Místo uhlí by se mohla v budoucnu z opuštěných dolů na Ostravsku získávat voda.  Musí se na to ale pamatovat již při ukončení těžby.

Využití vod v zatopených starých důlních dílech Ostravsko-karvinského revíru (OKR) se v současnosti stává opět aktuální otázkou, zajímající nejen občany tohoto regionu. Důvodem jsou  projevy globálních klimatických změn (období sucha provázené nízkými průtoky vod ve vodních tocích, výrazné zaklesnutí hladin mělkých podzemních vod, vysychání domovních studní, vodních nádrží apod.) . Dalším důvodem jsou dopady změn v báňském průmyslu, kdy v současnosti reálně hrozí trvalé ukončení hlubinné těžby uhlí na Ostravsku. Problematikou využití důlních vod se již dlouhodobě zabývají příslušná odborná pracoviště  vlastní společností OKD i bánští specialisté na podnicích a institucích v regionu (Green Gas DPB, a.s. Paskov, DIAMO, s.p., o.z. Odra,  GSP, s.r.o. Ostrava, Povodí Odry, s.p., ale i VŠB-Technická univerzita Ostrava, HGF  aj.). Za posledních dvacet let jsou  k dispozici desítky publikací, studie, projekty apod., zabývajících se touto problematikou.

Pro posouzení možností využití vod akumulovaných ve starých důlních dílech (dále jen SDD) je nutno vycházet ze současného stavu vlastního důlního prostředí v jednotlivých dílčích pánvích OKR. Rovněž je nutné přihlížet  ke stavu hydrosféry těžbou postižené části povodí  řeky Odra. V neposlední řadě je nutné brát v úvahu  ekonomické a investiční možnostmi regionu a potřeb obyvatel.

Nyní se musí voda odčerpávat

Každé dobývání ložisek nerostných surovin je vždy spojeno s odvodňováním činných důlních děl (ať již pasivním /odvodňovací štoly, vrty apod., s volným přetokem vod do vodního toku/ nebo aktivním čerpáním vod na povrch a jejich likvidací vypouštěním do vodního toku) . V každém případě se jedná o řízené odvodňování tak, aby nedošlo k překročení společensky únosného rizika zatížení vodního toku či hydrosféry životního prostředí dané lokality.

Stejný případ je i v oblasti OKR a jeho dílčích pánvích. V současné době jsou rozhodujícími momenty pro likvidaci důlních vod v činné, či dnes již likvidované části pánve:

• stanovený limit kvality vody v řece Odra na hraničním profilu Bohumín (limity dány mezinárodní smlouvou a sledovány jak na území ČR, tak Polska). V případech ohrožení překročení těchto limitů se snižuje či zastavuje vypouštění likvidovaných vod do vodního toku Odry a vody jsou dočasně akumulovány buď ve starých důlních dílech (retenční kapacita na Vodní jámě Jeremenko je až 122 dní) či povrchových vodních nádržích (Heřmanický rybník).
•  zachování podmínek hlubinné těžby v karvinské dílčí pánvi (nutnost zamezit přítokům důlních vod z likvidovaných částí OKR, tj. z ostravské a petřvaldské dílčí pánve).

Po dvou stoletích dojde ke změnám

K výrazné změně ve vodním hospodaření s důlními vodami v OKR dojde v případě již dnes avizovaného ukončení těžby v karvinské dílčí pánvi. Dojde tak po cca 200 letech k ukončení produkce důlních vod a jejich řízeného vypouštění do vodních toků ze stávajících dolů a s velkou pravděpodobností i k ukončení čerpání na vodních jámách Jeremenko (VJJ) a Vodní jámě Žofie (VJŽ). V dalších několika desetiletích dojde k postupnému nástupu hladin ve starých důlních dílech jednotlivých dílčích pánví revíru, až do jejich finálního zatopení a pak následného přestupu vod do vodního toku Odry. V období zatápění starých důlních děl nebude docházet k jejich přestupu do vodních toků. V současné době je udržována výška osušeného prostoru v jednotlivých částech pánve následovně:

• ostravská dílčí pánev (Vodní jáma Jeremenko):

cca 600 m pod povrchem,
současný přítok vod (již bez vod provozních) činí cca 165 l/s (≈ 5,3 mil. m³/rok),

• petřvaldská dílčí pánev (Vodní jáma Žofie):

cca 700 m pod povrchem,

současný přítok vod (již bez vod provozních) činí cca 35 l/s (≈ 1,1 mil. m³/rok),

• karvinská dílčí pánev (činné doly):

cca 1100 m pod povrchem,

současný přítok vod (včetně vod provozních) činí cca 50 l/s (≈ 1,6 mil. m³/rok).

Ve všech dílčích pánvích je v současnosti hladina vod ve starých důlních dílech dva až třikrát pod povrchem hlouběji, než je výška dosud zatopeného prostoru opuštěných děl. Dosud podle posledních studií (Malucha, 2014) je zatopeno cca 74 mil. m³ důlních prostor a do plného zatopení zbývá ještě cca 630 mil. m³ prostoru. Doba zatápění bude odborným odhadem v řádu desítek let, podle některých odhadů i značně více než půl století s tím, že rychlost nástupu hladin v jednotlivých pánvích bude postupně klesat v důsledku snižování hydraulického spádu mezi zdrojem přítoků a hladinou zatopení v důlních dílech. Doba finální stagnace systému pak bude probíhat ještě další desetiletí (P.Malucha, 2014).

V průběhu finálního zatápění důlních děl OKR dojde k následujícím změnám oproti dnešnímu stavu:

• bude výsledkem pouze strategického rozhodnutí orgánů vedení Moravskoslezského kraje, vlastníků důlních podniků a možností státu (prostřednictvím s.p. DIAMO), jaké bude další využití důlních vod, zda čerpání z VJJ a VJŽ bude ukončeno po ukončení důlní činnosti v karvinské dílčí pánvi, resp. akceptovat již dnes možné ukončení provozu těchto vodních jam, pokud bude dostatečný retenční prostor, zabezpečující v čase potřebnou hydraulickou izolaci činných dolů v karvinské dílčí pánvi,

• při nástupu hladin v důlních dílech se bude snižovat podíl vod z přírodních zvodní, obsahujících velmi slané fosilní mořské vody neogénu (vody z detritu a jodobromové vody z písčitých poloh v jílovcích pokryvného útvaru karbonu) a zvyšovat podíl nízko mineralizovaných vod původem z kvartéru (zasáklé vody srážkové, vody povrchových toků, mělké vody podzemní). Objemově však tento zdroj bude stabilní složkou, jejíž případné změny budou vyvolány pouze globálními změnami klimatu,
• po zatopení dosáhne tlaková úroveň, resp. místy volná hladina vody (na velmi malých plochách), úrovně hladiny prostých mělkých podzemních vod kvartéru (resp. antropogenních navážek). Vydatnost eventuálního skrytého přetoku nepřekročí hodnoty infiltrace ze srážek. Přednostní místa případného výstupu již slabě kontaminované důlní vody budou oblasti s absencí pokryvné miocenní pelitické facie. Ta funguje vůči zvodněnému kvartéru jako podložní, a vůči zatápějícím se karbonským prostorám jako nadložní hydrogeologický izolátor,
• v průběhu zatápění a následně po něm se bude vytvářet výrazná hydrogeochemická zonálnost ve vodách zatopených důlních děl (pokud tento proces nebude antropogenně narušován). V nejnižších úrovních zatopených děl, tj. v zóně bez vodní výměny se zemským povrchem, lze očekávat solanky s mineralizací i přes 100 g/l ; nad touto zónou bude vyvinuta velmi mocná zóna s omezenou vodní výměnou, dosahující místy až do pokryvných miocenních útvarů. V této zóně budou akumulovány hydrochemicky alterované salinní vody původem z miocénu (výrazné vody Na-Cl typu s nízkým obsahem iontů SO₄^-2) a méně mineralizované vody, kvalitou odpovídající vodám čerpaným z VJJ a VJŽ. V tomto prostředí se během relativně krátkého času vytvoří redukční prostředí s nízkými hodnotami pH. Nejvyšší a málo mocná bude zóna s intenzívní vodní výměnou se zemským povrchem (se všemi atributy typickými pro tuto zónu, tj. včetně výrazného oxidačního prostředí). Tyto vody, velmi málo komunikující s bývalými důlními díly, budou výrazně mělkého oběhu, tj. velmi málo mineralizované, kvalitou blízké srážkovým vodám a kvantitou silně ovlivněnou intenzitou dotace,
• vody zatopených důlních děl budou mít vertikální hydrotermální zonálnost odpovídající prakticky geotermickému gradientu horninového prostředí ložiska. Dnešní vody čerpané na VJJ vykazují na současné výškové úrovni čerpání teploty až 27⁰C; na VJŽ vykazují teploty až 25⁰C,
• v průběhu zatápění dojde k postupnému zavodnění důlních děl opuštěných desítky až stovky let, v nichž zbytková atmosféra a její vlhkost působila geochemicky na okolní horninové prostředí a způsobila rozklad minerálů a vznik zvětralin, které se v důlních dílech akumulovaly. Mimo to jsou ve starých důlních dílech rezidua různých antropogenních materiálů (výztuž, materiály protipožární ochrany, popílek apod.) z dob jejich aktivního využívání. Při zavodnění důlních prostor se zvětraliny a tyto materiály dostanou rozpouštěním do vod s následkem výrazného zvýšení jejich celkové mineralizace, včetně nárůstu obsahu možných kontaminantů, které běžná důlní voda v době jejich využívání neměla. Tento jev je popsán v odborné literatuře jako „first fluch“ a je znám prakticky ze všech hlubinných dolů (uhlí, rudy, uran) a popsán např. i na VJJ (viz graf).

V podmínkách OKR jsou zmíněným kontaminantem, výrazně omezujícím běžné využití těchto vod, např. sírany (cca 600-700 mg/l), chloridy (cca 1100 mg/l), některé těžké kovy (zejména železo) apod. – viz tabulka,

Tabulka průměrných hodnot složení důlních vod v období 1994-2013 (údaje v mg/l).

 

• velmi závažnými bezpečnostními jevy, spojenými se zatápěním dosud osušených starých důlních děl nutno očekávat a řešit:
• vytlačování metanu z důlních děl na povrch s následky možného ohrožení povrchových objektů, podzemních inženýrských sítí apod. (v současnosti řešeno např. Sdružením „Velký metan“ v projektu č.35 /Geosan Group a.s., Energie-stavební a báňská a.s., VŠB-TUO, HGF/),
• změna stability zásypu likvidovaných vertikálních důlních děl (jámy) či úpadních štol jeho zavodněním.

 Připravuje se matematický model zatápění pánve

Problémem zatápění důlních děl po ukončení těžby v OKR, režimem zatápění, doprovodnými jevy, hodnocením dopadů nastoupání hladin na životní prostředí regionu, ale i možnostmi jejich případného využití se detailně zabývá řada provozních i výzkumných pracovišť již téměř dvě desetiletí. V současné době se např. připravuje ve spolupráci Green Gas DPB  a VŠB-TU Ostrava nový matematický model postupného zatápění pánve s prognózou kvantifikace přetoků mezi dílčími pánvemi revíru, zpřesnění lokalizace přestupu důlních vod do vod mělkých podzemních, resp. do vodních toků apod. Zohledňují se současné stavy poklesových kotlin na povrchu terénu, a případné ještě následné poklesy do konce těžby, zohledňuje se způsob rekultivace (rozsah, mocnosti a kvalita navážek) apod.

 Složení vody brání využití v blízké budoucnosti

Možnost využití vod v zatopených starých důlních dílech Ostravsko-karvinského revíru vychází z výše uvedených situací a jevů, které budou vyvolány či budou doprovázet proces zatápění starých důlních děl, vývojem stabilizace (kvality vod i kvantity přetoků) tohoto velmi plošně i výškově rozsáhlého zvodněného systému. V současné době (za současných stavů potřebné techniky a technologie v kombinaci s ekonomickými možnostmi realizace) přicházejí v úvahu tato možná využití:

 

• zdroj vod pitných –  vzhledem ke stávající ekonomické náročnosti a v současnosti  provozovaných  technologií úpravy vod  se ve využití důlních vod na vody pitné jeví nereálné – není však nereálné její využití v budoucnosti, tj. po finálním zatopení pánve. K úpravě na vody pitné je zatím podmíněně možné využít pouze vody ze zóny s intenzívní vodní výměnou s povrchem, tj. oběh mělkých podzemních vod, probíhající v kvartérních sedimentech či výchozech karbonu na povrch,
• zdroj vod užitkových – vzhledem k jejich chemickému složení, požadavkům odběratele apod., se jeví v současné době jejich využití problematické (relativně vysoká salinita, obsahy síranů a chloridů), což však neznamená, že to bude problémem či na závadu v budoucnosti.
• zdroj vod pro využití v balneologii (tj. vody jímané z hlubších úrovní bývalých dolů):
• využití salinních vod ze zatopených starých důlních děl, ze zóny bez vodní výměny je v budoucnu možné (např. aquapark se slanou vodou /voda má potřebnou salinitu, teplotu – otázkou by zůstávala přítomnost některých složek /železo, sírany aj./, které však nemusí být z hlediska balneologického účinku nežádoucí). K tomuto způsobu využití není však nutné zachovávat dnešní objekty vodních jam VJJ a VJŽ; zdroje vod mohou být přístupné nově odvrtanými jímacími vrty, odpovídajícími vystrojením době jejich realizace, lokalizací místu blízkém lokalitě jejich využití apod.,
• vody nebudou mít kvalitu odpovídající vodám používaným v lázních Darkov či Klímkovice (chybí potřebná koncentrace jodidů a bromidů),
• v regionu již existují dva výše uvedené lázeňské areály s typickými jodobromovými fosilními mořskými vodami. Vody zatopených důlních děl je možno považovat za „balneologické“ (nikoli však jodobromové) a vody obnovitelných zdrojů (nikoli za vody uzavřených zvodněných systémů s neobnovitelnými zásobami, jak je tomu u současných lázní). Je otázkou, zda za předpokládanou dobou zavodňování starých důlních děl budou zdroje vod lázní Darkov a Klímkovice ještě k dispozici.
• zdroj vod pro využití jejich geotermální energie – se jeví jako reálné, zejména v případě jejich recirkulace v uzavřeném systému.

Poznámka: v tomto případě je nutno bezodkladně rozhodnout o této variantě a již v současnosti zajistit potřebné požadavky na vybavení/dovybavení dnes ještě přístupných důlních děl, povrchových objektů, projekty vhodné likvidace důlních děl využitelných k tomuto účelu apod.

• využití důlních vod pro výrobu elektrické energie se jeví téměř nereálné:
• SDD a vody v nich akumulované vzhledem k požadavkům na potřebný hydraulický spád, vzhledem ke stabilnímu narušování časem vytvořené hydrogeochemické zonálnosti, vhledem potřebnému udržování potřebných důlních děl a jejich povrchových objektů apod. – nepovažuji za reálné,
• zdroj dnes neurčené specifické složky z akumulovaných vod v důlních dílech – to, co v současnosti se jeví jako nereálné, může se v době, kdy dojde po zatopení důlních děl k ustálení hydrogeochemického režimu být reálné.

Na Ostravsku vznikne rozsáhlá podzemní nádrž

Závěrem lze konstatovat, že po ukončení těžby na Ostravsku budou stará důlní díla zatopena vodou jednak z přírodních zvodní hydraulicky otevřených důlními díly, jednak zasakujícími vodami srážkového původu z povrchu. Vytvoří se rozsáhlá podzemní nádrž, jejíž vody bude možno jako zdroj energetický, vodohospodářský, balneologický, surovinový apod. za určitých podmínek využívat. Těmi podmínkami budou zejména podmínky ekonomické, podmínky technologické, úpravárenské apod., jejichž vývoj v současnosti nejsme schopni reálně posoudit. To, co se zdá v současnosti nereálné může být v budoucnu bezproblémově řešitelné. Je však potřeba zpracovat a předat dalším generacím komplexní a co nejpřesnější informace o stavu a rozsahu tohoto antropogenně vytvořeného zvodněného systému.

Vzhledem k časovým měřítkům jak vlastního zatápění starých důlních děl, k potřebné době dosažení kvazistabilní hydrogeochemické zonálnosti, tak i hydrodynamického stavu apod., není podle mého názoru bezpodmínečně nutné do vzdálenější budoucnosti zachovávat dnešní přístupové cesty (VJJ a VJŽ). Snad pouze v případě rozhodnutí v krátkém časovém horizontu o využití geotermální energie vod z těchto lokalit. Důvody jsou zejména ekonomické (náklady na čerpání důlních vod i v případě, že nebude již nutná ochrana činných dolů v karvinské části revíru), důvody poziční (budoucí lokality úpraven, lázeňských objektů apod.), ale i technické a technologické podmínky dostupnosti zdrojů v době finálního zatopení pánve a stabilizace (čerpací vrty či jiné objekty).

Voda bude v budoucnu určitě problémem, kterým se následující generace budou muset zabývat daleko více než tato současná. Není mnoho měst jako Ostrava, která mají v hlubinách pod sebou takový vodní potenciál.

Arnošt Grmela, VŠB-TU Ostrava

O AUTOROVI:

doc. Arnošt Grmela je absolventem VŠB-TU Ostrava, Fakulty hornicko-geologické. Byl zaměstnán 16 let jako geolog na dole OKR. Působí  38 let jako pedagog a VV pracovník VŠB-TU Ostrava a10 let jako  profesor na univerzitě  ATH v Bielsko-Biała v Polsku. Je soudním  znalcem v oboru těžba- odvětví: geologie-hydrogeologie. Zároveň je 20 let místopředsedou České asociace hydrogeologů.

Kontakt: arnost.grmela@vsb.cz