Gyöngyösoroszi bánya mátraszentimrei telérének tömedékelése és gáttervezése

Átírás

1 Gyöngyösoroszi bánya mátraszentimrei telérének tömedékelése és gáttervezése Czap Zoltán 1, Józsa Vendel 1, Vásárhelyi Balázs 2 1 BME, Geotechnikai Tanszék, 2 PTE, Szilárdságtan és Tartószerkezetek Tanszék Bevezetés, előzmények Gyöngyösoroszi Heves megye nyugati részén, a Dél-Mátrában Gyöngyöstől É-ÉNy-i irányban 4 km-re fekvő település ben kezdődött meg Gyöngyösoroszi térségében az ércbányászati tevékenység, majd az újabb feltárások mellett ben bányavíz-kezelő rendszert építettek a bányából kifolyó víz elsősorban a nyitott bányatérségek nagyságának, felületének növekedésével fokozatos savasodása miatt. Vizsgálatok alapján azt tapasztalták, hogy az oldott Pb-, Zn-, Cd- tartalom a bányavízben többszörösen meghaladta a megengedett érétket ban megkezdődtek a bánya bezárására vonatkozó intézkedések, 2003-ban a Mecsekérc Rt. által, majd 2004-ben az innen kivált Mecsek-Öko Rt. által megindultak az ércbányászat teljes hatásterületére kiterjedő kármentesítési, tájrendezési és rekultivációs tevékenységekkelkapcsolatos tervezési és engedélyeztetési, kivitelezési munkálatok. A gyöngyösoroszi bánya bezárása után elvégezték a bányából kifolyó savas, nehézfémekkel szennyezett víz tisztítását, de minden lehetséges ellenőrzés és beavatkozási lehetőség nélkül hagyták a mátraszentimrei bányamezőben (az altáró szintje felett) található, mintegy m³ térfogatú vágat- és fejtési üregrendszert, amely a 2004-es adatok szerint m³ vizet tárolt. Az ellenőrizhetetlen bányatérségekben bármikor bekövetkezhetnek olyan omlások, amelyek elzárják az altáróban a víz külszínre történő kifolyását. Ez esetben a teljes mátraszentimrei terület feltelhet vízzel, ami a szennyezett víz ellenőrizhetetlen helyeken történő kifolyásával és a nagy tömegű víz statikus és dinamikus energiájából adódó haváriahelyzet kialakulásával járhat. A Mecsek-ÖkoZrt. az ÁPV Zrt. Megbízása alapján 2004-ben felmérte a gyöngyösoroszi ércbánya és külszíni hatásterülete teljes körű bezárása, illetve rekultivációja, kármentesítése megtervezéséhez szükséges helyzetet. A gyöngyösoroszi ércbányászat teljes körű felhagyásának előkészítése során eddig végzett szakértői elemzések alapján megállapítható volt, hogy: a gyöngyösoroszi ércbányából az altárón kifolyó víz (kezelendő víz) kb %-a a Mátraszentimre térségében lévő bányatérségből származik, 101

2 a mátraszentimrei telér magas pirittartalma miatt ebből a térségből származó víz alacsony ph-értékű és magas oldott-fémtartalmú, ami jelentős hatással van az altárón kifolyó és kezelést igénylő víz összetételére, az altárón kifolyó víz mennyiségének csökkentése, a vízminőség javítása szükséges, a mátraszentimrei üregtérfogat lehetőséget ad a vágatok tönkremeneteli folyamataiból adódó omlások miatt ellenőrizhetetlen nyomások kialakulására; az ebből adódó esetleges haváriák megakadályozására szükséges a mátraszentimrei terület bányatérségeinek, fejtési üregeinek teljes tömedékelése, a víz akadálytalan kifolyásának hosszú távú biztosítása érdekében az altáróbandrenázsréteget kell megépíteni. A tömedékeléssel elérendő célok: a bányaüregben ne tudjon nagy mennyiségű és nagy nyomású víztömeg összegyűlni; a bányaüreg teljes kitöltése annak érdekében, hogy a szabad ércfelületek lezárásával a szulfidok, elsősorban a pirit oxidációjának lehetősége megszűnjön; a mátraszentimrei bányatérségekben fakadó vizek kizárása, ill. Mennyiségének csökkentése; a fakadó vizek elszennyeződése, az oxidálódott pirit oldódásából adódó savasodás, a nehézfém-beoldódások megelőzése. Adrenázsréteg megépítésével elérendő célok: a tömedékelést követően a bányatérségekben még előforduló fakadó vizek akadálytalan kifolyásának hosszútávon történő biztosítása, a vizek elvezetése és szükség esetén kezelése; a bizonytalan és ellenőrizhetetlen helyzet megszüntetése. Az elvégzendő feladatrészek: Az alsó gát tartószerkezeti méretezése, állékonyságának vizsgálata véges elemes programmal. A gát anyagának meghatározása. A zárógát mögötti víztelenítő rendszer kialakításának megtervezése, méretezése típuselemek ajánlásával. Javaslat a zaggyal való tömedékelés ütemezésére. A munkánk az 1. szint tömedékelésére terjedt ki, de figyelembe vettük a később megépülő felső gátszakaszokat. A tervezési területet, a mátrszentimrei akna és a hozzá kapcsolódó aknaszinteket az 1. ábrán mutatjuk be. A kőzettest viszonyok leírása A magfúrásokkal adott vágatszakasz kőzetkörnyezetének felmérésére került sor. A fúrómagminták töredezettségének felmérésre során (RQD vizsgálat) mintacsoportokat alakítottak ki, amelyeken a kőzetmechanikai vizsgálatokat elvégezték. A mintacsoportokat úgy kellett kialakítani, hogy az egyes mintacsoportokba eső magokat azonos kőzettípusként lehessen kezelni a gát méretezése során. A csapásvágati mintaszelvényt a 2. ábra szemlélteti. 102

3 1. ábra Mátraszentimrei akna (külszín ~762 mbf) Elvégzett magfúrások a Mátraszentimre alatti 1. szint K-i csapásvágat 23. méterében: az 1. fúrás D-i irányban történt 2,90 m hosszban, a 2. fúrás É-i irányban 3,00 m hosszban, a 3. fúrás pedig a vízszintes síkhoz képest mintegy 75 -ban (a telér irányában) 0,70 m hosszban. Az ép kőzetmagokon mért szilárdsági jellemzőket át kell számítani a repedezett kőzetkörnyezetre, melyet a Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Karán kifejlesztett un. ME módszer alapján végezték el. A gát tervezésénél, az egyes mintacsoportokkal jellemzett repedezett kőzettesteket, az alábbi szilárdsági értékekkel lehet számításba venni: Világosszürke, változó mértékben agyagásványosan bontott, változó mértékben kovásodott andezit, andezitbreccsa (1. mintacsoport alapján) σ c,mass = 5,2 MPa c mass = 1,1MPa Φ mass = 25 világos zöldesszürke andezit hialoklasztitbreccsa (2. mintacsoport alapján) σ c, mass = 12,7 MPa c mass = 4,0 MPa Φ mass = 30 középszürke hidrotermális telér (3. mintacsoport alapján) Ebből a kőzettípusból csak 40 cm mag állt rendelkezésre. Tapasztalatok alapján megállapítható, hogy a telér anyaga és környezete nagyon változó szilárdságú, ezért az igen kevés magmintából származó értékeket csak becslésként lehet elfogadni! 103

4 σ c, mass = 5,1 MPa c mass = 1,6 MPa Φ mass =30 Tömedékelő zagy tulajdonságai 1. ábra Mintakeresztszelvény A tervezett tömedékeléshez használt anyagnál a következő vizsgálati programot kellett végrehajtani ahhoz, hogy annak beépíthetősége, fizikai paraméterei ismertek lehessenek: a tömedékelő pernye szemeloszlása; áteresztőképesség eredmények; nyíróvizsgálati eredmények; tömedékanyagtérfogatváltozási tulajdonságának vizsgálata; összenyomódási modulus; Poisson tényező időbeli változása. A Miskolci Egyetem, Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet, Környezetgazdálkodási Intézet vizsgálatai alapján a tömedékelőanyag mechanikai paraméterei ismertek voltak. Teljes körű kutatásaik kiterjedtek annak vizsgálatára is, hogy a savanyú környezet hosszú távon hogyan befolyásolja a kapott szilárdsági értékeket, hogyan változik annak vízáteresztési tulajdonsága. Külön foglalkoztak azzal, hogy az adalékkal bejuttatott CaO milyen hatással van a szennyezőanyagok esetleges kioldódására, a kioldódó szennyezők visszatartására. Annak ellenére, hogy a szilárdsági mérések mutatnak kohéziót, a gátak méretezéséhez, biztonsági okokból a c=0 kpa kohézió, φ=25 belső súrlódási szög és 1420 kg/m 3 nedves anyag sűrűség értékeket javasolták alkalmazni. 104

5 A bányatérség vízhozama, vízminőség jellemzőinek összefoglalása A rendszer vizsgálatára egy komplex, nagyméretű és sok eltérő alakú elemet is használó FEFLOW végeselemes szoftverrel készült hidrodinamikai és transzportmodellt építettek fel. A modellezés célja volt: a bányászati tevékenységgel érintett térrész és környezete hidrodinamikai folyamatainak minél jobb megismerése; a tervezett tömedékelés várható hatásainak előrejelzése a kifolyó hozamok és koncentrációk tekintetében; a beavatkozásnak a Gyöngyös-Atkári Vízmű vízbázisára, illetve a Hasznosi Víztározó ivóvízbázisára gyakorolt hatása. A számítási eredmények alapján megállapították, hogy a tömedékelés utáni állapot a jelenlegitől kismértékben eltérő hidrodinamikai helyzetet idéz elő. Az altáróhozama várhatóan némileg lecsökken azáltal, hogy a tömedékelt járatrendszer az andezit kőzetmátrixban szivárgó vizeket teljes mértékben el tudja ugyan vezetni, de várhatóan egyes nagyobb vető vagy repedésrendszer melletti vízfakadások vizének egy részét nem engedi a járatrendszerbe. Mivel ezek alapvetően tiszta vizek, ezért ennek kis jelentőséget tulajdonítanak, miközben ezen vizek egy részét a mátraszentimrei harántvágat meg fogja csapolni. A hidrodinamikai számítások során arra az eredményre jutottak, hogy az eredeti m 3 /nap hozamok a mátraszentimrei térség felől m 3 /nap közötti szintre csökkenhetnek le (1. táblázat) a megfelelően vízáteresztő tömedékanyag alkalmazása esetén, miközben a várható cink koncentrációk a kifolyó vízben negyedükre-ötödükre csökkennek le. A javasolt tömedékelési megoldás hidrodinamikai szempontból a modellezés eredményei alapján megfelelő megoldásnak látszik, de csak abban az esetben, ha a tömedékanyagnak az andeziténél nagyobb a szivárgási tényezője, illetve a mátraszentimrei harántvágat, illetve az altárójelentős, az összes bányatérség megcsapoló-képességét meghaladó vízhozamok elvezetésére való képessége távlatilag is biztosított. A transzportmodellezés bizonyította, hogy koncentráció-emelkedés a harántvágaton és altárónkeresztül történő hatékony megcsapolás esetében a bányászati térségen kívül nem következhet be. Vízbelépés típusa és helye Jelenlegi állapot Áteresztő tömedékelés (tervezett állapot) A magazinfejtésekbe és a mátraszentimrei fejtési vágatokba Andezit kőzetmátrixból Repedések és vetőzónák mentén Összesen A mátraszentimrei bányatérséget az altáróval összekötő harántvágat mentén Andezit kőzetmátrixból Repedések és vetőzónák mentén Összesen A teljes mátraszentimrei térségből Összesen táblázat A modellszámítások eredményei A számítások eredményeinek értékelése alapján kimondható, hogy a rendszer működésének egyik legfontosabb eleme a mátraszentimrei harántvágat, illetve a 105

6 gyöngyösoroszialtáró tartós, távlatilag sem csökkenő mértékű vízelvezető, megcsapoló képességének, illetve a táró és vágatrendszerbe a repedezett zónákon keresztül történő vízbelépések fenntartása. Tömedékelési javaslat A tömedékelési munkafolyamat során fontos feladat a leadott sűrűzagy víztartalmának csökkentése, ez ugyanis egyszerre növeli a térkitöltés hatásfokát és javítja a tömedékanyag szilárdsági paramétereit. A tömedékelés során a kiépített csővezetékeken pernye-víz keveréket juttatnak a felhagyott bányatérségekbe, általában a felső szintről. Az elvégzett 1000 m 3 -es kísérleti tömedékelés és a bányabeli tapasztalatok egyértelműen megmutatták, hogy a vágatok környezetében a vágathajtás által létrejött zavart, repedezett andezit zóna (EDZ Excavationdisturbed zóna) magasabb áteresztőképessége révén, mint természetes drénrendszer funkcionál, amelynek a betáplált sűrűzagy víztelenítésében jelentős szerepe van, és amely szerep egyértelműen bizonyított. Nevezhetjük ezt a folyamatot természetes víztelenítésnek, amelyet azonban mesterséges módszerek alkalmazásával meg kell gyorsítani. A tömedékanyag víztelenítése érdekében az alsóbb szinten szűrőgátat kell építeni, amely lehetővé teszi a víz, és meggátolja a pernye kifolyását. Az alsóbb szinti gát statikus terhelése kisebb, ha a telérvágatok tömedékelését előbb az alsóbb szintről elvégezzük. A tömedékelés során a szűrőgáton leadott víz mennyisége egyre csökken, a felső szinten adagolt pernye-víz keverékben a pernye ülepedik és végső soron a műveleti víz szabad kifolyással a felső szinti vágaton át jut a gyűjtőzsompba. A nyitott térségekbe befolyó műveleti víz és a fakadó vizek elvezetésére ülepítő és vízelvezető rendszert kell kiépíteni és üzemeltetni (csorga, ejtőcső). Az aknazsompban megjelenő (a tömedékeléshez felesleges) vízmennyiség a jelenlegi útvonalon kiereszthető. A munka szervezése során a fentieknek megfelelően töltési és ülepedési időszakokat kell értelmezni és számításba venni. Egy-egy fejtési üreg, vagy egyéb bányatérség tömedékelése a felsőbb szinten szakaszosan emelt, az utántöltések során mellgátként funkcionáló szűrőgát teljes szelvényben történő megépítésével és megtöltésével fejeződik be. A már feltárt bányarészben szerzett tapasztalatok alapján a mátraszentimrei telér fejtési üregeinek tömedékelése során négy lehetséges tömedékelési mód ezzel együtt négyféle technológiai víztelenítés jön szóba a tömedékelendő üreg elhelyezkedésétől függően. Ezek a következők: a tömedékanyag a fent leírtak szerint jut el a tömedékelés helyére, ahol felülről kerül be a tömedékelendő üregbe. Ebben az esetben a tömedékelés jól megfigyelhető, a tömedék szintje el fogja érni a tömedék befolyásának szintjét, ahol a víz végül kifolyik. A vágatban a víz befogására zsompot kell kialakítani, amelyből a víz csorgán keresztül, vagy kevésbé kivitelezhetően szivattyúzással tömlőn keresztül vezethető el (egy másik, későbbiekben tömedékelendő üregbe, vagy az aknában véglegesített vízelvezető csőbe). Ez függ a vízkapacitás akkori helyzetétől, így aktuális helyszíni döntést igényel. A víz elvezetésével az ülepedési idő ezzel a tömedékelési idő csökkenthető. Szükség esetén a tömedékelt üregben a tömedékanyag tetején kiülepedett víz a tömedékelő szintről belógatott búvárszivattyú alkalmazásával is eltávolítható és a fenti útvonalon elvezethető. amennyiben a tömedékelendő üreg teteje a tömedékelő vágat szintjével megegyezik, akkor a víznek kevesebb tömedékanyagon kell átszivárognia a szűrőpalánkig, de szükség esetén monitoring cső alkalmazásával is elvezethető a felső rész vize. 106

7 azoknál a fejtéseknél, melyeknek nincs felső felsőszinti kapcsolata (de alulról megközelíthetők), a tömedékelés alulról kell elvégezni. A tömedékszint ellenőrzésére a szűrőgáton át az üregbe benyúló, ellenőrző (monitoring) csövet kell bevezetni, amely természetesen alkalmas lesz a tömedékelés során felül kiülepedett víz elvezetésére is. A monitoring cső vesztett cső lesz, a tömedékelés után az üregben marad. olyan üregek esetén, amelynek nincsen felső szinti kapcsolata és alulról sem közelíthető meg (pl. vágat tönkremenetel miatt), a tömedékelés valamelyik felső szintről történik az üregre ráfúrt, min. 96 mm átmérőjű fúrólyukon keresztül (alkalmazott fúrólyuk 160 mm). A tömedékelés ebben az esetben a kisebb szelvény miatt lassabban történhet, de szivattyú alkalmazásával itt is lehetőség van a kiülepedett víz elvezetésére a víz felső szintjének elérése esetén. A fenti tömedékelési lehetőségek és ezzel együtt a víztelenítés módszerei természetesen változhatnak a helyszín pontosabb ismerete, a bányatérségek állapota függvényében, de a már feltárt, illetve a térképekről előzetesen megismert bányaüregek elhelyezkedése alapján a fenti módszerek alkalmazásával az összes üreg tömedékelhető. Az anyag- és kőzetjellemzők tervezési értékei Számításaink során az előző fejezet adatai alapján alkalmazott jellemzők: 2. táblázat.az alkalmazott globális biztonság a statikai számításainknál a teherbírás oldalon γ R =2. Anyag Kőzet Folyós Megszilárdult pernye pernye Zúzott kő, kavics Homok Térfogatsúly, kn/m 3 γ 24 14, Telített térfogatsúly, kn/m 3 γ s 24 14,2 14, Poisson tényező ν 0,37 0,5 0,49 0,25 0,3 Összenyomódási modulus, MPa E oed Hatékony belső 40 (a peremen φ súrlódási szög 2/3-ra csökkentve) 30 Hatékony kohézió, kpa c Vízáteresztőképesség, m/s k A tervezett építmények méretezése Az 1. szint szivárgórendszere 2. táblázat Anyagjellemzők A drénezés első lépésben az 1. szinten készül el. A vágat (keleti) hossza ~430 m, esése a vájvég felé átlagosan 5 mm/m. A hulladékhasznosításidokumentáció szerint: A számítások eredményeinek értékelése alapján kimondható, hogy a rendszer működésének egyik legfontosabb eleme a mátraszentimrei harántvágat, illetve a gyöngyösoroszialtárótartós, távlatilag sem csökkenő mértékű vízelvezető, megcsapoló képességének, illetve a táró és vágatrendszerbe a repedezett zónákon keresztül történő vízbelépések fenntartása. 107

8 A számítás sorozatok alapján valószínűsíthető hozamok a jelenlegi és a tervezett állapotra, a magazinfejtésekbe és a mátraszentimrei fejtési vágatokba: Jelenleg: m 3 /nap = 8,1-12,7 l/s Tervezett: m 3 /nap = 7,5-10,4 l/s A maximális érték 1,5 biztonsággal ~19 l/s, a minimális kettessel ~15 l/s. A szivárgórendszer méretezése Q = 19 l/s teljesítményre történt. Két osztógáttal három szakaszra osztva a vágatot, 10 mm falvastagságú KPE csövek esetén, fokozatosan növekvő vízhozamnál a vízhozam képlete: 3i Q = = B 5 2 3id π 2g 16λ Ebből a szükséges csőméretek Szakasz belső átmérő, d, mm külső átmérő, mm 1. ( m) ( m) ( m) i=5 mm/m esés, λ=0,03 ellenállási tényező (dréncsöveknél), g=9,81 m/s 2. Ez esetben a csövek tisztítását a vájvég felől, nagynyomású víz bevezetésével javasoljuk. Szakirodalmi adatok alapján a tisztítás ekkor m hosszban hatékony. Gátak méretezése a tömedékelés ütemezésének figyelembe vételével A tömedékanyagot visszatartó gátak (osztógátak és zárógát) méretezése három állapotra történt: a tömedékelés végrehajtása közben, a tömedékelés befejeztekor, tartós állapotra. A vágat lezárásoknál a gátaknál szokásos geotechnikai vizsgálatok (alaptörés, kiborulás, elcsúszás) nem hatékonyak, mert nem veszik figyelembe a térbeli átboltozódási hatásokat, ezért a Plaxis 3D Tunneling programmal végeztünk teherbírás számításokat. A tömedékelés végrehajtása közben Ekkor a gátat a tömedékelő anyag hidrosztatikus nyomása terheli. A gáttest nem tartja vissza a vizet és az alsó drénezés is alkalmas a zagyból kinyomódó víz elvezetésére. Figyelembe véve a tömedékelendő térfogatot, a szállítási kapacitást, a szakaszolást és az optimális tömedékelési technológiát, a zagy szilárdulásával nem számolhatunk. A vizsgálat véges elemes modelljei (L = 5, 10 és 15 m hosszú gát esetére) 4. ábra, 6. ábra. A kőzetkörnyezetet a leggyengébb, 1. mintacsoportba tartozó értékekkel jellemeztük. A gát anyaga homok- és iszapmentes zúzott kő, ennek teherbírási-súrlódási jellemzői sokkal 108

9 kedvezőbbek, mint a kavicsé, ezért lényeges anyagmegtakarítás várható tőle. A gát és a kőzet határfelületén a belső súrlódási szög kétharmadával számoltunk. A zúzott kőtől elvárható belső súrlódási szög (vízépítési kőszórásokra vonatkozó természetes rézsűszög adatok alapján, 3. ábra) φ = ábra Zúzott kő természetes rézsűszöge a középátmérő függvényében Az első számítási lépcsőben a vizsgált kőzetkörnyezet feletti hegynyomást (8 MPa) alkalmaztukhiba! A hivatkozási forrás nem található.. Ezt követően eltávolítottuk a vágat anyagát: 4. ábra. Az érdekesebb eredmények: a deformált véges elemes hálózat a függőleges feszültségek alakulását az 5. ábra mutatja, a plasztikus pontok Ez az állapot a kiindulása a további számításoknak. Az öt méteres gát vizsgálata során először a gátat építettük be, aktiváltuk a megfelelő elemeket (6. ábra). Ennek hatására kis mértékben módosult a gát környezetének feszültségállapota. Ezt követően a gát homlokfalára egyre növekvő nyomást működtettünk, mindaddig (284 kpa), amíg a gát képes volt növekvő ellenállást kifejteni. E nyomás hatására létrejövő vízszintes eltolódások 7. ábrán láthatóak. 4. ábra Vágatnyitás modellje, deformált hálózat 109

10 A fenti vizsgálatot megismételtük tíz (Hiba! A hivatkozási forrás nem található.1,25 MPa) és tizenöt méteres gáthossz (Hiba! A hivatkozási forrás nem található.4,41 MPa) esetére is. A teherbírások alakulását a számítás során 8. ábra mutatja. Látható, hogy a teherbírás a gát hosszának növekedésével rohamosan nő, a teherátadási mechanizmus nagyon hasonló a silónyomás esetéhez. Ábrázolva a hossz és a teherbírás alakulását (9. ábra), az összefüggést exponenciális görbével közelíthetjük. 5. ábra Vágatnyitás, függőleges feszültségek, plasztikus pontok A szükséges gáthossz meghatározása: Adatok: H = 467 m 424 m = 43 m γ z = 14,2 kn/m 3 ; γ w = 10kN/m 3 ; γ R = 2 Terhelés: p Hd = H (γ z γ w ) = 361,2 kpa Ellenállás: P Rd (L) = 75 kpa exp (0,2741 L/m) Szükséges hossz: root (p Rd (L) p Hd. L) = 5,735 m Ellenőrzés: P Rd (5,8 m) = 367,7 kpa A = p Rd (5,8 m) / p Hd = 101,8 % Az osztógátak, illetve a zárógát (tömedékelés közbeni) szükséges hossza tehát 5,8 m. 110

11 6. ábra Gát véges elemes modellje, függőleges feszültségek 7. ábra 5 m-es és 10 m-es gát teherbírása, eltolódása vágattengely irányába A tömedékelés folyamataa során a bevitt víz a nagy felületeken akadálytalanul távozhat, ezért csak a szemcsefázis súlya által okozott hatékony feszültségeket kell felvennie a gátnak. Ehhez az 1. és a 2. szint feküjének különbségével (H) számolhatunk, amely biztonságként már tartalmazza a vágat fél magasságát is. Vizsgálat az 1. szint tömedékelésének befejezésekor Ebben az állapotban kedvezőbb a helyzet, mint a tömedékelés közben, hiszen megkezdődött a zagy tömörödése, konszolidációja, tehát fokozatosan nő a szilárdsága és ezzel csökken a vízszintess hatékony nyomás a gátra (ekkor már csak a zárógátra, mert az osztógátakon a nyomás két oldalról kiegyenlítődött), ugyanakkor a vízelvezetés biztonsággal működik. Külön vizsgálat nem szükséges. 8. ábra Gát teherbírás alakulása a számítási lépcsők során 111

12 9. ábra Gát teherbírása (logaritmikus lépték és lineáris lépték) a hossz függvényében Vizsgálat tartós állapotra A zagy ekkor már megszilárdult, számíthatunk a tartós nyírószilárdságára. Ugyanakkor a teljes rendszerben kialakulhatnak közel vízzáró szakaszok, tehát lehetséges, hogy a teljes, térszínig nyúló takarásból származó nyomást kell elviselnie a most már a zagyból és a gát kőanyagából álló rendszernek. Most egy függőleges aknával kiegészített rendszer viselkedését kell vizsgálnunk, az aknában ható függőleges nyomás hatására. Ekkor a zagyra ható igen nagy nyomások miatt már figyelembe kell vennünk a felkeményedő tulajdonságát, különben akár 100 %-nál nagyobb összenyomódásokat is kaphatnánk. A kompressziós vizsgálatok alapján a megszilárdult zagy módosított kompressziós indexe: ε λ = = 0,04 p + p ln p ahol p: az utolsó előtti terhelési lépcső, p: az utolsó terhelés növekmény, ε: az utolsó terhelés növekmény ( p) hatására bekövetkező fajlagos deformáció. A fejtés utáni állapot véges elemes modelljét 10. ábra mutatja. A plasztikus pontok az előző vizsgálattal megegyező terhelés esetére.az öt méteres gát, és a mögötte levő zaggyal feltöltött tér modellje a 11. ábra szerinti. Az ebből a feltöltésből származó függőleges feszültségek. Ezt követően a függőleges aknában levő tömedékre egyre növekvő függőleges nyomást gyakoroltunk. Ezt a nyomást a tömörödő zagy képes felvenni anélkül, hogy a gát igénybevétele megközelítené a tömedékelés végrehajtása közben szerintit, tehát ez az állapot sem mértékadó, amennyiben a gát víznyomást nem kap. E nyomás hatására létrejövő tömörödés(12. ábra), vízszintes eltolódások Hiba! A hivatkozási forrás nem található.elrejtve a tömedék anyagot, szűkítve a színskálát. 112

13 10. ábra Tömedékelés után. A vágatnyitás modellje, illetve a plasztikus pontok szemléltetése 11. ábra Tömedékelés után. Az 5 m-es gát véges elemes modellje, függőleges feszültségek 12. ábra Tömedékelés után. 5 m-es gát, tömörödés 8 MPa terhelés hatására, ill. gát eltolódás a vágattengely irányába (a tömedékanyag rejtve) 113

14 Javaslat szerkezeti részletek kialakítására Drénrendszer A jelen gát kialakításának célja a tömedékeléshez használt zagy megtartása, ugyanakkor a bányavíz átengedése, tehát nem vízzáró gát, hanem egy szűrő létrehozása. A vágattalpon kialakított drénrendszer elsősorban a feltörő bányavíz összegyűjtésére és kivezetésére szolgál. Kisebb mértékben, korlátozott ideig a tömítés során bejuttatott fölös vízmennyiség eltávolításába is besegít, de ezt a szerepet csak a zagy leülepedéséig képes ellátni. Ehhez a legcélszerűbbnek gerinccsövekből, kereszt-drénekből és a gerinccsöveket védő kavicsterítésből álló rendszer tűnik. A feltörő vizeket a kereszt-drének gyűjtik össze, a zagyból származó víz eltávolításában pedig a kavicsterítés segít, amely hosszirányban juttatja el a vizet a legközelebbi kereszt-drénig. A drénrendszer keresztmetszete: 13. ábra, a kereszt-drén: 14. ábra. A gerinccsövek mérete szakaszonként változó lehet (6.1 fejezet), a kereszt-drének 1,5-2,0 m hosszúak, a végük zárt, perforáltak, vagy azonos területű hasítékokkal ellátottak. A gerinccsőhöz T idomokkal csatlakoznak. A csövek anyaga saválló műanyag (KPE), az alkalmazott tömítések (bár ezekre nincs különösebben szükség) szintén savállóak. A tömedékelő zagy távoltartására g/m 2 sűrűségű, nemezelt geotextília szolgál. A védő kavicstakarás vastagsága legalább 20 cm, a csövek alatt legalább 5 cm. Szemeloszlása 16/32 mm. Egyetértettünk Román Árpád javaslatával, miszerint a talpi vizek begyűjtése a vízadó helyeken, keresztirányú drénekkel történjen. Ezek KPE DN 110-es csövek lehetnének, mm-es perforáló lyukakkal vagy hasítékokkal. A szűrőcsövön annyi nyílást kell készíteni, hogy a beömlő nyílások szabad felülete a szűrőcső felületének %-át érje el. A 110 mm átmérőjű cső 1 fm-nek felülete 0,35 m 2, ennek 10 %-a 0,035 m 2, tehát a 12 mm-es fúrt lyukak szükséges száma legalább 300 folyóméterenként. Lyukak helyett azonos felületű és szemcsevisszatartó hatású hasítékok is kialakíthatók. A fúrólyukak elkészülte után a béléscső belsejét meg kell tisztítani, hogy a fúrás alkalmával keletkezett sorjákat eltávolítsák. Véleményünk szerint a gerinccső gát felőli tisztítása javasolható, nagy nyomású dréncső tisztító gép alkalmazásával. A módszer a mezőgazdasági drénrendszerek tisztításánál jól bejáratott. A vízsugár, amely az állítható fúvófej hátsó részéből lövell kifelé, egyrészt sugárhajtásként viszi előre a tömlőt a csővezetékben, másrészről pedig a nagysebességgel hátrairányuló vízsugár eltávolítja és kimossa a lerakódást. A légzsákos terekbe beépítendő bukócsövek alkalmazásával szintén egyetértünk. A kivitelezés közben kell eldönteni, hogy egy-egy szakaszon hány bukócső helyezhető el (feltehetőleg 3 átvezetése biztosítható a gátak felső részén keresztül), és ennek megfelelően kell kiválasztani a legnagyobb légzsákokat. A bukócsövek felső fél méterén, a felület %-án hosszanti hasítékokkal (a cső merevségének biztosítása mellett) beömlő nyílások kialakítását javasoljuk. Ezt a részt geotextília zsákba kell bújtatni, amely a légtelenítés/víztelenítés idejére biztosítja a zagy szűrését. 114

15 13. ábra Vízelvezetés, keresztmetszet 14. ábra Drénezés vízfeltörésnél Gátak kialakítása A két osztógát és a zárógát szerkezete közel azonos, hiszen a mértékadó igénybevételeiket a zaggyal való feltöltéskor kapják. Különbség a tartósságukban van, mert az osztógátak rövid időn belül mindkét oldalukon tömedékelve lesznek, és ettől kezdve elveszítik a jelentőségüket. A gátak hosszmetszete: 15. ábra. A gátak helyén a vágatokat úgy kell átalakítani (és a helyüket úgy kiválasztani), hogy a mentett oldal felé szűküljön a főte és az oldalak is, átlagosan 1:10 hajlással. Ez a megoldás garantálja a gát anyagának befeszülését és a számítások szerint létrejövő silónyomás kialakulását. Bővülő szakasz nem lehet a jövendő gát helyén, szükség esetén kibetonozással kell a geometriát biztosítani. Ha kell, szegezéssel és dróthálóval stabilizálható a lazulásveszélyes kőzet. A gát építése előtt a kellő súrlódás biztosításához szükséges a talptöltés eltávolítása és a kőzetfelületek megtisztítása az iszapszerű szennyeződésektől. Az így kitermelt anyag a vesztett oldalon, a gáttól m-re rakható le, úgy, hogy ne akadályozza a tömedékelést. A vesztett oldalon a szűrést D 15 = 0,15-0,25 mm-rel jellemzett szemnagyságú, iszapmentes homok adja, amely az MSZ szerinti I. osztályú EH 2, vagy VEH 2, esetleg II. osztályú EH 4, vagy VEH 4 minőségnek felel meg. A könnyű kivitelezhetőség és az anyagtakarékosság miatt ezeket cm keresztmetszetű gabion kosarakba kell helyezni. Az osztógátaknál a kosarak anyagára a rövid tervezett élettartam miatt nincs korlátozás, a zárógátnál saválló anyagok alkalmazása kötelező. Ez lehet saválló bevonatú (galvanizált vagy műgyanta) drótháló (50-70 mm lyukbőségű), vagy georács, amelyek igen széles választékban beszerezhetők. A kosarakat, amelyek a helyszínen összeszerelhetők, 50 cm-enként merevíteni kell és nemezelt ( g/m 2 ) geotextíliával kibélelni, a kipergés megakadályozása céljából. A lerakáshoz szükséges sík alapfelület KZ 12/20 zúzott kővel alakítható ki. 115

16 Ezt követően a vesztett oldalon a gabionokat sorról sorra kell felépíteni, mészhabarccsal lezárva az oldalfal melletti hézagokat, a csőátvezetéseket, stb. A habarcs mész kötőanyagú, normál falazóhabarcs (Hf3: 0,25 m 3 /m 3 mészpép vagy 125 kg/m 3 mészhabarcs, III o homok) legyen. A zúzottkő rézsűsen kerülhet feltöltésre, hogy megtámassza a gabion falat. A gabion fal felső lezárása mészhabarcs kitöltéssel készülhet, amelyet a falhoz erősített, méretre vágott zsalutábla tart a helyén. A zárógátnál mészhabarcs helyett saválló vízüveghabarcs használandó (MSZ 3560), összetétele gyártmányfüggő. A mentett oldalon a kosarak kővel (Z 55/100) töltendők fel, itt a geotextília bélés nem szükséges. A gáttest anyaga homok- és iszapmentes, teljesen tört, tömör szemcsés, vulkanikus, időjárásálló, kézzel válogatott zúzott kő legyen, az alábbi összetételben: KZ 55/100 50% KZ 20/55 30% KZ 12/20 20% Kavics nem felel meg erre a célra, mert a súrlódási tulajdonságai lényegesen rosszabbak. A közbenső gátak kőanyagánál nincs tartóssági kritérium, csak a kellő térfogatsúly és legalább 40 -os súrlódási szög (természetes rézsűszög) a fontos. A gát építés közbeni állékonyságának biztosítására a homokkal töltött gabion kosarakat egyirányú, 45 -ban elhelyezett georácsokkal kell lehorgonyozni. A georácsok húzószilárdsága legalább 25 kn/m legyen. Ezt követi a védett oldali gabion fal rétegről rétegre való felépítése és közben a kőanyag betöltése. A kőanyag tetején és a védett oldali gabionoknál elegendő felül a kővel, vagy lőtt betonnal történő tömedékelés. A kőzet feszültségállapotának változása miatt a mentett oldalon javasoltuk a főte szegezéssel és acélhálóval történő biztosítását, ~3 m hosszban.tekintettel a tömedékanyag ülepedési tulajdonságaira, a feltöltést a gáthoz legközelebb eső lehetőségnél javasoltuk kezdeni, a későbbi minél jobb együttdolgozás érdekében. 15. ábra Gát hosszmetszete A megvalósult gát vesztett oldali, építés közbeni állapotát a 16. ábra mutatja be. 116

17 16. ábra Amegvalósult gát vesztett oldala Az építés közben ellenőrizendő, vagy fenntartást, ill. megfigyelést igénylő tételek A munka jelen fázisában nem volt feladatunk a monitoring rendszerrel foglalkozni, de az anyagminőségek ellenőrzésén túl, kiegészítve a Mecsek-Öko monitoring tervét, javasoltuk a gátak mozgásvizsgálatát. Erre egy műanyag védőcsőbe helyezett, a gáton átnyúló, ~6,5 m hosszú vasrúd alkalmas, amely a vesztett oldalon a homokkal töltött gabionhoz csatlakozó acéllemezben végződik. A gát építésének befejeztekor, de a feltöltés megkezdése előtt egy, a vágat falán rögzített mérőponthoz képest nullmérést kell végezni, majd e távolság változását naponta ellenőrizni. Elegendő a mm pontosság. A vágattengely irányú elmozdulás veszélyes szintje (eltekintve a feltöltés kezdetekor lezajló helyezkedés értékétől) 25 mm, a riasztási szint, amikor szakértő bevonása szükséges, 15 mm. A nyomásmérő cella és a piezométer elhelyezésére a homokkal töltött gabion fal vesztett oldalának a mozgásérzékelő rúddal szembeni pontját javasoljuk. Az első szint feltöltésekor a nyomás értéke itt várhatóan kpa (a hatékony feszültség, amelyet a gátnak tartania kell ~180 kpa, a semleges feszültség, a víznyomás, amely nem terheli a gátat, legfeljebb 430 kpa), és később sem növekedhet lényegesen. Célszerű egy piezométer elhelyezése a zárógáthoz legközelebbi dréncsőben (esetleg mellette), úgy, hogy az a gerincvezeték tisztítását ne akadályozza és ne is sérülhessen meg tisztítás közben. Ezen keresztül fontos értesülések nyerhetők a vízelvezetés működéséről. Normális üzem közben a víznyomás értéke itt minimális kell legyen, hiszen a víz szabadon kifolyik. A nyomás növekedése (és a vízhozam csökkenése) dugulás kialakulására utal. A későbbiekben esetleg automatikus riasztórendszer kiépítésére is lehetőséget ad ez a megoldás. Az első és második szint között elhelyezendő borehole cellában mérhető nyomások nem jósolhatóak meg. A kezdeti érték kpa lehet. A hatékony feszültség változása ehhez képest legfeljebb néhányszoros, a víznyomás viszont elérheti a MPa nagyságrendet. 117

18 Irodalom Adatforrások: A Mátraszentimre alatt lévő fejtési üregek tömedékeléséhez építendő gát környezetének kőzetmechanikai vizsgálata (készítette: Miskolci Egyetem, Bányászati és Geotechnikai Intézet, december 30.) Deponált erőműi pernye-mész keverék tömedék anyag hosszú távú viselkedésének vizsgálata (készítette: Miskolci Egyetem, Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet, Környezetgazdálkodási Intézet, június 2) Deponált erőműi pernye-mész keverék tömedék anyag hosszú távú viselkedésének vizsgálata (készítette: Miskolci Egyetem, Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet Miskolc, december 15.) Helyszíni bejárás és az egyeztetések során kapott szóbeli és írásbeli információk. Mátraszentimrei telér tömedékelése hulladékhasznosítási dokumentáció (készítette: MECSEK- ÖKO Környezetvédelmi Zrt ) Monitoring terv a mátraszentimrei telér szintje tömedékelési munkáinak ellenőrzésére (készítette: Mecsek-Öko Kornyezetvédelmi Zrt augusztus) A felhasznált irodalom: Blight, G. (2010): Geotechnicalengineeringforminewastestoragefacilities CommitteeonSustainable Underground Storage of RecoverableWater, National Research Council (2008): ProspectsforManaged Underground Storage of RecoverableWater Dimitrov, I. (2006): Disposal of HazardousWastein Underground Mines Hoek, Kaiser and Bawden (2000):Support of underground excavationsinhard rock Rowe (2001): Geotechnical and GeoenvironmentalEngineeringHandbook Wolkersdorfer and Christian (2008): Water, Management atabandonedflooded Underground Mines: Fundamentals, TracerTests, Modelling, WaterTreatment (Mining and theenvironment) Figyelembe vett szabványok: MSZ 18291: Zúzottkő MSZ 18293: Homok, homokos kavics és kavics MSZ : Vízvédelmi gátak telepítése, méretezése, építése MSZ : Vízvédelmi biztonsági pillér kijelölése és méretezése MSZ EN 933-2: Kőanyaghalmazok geometriai tulajdonságainak vizsgálata MSZ EN 13139: Habarcs adalékanyagok MSZ :1985: Vízvédelmi biztonsági pillér kijelölése és méretezése MSZ :1982: Vízvédelmi gátak telepítése, méretezése, építése 118