Az aktív vízszmtsüllyesztés módszerei és eredményei a Fejér megyei Bauxitbányáknál

Átírás

1 й Földtani Közlöny, Bull. of the Hungarian Oeol. Soc. (1919) S67 Az aktív vízszmtsüllyesztés módszerei és eredményei a Fejér megyei Bauxitbányáknál Nagy Péter* (1 ábrával) Az iszkaszentgyörgyi bauxitelőfordulás a Bakony K ÉK-i részén és a Móri árokban helyezkedik el. A terület földtani felépítésében a bauxiton kívül alsó-, középső- és felsőtriász, középsőeocén, oligomiocén", pannóniai, pleisztocén és holocén márgás, agyagos, karbonátos képződmények vesznek részt. A bauxit mindenütt a felsőtriászra települ. A vetődések a Magyar középhegység fő tektonikai irányainak hosszanti (ÉK DNY) és haránt (ÉNY DK) rendszerébe illeszkednek bele. A terület tektonikailag erősen feldarabolódott. A törések eltérő mértékben karsztosodott rögöket hoztak egymással kapcsolatba. így az áramlási szelvények nagy és hirtelen változása gáthatásként jelentkezik. Ez hozamcsökkenésben és az áramlási tér torzulásában nyilvánul meg. Hidrogeológiai szempontból a legjelentősebb képződmény az általános elterjedésű, nagy vastagságú felsőtriász fődolomit, amely a főkarsztvízrendszer tároló kőzete. A fiatalabb karbonátos kőzetekben (eocén) a tektonikától és a rétegtani helyzettől függően kisebb-nagyobb karsztvízrendszerek alakultak ki. Az ezekből a karsztos kőzetekből a bányatérségekbe jutó vízmennyiség vízvédelmi szempontból kevésbé jelentős, mivel jó vízzáró rétegösszletek választják el a bauxitteleptől és dinamikus vízkészletük jelentéktelen. Egy esetben jelentkezett jelentősebb vízbeáramlás, a Rákhegy II. légakna mélyítésekor. (Középsőeocén törmelékes-homokos mészmárgából 1 10 cm-es nyitott repedésekből 3,3 m 3 /perc vízbeáramlás.) A vízbetörés hatására a rákhegyi ivóvízkutak vízhozama erősen lecsökkent, illetve megszűnt és az egyensúly csak a vízbeáramlás lokalizálása után állt helyre. A fekvő dolomitban általánosan, de különösen a törésvonalak mentén dm nagyságrendű hasadékok is észlelhetők. A bauxittelep területén mindenütt fedett karszttal van dolgunk. A lelőhelyeket NY-ról és D-ről körülhatároló dolomithegység ezzel ellentétben nyíltkarszt jellegű. Az aktív vízszintsüllyesztés történeti áttekintése A medencében a karsztvízszint feletti bauxit fejtésével párhuzamosan 1948-ban kezdték meg a vízszint alatti területek feltárását, és ezzel együtt a vízkiemelést. A feltárásoknak a mélység felé haladásával párhuzamosan nőtt a bánya vízhozama. Fejér megyei Bauxitbányák, üzemi geológus.

2 Nagy P. : Az aktív vízszintsüllyesztés módszerei és eredményei. 563 A feltáró vágatokat általában telepben, a fedő alatt hajtották ki a vízbeáramlások elkerülése végett. A fekvő és a bauxit között nincs vízzáró réteg, és a fekvő dolomitra települt bauxitösszlet is ipari minőségű. Ezért a dolomit felszínére mindenütt rá kellett fejteni, a vízbeáramlást kiküszöbölni nem lehetett. A bauxittelep egy részének visszahagyása a fekvőn nem járható út, mivel a bauxitkészlet jelentős részét kellene védőrétegként, illetve pillérként visszahagyni. Az 1950-es években folytatott passzív védekezés mellett a jelentős mérvű vízemelés hatására süllyedt a víznívó, a süllyedés üteme azonban nem volt elég gyors ahhoz, hogy a fejtési szintek karsztvízszint fölé kerüljenek. A munkahelyek egymás után vizesedtek el. A passzív védekezés elégtelensége miatt olyan vízvédelmi módszert kellett kidolgozni, amely lehetővé teszi a víznívó alatti készletek vízbetörés nélküli letermelését. Csak az aktív vízszintsüllyesztés ilyen. Olyan depressziós felületet kell kialakítani, hogy a leművelésre tervezett bauxitkészletek ezen felület fölé kerüljenek. Ezt úgy érthetjük el, hogy a vízutánpótlódást biztosító dinamikus víz mellett a kőzetben tárolt statikus vizet is kiemeljük. Aktív vízszintsüllyesztést 1958-tól folytatunk, a fekvőben telepített csapolóvágatos rendszerrel. Nagyátmérőjű fúrtkutas vízszintsüllyesztést területünkön nem alkalmazunk, mivel a dolomit vízáteresztő képessége lényegesen rosszabb, mint Nyirád térségében. Az egyedi vízbetörések lényegesen kisebbek ( l/p). Iszka II. bányaüzem vízvédelmét aktív vízszintsüllyesztéssel tervezték. Az aktív vízszintsüllyesztéssel fakasztott vizet 1959-ben kezdtük emelni. A vízfakasztás dolomitban, a bauxittelep csapásirányában kihajtott csapoló vágatokkal és feltáró vágatokkal történt. Az 1 fm dolomitban kihajtott vágatra eső vízfakasztás a dolomit kőzetfizikai paramétereitől függően l/p között változott. A depresszió következtében a kitermelhető bauxitkészletek egy része karsztvízszint fölé került. A József III. bányaüzem vízcsapolásának hatására a bánya víztelenítés megkezdése előtti -f- 138 m tszf-i karsztvízszint tovább süllyedt. Iszka II. vízemelése az XII. havi maximális 27 m 3 /percről V. hónapra 7,2 m 3 /percre csökkent. A depressziós felület és a bauxittelep metszésvonala a fenti időpontban a -j- 60 m A. F. helyezkedett el. A József III. bányaüzem területén is aktív vízszintsüllyesztést alkalmaztunk. Ezt kívánta szolgálni a + 6 m szinti zsomprendszer, melynek egy részét dolomitban hajtottuk. A vízcsapolás 1965-ben kezdődött. A kialakult depresszió azonban nem mindenütt tette lehetővé, hogy a fejtésre tervezett bauxitkészletek szárazra kerüljenek. Ez a probléma még akkor is jelentkezett, amikor a Rákhegy II. feltárásával párhuzamosan jelentős vízmennyiséget fakasztottunk 1970-ben (13 m 3 /perc). A kialakult depressziós felület még a permanens állapot elérése után sem követte pontosan a bauxittelep alakját. A fenti probléma Iszka II., József III., de súllyal Rákhegy II.-ben még ma is fennáll, amikor a Rákhegy II. vízaknából 53,2 m 3 /perc vízmennyiséget emelünk ki.

3 564 Földtani Közlöny 109. kötet, 3 4. füzet Lokális vízszintsüllyesztés Az eddigi vízszintsüllyesztési tapasztalat szerint a vágathajtással fakasztott vízmennyiség egy bizonyos vágathossz elérése után nem növekszik arányosan a kihajtott vágattal. Ezt igazolja a Rákhegy II. -f 33 m szinti dolomitban kihajtott lég- és szállító vágat. Mivel újabb, dolomitban kihajtott csapolóvágat-rendszer telepítése költséges volna, ezért 1970-től kezdve fúrásos vízszintsüllyesztést is alkalmazunk. (A fúrógép típusa: NKR-100 M.) Az első fúrásos víztelenítést a József III m szinti bányamezőben alkalmaztuk. Először 400 fm csapásmenti vízvágatot hajtottunk ki bauxitban, melyből 18 db m-es 105 mm 0-jő fúrást mélyítettünk a fekvődolomitban 0 -os dőlésszögben. A fakasztott összes vízhozam 25,3 m 3 /p, fm-ként elérte a 30 l/p-t. A lokális vízkiemelés hatására a karsztvízszint 2 3 m-t süllyedt. A bányamező igen rövid idő alatt (három hét) a karsztvízszint fölé került. A 25,3 m 3 /perces vízfakadás a bánya összes vízhozamában mindössze 1 m 3 /p-es növekedést eredményezett, ennek oka a megcsapolási helyek egymásrahatása. A területen tonna bauxit került karsztvízszint fölé (FODOR, 1972). A lokális vízszintsüllyesztést jelenleg 4 db NKR 100 M típusú fúrógéppel végezzük a József III. Rákhegy II. bány területen. Iszka II. bánya térségében a fekvődolomit tömörsége folytán a fúrásos vízszintsüllyesztés kevésbé volt eredményes. A fúrási tevékenység során 0 -os dőlést alkalmazunk. Hidraulikailag bizonyítható, hogy 0 -nál kapjuk ugyanolyan fúrási hossz mellett a maximális vízhozamot és a maximális depressziót (FODOR, 1972). A fúrólyukakat azért telepítjük legyező alakban, hogy a statikus vízkészlet csapolása az adott feladat elvégzéséhez mérten minimális legyen, és a lokális depresszió hatósugara minél kisebb távolságra nyúljon be a lefejtett terület alá. Rákhegy-II. vízakna A korábbi tapasztalatok alapján épült ki a Rákhegy II. aktív vízvédelmi rendszere. Ez műszaki megoldásban, méreteiben az ország jelenlegi legnagyobb ilyen rendszere. Itt a csapolórendszer független a bányaműveletektől és a kiemelt víz ivóvíz minőségű. A Rákhegy II. vízaknában a -128 m szinti és a -133 m szinti vízlecsapoló vágatokkal és vízlecsapoló fúrásokkal maximálisan 53,2 m 3 /p vízmennyiséget fakasztottunk. A Rákhegy II. vízakna területén a legnagyobb egyedi vízbeáramlást (10 m 3 /p) tektonikus szerkezetből kaptuk. Ez az érték a további vízmegcsapolás hatására 200 1/p-re csökkent. Az összes vízhozam a maximális értéket február hóban érte el, azóta fokozatosan csökkent (1. ábra), vagyis a vízmegcsapolással egyre jobban közeledünk a permanens állapothoz, amikor az egész kiemelt vízmennyiség dinamikus lesz. Jelenleg az összes vízmennyiség 85 90%-a dinamikus víz. A Rákhegy II. mélyszinti feltárás területén a -111 m szinti ereszke biztonságos kihajtása érdekében év folyamán a -120 m szinten 4 db,

4 Nagy P.: Az aktív vízszintsüllyesztés módszerei és eredményei ábra. A Rákhegy-II. vízakna összes vízhozama és között Fig. 1. Total water yield of drainage shaft Rákhegy-II between 1950 and 1976 összesen 690 fm hosszúságú vízvédelmi fúrást mélyítettünk Turmag típusú fúrógépekkel. A fúrólyukakból fakasztott vízmennyiség 17 m 3 /p, melyet zárt rendszeren engedünk a Rákhegy II. vízakna zsomprendszerébe. A 17 m 3 /p vízhozam a vízaknából kiemelt vízmennyiséget mindössze 2 m 3 /p-el emelte, a többi a csapolóvágatok vízhozamát csökkentette. Erőfeszítéseink ellenére az eredetileg tervezett vízmennyiséget (90 m 3 /p,) melyet elméleti megfontolások is rögzítenek, még nem tudtuk elérni. Az elmaradás oka, hogy a kőzet és a vetőrendszerek vízvezető, illetve vízleadó képessége nem a remélt értékű. Az január 1-én indult Bitó II. feltárás vízmentését is úgy oldjuk meg, hogy a várhatóan 35 m 3 /p vízből maximális mennyiséget nyerjünk ki ivóvízként. A valószínűsíthető ivóvíz hozama 20 m 3 /p körüli érték. Ezt azonban természetesen torzíthatja a harántolt vetők változó vízhozama. Az ivóvíz fakasztására és vezetésére szolgáló vágatok olyan egyéb bányatérségekkel, amelyekben a szennyezett bányavízzel történő elárasztásának a lehetősége előállhat, csak a maximális elárasztási szint felett vannak összeköttetésben. A bányamező víztelenítésénél a bauxitfejtések szárazon tartása érdekében nagyfontosságú a felszín alatti vízdús homokrétegek előzetes víztelenítése is. A felszín közelében a bauxittelep felett átlag 20 m vastag pannóniai üveghomok települ, melynek leművelése folyamatban van. Mindkét ipari nyersanyag gazdaságos, együttes lefejtéséhez a vízdús homokrétegek előzetes víztelenítése szükséges. E víztelenítéshez a fejteni kívánt bányamező omláshatárát szegélyező sávban egymástól 80 m távolságra, a homokfekvőig szűrőzött kutakat létesítünk. A határkútsoron belül nyelőkutakat és figyelőkutakat is kiképezünk. A nyelőkutak 20 m mélységig hatolnak be a fekvődolomitba. A talaj víztároló homokban, eocén mészkőben és fevődolomitban. szűrőzött nyelőkutak a két felső víztároló vizét levezetik a fekvődolomitba.

5 566 Földtani Közlöny 109. kötet, 3 4. füzet A Rákhegy II aktív vízvédelmi rendszere a vízszintsüllyesztés mellett jó minőségű ivóvízzel látja el Székesfehérvár várost, a Péti Nitrogénművek új műtrágyagyárát, részben a November 7 Erőművet és a környék településeit. A Rákhegy II. vízakna csapolóvágatai által fakasztott vízmennyiség a bányabeli vízmentesítő telepek vízemelését minimálisra csökkentette. Az aktív vízvédelmi rendszer megteremtette a Fejér megyei Bauxitbányászat vízbiztonságát. A hatalmas vízemelési költségeket 1976-tól sikerült teljes mértékben kompenzálnunk az ivóvíz értékesítéséből eredő árbevétellel. Irodalom FODOR B. : Aktív vízsztntsüllyesztés Kincsesbányán Kézirat, Methods and results of active drawdown of the groundwater table in the mines of the Fehér Megye Bauxite Mines Enterprise P. Nagy The bauxite deposit of Iszkaszentgyörgy is in the eastern to northeastern parts of the Bakony Mountains and in the so-called Mór Graben. Throughout the area concerned the bauxite bodies are underlain by Upper Triassic dolomites and overlain by Eocene, Oligo-Miocene, Pannonian and Pleistocene formations. The main tectonic structure lines (NE SW and/or NW SE) of what is called the Hungarian Central Mountains (a highland range traceable from the SW part of Transdanubia northeastwards accross the country) are that which characterize the tectonic structure of the Iszkaszentgyörgy Basin as well. From the hydrogeological point of view the very thick Upper Triassic Hauptodolomit, the reservoir rock of the main karstic aquifer system, is most significant. From the viewpoint of water control it is the younger karstic sediments overlying the bauxites are less important, as they have insignificant dynamic water reserves. It was in 1948 that bauxite miners began to lift water from the mine workings, i.e. to use a passive method of water control. In spite of the considerable quantity of water thus removed from the workings and the faces, the rate of drawdown of the groundwater table was unsatisfactory. Because of the insufficiency of the passive method, from the year 1958 on an active method of drawdown using a system of tapping drifts developed in the footwall has been introduced. In the region of Kincsesbánya the karstic water table before the start of water-lifting lay at +138 metres above the level of the Adriatic Sea. The active method was first introduced in the Iszka II mining unit, where a maximum yield of 27 m 3 water per minute was achieved, a value that would as a result of tapping the József III unit in 1972 drop to mere 7.2 m 3 per minute, while the hydrostatic karst water level would be established at +60 metres above the Adriatic. The resulting depression surface did not follow exatly the shape of the bauxite body even after establishment of the pernament state, and to develop a new system of drainage galleries would have been too expensive. For this reason, since 1970 the author and his colleagues have also introduced the method of local withdrawal of water to sink the water table by using drilling rigs of NKR 100 m type. In the course of drilling a dip of 0 angle has been applied and the boreholes are sited in a fan-like pattern, so that a large area can be dewatered, at the cost of minimal losses of the static water reserves, to the extent that the bauxite gets above the karstic water table. The active water-control system of Rákhegy II has been developed by relying on earlier experiences. This system is the largest in size and the most efficient of all of this kind ever introduced in this country. Here the drainage system is independent of the mining operations and the water lifted is of potable water quality.

6 Nagy P.: Az aktív vízszintsüllyesztés módszerei és eredményei. 567 In 1975 the total water yield attained its maximum, but since that year it has been increasing so that at present 90% of the effluent water are drawn from the dynamic reserves. In dewatering the drift tunnels and exploratory workings of Bitó II started in 1977 a maximum quantity of water of potable quality is to be tapped by a system to be connected with the drainage system of Rákhegy II. The active drainage system of Rákhegy II, in addition to the drawdown of the groundwater table, has been supplying the city of Székesfehérvár with potable water of good quality. In addition, it has supplied the settlements in the neighbourhood and several major industrial plants. Beside achieving water safety, the executors of the project could compensate for the enormous cost of waterlifting by price incomes from selling the potable water extracted.