Komplexní řešení problematiky výstupu důlních plynů na povrch v OKR

Ing. Tomáš Strakoš, Ing. Radúz Klika

DIAMO, státní podnik odštěpný závod ODRA

1 úvod

Ostravsko-karvinská aglomerace o rozloze přibližně 600km², vystavěná na uhelném ložisku s minulou intenzivní hornickou činností, se potýká s negativními projevy hornické činnosti – zejména výstupem důlních plynů (metanu) na povrch. Celý region je hustě osídlen a počet obyvatel činí přibližně 500 tisíc. Výstup metanu na povrch vytváří ve svém okolí riziko vzniku mimořádných událostí. Tato skutečnost je doložena výčtem desítek havárií, jejichž příčinou byl výstup metanu na povrch, často spojený s přítomností starých důlních děl v minulosti nedostatečně zlikvidovaných a zabezpečených.

Starým důlním dílem ve smyslu odstavce 1 § 35 zákona č. 44/1988 Sb. o ochraně a využití nerostného bohatství (horní zákon) ve znění pozdějších předpisů, rozumíme důlní dílo v podzemí, které je opuštěno a jehož původní provozovatel ani jeho právní nástupce neexistuje nebo není znám.

V ostravsko-karvinském revíru je v současnosti 476 ohlášených starých důlních děl. Z toho bezmála 200 starých důlních děl je situováno v hustě zastavěném intravilánu města Ostravy, Petřvaldu a Orlové.

Zajištění starých důlních děl, realizace odplyňovacích vrtů a ochrana staveb na území s výstupy důlních plynů z podzemí jsou hlavní cíle komplexního řešení ochrany obyvatelstva Ostravsko-karvinské aglomerace.

2 Výstup důlních plynů na povrch

Hlavní složka důlních plynů - metan - produkt vznikající v uhelných slojích, se z nich uvolňuje i po ukončení dobývání ložiska. Jedná se o přírodní zákonitost, kterou nelze ovlivnit. Metan, který je v podzemí pod tlakem, se k povrchu šíří cestou nejmenšího odporu - po tektonických poruchách, nedostatečným plynotěsným pokryvným útvarem a hlavně, v minulosti nesystematicky a nedostatečně zlikvidovanými a zajištěnými starými důlními jamami a štolami.

V počátcích hornické činnosti v Ostravsko-karvinské aglomeraci byly jámy hloubeny převážně v místech, kde uhelné sloje byly blízko pod povrchem a byly zakryty jen tenkou vrstvou pokryvných hornin. Vzniklo velké množství živelně vyhloubených plytkých důlních děl bez patřičné technické dokumentace a záznamů o jejich následné likvidaci a zajištění.

Vzhledem k této skutečnosti byla řada povrchových objektů později postavena přímo na zaniklých starých důlních dílech nebo v jejich těsné blízkosti.

Uvedená stará důlní díla ovlivňují v rámci svého bezpečnostního pásma stavební objekty, jak staticky, tak i možným výstupem metanu do objektů v jejich blízkosti. Podpovrchovými inženýrskými sítěmi je umožněno šíření metanu na dlouhé vzdálenosti – i mimo bezpečnostní pásmo důlních děl.

Stará důlní díla, která v minulosti nebyla dostatečně lokalizována a zabezpečena, byla příčinou desítek mimořádných události spojených s náhlým zaplynováním a výbuchy stavebních objektů.

Vedle poklesu barometrického tlaku, který je hlavním faktorem ovlivňujícím výstup metanu z podzemí, ovlivňuje tento negativní jev rovněž postupné omezování těžby černého uhlí a s ním spojené uzavíraní dolů. Jak již bylo uvedeno dříve, výrazný útlum těžby černého uhlí v ostravsko-karvinském revíru je záležitosti posledních 10 až 15 let. Útlum hornictví zvýšil nebezpečí spojené s výstupy důlních plynů na povrch.

Z těchto důvodů bylo nezbytné urychleně zpracovat program komplexního řešení ochrany a bezpečnosti obyvatelstva před účinky starých důlních děl s výstupy důlních plynů na povrch v zástavbě ostravsko-karvinské aglomerace.

3 Komplexní program Ministerstva životního prostředí ČR

Zajištění starých důlních děl (důlních děl likvidovaných před rokem 1946) je realizováno z prostředků Ministerstva životního prostředí ČR. V roce 1999 zahájilo ministerstvo komplexní program s cílem snížit ohrožení obyvatelstva starými důlními díly a jejich negativními projevy, zejména výstupy důlních plynů na povrch. Na tomto programu spolupracuje již několik let řada odborných organizací, včetně státního podniku DIAMO.

Ochrana a bezpečnost obyvatelstva před účinky starých důlních děl s výstupy důlních plynů na povrch je řešena ve 3 etapách:

1. etapa – Realizace základních bezpečnostních opatření pro snížení ohrožení obyvatelstva.

2. etapa – Zajištění nebo likvidace starých důlních děl.

3. etapa – Řešení plošného výstupu důlních plynů na povrch.

1. etapa – Realizace základních bezpečnostních opatření pro snížení ohrožení obyvatelstva.

V rámci prvé etapy bylo nezbytné určit pořadí důležitosti podle stupně ohrožení jednotlivých objektů (staveb) a poté zahájit vlastní realizaci bezpečnostních opatření.

První etapa byla realizována v letech 1997 – 2001. Cílem etapy bylo realizovat, do doby definitivního zajištění starých důlních děl, taková opatření, která sníží riziko související s možným výstupem metanu do ohrožených staveb. To vše s minimálními náklady, neboť v té době ještě nebyly zajištěny dostatečné finanční prostředky.

Realizace základních bezpečnostních opatření spočívala zejména v:

§ aktualizaci katalogů starých důlních děl,

§ stanovení bezpečnostních pásem a stavebních uzávěr kolem známých starých důlních děl,

§ rekognoskaci starých důlních děl a jejich okolí s cílem vyhodnotit ohrožení staveb a navrhnout jejich bezpečnostní zajištění,

§ instalaci elektronických zabezpečovacích systémů na bázi snímačů koncentrace metanu,

§ realizaci drobných stavebních úprav pro zvýšení ochrany povrchových objektů,

§ instalaci automatizovaných ventilačních systémů ve vybraných povrchových objektech.

Vlastníci a uživatelé stavebních objektů v blízkosti starých důlních děl byli upozorněni na možná rizika spojená zejména s výstupem důlních plynů na povrch. Zároveň byli poučeni o možné prevenci vedoucí k zabránění vzniku havarijní události. Realizací 1. etapy se znatelně snížilo riziko související s možným výstupem metanu do ohrožených objektů.

Paralelně s I.etapou programu Ministerstva životního prostředí ČR zadal Český báňský úřad úkol na vypracování Kategorizace území s výstupy důlních plynů (metanu) na povrch. Výsledkem zakázky je mapa Kategorizace území, která dělí ostravsko-karvinský revír na území:

§ bez nebezpečí výstupu důlních plynů na povrch,

§ s možným nahodilým výstupem důlních plynů na povrch,

§ ohrožené výstupy důlních plynů na povrch,

§ nebezpečné výstupy důlních plynů na povrch.

Mapa Kategorizace území je průběžně aktualizována.

2. etapa – Zajištění nebo likvidace starých důlních děl.

Cílem 2. etapy zahájené v roce 2000 je realizace takových opatření, která povedou k bezpečnému zajištění nebo likvidaci především těch starých důlních děl, která se nacházejí v obydlených a průmyslových oblastech s hustou zástavbou. Jednotlivé staré důlní jámy a štoly jsou zajišťovány v pořadí podle stupně rizika, které vytvářejí.

Zajištění starého důlního díla představuje realizaci odplyňovacího vrtu (vytvoření řízené a kontrolované cesty důlních plynů na povrch) a realizaci statického zajištění ústí starého důlního díla tak, aby nemohlo dojít k havarijním událostem spojeným s porušením stability důlních děl.

Obr. 1: Zajištěné staré důlní dílo Antonín – centrum města Ostravy

V roce 2004 bude dokončeno zajištění starých důlních děl, které nejvíce ohrožují bezpečnost obyvatelstva, čímž se dále sníží riziko vyplývající z výstupu metanu na povrch.

3. etapa – Řešení plošného výstupu důlních plynů na povrch.

Cílem třetí etapy je definitivní zajištění bezpečnosti obyvatelstva v ostravsko-karvinské aglomeraci prostřednictvím aktivních a pasivních systémů odplyňování a zajištěním ochrany staveb.

Příprava třetí etapy byla zahájena v roce 2002 vypracováním studie Komplexní řešení problematiky výstupu důlních plynů na povrch, kterou zadalo zpracovat Ministerstvo životního prostředí. Studie byla vypracovaná společností OKD, DPB, a.s. Na zpracování studie se podílela řada odborných organizací, včetně vědecko-výzkumné podpory Vysoké školy báňské – Technické univerzity v Ostravě.

Úkolem studie bylo:

§ Navrhnout konečné technické řešení problematiky výstupu důlních plynů na povrch a to nejen lokálního výstupu prostřednictvím starých důlních děl, ale rovněž tzv. „plošného“ výstupu důlních plynů na povrch (výstupu z důlních děl neústících na povrch a výstupu vlivem geologických podmínek).

§ Navrhnout bezpečnostní opatření pro snížení ohrožení obyvatelstva do doby omezení výstupu důlních plynů na povrch.

§ Vyčíslit finanční náklady nezbytné k dořešení problematiky.

§ Stanovit termínově-realizační harmonogram komplexního řešení.

§ Navrhnout potřebné legislativní změny k zajištění bezpečnosti obyvatelstva na územích ovlivněných výstupem metanu.

§ Navrhnout organizační a technická opatření pro Integrovaný záchranný systém kraje.

Realizace třetí etapy komplexního programu Ministerstva životního prostředí ČR by měla být zahájena v roce 2005 v souladu s projektem Fondu národního majetku ČR na „Komplexní řešení problematiky metanu ve vazbě na stará důlní díla“ v Moravskoslezském kraji.

4 Komplexní projekt Fondu národního majetku ČR

V červnu 2003 zadal Fond národního majetku ČR státnímu podniku DIAMO zakázku na zpracování projektu „Komplexní řešení problematiky metanu ve vazbě na stará důlní díla“ v Moravskoslezském kraji. Zakázka je součástí programu revitalizace Moravskoslezského kraje. Cílem zakázky je zpracovat komplexní projekt na řešení problematiky plošného výstupu důlních plynů na povrch. Koncepčně je předmětný projekt chápán jako prevence existujících rizik a je členěn do řešení tří základních okruhů dané problematiky:

PROGNÓZA

Její náplní je vedle řešení podpůrných výzkumných a metodických úkolů, především systematický plošný metanscreening území nebezpečných a ohrožených samovolnými výstupy důlních plynů s existující nebo projektovanou zástavbou a návazná aktualizace mapy kategorizace území OKR a dále i upřesnění potenciální míry nebezpečí na zastavěném území s možnými náhodnými výstupy důlních plynů pomocí využití nových metod. Nezbytné je rovněž ověření možné existence dalších starých důlních děl neústících na povrch (stařiny porubů) a aktualizace stávajících seznamů starých důlních děl ústících na povrch.

PASIVNÍ PREVENCE

je koncentrována do řešení:

§ řízeného odvádění důlních plynů z podzemí,

§ dohledání, resp. zabezpečení a likvidace dosud neřešených (nezabezpečených) starých důlních děl

§ inovace a rozšíření monitorovacích systémů,

§ centrálního řídícího a vyhodnocovacího stanoviště (dispečinku) s digitálně zpracovanou databází, napojeného na Integrovaný záchranný systém kraje.

AKTIVNÍ PREVENCE

představuje řešení:

§ výstavby aktivních lokálních odplyňovacích systémů,

§ nových způsobů útlumu a likvidace doposud činných dolů v karvinské dílčí pánvi OKR ve vazbě na využití možností omezení nekontrolovatelných plošných výstupů důlních plynů na povrch a zároveň zvýšení objemů kontrolovaně odvedených plynů,

§ návrhů nových typů aktivních lokálních odplyňovacích systémů včetně monitoringu,

§ návrhy, případná výstavba a zkušební provoz zařízení na využití důlních plynů s nízkým a proměnlivým obsahem metanu.

Takto koncipovaný projekt zajistí výrazné zmenšení rizik plynoucích z nekontrolovatelných plošných výstupů plynů pro ochranu zdraví a majetku osob a zároveň omezí i negativní ekologické důsledky způsobené úniky důlních plynů do atmosféry.

Obr. 2: Staré důlní dílo Kutací č.9, místo kde stával finský domek (místo exploze v roce 1999)

5 Činnosti státního podniku DIAMO

Státní podnik DIAMO je podnik hospodařící s majetkem státu a jeho úkolem a součástí předmětu podnikání je zabezpečování činností a výkonů směřujících k dokončení likvidace důlních provozů, dokončení zahlazení následků hornické činnosti, případně jiných škod na životním prostředí, souvisejících s převzatými důlními provozy utlumovaných dolů.

Pro zajištění těchto činností na území Ostravsko – karvinského revíru byla v rámci státního podniku zřízena organizační složka, odštěpný závod ODRA se sídlem v Ostravě – Vítkovicích. Odštěpný závod ODRA vznikl na základě Usnesení vlády č. 453/2001 ze dne 9. 5. 2001, kterým bylo rozhodnuto o převedení uzavřených dolů včetně všech závazků vyplývajících z probíhající likvidace na státní podnik DIAMO.

Činnost odštěpného závodu spočívá zejména v:

§ čerpání důlních vod ze zatopených dolů v ostravské a petřvaldské pánvi,

§ dokončení technické likvidace bývalých dolů v ostravské a petřvaldské dílčí pánvi,

§ kontrole zlikvidovaných a uzavřených hlavních důlních děl a odplyňovacích vrtů,

§ vypořádání důlních škod a provádění rekultivačních prací v rozsahu dobývacích prostorů uzavřených dolů,

§ likvidaci nepotřebných a nevyužitelných povrchových objektů bývalých hornických provozů a ve správě svěřeného majetku.

§ řešení problematiky výstupu důlních plynů na povrch a zajišťování starých důlních děl.

Odštěpný závod ODRA je dnes aktivním řešitelem problematiky výstupu důlních plynů na povrch. Zapojil se do komplexního programu Ministerstva životního prostředí ČR na snížení ohrožení obyvatelstva starými důlními díly a jejich negativními projevy, zejména výstupy důlních plynů na povrch. Paralelně s programem Ministerstva životního prostředí ČR připravuje odštěpný závod ODRA nové projekty a aktivity k zajištění bezpečnosti v  ostravsko-karvinském revíru.

Mezi hlavní činnosti v oblasti výstupu důlních plynů na povrch patří:

§ zajištění nebo likvidace starých důlních děl,

§ řešení plošného výstupu důlních plynů na povrch (realizace odplyňovacích systémů)

§ ochrana stávajících staveb na území s výstupy důlních plynů na povrch,

§ ochrana nové výstavby – znalecká činnost

§ vědecko-výzkumné aktivity ve spolupráci s VŠB – Technickou univerzitou v Ostravě.

V letech 1997 až 1999 řešili pracovníci odštěpného závodu ODRA (v té době byl odštěpný závod organizační složkou společnosti OKD, a.s.) zajištění nejvíce ohrožujících starých důlních děl s výstupy důlních plynů, zejména metanu, v hustě zastavěných oblastech města Ostravy. Celkem bylo zajištěno 30 starých důlních děl a současně bylo realizováno 50 odplyňovacích vrtů pro snížení nekontrolovaného výstupu důlních plynů na povrch. Tyto činnosti byly realizovány v rámci řešení havarijního stavu a předcházely komplexnímu programu Ministerstva životního prostředí ČR.

S rozšířením podnikatelských aktivit státního podniku DIAMO do ostravsko-karvinského revíru se odštěpný závod ODRA opět zapojil do zajišťování starých důlních děl. V roce 2002 získal finanční prostředky z Ministerstva životního prostředí ČR s cílem zajistit další stará důlní díla, která svou přítomností ohrožovala bezpečnost obyvatelstva.

Obr. 3: Staré důlní dílo Florentina, zajištěno státním podnikem DIAMO v roce 2002

6 Ochrana nové výstavby

Kromě zajišťování starých důlních děl a řešení plošného výstupu důlních plynů na povrch provádí odštěpný závod ODRA další činnosti, které směřují k ochraně obyvatelstva. Mezi ně patří například řešení ochrany nové výstavby projektované na území s výstupy důlních plynů na povrch. Ve spolupráci s Krajským úřadem Moravskoslezského kraje připravil odštěpný závod ODRA komplexní systém povolování staveb na území s výstupy důlních plynů na povrch. Tento systém zahrnuje:

§ posuzování území z hlediska výstupu důlních plynů na povrch,

(vyhodnocení oblasti výstavby dle Kategorizace území z hlediska výstupu důlních plynů na povrch, vyhodnocení důlně-geologických podmínek)

§

§ průzkum na koncentrace metanu v půdním vzduchu,

(provedení atmogeochemického průzkumu – měření koncentrace metanu v půdním vzduchu, stanovení stupně ohrožení stavby)

§ návrh bezpečnostních opatření pro projektovanou stavbu,

(vypracování návrhu bezpečnostních opatření pro stavbu ohroženou výstupy důlních plynů na povrch dle přiřazeného stupně ohrožení, t.j.: realizace drenážních systémů, realizace pomocných odplyňovacích vrtů, instalace zabezpečovacích systémů na bázi snímačů koncentrace metanu, apod.)

§ pomoc při realizaci bezpečnostních opatření a zajištění odborného dozoru při stavebních činnostech.

Obr. 4: Realizace atmogeochemického průzkumu akreditovanou zkušební laboratoří s.p. DIAMO

Cílem výše uvedených činností je snaha zabránit vzniku havarijních událostí spojených s výskytem nebezpečných koncentrací metanu v nové zástavbě. V letošním roce jsme mohli být svědky již několika havárií, nebýt například snímačů koncentrací metanu instalovaných v ohrožených budovách, které včas signalizovaly blížící se nebezpečí.

7 Závěr

Území ovlivněné výstupy důlních plynů na povrch lze dnes odhadnout na desítky čtverečných kilometrů. Bohužel je převážná část tohoto území zatížená zástavbou. Cílem komplexního programu Ministerstva životního prostředí ČR a projektu Fondu národního majetku ČR je zmenšení ohroženého území na minimu v co nejkratším čase. Zkušení odborníci na problematiku výstupu důlních plynů na povrch připravují taková řešení, která by tento úkol splnila a umožnila neomezenou výstavbu v ostravsko-karvinské aglomeraci a s tím spojený rozvoj regionu.