Gospodarka Surowcami Mineralnymi - Mineral Resources Management

Artykuł ten jest analizą fuzji i przejęć w górnictwie w latach 2000 i 2001 i zarazem wstępem do dyskusji na temat koncentracji w przemyśle górnictwa metali, w szczególności złota i żelaza. Artykuł kładzie nacisk na wysokie tempo konsolidacji w górnictwie w skali światowej, ukazuje rosnącą atrakcyjność aktywów przedsiębiorstw górniczych dla inwestorów, opisuje ważniejsze transakcje fuzji i przejęć w latach 2000 i 2001, a także podaje szczegółowe informacje na temat najbardziej aktywnych firm na rynku przejęć: Billiton, BHP, Rio Tinto, Anglo de Beers. Autor przedstawia strukturę rynku producentów złota i objaśnia relacje zachodzące pomiędzy największymi przedsiębiorstwami na rynku rud żelaza i złota. Rozważany jest także wpływ konsolidacji w globalnym przemyśle górniczym na strukturę rynku metali oraz prognoza na rok 2002.

Wdrażanie zasad gospodarki rynkowej w Polsce wywarło ogromny wpływ na sposób kształtowania i uwarunkowaniajakim podlegająprocesy kwalifikacji zasobów złóż kopalin. Dotyczy to szczególnie zasobów przemysłowych, a więc tych, które winny być przedmiotem opłacalnej eksploatacji. Od kilku lat na lamach czasopism i w środowisku osób zajmujących się gospodarką zasobami złóż węgla kamiennego prowadzona jest dyskusja dotycząca oceny tej bazy i skali przemian, którym ona podlega. Autor publikacji, celem dokonania takiej oceny, wykorzystał opinie ekspertów. Opinie ekspertów są podstawowym narzędziem metod heurystycznych (Cieślak 2000; Gajda 200 I) określanych jako metody twórczego rozwiązywania problemów wykorzystywanych w procesie podejmowania decyzji oraz w prognozowaniu. Omówione w artykule wyniki ankiety (tab. I) winny skłonić kopalnie, a także Skarb Państwa do weryfikacji sposobu określania i oceny bazy zasobów przemysłowych.

W artykule przedstawiono wzory umożliwiające prognozowanie uzysku i gęstości rzeczywistej karbonizatów węglowych powstających w okresie termicznego uplastycznienia węgla. W tym okresie karbonizacji lużne ziarna węglowe przekształcają się w zwartą strukturę koksu. Zmiany masy i gęstości rzeczywistej węgla w tym okresie mają duże znaczenie praktyczne, gdyż determinują zmiany objętościowe substancji węglowej. Te ostatnie decydują z kolei o porowatości formującej się w tym czasie struktury koksu. Z tego powodu wzory opisujące zmiany masy i gęstości rzeczywistej węgla na tym etapie karbonizacji stanowią ważny element modelu procesu koksowania. W pierwszej części artykułu, opierając się na wcześniej opracowanym modelu zachowania się poszczególnych składników mineralnych podczas koksowania, wyprowadzono i zweryfikowano wzory opisujące zmiany masy i gęstości substancji mineralnej karbonizowanych węgli. W następnym etapie, opierając się na wynikach badań laboratoryjnych, wyprowadzono wzory opisujące zmiany masy i gęstości rzeczywistej substancji organicznej karbonizowanych węgli w okresie ich termicznego uplastycznienia. Przy wyprowadzaniu tych wzorów przyjęto, iż w tym okresie karbonizacji substancję organiczną można umownie podzielić na substancję organiczną nie przeobrażonego jeszcze termicznie węgla oraz substancję organiczną powstającego półkoksu. Przebieg procesu przekształcania się wyjściowego węgla w półkoks opisano za pomocą funkcji przemiany ap(t), której postać wyznaczono na podstawie wyników eksperymentalnych. W ostatniej części artykułu, opierając się na wcześniej przyjętym założeniu oraz wykorzystując funkcję ap(t), wyprowadzono i zweryfikowano wzory opisujące zmiany gęstości rzeczywistej substancji organicznej węgli w okresie ich termicznego uplastycznienia. Prezentowane w tym artykule wzory oparte zostały na wynikach badań laboratoryjnych, które przeprowadzone zostały w warunkach zbliżonych do panujących w komorze koksowniczej (szybkość nagrzewania, ciśnienie i skład atmosfery gazowej, właściwości i uziarnienie węgla). Z tego względu wzory te mogą być wykorzystane przy opracowaniu modelu procesu koksowania w skali przemysłowej.

Węgiel jest obecnie jednym z trzech najważniejszych surowców energetycznych, a z uwagi na jego zasoby będzie w przyszłości nadal odgrywał istotną rolę w bilansach energetycznych wielu krajów. Jedną z bardziej obiecujących technologii jego przetwórstwa jest proces hydrozgazowania, którego celem jest konwersja paliwa stałego na gaz węglowodorowy. Problemem jest stosunkowo niska reaktywność węgla względem wodoru, stąd konieczność poszukiwania katalizatorów odpowiednich dla tego procesu. W pracy przedstawiono wyniki badań kinetyki hydrozgazowania płomiennego węgla kamiennego. Pomiary prowadzono w warunkach nieizotermicznych, ogrzewając próbki od temperatury otoczenia do 1240 K z szybkością 3 K/min, przy ciśnieniu wodoru 2,5 MPa. W pierwszej serii badań porównano kinetykę hydrozgazowania surowego węgla o dużej zawartości popiołu (A•= 20,1 %) z tym samym węglem, ale wzbogaconym w cieczach ciężkich (A•= 7,0 %). Obie próbki różniły się w sposób istotny zawartością popiołu i siarki pirytowej. Stwierdzono, że podczas hydrozgazowania węgla surowego, a więc materiału o gorszych parametrach jakościowych, osiągano znacznie większe sumaryczne wydajności węglowodorów. Było to związane ze wzrostem szybkości wydzielania się metanu-głównego produktu tego procesu. W drugim etapie badań jako surowca użyto węgla wzbogaconego z domieszkami określonych ilości pirytu, tlenku żelaza (Il) oraz siarki elementarnej. Korzystny wpływ na przebieg hydrozgazowania obserwowano w przypadku dodatku pirytu oraz mieszaniny tlenku żelaza (II) i siarki elementarnej. Dodatek tylko tlenku żelaza nic powodowa! większych zmian w przebiegu badanego procesu. Pozostałe dodatki zwiększały przede wszystkim wydajność i szybkość wydzielania metanu, ich wpływ na powstawanie węglowodorów C2-C3 był natomiast niewielki. Wzrost szybkości reakcji tworzenia sięmetanu w procesie hydrozgazowania węgla z dodatkami pirytu oraz tlenku żelaza (Il) w mieszaninie z siarką elementarną uwidacznia! się dopiero w temperaturach powyżej 1120 K.

W artykule przedstawiono przegląd i klasyfikację wskaźników oceny przebiegu procesów przeróbczych opartych na prawie zachowania masy, czyli wyrażonych poprzez związki między średnimi zawartościami składników w produktach. Potraktowanie wzorówjako powierzchni trójwymiarowych pozwoliło na lepszącharakterystykę wskaźników, a także na wskazanie możliwych kierunków aproksymacji zależności dwuwymiarowych. Wytypowano także wskaźniki o najlepszych własnościach infonnacyjnych.

Odwadnianie odkrywkowej Kopalni Węgla Brunatnego Bełchatów oddziałuje w dużym stopniu na gospodarkę wodną rejonu. Zmianie ulegają naturalne zasoby wód podziemnych, a więc zarówno zasoby statyczne, jak i zasoby odnawialne. Dla określenia wielkości tych zmian zrealizowano matematyczny model przepływu wód podziemnych obejmujący obszar około 2500 km2. Model symuluje warunki krążenia wód podziemnych w rejonie złoża Bełchatów w warunkach naturalnych, tj. z okresu przed uruchomieniem odwodnienia, oraz w warunkach zmienionych 20-letnią eksploatacją systemu odwodnienia z wydajnością wahającą się od 170 do 450 m3/min. Uzyskane na podstawie badań modelowych wyniki wskazują, że w obszarze wpływu odwadniania kopalni na wody podziemne infiltracja efektywna pochodząca z opadów atmosferycznych wzrosła o około 50%. Dodatkowe zasilanie warstwy wodonośnej, związane z przyrostem infiltracji wód powierzchniowych oraz sztucznym zasilaniem wodami z nieuszczelnionego składowiska popiołów, przyczyniło się do przyrostu zasobów dynamicznych łącznic o blisko 80%. Wody pochodzące z zasobów dynamicznych stanowiły 72, 7%całkowitego dopływu wód podziemnych do kopalni. Pozostałą część, tj. 27,3%, stanowiły dopływy wód podziemnych pochodzące z zasobów statycznych.

W pracy przedstawiono analizę wpływu składowiska odpadów ZSO ,,Górka·• na jakość wód podziemnych wjego otoczeniu. Silnie zasadowe odcieki powstające wskutek ługowania masy składowanych odpadów przemieszczają się w środowisku wodnym wykorzystując naturalne systemy spękań i szczelin oraz sieć starych wyrobisk górniczych. Proces ten prowadzi do zanieczyszczenia wód podziemnych jurajskiego i triasowego piętra wodonośnego. Dalszy postęp migracji zanieczyszczeń stanowi potencjalne zagrożenie dla jakości wód podziemnych w obrębie GZWP 452- -Chrzanów.

Struktura wodonośna Żuław Wiślanych obejmuje trzy poziomy wodonośne: I -plejstoceńsko-holoceński, II - różnowiekowy i III - kredowy. Występowanie I i II poziomu jest powszechne, chociaż warunki hydrogeologiczne w poszczególnych częściach delty Wisły są zróżnicowane. Poziom plejstoceńsko-holoceński najlepiej jest wykształcony na Żuławach Gdańskich (GZWP 112) i w zachodniej części Żuław Elbląskich (GZWP 203). Poziom kredowy obejmuje wschodnią część dużej struktury hydrogeologicznej - subniecki gdańskiej, macznie wykraczającej poza obszar Żuław. Jednak użytkowe maczenie tego zbiornika ogranicza się tylko do Żuław Gdańskich - GZWP 111. Wyodrębnione poziomy wodonośne powiązane są wspólnym systemem krążenia wód. Obszar Żuław Wiślanych stanowi regionalną bazę drenażu wszystkich poziomów wodonośnych. Naturalne kierunki przepływów pionowych, skierowane ku powierzchni terenu, zostały znacznie zaburzone w wyniku intensywnej eksploatacji wód podziemnych. Największe zmiany obserwuje si9 w rejonie Gdańska i Elbląga, gdzie depresje regionalne sięgają kilkunastu metrów. Aktualna eksploatacja wód podziemnych wynosi około 122 OOO m3/d, w tym najwięcej, bo około 63 OOO m3/d, 1- poziomu plejstoceńsko-holoceńskiego. Głównym źródłem formowania zasobów wód podziemnych wszystkich poziomów wodonośnych jest dopływ lateralny z obszaru Pojezierza Kaszubskiego i Starogardzkiego oraz z Pojezierza Iławskiego. Udział bezpośredniego zasilania infiltracyjnego-na Żuławach Wiślanych jest znacznie ograniczony z uwagi na izolujący charakter utworów (namuły) przykrywających prawie cały obszar oraz rozbudowany system melioracyjny, odbierający większą część opadów atmosferycznych. Czynnikiem ograniczającym możliwość eksploatacji wód podziemnych są uwarunkowania hydrodynamiczne wykluczające możliwość obniżenia zwierciadła wód w poziomie plejstoceńsko-holoceńskim poniżej spągu pokrywy utworów izolujących oraz jakość wód podziemnych. Na znacznych obszarach Żuław Wielkich i Elbląskich wysoka koncentracja chlorków, żelaza, manganu i fluorków w wodach podziemnych pozbawia poziomy wodonośne cech użytkowych.

Poszukiwanie zbiorników wód podziemnych mogących zaspokoić wymagania ilościowe i jakościowe stanowi alternatywne rozwiązanie wobec wód powierzchniowych, na ogól niskiej jakości i dodatkowo ulegających zanieczyszczeniom. Wskazanie takich zbiorników w konkretnych strukturach hydrogeologicznych niestety nie zawsze jest możliwe. Wpraktyce częstym rozwiązaniemjest więc budowa studziennych ujęć infiltracyjnych, w których wody powierzchniowe wykorzystuje się do sztucznego zasilania warstw wodonośnych, co pozwala na zwiększenie zasobów ujęcia wodnego. Dokładna prognoza hydrogeologiczna pracy ujęcia ma w tych warunkach coraz większe znaczenie praktyczne. Obliczenia wykonywane są metodami analitycznymi lub bardziej wiarygodnymi modelowania matematycznego. W pracy przedstawiono ocenę dokładności prognoz hydrogeologicznych dla dwuotworowego ujęcia infiltracyjnego położonego w pobliżu granicy zasilającej i prostopadłej do niej granicy nieprzepuszczalnej. Zrealizowano ją porównując wyniki obliczeń wykonanych metodami analitycznymi i modelowania dla ujęć eksploatujących warstwę wodonośną o zwierciadle naporowym i swobodnym. Łącznic zrealizowano 48 rozwiązań wariantowych, różniących się przyjętymi parametrami filtracyjnymi utworów wodonośnych i techniczno-eksploatacyjnymi warunkami pracy ujęcia. Obliczenia analityczne dla dwóch współdziałających studni wykonano na podstawie wzorów wyprowadzonych przez autorów niniejszej pracy. Dokładność analitycznego określenia wydajności ujęcia przy przyjętych warunkach brzegowych jest zadawalająca, zwłaszcza w przypadku naporowej warstwy wodonośnej (błąd ±1,0%), natomiast w warunkach przepływu swobodnego sięga maksymalnie do -6,0%. Błędy obliczenia wielkości obniżonego zwierciadła wody (depresji) są na ogól niewielkie (do kilku procent) w bezpośredniej strefie oddziaływania ujęcia i zwiększają się (do około -20%) wraz z odległością w kierunku zasięgu leja depresji.