A Miskolci Egyetem Közleményei, A sorozat, Bányászat, 80. kötet (2011), p.197-203. VÍZTELENÍTŐ KUTAK HOZAMVÁLTOZÁSA LIGNITKÜLFEJTÉSEKBEN egyetemi tanár, MTA rendes tagja Miskolci Egyetem,Bányászati és Geotechnikai Intézet bgtkf@uni-miskolc.hu A lignitkülfejtések nyitását megelőzően és a művelés során a víztartó fedő rétegeket és a telepeket vízteleníteni, a fekürétegekben a nyomást csökkenteni kell. A külfejtés területét határkútsorok védik, a homlok előrehaladását un. ejtőkutak biztosítják. A víztelenítés hatásfoka, a kútsorok-kutak paramétereinek meghatározása érdekében különösen ha az emelt vizek külső vízellátást szolgálnak ismerni kell, hogy a kutak működési (üzem) idejének előrehaladásával milyen mértékben változik/csökken a kutak vízhozama. A kutatások eredményei alapján a hozam változás vonatkozásában számottevő hatása van a kutak kezdő vízhozamának is. A Mátra- és Bükkalja-i területen működő külfejtések Visonta Keleti-II. bánya, Bükkábrány bánya és a tervezett Keleti-III. bányaterület a bányászati feltáró és termelő tevékenység biztonsága érdekében, a fekü víztároló rétegek vízszint csökkentése/víztelenítése, a feküben települt rétegekben uralkodó hidrosztatikus nyomás csökkentése céljából, már hosszabb idő az 1970-80-as évek óta jelentős vízmennyiséget emelnek, jelen időszakban is évi 40-42 millió m 3 -t. Ez a vízemelés, a széntermelés szinten tartása, avagy erőmű bővítés okán, a műveletek DK-i irányú kiterjesztése/mélyülése folytán még tovább emelkedhet, meghaladva az 50 Mm 3 /év értéket is. A Mátra-Bükkalja-i bányászati tevékenység vízemelése a Tarna, illetőleg a Bükk és Borsodi-mezőség vízgazdálkodási tervezése alegység területén döntő módon a sekély porózus (sp.2.9.1) és porózus (p.2.9.1) víztesteket érinti, amely víztestekből történő összes (ivóvíz- mezőgazdasági- ipari) vízemelésnek 75-85%-át teszik ki, a jövőt érintő fontos kérdés a vízemelés-vízgazdálkodás természet/környezet-védelmi szempontból történő vizsgálata. Mivel a külfejtéses bányászati tevékenység műszaki-biztonsági szempontok miatt a víztelenítés/vízemelés fentebb említett mértéke nélkül aligha folytatható, a vízgazdálkodási célok megvalósítása érdekében arra kell törekedni, hogy az elővíztelenítés és a külfejtési üregek védelme érdekében hosszabb távon is emelendő víz más irányú (ivóvíz, öntözés, halgazdaság, stb.) hasznosításával az 197
Víztelenítő kutak hozamváltozása lignitkülfejtésekben egyéb célú vízemelés mérsékelhető legyen, javítva ezzel a jelenleg a Vízgyűjtő- Gazdálkodási Terv-ben nem jó állapotú sp2.9.1 és p.2.9.1 víztestek természeti állapotát. A bányászati tevékenység vitele során az elővíztelenítésben, illetőleg a külfejtési térségek védelmében (határvédő kutak) emelt működő kutakból emelt víz (hozam) külső hasznosítása során, az ellátás biztonsága érdekében, egyik alapvető kérdés a kutak vízhozama, a kutak működési/üzemeltetési időtartama, továbbá a vízhozam időbeli alakulása. A külfejtések előkészítése során egyrészt a művelésre tervezett terület elővíztelenítése (depressziós terület létrehozása), másrészt a letakarítási/termelési homlok-rézsűk víztelenítése, harmadrészt a nyitott üregek, majd bizonyos ideig a hányótér védelme a feladat. A regionális védelmet, illetőleg a határokat/nyitott üreget védő un. határkútsorok kútjai hosszabb időn át (10-15-20 év) üzemelnek, a homlok előrehaladását, a jövesztett rétegek (anyag víztartalmának csökkentését szolgáló un. ejtőkutak azonban csak rövidebb (max. 3-5 év) ideig üzemelnek. Ezt figyelembe véve a külső vízszolgáltatásba való bekötés műszaki- gazdasági célszerűsége elsődlegesen a hosszabb élettartamú határvédő kutaknál lehet meg. A határvédő kutak vízhozam alakulását a Visonta bánya Déli bánya és Keleti-II. bánya, továbbá Bükkábrány bánya kútjai adatai alapján elemeztük. A kút telepítés éve Kútszám db Induló vízhozam l/perc Vízhozam 2010-ben l/perc A 2010 évi hozam a kezdő érték %-ában % 1994 3 185,0 191,8 106,1 1995 3 210,8 138,9 75,6 1998 11 192,1 95,3 54,4 1999 19 444,8 180,4 53,6 Összes/átlag 36 326,4 287,6 60,1 1. táblázat: A Déli bánya K-i és ÉNy-i határvédő kutak vízhozam adatai A Déli bánya víztelenítése során először a K-i és ÉNy-i kútsorok üzemeltek. A területen 1994-2000 években üzemelt 47 kút adatait az 1. táblázat adja. A korábban üzembe állított kisebb kezdő vízhozamú kútjai 2010-es maradó vízhozama magasabb arányú (106%-os), mint a később telepített magasabb kezdő hozamú (445 l/perc) kutak 2010-es maradó hozama (54%). A vízhozam alakulás/csökkenésnek a kezdő vízhozam függvényében való alakulását az 1. ábra szemlélteti. 198
Az elemzés eredménye: A viszonylag alacsony (200 l/perc) vízhozamú kutak vízhozama 12-16 év alatt az induló év vízhozamának csak 80%-ra csökkent, nagyobb vízhozam (445 l/perc) mellett 11 év alatt is jelentősen nagyobb (54%-ra) hozamcsökkenés jelentkezett. A Déli bánya D-i határkútsor üzemelő 68 kút 2001-2010 években adódó vízhozam alakulását is elemeztük. A bánya D-i oldalán a nagyobb mélységben, nagyobb vastagságú víztartó rétegeket csapoló kutak (62 db) átlagos kezdő vízhozam 544 l/perc, a 2010 évi átlagos hozam 257 l/perc, a kezdő érték 51,4%-a. 1. ábra: A Déli bányaüzem K-NY-i határkútsor 1994 ( ), 1995 (O), 1998 ( ) és 1999 ( ) években indított kútjai 2010 évi vízhozam %-os aránya a kezdő vízhozam függvényében (16, 15, 12 és 11 év üzemelés után) A 2. ábrán bemutatott adathalmaz, a változás tendenciája is határozottan mutatja, hogy nagyobb kezdő vízhozam mellett nagyobb a hozamcsökkenés mértéke. 199
Víztelenítő kutak hozamváltozása lignitkülfejtésekben 2 ábra: A déli bánya D-i határkútsor kútjai kezdő vízhozama függvényében a 2010. évi egyedi vízhozamok %-ában. (2001-2009-ben mélyített kutak adatai együtt) A 3. ábra azt is szemléletesen mutatja, hogy a működés előrehaladtával a csökkenés mértéke nő, a régebbi (2001-2002-2003 évi) kutaknál 2010-ben már csak a kezdő hozam 32-45%-a maradt meg, a 2007 és 2008-ban épített kutaknál 50-90% ez az arány. A három kútcsoport jellemző adatait külön is leírom. A kutak induló éve Kezdő vízhozam 2010 évi vízhozam a kezdő hozam arányában helye l/perc % 1994,1995,1998 K-i, ÉNy-i 200 68 1999 K-i, ÉNy-i 445 54 2001-2007 D-i 544 51 200
3. ábra: A Déli bánya D-i határkútsor kútjai évi átlagos kezdő vízhozama %-ában a 2010. évi átlagos vízhozam Hasonló módon vizsgáltuk a Bükkábrány bánya D-i határkútsor jellemzőinek alakulását is. Összesen 42 kút havi adatai alapján évi átlagos hozamokat határoztunk meg, elemeztünk. A vizsgálat az 1997 után telepített kutak adatai elemzésére terjedt ki. A különböző években telepített kutak hozam adatait, ill. a hozam csökkenés mértéket, a telepítés évétől függően 6 csoportban elemeztük. A 2. táblázat adatai szerint a kezdő évek átlagos hozama (a 2002-2007-ben telepített 39 kútnál) 504 l/perc, a beüzemelés második évében az átlagos hozam 506 l/perc-nek adódott. 201
Víztelenítő kutak hozamváltozása lignitkülfejtésekben A kút telepítés éve Az adott években telepített kutak száma A kutak átlagos kezdő vízhozama [l/perc] A kutak átlagos vízhozama a második évben [l/perc] 2002 5 646 588 2003 6 517 480 2004 6 430 428 2005 6 361 456 2006 8 506 507 2007 8 564 576 A 39 db kút átlagos vízhozama [l/perc] 504 506 2. táblázat: Az egyes években telepített kutak átlagos vízhozama a vízemelés kezdő (1.) és második (2.) évében A 3. táblázat a kutak telepítési éve (2002, 2003, 2007), ill. az üzemeltetés évei (2., 3.,, 8.) függvényében mutatja a hozamcsökkenés mértékét. A szemléletesen beszédes adathalmaz lényegét, az utolsó sor adatait a 4. ábrán bemutatva lényeges megállapítás tehető: a határvédő kutak 350-650 l/perc, átlagosan 500 l/perc kezdő vízhozama az üzemidő6. 8. éve után átlagosan a kezdő hozam 60%-ára csökken. (Visonta Déli bánya D-i határkútjai 544 l/perc vízhozama 3-10 év átlagában 51%-ra csökkentek, a K-i és ÉNy-i kutak 200 l/perc vízhozama azonban 14-16 év után is csak az eredeti hozam 68%-ára csökkent.) A kút telepítési éve A vízemelés ideje [év] 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 2002 91 65 63 54 58 63 53 2003 93 82 71 76 66 60 67 2004 100 84 70 85 76 58-2005 126 131 115 87 76 - - 2006 100 79 59 52 - - - 2007 102 93 59 - - - - A vízhozam csökkenés %-os aránya 102 89 72 71 69 60 60 3. táblázat: A kutak átlagos vízemelésének %-os alakulása a kezdő vízhozam (1. év) %-ában. 202
4. ábra: A Bükkábrány-i H-7 jelű kutak vízhozam %-os aránya a kezdő vízhozam csökkenés arányának (%-a) alakulása a vízemelés időtartamának (a kezdő évtől számított működési idejének) függvényében Kérdés természetesen, hogy a nagyobb kezdő vízhozamú (500-650 l/perc) kutak vízhozama 8-10 év után milyen mértékben csökken, a 4. ábrán látható tendencia alapján milyen mértékű/időtartamú extrapoláció engedhető meg. IRODALOM Miskolci Egyetem Bányászati és Geotechnikai Intézet: A víztelenítő kutak vízhozamának elemzése, a várható értékek meghatározása. Kutatási részjelentés a Mátrai Erőmű Zrt. részére, Miskolc, 2011. 203