí je ovlivňováno souborem chemických, fyzikálních a geologických činitelů, přičemž nelze pravděpodobně zcela vyloučit ani podíl mikrobiologických pochodů.

Samovzněcování uhlí s možností přechodu v endogenní ohně představuje přímé ohrožení bezpečnosti pracovního prostředí v lomech, hlubinných dolech i na skládkách a odvalech, negativně ovlivňuje životní prostředí v jejich okolí. Sklon k samovzněcování je specifickou vlastností uhlí a pro svou neurčitost v čase a prostoru patří mezi jen obtížně předvídatelné jevy. Samovznícení uhlí je výsledkem chemických a fyzikálních pochodů probíhajících za zcela specifických termodynamických podmínek, jejich výslednicí je samovolné zvýšení teploty uhlí až k bodu jeho zápalu. Toto samovolné zvyšování teploty, bez úmyslného přispění vnějšího činitele dodáním tepla z nezávislého zdroje, je charakteristickým znakem celého děje a vlastní podstatou problému. Přitom jde o zcela specifický proces, jehož mechanizmus je ojedinělý jak z hlediska časového intervalu, tak způsobu transportu tepla, a proto jej nelze simulovat dodáváním tepla zvenčí. Jako celek je samovzněcování uhlí jevem interpretovaným zatím pouze na empirické bázi. S využitím dosud získaných poznatků lze jeho průběh přibližně vyjádřit následujícím schématem:

Jestliže uhlí v rámci dobře izolovaného systému přijde do styku s kyslíkem, probíhají na jeho povrchu v závislosti na teplotě následné reakce, z nichž každá končí dosažením rovnovážného stavu. V základních rysech jde o několikastupňovou oxidační reakci, jejíž průběh lze v časové a teplotní následnosti rozdělit na několik charakteristických úseků.

V prvním časovém úseku, který je nejdelší, dochází k pozvolnému a malému vzestupu teploty, kdy nastává zvýšení teploty uhlí pouze o 10 až 20^oC. Doba trvání tohoto stádia je obvykle neznámá, může být až řadu měsíců a nemusí přecházet v latentní fázi samovznícení. Druhý časový úsek je obvykle kratší (několik týdnů až měsíců) a je typický zrychlením vzestupu teploty uhlí až k tzv. kritické teplotě, jež je u uhlí 40 až 60^oC. Oba tyto časové úseky, které mohou být „samopřípravou“ uhlí k náběhu na samovznícení, se označují jako inkubační fáze. Její identifikace je z hlediska prevence mimořádně důležitá, neboť během jejího průběhu lze provést preventivní opatření pro zábranu samovznícení. Po překročení kritické teploty nastává rychlý vzestup teploty až k bodu vznícení. V intervalu těchto dvou teplot leží samovzněcovací fáze, jež se v počátečním stádiu jeví jako zápar a na konci jako oheň. Časově je tato fáze krátká a měří se na hodiny až dny.

Pro objasnění vlastního charakteru oxidačního procesu lze zavést dva předpoklady:

Oxidace se uskutečňuje v makroskopiském měřítku. V důsledku vlastního reakčního mechanizmu se oxidace stává reakcí radikálovou s relativně nízkou aktivační energií, jež umožňuje i při vyšší teplotě její rychlý průběh. Reakce je v celém objemu uhlí ve stejném stádiu a probíhá stejnou okamžitou rychlostí.

Reakce je selektivní a podobně jako všechny heterogenní reakce neprobíhá na celém povrchu uhlí, nýbrž pouze na vybraných místech, tvořených souborem submikroskopických aktivních center, schopných přímé účasti na chemické reakci. Aktivní centra jsou takové okrsky uhelné hmoty, které vstupují do reakce mnohem ochotněji než jejich okolí. Předpokládá se, že jejich počet je úměrný množství volných radikálů na povrchu uhlí. Nelze vyloučit, že oxidace na těchto centrech probíhá spojitě v rámci jedné reakce, jejíž uskutečnění vede k likvidaci centra. Jestliže v okolí centra nejsou splněny fyzikální podmínky pro přenos tepla, centrum se chemicky vyčerpá, aniž by se hoření rozšířilo. Běžnými analytickými metodami se tato změna nedá chemicky zachytit a poněvadž není známá morfologie původního a likvidovaného centra, nelze ji prokázat ani mikroskopicky. Počet aktivních center na povrchu uhlí je značně vysoký a pro hmotnost 1g uhlí se dá odhadnout na 10⁶ až 10⁹ center. Centra mohou být různě aktivní a jejich reaktivita závisí nejen na jejich povaze, nýbrž i na teplotě.

Aby z hlediska reakční kinetiky přešel jakýkoliv systém z jednoho rovnovážného stavu do druhého, je mu třeba dodat určité množství potřebné energie, kterou se vyvede ze stávajícího rovnovážného stavu. Jednotlivé stavy systému jsou mezi sebou odděleny energetickými bariérami představujícími minimální objem energie, kterou je nutno vynaložit, aby se přechod uskutečnil. Pro proces, jenž následuje po přechodu, se tato energie rovná aktivační energii.

Aby systém dospěl z počátečního do konečného rovnovážného stavu přes dílčí rovnovážné stavy, je nutno mu postupně dodávat příslušné energie na překonání jednotlivých bariér, které vzrůstají se stoupající teplotou. Jestliže dodaná energie je větší nebo rovna součtu všech bariér, projde systém spojitě všemi dílčími ději a přemístí se z počátečního přímo do konečného rovnovážného stavu. Aby se oxidační proces rozběhl, nutno na překonání nejnižší energetické bariéry první reakce dodat systému počáteční minimální energii, např. ve formě sorpčního tepla vodní páry, a tím oxidační proces iniciovat. Pro překonání dalších energetických bariér je třeba dalších iniciačních energií, jejichž zdrojem mohou být iniciační faktory různé povahy.

Pro iniciaci samovznícení uhlí v odvalech je možno uvažovat především takové vidy energie, které mají přímou souvislost s působením přírodních vlivů:

- tepelnou energii předanou uhlí slunečním zářením, jak o tom svědčí pozorování zrychleného přestupu tepla do nitra hromady skladovaného uhlí, zvláště při nízké poloze slunce nad obzorem, kdy ve spektru převládá infračervené záření,

- smáčecí teplo vody při skropení uhlí deštěm,

- adsorpční teplo vodní páry obsažené v proudícím vzduchu. Postupnou adsorpcí vodní páry na vyschlém uhlí nebo na uhlí se sníženým obsahem vlhkosti může v tepelně dobře izolovaném systému stoupnout jeho teplota až na 100^oC,

- teplo chemické reakce s velmi nízkou aktivační energií, např. oxidace síry, hydratační tepla, změny modifikace,

- chemickou energii ionizovaného kyslíku vznikajícího účinkem ultrafialového záření a rozpadem ozónu,

- mechanickou energii akumulovanou v uhlí při jeho samovolném rozpojování (praskání).

Uvedené faktory mohou působit samostatně nebo se kombinovat a podle teploty uhlí může být jejich účinek selektivní.

Samovzněcování uhlí v odvalech a jeho potlačování probíhá za jiných podmínek než v důlním prostředí. Uhlí je obklopené hlušinou, která má odlišné tepelně izolační účinky a svou vlhkostí udržuje obsah vody v uhlí na jiné úrovni než má v dole. Na rozdíl od masivní uhelné stěny je uhlí v odvalu v partikulární formě, což vytváří porézní strukturu odvalu jejíž existence umožňuje průtahy plynů a tím zajišťuje trvalý přísun vzdušného kyslíku a odvod plynných zplodin oxidačních reakcí. Kdyby se této výměně plynů zabránilo, zplodiny by samy inertizovaly reakční prostor.

Dlouhodobým kontaktem uhlí se vzdušným kyslíkem se na povrchu uhlí vytváří vrstva zoxidované uhelné hmoty ve formě oxidačního lemu, která za stálých teplotních a tlakových podmínek představuje rovnovážný produkt interakce kyslíku s uhlím, zvyšuje jeho teplotu vznícení a tím mění i dispozice k samovznícení.

Likvidace ohnisek záparů a endogenních ohňů v odvalech se provádí metodami přiměřenými rozměrům odvalového tělesa a poloze ohnisek:

- proléváním odvalu vodou s rizikem vzniku nových průduchů a s nebezpečím rozkladu vody na výbušnou plynnou směs,

- injektáží se zaplavením termicky aktivních prostorů inertní suspenzí s obvykle časově omezeným účinkem (1 až 3 roky),

- povrchovým utěsňováním s pomocí lokálních injektáží inertními materiály (vápencový prach, elektrárenský popílek, jíly), rovněž s časově omezeným účinkem,

- odtěžováním a přemísťováním hmoty odvalu do nových prostorů s velkou ložnou plochou, eventuálně s následným proléváním vodou, zhutňováním nové vrstvy a povrchovou izolaci inertním materiálem,

- preventivním vytvořením izolačního pláště na kuželových odvalech malých objemů ještě před rozvojem záparů a ohňů.

Volba optimální metody a její detailní provedení se řídí stavem dosavadního poznání procesu samovznícení uhlí a konkrétními podmínkami, vyplývajícími z velikosti odvalového tělesa, rozsahu a historie záparu nebo endogenního ohně, jeho polohy v tělese odvalu a technických a prostorových možností pro realizaci likvidace.

Z dosavadního poznání procesu se jeví jako prakticky významné faktory zejména:

- intenzita oxidačního procesu

- velikost systému

- tvar systému

- podmínky na hranicích systému

Intenzita oxidačního procesu je závislá zejména na těchto parametrech:

- aktivitě konkrétního uhlí ke kyslíku

- velikosti povrchu uhelné hmoty

- fyzikálně-chemických podmínkách, ve kterých se uhelná hmota nachází

- historii systému (zejména rychlosti oxidačního procesu)

Velikost systému – samovznícené uhlí není obvykle pozorovatelné v malém systému uhlí, a to ani za velmi příznivých podmínek pro jeho vznik a rozvoj. V malém systému totiž dochází k intenzivnější výměně tepla s okolím. Toto zjištění však neplatí pro velké systémy.

Geometrický tvar systému rozhoduje o podmínkách rozvoje procesu samovznícení uhlí při jeho stejné velikosti. Obecně můžeme konstatovat, že uhlí vysoce reaktivní ke kyslíku rozprostřené na velké ploše, avšak v malé výšce, bude proti samovznícení téměř bezpečné, zatímco se zvyšující se výškou hromady (skladovaného uhlí nebo odvalu) se nebezpečí zvyšuje.

Intenzita oxidačního procesu je přímo úměrná celkovému povrchu uhelných částic. Celkovým povrchem rozumíme jak vnější, tak vnitřní povrch uhelné hmoty. Největší nebezpečí samovznícení představují tedy jeho nejmenší části, které mají největší celkový povrch. S granulometrickou skladbou uhlí i horniny úzce souvisí i možnost přívodu kyslíku do haldy či hromady. Halda složená pouze z velkých částic bude mít sice v každém místě haldy dobrý přístup kyslíku pro oxidaci, avšak v důsledku nižší intenzity oxidace (menšího celkového povrchu) bude mít lepší podmínky pro výměnu tepla s okolím. Halda tvořená jemnými frakcemi bude mít sice snížený přístup kyslíku k jednotlivým kouskům, avšak současně i zhoršenou výměnu tepla s okolím. Pro rozvoj procesu samovolné oxidace uhlí bude nejpříznivější situace tehdy, bude-li granulometrická skladba uhlí a hornin heterogenní. V tomto případě lze očekávat přívod kyslíku do haldy nejen difúzí, ale i prouděním, vzhledem k tomu, že v takové skládce mohou vznikat nejrůznější přívodové kanály, vedoucí k tak zvanému komínovému efektu.

Vliv klimatických podmínek na proces samovzněcování skladovaného uhlí spatřujeme především v teplotě, tlaku a relativní vlhkosti vzduchu a u nekrytých skládek či odvalů pak dále ve vlivu deště, slunce a větru. Tyto podmínky především na hranici systému (povrchu haldy) ovlivňují výměnu hmoty mezi okolím a systémem. Dále přispívají k rozpadu uhelné hmoty a hornin, což podmiňuje granulometrickou heterogenitu systému.

Z teoretických poznatků o podstatě procesu samovzněcování a podmínkách jeho ovlivňování vyplývají opatření, která by měla přispět k jeho omezení až potlačení. Všechna opatření musí nutně buď zajišťovat izolaci uhelné hmoty od okolní atmosféry nebo udržovat podkritickou velikost systému skladování.

Izolace systému se nejběžněji provádí zhutňováním skladovaného materiálu tak, aby se co nejdříve omezily volné prostory mezi uhelnými částicemi a horninou. Je vhodné skrápět povrch odvalu vhodnou hydrofobní látkou, která omezí vstup kyslíku a vody do systému. Teoreticky si lze představit i izolaci odvalu v uzavřeném prostoru v interní atmosféře např. dusíku. Prakticky ovšem taková izolace haldy skladovaného uhlí nebo odvalu z jeho těžby by byla investičně tak náročná, že její realizace je nereálná.

Z hlediska zmenšování velikosti systému je kritickým rozměrem především výška volně sypaného odvalu. Zmenšování velikosti systému je ekvivalentní redukování výšky odvalu.

Optimální možnosti pro skladování uhlí, resp. odvalu s uhlím z hlediska snížení nebezpečí vzniku samovznícení (endogenního požáru) je kombinace obou metod, jak izolace, tak zmenšování velikosti systému.

Účinnou prevencí zahoření uhelné hmoty, jak vyplývá ze všech teoretických poznatků, je omezování přístupu kyslíku k uhelné hmotě a zejména pak účinné intenzivní rozptylování uvolňovaného reakčního tepla již od samého počátku vzniku oxidační reakce uhelné hmoty. Tyto poznatky je nutné respektovat nejen při dopravě i skladování uhlí na skládkách, ale i v odvalovém hospodářství dolu. Obecně lze konstatovat, že pro odvalové hospodářství uhelných dolů není zatím vytvořen ani základní předpis, který by již při zakládání odvalu vytvářel vhodné podmínky pro snížení nebezpečí vzniku následných endogenních požárů.

4. Nová metoda Energie Kladno a.s. pro sanaci hořícího odvalu

Z teoretických poznatků a východisek procesu samovzněcování uhlí, z praktických poznatků získaných při opakovaných pokusech o sanaci hořícího odvalu, resp. alespoň o zamezení vzniku škodlivých emisí a konečně z praktických poznatků získaných při likvidaci požárů na odvalech uhelných dolů při respektování požadavku, aby navržený postup zajistil dlouhodobou stabilizaci stavu, kdy nedojde k rozvoji ohnisek samovznícení v  odvalu vyplývá, že za jediný postup, který má předpoklady splnit vyslovené požadavky, lze považovat rozebrání a postupné přemístění dostatečně vychlazeného odvalu do připraveného inertizovaného a utěsněného prostoru.

Cílem vypracovaného způsobu sanace hořícího odvalu Dolu Kateřina je trvalé odstranění hoření odvalu a současně jeho začlenění do přírodních podmínek mikroregionu, což naplní i povinnosti trvalého zahlazení účinků minulé hornické činnosti. Vypracovaný způsob sanace hořícího odvalu Dolu Kateřina respektuje i následující specifické skutečnosti:

- Odval se nachází v přímém sousedství obce Radvance s cca 1000 obyvateli.

- Pod odvalem protéká potok Jívka, který je jedním z povrchových vodních zdrojů sytících infiltrační území Polické pánve.

- Odval přímo sousedí s CHKO Broumovsko.

- Odval podle měřičských výpočtů měl v roce 1996 celkový objem 2,331 mil. m³ hmoty.

- V odvalu bylo stále ještě v průměru obsaženo 19% uhlí s lokálními výkyvy až do 40%.

- Zahoření odvalu bylo dlouhodobé a intenzivní, o čemž svědčily především povrchové teploty prakticky jen krátkodobě reagující na povětrnostní výkyvy. Teploty uvnitř odvalu byly měřeny v téměř 80 vrtech, byly dlouhodobě stabilní a dosahovaly teplot až 1000 a více ^oC v tzv. starém odvalu a i v části nového odvalu.

- Odval vedle uhelné hmoty obsahuje i určité množství radioaktivních sloučenin, proto byl vydán zákaz odval rozvážet a nebo jinak využívat.

- Emise vystupující z horkých částí odvalu obsahovaly 300 až 8000 mg/m³ oxidu uhelnatého, 70 až 6000 mg/m³ oxidu siřičitého, metan, oxid uhličitý, sirné sloučeniny a další org. látky označované jako podezřelé karcinogeny.

- S ohledem na vysoký obsah uhelné hmoty by samovolné vyhoření bez sanace odvalu trvalo nejméně dalších 50 až 100 let, nehledě na nepříznivé důsledky tohoto hoření na okolí i možné zahoření na povrch vystupujících neizolovaných výchozů slojí pod samotným odvalem.

- Důlní prostory bývalého Dolu Kateřina byly z  převážné části zatápěny přítoky podzemních vod. Je vysoce pravděpodobné, že po zatopení dolu dojde k samovolnému výtoku důlních vod. Tyto důlní vody svým složením neodpovídají vodohospodářským požadavkům, a proto musely být před vypouštěním do veřejného toku čištěny. Důlní vody v průběhu sanace jsou přednostně užívány jako technologické vody pro ochlazování.

- Utěsnění nově ukládaného odvalu se provádí kvalitními jíly.

Princip metody vypracované Energií Kladno můžeme stručně charakterizovat takto:

- postupné rozebírání sanovaného odvalu spojené s předchlazením rozebraného odvalu „in situ“ na minimálně 80^oC. Toto předchlazení musí zamezit vzniku otevřeného ohně a minimalizovat prašnost při následné manipulaci s odvalem,

- třídění spojené s drcením rozebraného odvalu tak, aby byla zajištěna velikost zrn ještě umožňující spolehlivé chlazení odvalu na průměrnou teplotu do 30^oC (výjimečně do 35^oC) a jeho následné hutnění,

- přemístění vychlazeného odvalu na místo nového ukládání,

- příprava plochy pro znovuukládání odvalu spojená se zajištěním inertizace výchozů slojí, s vytvořením spodní drenáže celé plochy, pokrytí této plochy vrstvou těsnícího jílu o mocnosti cca 0,5m,

- ukládání vychlazeného odvalu do kazet a hutnění jednotlivých vrstev,

- dokonalé utěsnění kazet mezivrstvami vhodné geotextilie nebo kvalitního jílu,

- postupná stavba utěsněných kazet,

- odvodnění výplně kazet vnitřní drenáží

- při výstavbě kazet průběžně zajišťovat trvalou možnost kontroly výše teploty uvnitř kazet jako kritéria přímé kontroly, zda nedochází k opětnému zahoření odvalu,

- povrchové zatěsnění celého nově uloženého odvalu v kazetách těsnícími jíly ve vrstvě nejméně 0,5 m,

- povrchové zakrytí zatěsnění kazet nově uloženého odvalu překryvnou vrstvou o mocnosti 1,0 m, tvořící ochranu proti promrzání a tím zachování těsnících vlastností jílů,

- geodetické sledování přeloženého tělesa odvalu – sledování stability kazet. systému,

- protierozní opatření v rámci konečné technické rekultivace nově vytvořeného odvalu,

- zamezení přítoku povrchových vod do prostoru přeložené deponie z přiléhajících pozemků – potenciálních povodí,

- biologická rekultivace nově uloženého odvalu spojená s následnou stavební uzávěrou rekultivovaného prostoru vylučující zejména růst hluboce kořenících rostlin v tomto prostoru,

- v průběhu provádění sanace odvalu musí být technickými opatřeními zajištěno, aby vody prosakující hořícím odvalem neměly možnost přímo infiltrovat do potoka Jívka,

- pro zajištění požadovaného stupně čištění důlních vod musí být vybudována a provozována čistírna důlních vod,

- po skončení sanace hořícího odvalu je nezbytné v rámci rekultivace nového odvalu provést i revitalizaci dotčené části toku Jívky.

Vypracovaná metoda sanace hořícího odvalu byla v roce 1997 veřejně projednána a kladně posouzena Ministerstvem životního prostředí v rámci řízení EIA. Před vydáním konečného rozhodnutí o hornické činnosti Obvodním báňským úřadem v Trutnově byla pak úspěšně ověřena v rámci pokusného provozu v průběhu 1. pololetí 1998. V rámci pokusného provozu byla provedena sanace přibližně 10% objemu hořícího odvalu a tento byl uložen do dvou experimentálních kazet o celkovém objemu cca 220 000m³.

Po vyhodnocení všech předložených materiálů včetně Technického projektu likvidace – II. části vydal pak OBÚ Trutnov svým rozhodnutím povolení k hornické činnosti – sanaci a rekultivaci hořícího odvalu. Tato činnost byla zahájena 1.července 1998 s cílem provést sanaci odvalu do pěti let a všechny následné rekultivační práce ukončit do roku 2005.

5. Dosavadní průběh sanace hořícího odvalu Dolu Kateřina

Přípravné práce pro vlastní sanaci hořícího odvalu byly zahájeny na základě výběrového řízení 1.7.1995 s cílem provedení zevrubného průzkumu stavu odvalu, vypracování realizační dokumentace provádění sanace a rekultivace hořícího odvalu metodou vypracovanou v Energii Kladno a.s. a jejím následným ověřením ve zkušebním provozu.

Výsledky zevrubného průzkumu stavu odvalu a okolních ploch umožnily zejména:

- zpřesnit celkový objem odvalu na konečných 2,331 mil. m³ hmoty,

- objasnit rozložení teplotních polí v odvalu pomocí souvislé řady měření teplot na povrchu i v jednotlivých strukturách odvalu,

- stanovit celkový objem uhelné hmoty v odvalu, který činil nejméně 443 000 m³ tj. v průměru 19%. Množství uhelné hmoty bylo nerovnoměrně rozloženo a činilo místy až 40% objemových,

- uhelná hmota obsažená v odvalu byla svými vlastnostmi velmi obtížně upravitelná a nebylo tedy možno zajistit úspěšné snížení jejího obsahu vhodnou technologií její úpravnické separace,

- obsah radioaktivních látek obsažených v odvalu byl sledován v součinnosti se Státním úřadem pro jadernou bezpečnost v souladu s vyhláškou č. 184/1987 Sb. Výsledky měření vykazovaly hodnoty mírně zvýšené, které v průběhu sanace musí být trvale monitorované. Tyto hodnoty nedosahovaly výše vyžadující zvláštní opatření,

- průzkum upřesnil znalosti o průběhu uložení jednotlivých slojí v prostoru bývalého závodu Dolu Kateřina 1 a zejména o jejich výchozech. Bylo potvrzeno, že sloje od jejich výchozů (převážně na povrchu) upadají do hloubky pod úklonem přibližně 27^o. Vlastní sloje jsou bezprostředně obklopeny málo mocnými vrstvami jílovců a prachovců. Meziložní vrstvy tvoří pak různé typy pískovců. Průzkum signalizoval, že výchozy slojí na povrch nebyly v minulosti inertovány,

- v  plynech vystupujících z  horkých partiích odvalu byly stanoveny obsahy až 5000 mg/m³ oxidu uhelnatého, až 6000 mg/m³ oxidu siřičitého, až 13 % objemových metanu a v nezanedbatelných množstvích polyaromáty i ethylbenzoxid. To svědčilo o tom, že hoření v odvalu probíhá za nedostatečného přístupu vzduchu. Vdechování emisí pak může být škodlivé.

Na základě výsledků průzkumu byl zpracován v roce 1996 Technický projekt (2. stupně) zahlazování negativních důsledků minulé hornické činnosti – Sanace a rekultivace hořícího odvalu. Tento se stal základem k vypracování dokumentace pro veřejné projednání EIA v roce 1997 a následně po ověření v pokusném provozu k vydání rozhodnutí o hornické činnosti v červnu 1998.

Vlastní sanace hořícího odvalu byla zahájena 1.7.1998.

Nová komplexní metoda sanace a rekultivace hořícího odvalu Dolu Kateřina v sobě zahrnuje celou řadu postupů a činností vzájemně na sebe navazujících a podmiňujících se. Celá tato technologie je jako celek ojedinělá a originální a nebyla dosud v Evropě realizována.

Jako nedílná součást komplexní metody byl proveden i podrobný inženýrsko-geologický průzkum prostoru založení nové deponie, z výsledků kterého byly získány poznatky o geologických podmínkách (podložní poměry, charakter a vlastnosti hornin, hydrogeologické poměry), o stavu ve vlastním tělese odvalu ( složení odvalových materiálů, rozložení teplot, stupeň radiace, stupeň kontaminace vod apod.).

S ohledem na omezený prostor pro těžbu a ukládání a na velké objemy přesunovaných hmot byl navržen a postupně upřesňován speciální způsob rozebírání odvalu a ukládání odtěženého materiálu.

Hlavní těžební postup byl zvolen vzhledem k přístupnosti tělesa odvalu pro těžební frontu a vzhledem k potřebě rychlého uvolňování a přípravě podložky pro zakládání překládaného odvalu převážně jednosměrný. Těžba je prováděna převážně v řezech ve směru jih-sever. Okrajově je materiál těžen i v jiných částech odvalu v případě potřeby materiálu speciálních vlastností nebo tříděných druhů. Pro těžbu byl zvolen systém rozebírání, který řeší postup s ohledem na rozložení teplot v tělese odvalu, těžbu znečištěného materiálu odvalu (jako je dřevo, kov), kusovitost, potřebu vytříděných frakcí materiálu pro ukládání a realizaci konstrukčních prvků kazet a při minimalizaci prašnosti. V procesu těžby je věnována vysoká pozornost bezpečnosti práce. Vzhledem ke vznikajícím emisím škodlivých plynů se provádí kontinuální analýza ovzduší. Těžební stroje byly vybaveny kontinuálními analyzátory škodlivých plynů s akustickou i světelnou signalizací. Pracovníci, kteří se bezprostředně účastní těžby v rizikových částech odvalu, jsou vybaveni dýchacími sebezáchrannými přístroji. Za nepříznivých klimatických a povětrnostních podmínek výjimečně došlo  z důvodu zvýšených koncentrací škodlivých emisí k přerušení těžby a přesunu mechanizmů do jiných částí odvalu. Pro případ vzniku havarijního stavu zahoření byly na stavbě vybudovány kapacitní požární nádrže s rozvodem požárního vodovodu a je k dispozici mobilní cisterna s možností dávkování hasící látky Pyrocool. Veškeré práce jsou prováděny za účasti pracovníků báňské záchranné stanice.

Celkový objem hmot hořícího odvalu je v zásadě rozdělen teplotními hranicemi do tří částí s ohledem na bezpečnost pracovníků i provádění sanace. Část hmoty odvalu o teplotách nižších než 30^oC může být rozebírána (odtěžována) přímo (bez chlazení) a po přetřídění ukládána přímo do kazet. Část hmoty odvalu o teplotách 30 až 80^oC může být sice rozebírána bez předchlazování, avšak musí být před předtříděním a uložením dochlazena na teplotu nižší 30^oC. Zbývající část hmoty odvalu, jejíž teplota je vyšší než 80^oC musí být před rozebíráním předchlazena na teplotu nižší než 80^oC. Následně rozebírána, podle potřeby dochlazena na teplotu pod 30^oC a teprve následně tříděna a ukládána do kazet. Jako optimální způsob chlazení materiálu a to jak ve fázi předchlazování, tak i dochlazování se prokázalo přímé chlazení „in situ“.

Na základě celé řady zchlazovacích pokusů (vtlačování chladícího media do vrtů, zchlazování systémem vsakovacích rýh, povrchové skrápění či kombinace těchto metod) byla jako optimální zvolena metoda zchlazování materiálu založená na rozrušování povrchu odvalu rozrýváním, plošném skrápění s gravitačním vsakováním chladícího média – důlní vody a následné postupné odebírání zchlazených hmot po tenkých vrstvách.

Navazující činností na vlastní rozebírání a těžbu je ukládání vychlazeného materiálu. Pro ukládání byla navržena speciální sendvičová – kazetová metoda. Těžený materiál je ukládán do konstrukčních celků – kazet vodotěsně a vzduchotěsně uzavřených speciálním způsobem těsnění, který je založen na kombinaci přírodního minerálního těsnění – jílu a umělého minerálního těsnění – např. Tatrabentu. Kazety jsou tvořeny řadou specifických konstrukčních prvků.

Vlastnímu ukládání materiálu do kazet předchází úprava základové spáry. Pod vlastními kazetami musí být vždy provedena skrývka neúnosných vrstev až na pevné podloží. Hlavní zásadou zakládání nové deponie je dobré odvodnění základové spáry, které je provedeno trubní drenáží a celoplošným bazálním drénem z tříděného kameniva hrubší frakce. Základová spára je vždy uzavřena jílovou vrstvou o mocnosti cca 0,5 m.

Dále následuje výstavba jednotlivých kazet tvořených dílčími konstrukčními prvky a vlastní výplní. Vnitřní prostor kazet (tj. výplň) je odvodněn takzvanou vnitřní trubní drenáží. Jednotlivé kazety na sebe navazují, jsou vždy po celém povrchu utěsněny jílovým těsněním nebo Tatrabentem. Tvoří kazetový systém, který je překryt závěrnými vrstvami ukončenými zúrodnitelnou biologickou vrstvou o celkové mocnosti nejméně 1 m. V rámci definitivního pokryvu jsou budována protierozní opatření a konstrukce odvodnění povrchu celé přeložené deponie. Systém odvodnění povrchu nové deponie je tvořen soustavou trubních drenáží, odvodňovacích příkopů a svahových kamenných převodů a řeší nakládání s vodami přitékajícími z prostoru nad přeloženým odvalem a srážkovými a přívalovými vodami z rozsáhlé plochy kazetového systému (více než 22 ha). Materiály pro jednotlivé konstrukční prvky byly voleny tak, aby je bylo možno získat přímo z vhodného materiálu odvalu drcením a tříděním. Tím se značně snížila potřeba dovozu těchto z cizích lokalit, což přineslo i úsporu nákladů. Výše uvedené ukládání materiálů do jednotlivých konstrukčních prvků se řídí pevně stanovenými pravidly (maximální objem kazet a bloků kazet, mocnost ukládané vrstvy, kusovitost materiálu, způsob a míra hutnění, skrápění, dokonalé utěsnění), která byla zakotvena do „Technických podmínek sanace“ jež jsou základním podkladem pro realizační projekty a vlastní realizaci.

Celá soustava kazet je rozdělena do dvou skupin. Jednu skupinu tvoří kazety vnější, které jsou situovány mimo prostor tělesa původního odvalu. Druhou skupinou jsou kazety vnitřní, které zasahují do prostoru tělesa odvalu a v závěrečné fázi sanace stabilitně zajišťují soustavu vnějších kazet. Toto řešení navazuje na systém těžby, kdy se střídavě na jedné straně těží materiál a na druhé ukládá. Tím je vyřešen problém souběžné těžby, přesunu a ukládání velkých objemů na daném malém prostoru bez dvojího překládání materiálu.

V průběhu všech prací jsou systematicky prováděna monitorovací měření, laboratorní zkoušky a rozbory v rámci stanovených monitoringů (geotechnický, geodetický, hydrogeologický, vodohospodářský, teplotní, radiační, měření emisí a imisí, měření prašnosti), které ověřují kvalitu prováděných prací a vytvářejí podmínky pro zamezení nepříznivého vlivu těchto prací na životní prostředí.

Trvalá pozornost je věnována vytváření předpokladů pro zajištění stability celého systému vytvářeného nového odvalu. Porušení stability nového odvalu, který je vytvářen na přirozeně svažitém terénu, by totiž nepřineslo pouze sesun odvalu, ale zejména by způsobilo porušení těsnících vrstev kazet a tím by došlo ke ztrátě utěsnění a následně pak i k obnovení možnosti opětovného samovznícení uhlí. Stabilita jednotlivých kazet i celé nové deponie je proto řešena v realizačních projektech a souběžně ověřována matematickými modely napěťových a stabilitních poměrů a výpočty mezních sil rovnováhy na kruhové resp. obecné smykové ploše v podmínkách efektivní napjatosti. Zásadně jsou konstrukce kazet voleny tak, aby stupeň bezpečnosti pouze ve výjimečných případech klesl na 1,5; běžně se pak pohybuje na hodnotách ³ 2,0.

Přehledné technologické schéma sanace hořícího odvalu je znázorněno na příloze č.1. Celkově bylo do konce 1. čtvrtletí roku 2002 sanováno 1,670 mil. m³ hořícího odvalu, což představuje přibližně 71% původního objemu. Z realizačních projektů i z praktických zkušeností vyplývá potřebná minimální rychlost postupu sanace, která činí přibližně 0,4 mil. m³/rok. Při dodržení této rychlosti se plně daří v konkrétním prostoru závodu Dolu Kateřina I. koordinovat postup prací tak, aby plynule postupoval celý technologický proces sanace hořícího odvalu při současném zajištění, že nedochází ani nárazově ke zvýšenému nepříznivému ovlivnění životního prostředí v obci Radvanice. Výrazné zpomalení tohoto procesu, které může být vyvoláno omezením potřebných finančních prostředků, pak nutně přinese potřebu provedení mimořádných opatření, aby nedošlo k intenzivnímu zahoření zbývajícího odvalu. Zpomalení sanace prodlouží působení nepříznivých emisí ovlivňující životní prostředí v obci a dále se zvýší nebezpečí zahoření výchozů sloje Baltazar a 1. a 2. radvanické sloje, které mají dosud neinertizované výchozy pod vlastním odvalem. Jedinou efektivní cestou je tedy včasné dokončení sanace hořícího odvalu tak jak ukládá i rozhodnutí OBÚ o povolení hornické činnosti.

Na obrázcích, které představují přílohy č.2 až 4 lze na leteckých snímcích pozorovat původní stav hořícího odvalu v roce 1996, (příloha č.2), skutečný stav postupující sanace v létě roku 2001 (příloha č.3) i předpokládaný konečný stav sanovaného odvalu po skončení rekultivace (příloha č.4). Příloha č.5 představuje stav postupu sanace hořícího odvalu v roce 2001 v reálných podmínkách závodu Kateřina I.

Příloha č.6 pak představuje ve formě řezu modelové schéma konstrukčního řešení a uspořádání kazet.

Příloha č.7 představuje celkové projektové řešení rekultivace sanovaného a nově uloženého odvalu.

Na příloze č.8 je znázorněno výsledné projektované začlenění rekultivovaného odvalu do obnovené krajiny.

6. Důlní vody

Sanace a rekultivace hořícího odvalu Dolu Kateřina byla od vypracování návrhu nového způsobu sanace úzce spojena s nutností využít důlních vod z likvidovaného dolu jako chladícího média. K tomuto záměru nás vedlo i rozhodnutí příslušného vodohospodářského orgánu, referátu životního prostředí Okresního úřadu v Trutnově. Tento orgán stanovil rozhodnutím čj. 2247/95ŽP – 1/Čí z 20.11.1995 emisní limity pro vypouštění důlních vod do toku Jívky, které by bez úpravy vod v čističce nebyly splnitelné. Šlo zejména o dodržení limitních obsahů železa, manganu, rozpuštěných látek a zejména síranových iontů.

S ohledem na skutečnost, že po obvyklém zatopení dolu dochází v závislosti na specifických geologických a báňsko-technických podmínkách k ustálení kvality samovolně vytékajících vod, bylo rozhodnuto projekčně připravit a vybudovat nejprve čističku důlních vod, která technologickým vybavením zajistí úpravu kvality důlních vod z hlediska dodržení limitu obsahu železa a manganu (úprava kvality v I. stupni). Dle potřeby pak následně rozšířit technologické zařízení čističky důlních vod tak, aby umožnilo i snižovat obsah síranových iontů (úprava kvality ve II. stupni).

Na základě schválené projektové dokumentace byla zahájena výstavba ČDV v červnu 1996. Technologii úpravy důlních vod v I. stupni lze stručně charakterizovat takto:

Důlní vody jsou přiváděny do směšovací nádrže, kde jsou přídavkem hydroxidu sodného nebo hydroxidu vápenatého alkalizovány na pH 8,5 až 9,0. Ze směšovací nádrže alkalizovaná důlní voda vstupuje do aeratoru, kam je přiváděn jemně rozptýlený vzduch, za jehož přítomnosti dochází k oxidaci iontů dvojmocného železa na trojmocné obdobně se oxidují ionty manganu. Z aeratoru je přiváděna suspenze důlní vody po přídavku flokulantu do lamelového separátoru, ve kterém dochází k separaci kalů od upravených důlních vod. Takto upravené důlní vody jsou pak vypouštěny do toku. Technologický režim alkalizace, provzdušňování, přidávání flokulantu a odkalování je dálkově ovládán a je automatizován. Provozní hala, ve které jsou umístěna veškerá technologická zařízení je s ohledem na místní klimatické podmínky opatřena tepelně izolačním pláštěm a je temperována, aby teplota neklesla pod +5^oC v zimním období.

Na základě zjištění, že důlní vody čerpané či vytékající z dolu mají trvale výrazně vyšší obsah síranových iontů než je stanovený emisní limit, tj. 300 mg síranů/l, byl v roce 1998 zahájeno dovybavení technologického zařízení ČDV (tedy zajištěna možnost II. stupně úpravy). Tato výstavbová činnost byla ukončena včetně funkčních zkoušek v roce 2000.

Základní bloková technologická schémata uspořádání linky ČDV jsou znázorněna v příloze č. 9 (úprava kvality v I. stupni) a v příloze č. 10 (úprava kvality ve II. stupni).

V případě nutnosti zajistit i snížení obsahu síranových iontů v důlní vodě pracuje ČDV v režimu II. stupně úpravy, který stručně charakterizujeme takto:

Důlní voda po vstupu do technologické linky se nejprve v mísící jednotce mísí s desulfatačním činidlem, kterým je polychlorid hlinitý (PAX – 18). Z mísícího zařízení postupuje voda do homogenizačních nádrží (alkalizerů), kde je přidáván hydroxid vápenatý s cílem snížit pH na cca 11,5. Následně je do suspenze dávkován flokulant a suspenze důlní vody přes sedimentační nádrž pak přichází do kalolisu. V kalolisu dochází k filtrování suspenze za vzniku filtračního koláče (tento představuje zahuštěný, čistírenský kal). Kal musí být dále likvidován jako odpad. Čistý filtrát důlní vody pak přichází do neutralizačního zařízení, ve kterém pomocí oxidu uhličitého je opět snižováno pH na požadovanou hodnotu pro vypouštění do toku tj. pH 6 až 9. Při neutralizaci filtrátu vzniká neutralizační kal (v podstatě uhličitan vápenatý), který po opětovném přídavku flokulantu je následně oddělen v lamelovém separátoru. Takto vzniklý neutralizační kal musí být opět likvidován. Upravená důlní voda je po oddělení kalu vypouštěna do toku.

Vybudovaná ČDV je schopna zajistit požadavky na úpravu důlní vody a tím zajistit průběžné plnění stanovení emisních limitů pro vypouštění důlních vod. Toto konstatování se opírá o provozní poznatky a zkušenosti získané v průběhu činnosti ČDV. Tyto jsou systematicky kontrolovány a doplňovány pracovníky referátu životního prostředí OkÚ Trutnov, OHES Trutnov a Povodí Labe. Schopnost plnění projektovaných parametrů při úpravě důlních vod potvrdila i roční expertiza Výzkumného ústavu vodohospodářského T.G.M. z Prahy 6 Podbaby, která proběhla v roce 2000 a byla ukončena v roce 2001.

Vyhodnocení nákladů spojených s úpravou kvality důlních vod z Dolu Kateřina prokázalo, že trvalý provoz ČDV je nákladný a včetně nákladů na nezbytnou likvidaci čistírenských kalů (v souladu s platným zákonem o odpadech) a v závislosti na hloubce úpravy kvality důlních vod činí 60 až 100 Kč/m³. Náklady spojené s úpravou důlních vod, které mají trvalý charakter, signalizují nutnost hledat dále všechny možnosti, které by vedly k jejich výraznému omezení a to zejména takovému, které by při zachování imisních limitů po smísení důlních vod s vodou v toku výrazně omezovaly potřebu úpravy těchto vod v ČDV. V období po skončení sanace budou důlní vody představovat v podstatě vody vytékající z  důlních prostor ovšem bez jakéhokoliv dalšího vlivu lidské činnosti. Množství důlních vod, které v průběhu let 1997 až 2001 infiltrovalo do zatopených prostor bývalého dolu kolísalo v rozmezí 750 000 až 1 000 000 m³/rok.