N A S L O V I Teksti, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, teksti. Alineje tekst: - prva vrsica - ostale vrstice - ostale vrstice - ostale vrstice 8.8 pojmi teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, Slika 88 teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, 1
N A S L O V I 8.8 pojmi teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, NASLOV Rudarstvo 4, RUDARSTVO IN OKOLJE Avtorja Teksti, doc. dr. bla, Boris bla, Salobir, bla, bla, mag. bla, Bogdan bla, bla, Makovšek bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, Ilustriral bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, Marijan bla, bla, Močivnik bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, Recenzenti bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, dr. teksti. Jože Hribar, NTF, Univerza v Ljubljani Alineje dr. Franc tekst: Žerdin, NTF, Univerza v Ljubljani Jadranka Uranjek, univ. dipl. inž. rudarstva, Šolski center Velenje - prva vrsica - Jezikovni ostale pregled vrstice - ostale Magdalena vrstice Krašovec - Urednica ostale vrstice Mateja Krašovec Pogorelčnik PODN ASLOV Na podlagi 26. člena Zakona o organizaciji in financiranju vzgoje in izobraževanja (uradni list RS, št. 14/03) je Strokovni svet Republike Slovenije za poklicno in strokovno izobraževanje na svoji 76. seji, dne 9. 7. Teksti, 2004, sprejel bla, bla, sklep bla, o potrditvi bla, bla, učnega bla, gradiva bla, bla, Rudarstvo bla, bla, 4, RUDARSTVO bla, bla, bla, IN bla, OKOLJE bla, za bla, predmet bla, bla, bla, rudarstvo bla, v bla, 4./2. bla, letniku bla, programov bla, bla, Rudarski bla, bla, tehnik, bla, bla, Rudarski bla, tehnik bla, bla, PTI. bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, Izid bla, učbenika bla, bla, je podprlo bla, bla, Ministrstvo bla, bla, RS bla, za šolstvo bla, bla, in šport. bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, bla, teksti. Alineje tekst: - prva vrsica - ostale vrstice - ostale vrstice - ostale vrstice CIP - Kataložni zapis o publikaciji Narodna in univerzitetna knjižnica, Ljubljana 622:504.05/.06(035) SALOBIR, Boris Rudarstvo 4. Rudarstvo in okolje / Boris Salobir, Bogdan Makovšek ; [ilustrator Marijan Močivnik]. - Velenje : Modart, 2004. - (Zbirka Učbeniki / Modart) ISBN 961-90648-6-0 1. Makovšek, Bogdan 215753728 2004, Center za poklicni izobraževanje, Ljubljana; ModART d.o.o., Velenje Vsakršno razmnoževanje te publikacije, posameznega dela ali celote, je brez vnaprejšnjega soglasja založbe prepovedano in kaznivo po Zakonu o avtorskih pravicah. Slika 88 teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, teksti, 2
Boris Salobir Bogdan Makovšek Rudarstvo 4 učbenik za 4./2. letnik programov Rudarski tehnik, Rudarski tehnik PTI priročnik RUDARSTVO IN OKOLJE
V S E B I N A Uvod 5 Vsebina 6 1 ENERGET SKO RUDARS T VO 1.1 Energetska strategija in vpliv rudarjenja na okolje 10 1.2 Energetske napovedi 11 1.3 Problemi okolja pri pretvarjanju in izkoriščanju energije 11 1.4 Premog kot energetski vir 12 1.5 Premogovne elektrarne deponije pepela in emisija žvepla 14 1.6 Uran kot energetski vir 15 1.7 Nafta in plin kot energetska vira 16 1.8 Električna energija 19 1.9 Daljinsko ogrevanje 21 2 POVRŠINSKO RUDAR JENJE 2.1 Površinski rudniki premoga 25 2.2 Površinski rudniki nekovinskih mineralnih surovin 26 3 VPLIV N A OKOLJE ZARADI PODZEMNEG A RUDAR JENJA 3.1 Podzemna rudarska dela 34 3.2 Podzemni vplivi rudarjenja 38 3.3 Vplivi na površino in površinske spremembe 42 3.4 Zastajanje voda in nastanek jezer 45 4 VPLIV N A OKOLJE ZARADI POVRŠINSKIH RUDARSKIH DEL 4.1 Površinska rudarska dela 52 4.2 Geološke in morfološke osnove za ugotavljanje vplivov površinskega rudarjenja 53 4.3 Vplivi odkopavanja na prebivalce 57 5 SEKUNDARNI VPLIVI RUDAR JENJA 5.1 Raznovrstnost vplivov površinskega rudarjenja 62 5.2 Zmanjševanje vplivov površinskega rudarjenja 63 5.3 Varovanje okolja pri površinskem rudarjenju 65 6
V S E B I N A 5.4 Ohranjanje naravne in kulturne dediščine pri površinskem in podzemnem rudarjenju 67 6 ODPADNE SNOVI IN NJIHOVA PREDELAVA V RUDARS T VU 6.1 Odpadne snovi pri podzemnem energetskem rudarstvu 76 6.2 Ekološko-tehnološki zaprti krog obratovanja rudnikov 77 6.3 Skladiščenje in odlaganje odpadnih snovi v podzemne prostore 84 6.4 Odpadne snovi pri površinskem rudarstvu 87 6.5 Odpadne snovi pri izdelavi podzemnih prostorov 90 6.6 Predelava odpadnih snovi v rudarstvu in trajno odlaganje 91 7 OCEN A VPLIVOV RUDAR JENJA N A OKOLJE 7.1 Ocena vplivov podzemnega rudarjenja 96 7.2 Ocena vplivov površinskega rudarjenja 100 8 S AN ACIJA IN REKULTIVACIJA ZEMLJIŠČ PO KONČANIH RUDARSKIH DELIH 8.1 Rekultivacija zemljišč po končanih podzemnih rudarskih delih 108 8.2 Rekultivacija zemljišč po končanih površinskih rudarskih delih 115 8.3 Varstvo okolice površinskega kopa 121 9 SPREMEMBA IN OHRANJANJE RUDARSKE KRA JINE 9.1 Oblikovanje krajine 126 9.2 Dokončna ureditev, rekultivacija in nov namen površine 139 10 N ADOMEŠČANJE SUROVIN, KI JIH PRIDOBIMO Z RUDAR JENJEM 143 Literatura, viri, slikovno gradivo 145 Terminološki slovarček 146 7
Energetsko rudarstvo 1
R U D A R S T V O I N O K O L J E 1.1 Zaradi podnebnih sprememb se za proizvodnjo energije vzpodbuja uporaba obnovljivih goriv z nizko vsebnostjo ogljika. Premogovništvo vpliva na okolje z vidika pridobivanja premoga in z vidika njegove porabe. ENERGETSKA STRATEGIJA IN VPLIV RUDARJENJA NA OKOLJE Strategija energetike poudarja potrebo po povečanju deleža čistejše proizvodnje in rabe energije. Zato tudi prihaja do tega, da se zaradi podnebnih sprememb za proizvodnjo energije vzpodbuja uporaba obnovljivih goriv z nizko vsebnostjo ogljika. Delež fosilnih goriv je v skupni rabi energije v polpreteklem obdobju le rahlo upadel. Vsekakor je okolje pridobilo zaradi velike spremembe v kombinaciji fosilnih goriv, saj sta premog in lignit izgubila približno tretjino tržnega deleža. Nadomestil ju je relativno čistejši zemeljski plin, kar se odraža v zmanjšanju količine toplogrednih plinov in zakisljevalnih snovi. Do tega je v veliki meri prišlo zaradi zamenjave goriva v proizvodnji energije. Dodaten prispevek predstavljajo visoka stopnja izkoristka in nizki stroški kapitala plinskih elektrarn s kombiniranimi ciklusi, liberalizacija trga električne energije, nizke cene plina in zahteve EU (Evropske unije) po velikih kurilnih napravah. Nafta je zadržala svoj delež na energetskem trgu, s čimer se odraža njena prevlada v stalno rastočem cestnem in zračnem prometu. Premogovništvo zelo vpliva na okolje tako z vidika pridobivanja premoga kot tudi z vidika njegove porabe. Pri pridobivanju premoga prihaja do: emisij trdnih delcev, degradacije zemljišč, pri njegovi porabi pa do: emisije toplogrednih plinov, kislega dežja, ozona, odlaganja odpadkov. Vplivi na okolje so raznoliki zaradi različnih načinov pridobivanja goriv in različnih tehnologij njihove predelave. Slika 1 Skupna raba energije po virih (v milijonih ton) 10
E N E R G E T S K O R U D A R S T V O Slika 2 Proizvodnja električne energije glede na vir ENERGETSKE NAPOVEDI Energetske napovedi načrtujejo le omejene spremembe v rabi energije v prihodnosti, pri čemer je poudarjena večja vloga obnovljivih virov energije. Fosilna goriva bodo v naraščajoči proizvodnji električne energije pridobila večji delež, vendar se bo tudi nadaljevalo pridobivanje električne energije iz plinskega goriva. V prihodnosti predvidevajo: povečanje proizvodnje električne energije iz fosilnih goriv, povečanje rasti proizvodnje električne energije iz obnovljivih virov, zmanjšanje proizvodnje električne energije iz jedrskih goriv (prenehanje obratovanja jedrskih elektrarn zaradi preteka življenjske dobe). Vsi ti faktorji bodo verjetno vodili k povečanju emisij ogljikovega dioksida (CO 2 ). Obstajajo pa tudi vzpodbudni znaki, ki kažejo, da lahko razvoj obnovljivih virov energije bistveno pospešimo s hitrejšo širitvijo proizvodnje in rabe električne energije (vetrna in sončna energija). 1.2 Fosilna goriva bodo v naraščajoči proizvodnji električne energije pridobila večji delež. PROBLEMI OKOLJA PRI PRETVARJANJU IN IZKORIŠ ANJU ENERGIJE Veliki premogovniki, še posebej dnevni kopi, povzročajo pri pridobivanju premoga degradacijo velikih površin. Degradacija zajema: odstranitev vegetacije, premik odkrivke (jalovina, ki jo sestavljajo zemljine in kamnine), odkopavanje premoga, prestavljanje odkrivke za zapolnjevanje, ponekod tudi dodajanje odpadkov od drugod (na primer pepel zgorelega premoga). 1.3 Veliki premogovniki, še posebej dnevni kopi, povzročajo pri pridobivanju premoga degradacijo velikih površin. 11
R U D A R S T V O I N O K O L J E Toplogredni plini nastajajo iz naravnih in antropogenih virov. SO 2, NO x, O 3 Odpadki nastajajo kot posledica zgorevanja premoga v termoelektrarnah. Glavni okoljski problemi pri degradaciji površin so povezani z erozijo zemljin, z onesnaženjem zaradi prahu in z izgubo vegetacije. Pri pretvarjanju in izkoriščanju energije se pojavljajo naslednji problemi: emisije toplogrednih plinov Toplogredni plini nastajajo iz naravnih virov in iz antropogenih virov. Najbolj razširjen toplogredni plin so predvsem vodni hlapi, največji vir emisij antropogenih toplogrednih plinov pa je izgorevanje fosilnih goriv, pri čemer nastaja ogljikov dioksid (CO 2 ). kisli dež in ozon Posledica zgorevanja fosilnih goriv so plinaste emisije žveplovega dioksida (SO 2 ) in dušikovih oksidov (NO x ), ki povzročajo nastanek kislega dežja in ozona. Kisli dež je povezan z izločanjem kisline iz atmosfere in se lahko pojavi v: suhi obliki (plini in delci), mokri obliki (dež, megla, smog). Ozon (O 3 ) je krivec predvsem za smog, ki je videti kot rjava meglica nad mesti. odpadki in njihovo odlaganje Odpadki nastajajo kot posledica zgorevanja premoga v termoelektrarnah. 1.4 Premog je nastal iz drevja, ki je odmiralo in se na močvirnatih tleh ali v gozdovih pogrezalo v zemljo. PREMOG KOT ENERGETSKI VIR Med fosilnimi gorivi je največ premoga. Njegov delež znaša 90 %. Premog je nastal iz drevja, ki je odmiralo in se na močvirnatih tleh ali v gozdovih pogrezalo v zemljo. Več milijonov let je trajalo, da se je med usedlinami in naplavinami pokopano drevje ter drugo rastje zaradi visokih temperatur, pritiskov in kemičnih procesov spremenilo v premog. Pri tem je nastajal lignit, ki se mu še pozna struktura lesa. Starejši je rjavi premog, najstarejša pa sta črni premog in antracit. Z večjo starostjo se v premogu zmanjšuje delež primesi in narašča delež ogljika. V Sloveniji smo zaradi neekonomičnosti in majhnih zalog zaprli že vrsto premogovnikov, vendar se zavedamo, da bo premog v svetu še dolgo pomembno fosilno gorivo. Znane zaloge premoga presegajo zaloge nafte in plina najmanj za petkrat. Tehnologije za uplinjanje premoga pa utegnejo bistveno spremeniti njegovo okoljsko neprijaznost (pepel, žveplo). UPLINJANJE PREMOG A Premog se mora pred izkoriščanjem spremeniti v gorljiv plin. Uplinjanje s povezavo dveh vertikalnih vrtin (linking) Zaloge premoga so v velikih globinah (od 1500 do 1700 m) neizmerne, vendar se z do sedaj znanimi metodami rudarjenja ne dajo izkoristiti. Izkoristiti jih bo možno le z novimi tehnologijami: te bodo premog že v njegovem ležišču transformirale v produkt, ki se bo dal transportirati po vrtinah. Za take vrste rudarjenja je potrebno premog spremeniti v plin, tekočino ali v fluidizirano agregatno stanje. Premog se mora pred izkoriščanjem torej spremeniti v gorljiv plin. Sloj premoga odpremo z vrtinami. Eden od načinov za podzemno uplinjanje premoga je tehnologija uplinjanja s povezavo (linking) dveh vertikalnih vrtin. 12
E N E R G E T S K O R U D A R S T V O Legenda: A vpihovanje uplinjalnega sredstva B produktni plin C površina D sloj premoga E votlina F razširjeni vezni kanal Slika 3 Tehnologija PUP z razširitvijo veznega kanala Drugi način podzemnega uplinjanja premoga je tehnologija uplinjanja s kontroliranim umikanjem injekcijske točke. Uplinjanje s kontroliranim umikanjem injekcijske točke Legenda: A vpihovanje uplinjalnega sredstva B produktni plin C sloj premoga D nova injekcijska točka po prežigu cevi E prvotna injekcijska točka F injekcijska cev G votlina Slika 4 Tehnologija PUP s kontroliranim umikanjem injekcijske točke UTEKOČINJANJE PREMOG A Utekočinjanje premoga je postopek, s katerim predelujejo premog v bolj uporabna goriva. Raziskujejo ga že skoraj celo stoletje. Nemci so med drugo svetovno vojno uporabili postopek, ki sta ga razvila dva njihova kemika; po njiju ga imenujejo Fischer - Tropsch sinteza. Z utekočinjanjem premog predelajo v bolj uporabna goriva. 13
R U D A R S T V O I N O K O L J E Postopek poteka takole: Fisher - Tropsch sinteza segrevanje premog + H 2 O katalizator CO + H 2 V nadaljevanju se tvorijo ogljikovodiki: 6CO + 12H 2 segrevanje pritisk katalizator C 6 H 12 + 6H 2 O Poleg plinov v postopku nastaneta še premog slabše kakovosti in katran, ki vsebuje alkane, čistoalkane ter fenole. Nastali katran predelajo v gorivo za diesel motorje, v kurilno olje in v smolasti preostanek. Sodobnejši način je predelava premoga v metanol: ter dalje: segrevanje premog + H 2 O katalizator CO + H 2 CO + 2H 2 segrevanje katalizator CH 3 OH V zadnjem času so začeli metanol predelovati tudi v ogljikovodike: nch 3 OH segrevanje katalizator ogljikovodiki + H 2 O 1.5 Princip delovanja parne elektrarne Termoelektrarne - najpomembnejše proizvajalke električne energije v številnih državah. PREMOGOVNE ELEKTRARNE DEPONIJE PEPELA IN EMISIJA ŽVEPLA V klasičnih termoelektrarnah (slika 5) uporabljamo fosilna goriva (premog), s katerimi v kotlu (1) segrejemo in uparimo vodo. Takšne elektrarne imenujemo parne termoelektrarne. Nastala para ekspandira v turbini (2) in opravlja delo: poganja generator električne energije (3). Energetsko izrabljeno paro nato kondenziramo v kondenzatorju (4). Tako odvzeto toploto prenesemo na okolico v hladilnih stolpih. Nato visokotlačna črpalka (5), imenujemo jo tudi napajalna črpalka, potisne kondenzat (vodo) nazaj v kotel. V termodinamiki se ta proces imenuje parni delovni proces. Termoelektrarne so najpomembnejše 14
E N E R G E T S K O R U D A R S T V O proizvajalke električne energije v številnih državah, tudi v Sloveniji. Imajo dolgo življenjsko dobo, povprečen izkoristek (med 35 in 43 %) ter so primerne za uporabo vseh vrst fosilnih goriv. So drage pri izgradnji in imajo številne negativne vplive na okolje (emisije plinov, pepel, sadra). Pri zgorevanju fosilnih goriv se pojavljajo CO 2 in dušikovi oksidi (NO x ), če pa fosilno gorivo vsebuje žveplo, nastaja tudi žveplov dioksid (SO 2 ). Zato na kotle vgrajujemo čistilne naprave, ki zmanjšujejo emisije plinov in omogočajo boljšo kvaliteto okoliškega zraka. pojmi strategija energetike energetske napovedi emisije toplogrednih plinov kisli dež in ozon fosilna goriva podzemno uplinjanje premoga utekočinjanje premoga Fischer-Tropsch sinteza klasične termoelektrarne Slika 5 Shema parne elektrarne URAN KOT ENERGETSKI VIR Pomemben energetski vir so tudi jedrska goriva. Osnova za to tehnologijo pridobivanja energije je bila zagotovljena z razvojem atomske in vodikove bombe. Najbolj znano gorivo za jedrsko cepitev je uran, uporabljata pa se tudi plutonij in torij. Jedrska energija se sprošča v obliki toplote pri cepitvi (ali zlitju) atomskih jeder. Jedrsko reakcijo, pri kateri težek atom urana razpade v dva lažja, imenujemo jedrska cepitev ali jedrska fizija. Potem ko zajame nevtron, se jedro atoma urana (U-235) razcepi v dve lažji jedri (izotopa U-236). Ob tem se sprosti nekaj nevtronov in energija (γ sevanje). Sproščeni nevtroni prožijo nadaljnje tvorjenje nestabilnega izotopa U-236 v čedalje večjem številu. Tako nastane verižna jedrska reakcija. 1.6 Cepitev jedra - jedrska fizija Slika 6 Prikaz razcepa atomskega jedra 15
R U D A R S T V O I N O K O L J E Vrelovodni in tlačnovodni reaktor Jedrski reaktorji so posode, v katerih se cepijo težka jedra, pri čemer se sprošča veliko energije. V različno zasnovanih jedrskih reaktorjih spremenijo kinetično energijo delcev, ki nastajajo pri cepitvi jeder, v toploto. Za hlajenje reaktorja v jedrskih elektrarnah uporabljajo vodo. Če se voda v reaktorju upari in uporabi kot delovno sredstvo v turbini, kjer ekspandira ter se po kondenzaciji vrne v reaktorsko posodo, reaktor imenujemo vrelovodni (slika 7). Če pa se voda le segreje in ostane v tekočem stanju ter se nato v uparjalniku upari, tak reaktor imenujemo tlačnovodni (slika 8). V JE Krško je vgrajen tlačnovodni reaktor, ki je varnejši. Jedrske elektrarne imajo slab termodinamični izkoristek (27 %), kar je posledica nizkih temperatur in tlaka uparjene vode v reaktorju. Ker pri gradnji in obratovanju niso vključeni zunanji stroški, veljajo JE za gospodarne. Imajo dolgo življenjsko dobo delovanja in nizke stroške goriva. Vendar je delovanje jedrskih elektrarn problematično zaradi jedrskih odpadkov. Okolje onesnažujejo tudi s toploto, ki jo odvajajo v okolico. Slika 7 Shema JE z vrelovodnim reaktorjem Slika 8 Shema JE s tlačnovodnim reaktorjem 16