Některé poznatky ze studie hydrogeologických propojení mezi ostravskou a oderskou částí zatápěné ostravské dílčí pánve

 

Grmela Arnošt, Rapantová Naďa

Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, HGF, Institut geologického inženýrství,

Havelka Josef, Jelínek Petr, Tabášek Radomír

DIAMO,s.p. - odštěpný závod ODRA, Ostrava

 

Abstrakt :

Postupným zatápění ostravské dílčí pánve došlo k nerovnoměrnému nástupu hladin v obou dílčích bazénech ODP. Tuto situaci bylo nutno řešit vzhledem k nutnosti zajistit bezpečnost hornické činnosti při čerpání důlních vod z vodní jámy Jeremenko. Situace byla řešena komplexně jak klasickými tak i moderními metodami numerický simulací hydraulických stavů ve spolupráci s.p. DIAMO odštěpný závod ODRA a VŠB-TU Ostrava, Institutu geologického inženýrství.V referátu je prezentováno, že celá zvodněná struktura se chová jako „spojité nádoby“ podle Darcyho zákona podzemní hydrauliky a vzniklé rozdíly hladin v jednotlivých částech struktury jsou teoreticky naprosto normální a v daném stavu nehrozí reálně kolaps, který by znamenal ohrožení čerpacích zařízení na vodní jámě Jeremenko.

 

1. Úvod a základní informace

               

            Usnesením vlády ČR č. 691 z prosince 1992 o restrukturalizaci uhelného hornictví byla přijata posloupnost likvidace důlní činnosti a důlních děl. Od r. 1995 bylo postupně ukončováno čerpání důlních vod z jednotlivých dolů v ostravské dílčí pánvi (dále jen ODP). Rušení čerpacích stanic na jednotlivých dolech, resp. čerpání z nich, bylo zcela zastaveno    30. června 1997. Ukončení čerpání na jednotlivých dolech mělo za následek v některých případech postupné zatápění důlních prostor dotyčného dolu, v jiných případech částečný nebo úplný přetok nečerpané vody do sousedního dolu. Po ukončení čerpání byl celkový přítok řízeně směrován k tzv. Vodní jámě Jeremenko (dále jen VJJ), situované v nejnižší části geologické struktury dílčí pánve. Přítok důlních vod a jejich čerpání na VJJ je do současné doby sumárním přítokem především kvartérních (povrchových), méně již miocénních vod do opuštěných dolů celé dílčí pánve. Plošný rozsah jednotlivých hladin důlních vod v různých částech zatopených dolů odpovídající okamžité úrovni hladiny ve VJJ během postupného zatápění není možno přesně určit. Místní podmínky umožňovaly sledovat pouze nástup hladiny důlní vody a její režim v jamách Jeremenko (VJJ), Odra (OD-2), Heřmanice (HE-2 – později nahrazeno Rychvald V – RY5) a Hlubina (HL-2).

            Vodní jáma Jeremenko (VJJ) byla upravena a vybavena tak, že slouží k čerpání veškerých přítoků vod do likvidovaných dolů ODP tak, aby hladina důlní vody v likvidovaných dolech byla udržována v rozmezí kót –370,5 až -389,5 m p.m. čili cca 38 až 58 m pod nejnižším propojením ostravské a petřvaldské dílčí pánve. Je tak vytvořen retenční prostor cca o objemu cca  2 735 000 m3, který má dvě základní funkce:

·                                          při předpokládané vydatnosti přítoků do dílčí pánve ve výši 80 až 180 l.s-1 (hodnota je závislá zejména na intenzitě infiltrace povrchových vod do stařin opuštěných dolů) časovou retenci důlních vod v tomto prostoru  až 176 dní (pro Q180 ),

·                                          umožnění řízeného vypouštění čerpaných důlních vod do povrchového toku řeky Ostravice tak, aby byly dodrženy přípustné kvalitativní a kvantitativní limity z hlediska ochrany životního prostředí.

            Pro čerpání důlních vod jsou v jámě Jeremenko instalovány 3 ponorná čerpadla, každé s vydatností 0,174 m3.s-1. Provoz čerpadel je možno různě kombinovat s tím, že je dosažitelná maximální vydatnost ve výši 0,47 m3.s-1.

Základní projekt (viz kolektiv autorů 1995) předkládal zatápění jednotlivých dolů pánve a jejich částí na principu „spojitých nádob“. Tento pojem, kteří autoři použili v základním Darcyovském pojetí podzemní hydrauliky a pojem vztahující se k hydraulice jednotlivých bazénů, vyvolal však zavádějící představu nutné existence „vyrovnaných hladin“ ve všech částech zvodněné struktury dílčí pánve jako celku.

Názorně to ukazuje i schématický obrázek č. 1 i obrázky č. 2 a 3, ve kterých jsou konstruovány hladiny zatopení na jednotné úrovni (např. -370 m p.m.).

 

Obr. 1 
Základní schématické vertikální členění důlní činnosti v ostravské dílčí pánvi. Vymezení ostravského a oderského bazénu. Modře vyznačena projektovaná úroveň hladiny zatopení ODP; v pravé části obrázku je vyznačena možná úroveň přetoku z ODP do petřvaldské a karvinské dílčí pánve.

(Upraveno podle Folprecht, J., 1995 v kolektiv autorů, 1995).

 

 

Obr. 2   Schématické znázornění propojení oderského a ostravského bazénu a rozdíl úrovně zatopení v nich. Ve střední části schématu zobrazeny předpokládané úrovně propojení.

 

 

Obr.3

Plošný rozsah zatopení ostravské dílčí pánve pro úroveň –370 m p.m. (podle kolektiv autorů, 1995).

 

 

            Autoři základního projektu předpokládali možnost rozdílných hladin v jednotlivých částech pánve a to tím, že propustnost prvé přetokové úrovně na kótě -479 m p.m. a druhé přetokové úrovně na kótě -424 m p.m. (viz obr.2) nemusí postačovat k převedení veškerých přítoků do ostravského bazénu. Proto v oderském bazénu řešili i třetí přetokovou úroveň, tj. na kótě  -316 m p.m.

            Tato hypotéza se potvrzuje nejen výsledky monitoringu sledování režimu hladin v jamách OD-2, RY-5 a ve vlastní vodní jámě Jeremenko, ale i výsledky numerického modelování celého zvodněného systému zatápějící se ostravské dílčí pánve.

Graf č. 1(podle Jelínek , 2003)

 

         Výsledky monitoringu vývoje zatápění pánve (viz graf 1) prokazují rozdílnost hladin v jednotlivých jejích částech (prostor oderského a ostravského bazénu vykazuje rozdíl hladin v červenci 2003 cca 68 m) a proto bylo koncem roku 2002 rozhodnuto vedením s.p. DIAMO, o. z. ODRA, Ostrava-Vítkovice provést komplexní hydrogeologickou studii hydraulických propojení mezi ostravskou a oderskou částí zatápěné ODP (Grmela a kol., 2003).

Ve studii bylo doloženo, že stávající situace je teoreticky naprosto normální a v daném stavu nehrozí reálně kolaps, který by znamenal ohrožení čerpacích zařízení na vodní jámy Jeremenko. Mezi jednotlivými částmi zatopených bazénů existuje přetok důlních vod a jeho hodnota odpovídá hydraulickým spádům v pásmech nevydobytých slojí na hranicích jednotlivých dobývacích prostorů (DP), příp. ohradníku města Ostravy. Hydraulické odpory (vyjádřené hodnotami koeficientu filtrace K) znamenají, že celá zvodněná struktura se chová jako „spojité nádoby“ podle Darcyho zákona podzemní hydrauliky. Představy „nedarcyovských spojených nádob“ jsou zavádějící a v praktických aplikacích nereálné.

 

2. Schematizace přírodních a hornicky ovlivněných hydrogeologických poměrů masívu.

 

            Hydrogeologické poměry v ostravské dílčí pánvi jsou silně ovlivněny hornickou činností. Ta probíhala od XVIII. století a intenzívně postupovala do hloubek, dosahovaných v současnosti přes 1100 m pod povrch. Důlní díla a vlivy těžby, včetně hluboké hydraulické deprese vyvolané osušením horninového komplexu, změnily přírodní geohydrodynamické systémy. Původní samostatné hydraulické systémy byly uměle propojeny (vrty, jámami, důlními díly) nebo k propojení došlo sekundárně zálomovými trhlinami nad poruby, závaly důlních děl apod. V oblastech hornicky otevřených se vytvořil nepravidelně rozvinutý hydraulický systém, zahrnující jak horniny karbonu, tak horniny jeho pokryvu, včetně kvartérních sedimentů. V oblastech vzdálenějších od aktivní důlní činnosti a dobývacích prací se původní hydraulické poměry ještě zachovaly.

Mezi základní přírodní zdroje důlních vod patří (uvedeno ve stratigrafickém sledu) :

è    vody kvartérních zvodní,

è    vody zvodní spodnobádenského pokryvu karbonu :

· z písčitých poloh tzv. svrchního zvodněného písčitého komplexu pelitické facie,

· z písčitých poloh tzv. spodního zvodněného písčitého komplexu pelitické facie,

è    ze štěrkopísčitých a písčitých bazálních klastik spodního bádenu (tzv. detritový horizont),

è    vody převážně puklinových systémů zvětralinového pláště karbonu,

è    vody převážně puklinových a zlomových systémů svrchního karbonu a hlubšího podloží produktivních pánevních sedimentů.

Antropogenně ovlivněný zdroj důlních vod v zatopené ostravské dílčí pánvi reprezentují :

è                                    vody různého původu, zdržené ve starých důlních dílech, tj. vody se silně pozměněným chemismem produkty zvětrávání. Chemismus těchto vod je silně ovlivněn i dobou zdržení a rychlostí průtoků důlních vod starými důlními díly.

 

Zvodnění kvartérních sedimentů

Kvartérní sedimenty ve větších plošných rozlohách i mocnostech jsou rozšířeny pouze v oblasti Ostravské glacigenní pánve, ve fluviálních štěrkopíscích údolních niv a terasách vodních toků Odry a Ostravice. Zjištěný koeficient filtrace se pohybuje v řádech 5*10-3, obvykle však 5*10-4 až n*10-5 m.s-1. V prostoru soutoku řek Odry a Ostravice dosedá kvartérní vodonosný kolektor přímo na karbonské pohoří. Dle starších údajů (Janáček a kol., 1994) infiltruje za rok z tohoto kolektoru do karbonu cca 57 % statických zásob podzemních vod kvartéru, tj. cca 2,94*106 m3   = 93,2 l.s-1; v roce 1993 se udává přítok ve výši 1,15*106 m3  = 36,5 l.s-1, tj. 61 % z celkového přítoku včetně vod provozních. Podle údajů] z roku 1994 (kol.autorů, 1994) je v ODP celkový přítok vod z kvartéru kalkulován ve výši 173,7 l.s-1 z toho cca 85-90 % infiltrací z povrchových vodotečí a přestupem jejich vod přes údolní a hlavní terasy, 10-15 % tvoří přímý však atmosférických srážek na výchozech karbonu.

Pro dotaci vod do zatopené části ostravské dílčí pánve mají kvartérní zvodně v dnešních podmínkách omezený význam. Počevní izolátor, na většině území tvořený spodnobádenskými pelity, je dostatečně funkční i při intenzivních vlivech poddolování v minulosti. Zvýšené přítoky do stařin dolů jsou pouze z míst přímých výchozů karbonu na povrch, přetokem z kvartérních zvodní nebo přes ojedinělá místa nedostatečně mocného spodnobádenského izolátoru. Tyto přítoky dosahovaly řádově 100-120 l.s-1 a byly známy zejména z oblasti jámy Ida (cca 13 l.s-1), z oblasti jámy Alexander (cca 45 l.s-1), bývalé jámy Salma (cca 5 l.s-1) a z oblasti bývalé jámy Vizina (cca 17 l.s-1) – viz obr. 5. Tyto zdroje byly v koncepčním hydraulickém modelu  (Grmela a kol., 2003) akceptovány s tím, že podle současných přítoků byly sníženy hodnoty infiltrace u jámy Alexandr na hodnotu 22 l.s-1 a u jámy Vizina na hodnotu 8 l.s-1.

 

Zvodnění bazálních klastik spodního bádenu („ostravský detrit“)

Bazální klastika spodního bádenu, obsahující fosilní mořské vody (= ostravský detrit), mají různý faciálně-petrografický charakter (zejména v zrnitostním členění). Přechází ze štěrkových poloh až do tzv. plážových písků při svrchních okrajích vývoje detritu nebo v erozních rýhách ve vyšších částech karbonského hřbetu. Rozvolněný, silně rozpukaný zvětralinový plášť karbonu, tvořící bezprostřední podloží detritu, vytváří z hydrogeologického a hydraulického hlediska jeden zvodněný systém. Jedná se o hydraulický systém s napjatou hladinou, dnes silně ovlivněný bývalou těžební činností a aktivním odvodňováním. Důlními pracemi, vrty a řízeným i neřízeným odvodňováním bylo dosaženo stavu, kdy původní piezometrická úroveň (vrstevní tlaky cca 8 MPa) byla podstatně snížena, byly vyčerpávány statické zásoby (cca 3*109 m3), bylo vyvoláno proudění detritových vod v kolektoru, které znamenalo porušení původní výrazné vertikální hydrogeochemické zonálnosti detritu apod.

Bazální klastika bádenu (detrit) jsou vyvinuta ve dvou, na východě navzájem propojených hlavních výmolech - severním dětmarovickém a jižním bludovickém. Hydraulická kontinuita obou výmolů však není dosud zcela plně vyjasněna a kvantifikována. Z obou hlavních výmolů vybíhají z jihu i ze severu na karbonské hřbety dílčí výmoly (viz obr. 5). Některé z dílčích výmolů mají prokazatelně dobrou hydraulickou souvislost s hlavními výmoly (svinovsko-zábřežský dílčí výmol, jižní dílčí výmol na michálkovické poruše aj.), jiné naopak omezenou hydraulickou spojitost či ji nedokládají vůbec (vrbický dílčí výmol, který je již v podstatě odvodněn až na úroveň cca -450 m p.m., přičemž hlavní dětmarovický výmol má zatím nejnižší stupeň odvodnění). Uvedené hydraulické parametry byly použity pro koncepční model zatápění pánve.

 

výmol

pórovitost

koef.filtrace

m.s-1

koef.transmisivity

m2.s-1

 

Pcelková  %  

Púčinná  %  

 

bludovický

9-23

4-13

n*10-4 až n*10-7

 

dětmarovický

10-29

3-24

n*10-5 až 5*10-8

n*10-4 až 5*10-7

 

 

 

Obr. 5  Přírodní zdroje stařinových důlních vod v zatopené ostravské dílčí pánvi  (výchozí  schéma okrajových podmínek pro modelové zpracování hydrauliky systému).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Zvodnění karbonských a předkarbonských hornin.

Horniny svrchního karbonu prakticky postrádají průlinovou propustnost. Vysoký stupeň zpevnění hornin, úměrný tlakům v hloubce jejich uložení a dále přítomnost základní hmoty i u hrubě klastických typů sedimentů stírají primární rozdíly hydrogeologické funkce psamiticko-psefitických a pelitických hornin, takže funkci kolektorů přejímají pouze rozpukané partie obou typů hornin. Týká se to zvláště tektonicky porušených oblastí a přípovrchové zóny karbonu do hloubky cca 50 m (pásmo intenzivního vyluhování zasahuje místy až do 20 m). Drenážní pórovitost nezvětralých karbonských psamitů a psefitů je velmi nízká (na úrovni hydraulických nepropustných až polopropustných hornin), koeficient hydraulické vodivosti dosahuje hodnot :

neporušené horniny koeficient hydraulické vodivosti                 = n*10-8 až n*10-12 m.s-1

porušené horniny koeficient hydraulické vodivosti                                = n*10-6 až n*10-8 m.s-1

koeficienty filtrace zvětralinového pláště karbonu dosahují           (n*10-5) n*10-6 až n*10-8 m.s-1.

Zvýšení propustnosti v přípovrchové zóně a ve zvětralinovém plášti karbonu              (v hloubkách řádově metrů až desítek metrů) podmiňují především primární puklinové systémy rozvolnění, které nejsou litostatickým tlakem sevřeny. Od hloubek cca 400 m pod povrchem, pokud nejsou druhotně vyhojeny, jsou již natolik sevřeny, že byly hydraulicky neaktivní i při vysokém hydraulickém spádu, vyvolaném snížením hladiny podzemních vod na úroveň důlních děl čerpáním.

 

 

3. Metodika zpracování problematiky.

Ve studii (Grmela a kol.,2003) byla provedena revize propojení mezi bazény Odra a Ostrava (se zvláštním zřetelem od úrovně –316m p.m. a výše), které bylo možno vyhodnotit z dostupné mapové dokumentace ( 1:5000 až 1:1000 případně na vertikálních a horizontálních řezech). Příslušné mapové podklady byly získány v archivu Hornického muzea na bývalém závodě Mariánské Hory Dolu J. Šverma. Bylo sledováno zejména tzv. :

PPO  -  propojení přímé, otevřené – důlní díla jsou vzájemně propojená, dříve udržovaná, nevypleněná /příp. i vypleněná/

PPU - propojení přímé, uzavřené – vzájemně propojená důlní díla, avšak jsou na nich postavené uzavírací hráze, nebo jejich průchodnost byla podstatně omezena jiným způsobem. Kvalita uzavíracích hrází není zpravidla známá  a také není prokazatelně zjištěna.

PN  -  propojení nepřímé -  je tvořeno zejména soustavou primárních a sekundárních puklin, vzniklých v důsledku přiblížení dobývek sousedních dolů. Stařiny dobývek jsou až na výjimky uzavřeny uzavíracími hrázemi. Stejně tak i zde není kvalita uzavíracích hrází  zpravidla známá  a prokazatelně zjištěná.

            Vyhledávání a kontrola existujících a potenciálních hydraulických propojení mezi starými důlními závody v oblasti ostravské dílčí pánve, zejména pak v DP Heřmanice, DP Mariánské Hory a DP Přívoz  byla prováděna specialisty, kteří dlouhodobě pracovali v oboru geologie a měřické služby a jejich lokální znalosti byly k hodnotě a důvěryhodnosti závěrů nezbytné.

            Mezi oderským a ostravským bazénem neexistuje doložitelné přímé otevřené propojení důlních děl. Většinou se jedná o propojení nepřímá, výjimečně o propojení přímá uzavřená (viz tab. 1). Obr. 6 ukazuje možná propojení ve vertikálním řezu. Na následujících obrázcích č. 7 až 9 jsou prezentovány typické případy takovýchto propojení a možných cest přetoků důlních vod.

 

Obr. 6  Propojení ve slojích Otakar a Pavel -vertikální řez (podle kol. autorů, 1995)

 

 

 

Tab.

1

KORELACE  A  PROPOJENÍ  SLOJÍ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

č. sloje

DP Přívoz

DP.Sl.Ostrava III

DP Mar.Hory

DP Vítkovice

DP Heřmanice

DP Přívoz

 

 

lokalita Přívoz

lokalita Bezruč

lokalita Šverma

lokalita Hlubina

lokalita Heřmanice

Koblov (Stachanov)

 

157

Františka

Františka

Františka

Františka

Františka

 

 

154

Františka II

Gizela

 

 

Gizela

 

148

Narcisa

Narcisa

 

Narcis

Narcis

 

145

Olga

Olga

Olga

Olga I

Olga v.l.

 

144

 

 

 

 

Olga str.

 

142

Richard

 

 

 

Neznámá I.

 

140

Pavlína

 

 

 

Neznámá II.

 

139

 

 

 

 

Olympie I.

 

135

Růžena

Olympie

Olympie

Olympie

Petr

 

133

Štěpánka

Petr

Růžena

Petr

Petronela

Pavlína

 

127

Karel

Petronela

Terezie

Petronela

Pavla v.l.

Regina

 

124

Kazimír III

Pavla

Ignát

Pavla

Pavla s.l.

 

 

121

Kazimír II

Regina

Oskar

Regina

Regina

 

 

118

Kazimír I

 

Jan

 

Robert

 

 

112

Kazimír sp.l.

 

Julie

Růžena

Růžena I.

Růžena v.l.

 

109

V.sloj sp.l.

Růžena I

Adolf sp.l.

 

Růžena II.

Růžena I

 

107

 

 

 

 

Karel v.l.

 

 

106

VI.sloj 

Růžena II

Otmar

Karel

Karel

Karel II

 

103

 

 

 

 

Kateřina

Kateřina

 

94

Otakar

Otakar

Prokop

sloj č. 29

Otakar

Otakar

 

92

Pavel

Pavel

Vlasta

 

Pavel

 

 

89

Bruno sp.l.

Bruno II

Nenadálá

sloj č. 28

 

 

 

80

Daniel

Fridolín

Anna

 

Bruno sp.l.

Fridolín

 

74

Hermenegilda

 

Vladimír

 

Daniel

Hermenegilda

 

70

     Nejistý

Hermenegilda

Konrád

sloj č. 27

Fridolín

Vilemína II

 

69

Vilemína II

 

 

 

Gustav

Vilemína I

 

68

Vilemína I.

Heřman

Bedřich

 

Hermenegilda

Nový

 

65

VI. Visutý

Vilemína

 

 

Heřman

VI. Visutý v.l.

 

59

Nový II.

Nová

B sloj

 

Vilemína

VI. Visutý s.l.

 

56

Bohumila

 

D sloj

 

Bohumila

Bohumila

 

50

 

Bohumila

 

 

Terezie

Terezie III.

 

48

Terezie II.

Tereza

 

 

 

Terezie II.

 

47

Terezie I.

 

 

 

 

Terezie

 

43

Ludmila II.

 

 

 

Ludmila

 

42

Ludmila

 

 

 

Ludmila sp.l.

Ludmila v.l.

 

41

 

 

F sloj

 

 

Ludmila s.l.

 

35

Max sp.l.

Poustevník

Max sp.l.

 

Poustevník

Poustevník

 

32

Leonard

Leonard

Leonard

 

Leonard

Albert

 

29

Rotschild

Rotschild

R sloj sp.l.

 

Rotschild

Rotschild

 

23

Černá nevěsta

 

Černá nevěsta

 

 

Božena sp.l.

 

20

Fanny

 

Fanny

 

Fanny

Fanny

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

propojení nepřímé

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

propojení přímé - uzavřené

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

propojení nepřímé - zaplaveno popílkem

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr. 7  Přiblížení důlních děl ve sloji Hermenegilda mezi doly Odra, provoz Přívoz a Ostrava, závod P. Bezruč  -  propojení nepřímé.

 

Obr. 8  Kontakt stařin porubů ve sloji Františka mezi doly Ostrava, záv. Hlubina (Šalomoun) a Odra, (DP Přívoz,bývalý Důl Jindřich). Propojení přímé, uzavřené.

 

 

 

Obr. 9  Kontakt stařin porubů a dlouhých důlních děl ve sloji Karel mezi doly Heřmanice a Odra, (DP Přívoz,bývalý závod Stachanov). Propojení přímé, uzavřené.

 

            V oblasti ODP byly z revize důlních map a řezů vymezeny celkem čtyři místa množných přetoků mezi jednotlivými bazény. Tyto místa jsou patrny i z obr. 3. Jedná se o následující místa :

 

 

 

3.  Modelové simulace proudění důlních vod ve stařinách dolů ODP a prognózy úrovní zatopení v jednotlivých bazénech a jejich částech.

Koncepce modelového řešení

Proudění důlních vod při čerpání na vodní jámě Jeremenko a hydraulickou reakci hladin v ostatních částech ODP (zejména v jednotlivých dílčích bazénech) byla simulována na matematickém modelu. S ohledem na plošný rozsah celkové modelované oblasti (cca 79 km2 hornicky ovlivněného horninového masívu), na mocnost modelových vrstev (77 až 250 m – viz obr. 10) a vzhledem k velice rozvinutému systému důlních chodeb a porubů (z hydraulického hlediska ještě rozšířenému o síť zálomových trhlin vlivem poddolování) byla přijata hydraulická schematizace, vyjádřená vertikálně i horizontálně homogenizovaným průlinovým prostředím. K této transformaci puklinovo-pseudokrasového prostředí s mnohými prioritními cestami na prostředí průlinové jsme mohli přistoupit pouze díky měřítku diskreditovaného prostoru. Jestliže modelovaný prostor byl rozblokován v gridu 138x199 a průměrný rozměr elementárního modelového bloku v místech zahuštění je 10x10 m, mimo tyto oblasti pak 200x200 m, bylo možno považovat puklino-zlomové struktury, důlní díla, výruby a ostatní formy pórovitosti za tak prostorově rozložené, že lze na hydraulické vlastnosti tohoto elementu pohlížet jako na kvazihomogenní prostředí a uplatnit teorie průlinového prostředí.

Nám známé prioritní cesty proudění důlními díly či přiblíženými poruby byly simulovány bloky v modelové vrstvě mocné 2 m  s anomálně vysokou hodnotou propustnosti.

Matematický model byl zpracován jako trojdimenzionální kvazistacionární na bázi numerické metody konečných rozdílů verifikovaným softwarem MODFLOW (Harbaugh, McDonald, 1996) v prostředí GMS 2.1 (Groundwater Modeling System – 1998 – Brigham Young University, Engineering Computer Graphics Laboratory).

Rozblokování (grid) modelované oblasti pokrývá plochu cca 8,5 x 16,4 km. Hranice modelu byly lokalizovány do přirozených geologických a hydrogeologických hranic v rozsahu hranic zatopení ODP na úrovni -370 m p.m. podle studie kol. autorů z roku 1995- viz obr. 3 . Základní přírodní zdroje a průběh okraje detritu jsou patrny z obr. 5.

            Vertikální diskretizace je vyjádřena na obr. 10. Koncepčně byla přijata jako báze hydraulického dosahu čerpání důlních vod na vodní jámě Jeremenko úroveň -800 m p.m. Tato úroveň reprezentuje tzv. „aktivní hloubku“ v systémech neúplného otevření zvodněného kolektoru s nízkým průnikem.

            Směrem do nadloží byl karbonský masív rozdělen do 8 vrstev, z nichž vrstvy o mocnosti 2 m jsou vymezeny pro simulaci přetoků ve známých úrovních.

Nejnižší vrstva (1) o mocnosti 250 m je určena pro simulaci proudění v nejnižších místech jednotlivých bazénů pod úrovní známých přetokových propojení.

 

 


Vrstva (2) na úrovni -548 až -550 m p.m. reprezentuje nejen vnitřní přetoky mezi severní a jižní části oderského bazénu (překop č. 601/1), ale do této vrstvy jsme vložily simulaci všech ostatních možných přetoků pod úrovní dnes udržované hladiny čerpáním na VJJ (-387 m p.m.).

Vrstva (3), daná úrovní -550 až -327 m p.m. (mocnost 223 m), je určena pro simulaci hydraulicky exponované vrstvy čerpáním důlních vod z VJJ, přetoky vod mezi detritovým kolektorem na severní a jižní hranici a přetoky mezi bazény v nepropustných zónách (konduktance  5*10-8 m2.s-1).

Vrstva (4) na úrovni -325 až -327 m p.m. reprezentuje zejména přetoky na úrovni současných hladin v oderském bazénu a na úrovni, kde je možnost přetoku ve stařinách slojí Otakar a Pavel na úrovni tzv. „propojení č.1“ dle  [17].

Vrstva (5) na úrovni -327 až -250 m p.m. o mocnosti cca 77 m reprezentuje vrstvu karbonských hornin ve kterých nebylo v základních důlních mapách nalezeno žádné propojení nebo přiblížení důlních děl a stařin mezi jednotlivými bazény ODP.

Vrstva (6) na úrovni -250 až -248 m p.m. simuluje zejména možné přetoky na úrovni překopu č. 40 v oblasti jámy Vrbice na hranicích DP Heřmanice a DP Přívod (bývalý závod Stachanov) ve slojích Ludmila (Heřmanice) – Terezie (Stachanov). Toto místo možného propojení nebylo ve studii [17] pojato vzhledem k již značnému přesahu úrovně požadované projektem zatopení ODP.

Vrstva (7) na úrovni -250 až -160 m p.m. o mocnosti cca 90 m simuluje poslední vrstvu karbonských hornin ve kterých nebylo v základních důlních mapách nalezeno žádné propojení nebo přiblížení důlních děl a stařin mezi jednotlivými bazény ODP.

Vrstva (8) na úrovni -160 až -162 m p.m. simuluje možné přetoky na úrovni, kterou jsme v této studii pojali jako nejvyšší. Jedná se všechna propojení a přiblížení důlních děl a stařin porubů ve slojích Otakar, Pavel a Karel a to jak v DP Heřmanice, DP Přívoz (Koblov) a DP Slezská Ostrava III (Bezruč).

            Tenké přetokové vrstvy jsou svojí mocností odpovídající maximalizovanému možnému dochovanému profilu důlního díla (2 m) s tím, že infiltrační plocha při kalibraci modelu byla modifikována počtem bloků ve kterých byl umožněn zvýšený průtok vyšší hodnotou koeficientu filtrace.

            Pro stanovení generalizovaného koeficientu filtrace jsme použili informací o zvodnění v ostravské dílčí pánvi. Předpokládali jsme nejpříznivější stavy proudění důlních vod důlními díly v hydraulicky propojených dobývacích prostorech, aby případné zkreslení výstupních informací bylo jednak minimalizováno, ale ne tlumeno natolik, že by případné disproporce v proudění a hladinách byly zahlazeny.

            Jestliže ve vodní jámě Jeremenko je hladina důlních vod na úrovni –387 m p.m. a v jámě Rychvald V  na úrovni  -379 m p.m., pak při přímé vzdálenosti cca 9500 m  lze stanovit :

Q … průměrné čerpání ≈ 90 l.s-1, r = 3 m … poloměr VJJ, báze hydraulického dosahu proudění ≈ -800 m p.m.

 

     Pro modelové řešení hydrauliky ostravské dílčí pánve byla přijata pro kalibraci jednotlivých simulací reprezentativní hodnota čerpaného množství důlních vod z VJJ

QVJJ = 104  l.s-1

tj. průměrnou hodnotu za poslední období čerpání (od května 2002 a výsledky čerpacích pokusů na VJJ provedené P. Jelínkem v období VIII.2001 až II. 2003).

 

 

Verifikace a kalibrace modelových simulací byla prováděna pro takovouto oblast na velmi malém počtu monitorovacích bodů (OD-2, RY-5 a VJJ), přitom údaje z VJJ sloužily pouze pro nastavení modelové vstupní okrajové podmínky (viz obr. 11):

 okrajovou podmínkou I. typu (Dirichletova)      H = konst.

V tomto případě byla hladina stanovena na hodnotu H = -387 m p.m. a kalibrováno čerpané množství v tomto bloku.

          Další kalibrační limity byly               HRY-5 = 379 m p.m.

                                                                HOD-2 = 327 m p.m.

 

Přijatelné simulace (z celkového počtu cca 90) se přibližovaly ke kalibračním limitům řádově cca do prvních metrů. Je nutno poznamenat, že vzhledem ke vstupním nejistotám modelu, stupni schematizace vnitřních i okrajových podmínek, k nedokonalému vnitřnímu členění hydraulické nehomogenity apod., byly v řadě simulací příliš velké odchylky v hmotové bilanci.             Výsledky modelové simulace ustáleného stavu zatápění ostravské dílčí pánve jsou prezentovány na následující obrázcích č. 11 až 13. Na obr. 11 jsou prezentovány směry proudnic v první přetokové vrstvě (2). Je patrno, že hlavní přetoková místa jsou velmi dobře simulována, že v severní části ODP dochází k přetoku důlních vod do detritu a je dobře patrna odvodňovací funkce VJJ. Detail je na obr. 12 - zeleně jsou vykresleny hydroizohypsy s krokem 5 m. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr. 12  Detail z mapy proudnic v oblasti překopu č. 601/1  (zobrazena situace hydroizohyps ve vrstvě (2) na úrovni -550 m p.m.; zeleně jsou vykresleny proudnice s krokem 5 m).

 

4.  Závěr

 

            V průběhu procesu zatápění důlních prostor ostravské dílčí pánve byla ověřena rozdílná výška hladin v jednotlivých částech ODP. Tuto skutečnost potvrzují nezávisle i výsledky numerického modelování celého zvodněného systému. V referátu jsme doložili, že stávající situace je teoreticky naprosto normální a v daném stavu nehrozí reálně kolaps, který by znamenal ohrožení čerpacích zařízení na vodní jámě Jeremenko. Mezi jednotlivými částmi zatopených bazénů existuje přetok důlních vod a jeho hodnota odpovídá hydraulickým spádům v pásmech nevydobytých slojí na hranicích jednotlivých dobývacích prostorů (DP), příp. ohradníku města Ostravy. Hydraulické odpory (vyjádřené hodnotami koeficientu filtrace  K) znamenají, že celá zvodněná struktura se chová jako „spojité nádoby“ podle Darcyho zákona podzemní hydrauliky.

            Po verifikaci a kalibraci modelu je na obr. 13 prezentován jeden z výstupů simulací úrovní hladin v jednotlivých částech ODP při zamezení přetoku důlních vod do oblasti petřvaldské a následně karvinské dílčí pánve.

 

 

 

 

 

5. Použité podkladové materiály

 

Bajtoš, P. (2000) : Režim banských vód rudných ložísk Spišsko-Gemerského Rudohoria. Čas. Podzemná voda, R. VI, č. 2/2000 10. Slovenská hydrogeologická konference. ISSN 1335-1052, str. 74-80. Bratislava.

Dvorský J. a kol. (1992): Studie – Nakládání s důlními vodami při utlumování dolů ostravské dílčí pánve. Důlní průzkum a bezpečnost, a.s.  Paskov. Ss. 1-143+ přílohy.

Grmela, A., Dvorský, J., Rapantová, N., Onderka, O., Kulich, V., Plášek, O., Ides, D. (2003) : Studie hydrogeologických propojení mezi ostravskou a oderskou částí zatápěné ostravské dílčí pánve. Zpráva HS č. 520 962, čj. ZP č. 74/03 pro DIAMO s.p. Stráž pod Ralskem, odštěpný  závod  ODRA, Ostrava-Vítkovice, Sirotčí 1145/7, 703 86  OSTRAVA-Vítkovice. Ostrava 28. 2. 2003

Hudáček, M. (1998) : Zmeny chemizmu banských vód po opustení banských diel. Čas. Podzemná voda, III, No.2, pp..112-117. Bratislava, Slovak Republic.

Janáček, J. a kol. (1994) : OKD, a.s. Důl Odra, o.z. Závěrečný výpočet zásob černého uhlí se stavem k 1.7.1994 – DP Přívoz. Textová část I, ss.1-416. DPB, a.s. Paskov, odbor výpočtů zásob. Paskov.

Jelínek, P., (2003) : Výsledky monitorování hladin důlních vod v zatopené části ostravské dílčí pánve.  Nepublikované rukopisy.

Jelínek, P.,  (2003) : Výsledky hydrogeochemického monitorování důlních vod v zatopené části ostravské dílčí pánve.  Nepublikované rukopisy.

kolektiv autorů  (1994) : OKD, a.s. Důl Odra, o.z. – závod Důl Šverma v likvidaci. Závěrečný výpočet zásob černého uhlí se stavem k 1.1.1992 – DP Mariánské Hory  a DP Svinov. Textová zpráva. Ss. 1-399. Fa HALFAR – projekční činnost-Ostrava.

kolektiv autorů  (1995) : Technická zpráva „Zatápění dolů ostravské dílčí pánve. „ Zpracovala fa HALFAR – projekční činnost, Pokorného 1362, 708 00 Ostrava, archiv. č. 18950250. II. / 1995.Ss. 1-226+přílohy.