Ing. Radovan Kukutsch T 5 VŠB-Technická univerzita Ostrava Poruba, Fakulta hornicko-geologická Ing. Markéta Lednická VŠB-Technická univerzita Ostrava Poruba, Fakulta stavební; též Ústav geoniky AVČR, v.v.i., Ostrava Poruba Doc. Ing. Robert Kořínek, CSc. VŠB-Technická univerzita Ostrava Poruba, Fakulta stavební Doc. Ing. Petr Žůrek, CSc. VŠB-Technická univerzita Ostrava Poruba, Fakulta hornicko-geologická DŮLNÍ VODY V HISTORICKÉM DOLE JERONÝM V ČISTÉ Abstract Water in underground spaces, i.e. water that are moving through mine spaces, represents very important phenomenon that is necessary to take into account for stability evaluation of old mines. In this paper we presented summary about water in underground spaces in medieval Mine Jeroným (Sokolov District). It is documented current measurement of changes of individual water accumulations and correlation of these changes with weather conditions. Connection of two separated parts of Mine Jeroným through water channels is documented using application of tinted lotion. 1. ÚVOD Studiu důlních vod na Dole Jeroným v Čisté věnujeme v poslední době zvýšenou pozornost, neboť se jedná o významný parametr při posuzování stability důlních prostor. Článek shrnuje a doplňuje poznatky, které byla publikovány Kalábem a kol. (2007) a Lednickou a Kukutschem (2007). Orientační přehled známých důlních prostor Dolu Jeroným, části nazvané Opuštěná důlní díla (ODD), s vyznačením trvalých akumulací důlních vod jsou prezentovány na obr. 1. Celkové hydrogeologické poměry na Dole Jeroným jsou určeny mnoha parametry, především morfologií území, klimatickými podmínkami, atmosférickými srážkami, stupněm nasycení horninového prostředí podzemní vodou, propustností půdy a hornin, pórovitostí, puklinatostí a tektonickými poruchami. Převážná část přítoků vod do důlních prostor má charakter průsaků z povrchu (srážkové vody, vody z povrchových nádrží) a z akumulací podzemních vod, nelze však vyloučit ani dotace z jiných, neznámých důlních děl. Lze při tom předpokládat následující komunikace povrchových vod do důlního díla: - přímo přes masiv nad důlním dílem, například propustné prostředí, pukliny, plochy nespojitosti nebo více či méně zavalené důlní prostory, - přímá komunikace mezi rybníky a důlními prostorami (pravděpodobně nepřichází v našem případě v úvahu), 1 Strana 1 (celkem 8)
- přes podzemní vody, které změnou své úrovně reagují na množství vod povrchových, - jiný způsob komunikace dosud neuvažovaný. V důlním díle můžeme důlní vodu dále rozlišovat na: tekoucí vodu, vodu přitékající, vodu odtékající, vodu zaplňující uzavřené bezodtokové prostory, vodu v prostorách s přirozeným odtokem, vodu v prostorách s umělým odtokem. Obr. 1 Schéma známých důlních prostor Dolu Jeroným (ODD) s vyznačením zatopených prostor Přestože můžeme Důl Jeroným s jeho okolím považovat za víceméně uzavřený hydrogeologický prostor (oblast napájení, oblast tranzitu, oblast akumulace a odvodnění), množství neznámých parametrů zatím neumožňuje jeho kvantifikaci. Ani objem důlních vod, které jsou akumulovány ve studovaném důlním díle, se vzhledem 2 Strana 2 (celkem 8)
k nedostatku informací o důlním díle nedá seriózně odhadnou, neboť je určen především objemem vyražených, dnes zatopených a nezdokumentovaných, důlních prostor, méně pak rozsahem puklinových systémů horského masivu. 2. MĚŘENÍ ÚROVNĚ HLADINY PODZEMNÍCH VOD Pro měření změny výškové úrovně hladiny důlních vod jsou vybudována 4 stanoviště. Dva body jsou umístěny nad úrovní štolového patra u fárací jámy Jeroným, další dva body se nacházejí přibližně v úrovni dědičné štoly Jeroným. Odečty na fixovaných měřidlech (obr. 2) jsou prováděny společně s odečtem dalších parametrů v kvartálních intervalech od roku 2001 (např. Žůrek et al., 2005). Je zřejmé, že důlní vody jsou dotovány zejména z průsaků vod povrchových. K detailnějšímu hydrogeologickému studiu v důlním díle Jeroným je nutné sledovat nejen aktuální hodnoty úrovně hladiny důlních vod při kvartálních odečtech, ale i jejich dynamiku. Proto byla vyvinuta sonda na kontinuální měření pohybu hladiny (Knejzlík, 2006). Tenzometrická tlaková čidla k měření změny úrovní hladin vod bylo zahájeno v roce 2006 na dvou měřících bodech (KV2 a KV3). Použity jsou vestavné sondy pro měření výšky hladiny vody LMP331i (JSP, s.r.o) s rozsahy 3 m a 10 m. Výstupní signály se přenáší proudovými smyčkami 4-20 ma do měřicí ústředny s funkční jednotkou MU611. Čidla LMP331i jsou vybavena krytím z plastické hmoty, která je chrání proti korozivním účinkům důlní vody. Vstupy pro snímání atmosférického tlaku jsou od důlní atmosféry odděleny jemnou pryžovou membránou. Pro experimentální provoz byl nastaven vzorkovací interval 1 hodina. Datum čas a naměřené hodnoty jsou zapisovány do textového souboru, který se telemetricky (GSM síť) přenáší ke zpracování do ÚGN spolu se seizmickými záznamy. Jak již bylo uvedeno, z kvartálních odečtů není možno provádět úvahy o dynamice důlních vod. Proto také úvahy o hydrologické bilanci (tj. porovnání srážek, přítoku, odtoku, odtokových ztrát a akumulace vod za určité období v určité oblasti) jsou velmi orientační (Kaláb et al., 2007). Z měření můžeme konstatovat, že největší změny úrovně hladiny jsou detekovány na stanovišti V2 - KV2. Jde o hladinu velké kumulace důlní vody, která zasahuje od paty suťového kužele v komoře K1 do dvou navazujících menších prostor směrem na jihovýchod (tzv. můstek). Nejnižší úroveň byla zastižena na podzim 2001 a podzim 2003, maxim bylo dosaženo na jaře 2005 a jaře 2006. Absolutní hodnota největšího rozdílu mezi minimální a maximální úrovní je cca 85 cm (obr. 3). 3 Strana 3 (celkem 8)
Obr. 2 Měření změny úrovně hladiny důlních vod na štolovém patře: vlevo manuální odečet na fixovaném měřidle (kvartálně), vpravo kabel k sondě s tlakovým čidlem (kontinuální měření) Obr. 3 Relativní úroveň hladiny důlní vody na stanovišti V2 KV2 od roku 2001 (do března 2006 je křivka konstruována z kvartálních měření) Pro období od 1. ledna do 20. července 2007 je na obr. 4 výběr naměřených hodnot relativní změny úrovně hladiny důlní vody na stanovišti V2 KV2. Detailní porovnání změn úrovně hladiny s denními srážkovými úhrny a průměrnou denní teplotou pro dané 4 Strana 4 (celkem 8)
období nebylo zatím provedeno. Interpretace pro data z roku 2006 byla uvedena v článku Kalába a kolektivu (2007). Využita byla hydrometeorologická data z nedaleké srážkoměrné stanice Krásné údolí. Z analýzy vyplynul následující závěr: Náhlé a výrazné nárůsty úrovně hladiny důlních vod zřejmě souvisí s významnými změnami množství vod povrchových (mimořádně vysoké úhrny srážek, tání velkého množství sněhové pokrývky). Existují však případy, při nichž se velké množství srážek neprojevilo ve zvýšení hladiny důlních vod, a naopak jsou dokladována období s pomalým nárůstem úrovně hladiny, ačkoliv srážkové úhrny jsou nepatrné. Obr. 4 Relativní úroveň hladiny důlní vody na stanovišti V2 KV2 v roce 2007 (do 20. července) Z předchozího vyplývá, že kolísání výšky hladiny důlních vod nenabízí zatím ve všech případech přímou vazbu na povětrnostní podmínky. Kromě toho byl v roce 2003 pozorován neočekávaný významný úpadek hladiny cca o 3 m na stanovištích na úrovni štolového patra (V3 a V4). Zde je možné připustit úvahy o větším počtu dosud neznámých odvodňovacích štol, které již nejsou plně funkční a jejichž funkce se může obnovovat v nepravidelné závislosti na vymývání jemného horninového materiálu a následného utěsnění jílovým splachem (Žůrek et al., 2004, manuskript). 3. BARVÍCÍ ZKOUŠKA Ve dnech 27.3. - 29.3.2006 se na lokalitě Čistá Důl Jeroným uskutečnil barvící pokus, který měl prokázat, případně vyvrátit propojení dnes oddělených dvou částí Dolu Jeroným, tj. Starých důlních děl (SDD) a Opuštěných důlních děl (ODD). 5 Strana 5 (celkem 8)
Pro tyto účely bylo použito 500 g Fluoresceinu, který byl rozpuštěn ve 4 litrech technického lihu. Takto vzniklý koncentrát byl aplikován v nejspodnější komoře s označením L v části Stará důlního díla v místě průsaků důlních vod do navazujících, v současné době nezdokumentovaných důlních děl. V době aplikace byl přítok do podzemních prostor odhadnut na 0,5 l.s -1 a množství naakumulované důlní vody bylo přibližně 900 m 3 (s minimalními průsaky, neboť hladina stále stoupala). S časovou prodlevou cca 30 hodin se barvivo objevilo v přelivu hloubení na dědičné štole v Opuštěných důlních dílech. Pozitivní výsledek této zkoušky potvrdil již dlouhou dobu přetrhající domněnky o vzájemném, blíže však neurčeném, propojení obou částí důlních děl. Vzhledem k získané informaci lze vymezit jako reálné tyto předpoklady: komplex báňských děl ODD a SDD byl v minulosti propojen a odvodnění obou komplexů důlních děl zajišťovala dědičná štola Jeroným, v prostoru mezi oběma komplexy mohou existovat neznámá důlní díla, která jsou zavalená nebo vyplněná horninovým materiálem a umožňují odvodnění oblasti SDD přes dědičnou štolu Jeroným, kromě důlních děl, která propojovala oblasti ODD a SDD, nelze vyloučit jiná důlní díla (např. v endokontaktech). Proces provedení barvící zkoušky je dokumentován na obrázku 5. 4. ZÁVĚR V tomto příspěvku jsme shrnuli stávající poznatky o hydrogeologické situaci v historickém důlním díle Jeroným. Na řezech na obr. 1 je dokladována výšková pozice akumulací vod v důlním díle. Směrem na sever a severovýchod od komplexu ODD, v okruhu zhruba 200 m od fárací jámy Jeroným, jsou situovány 4 trvalé vodní plochy v různých výškových úrovních. Bylo poukázáno na možnost dotace důlních vod nejen ze srážek, ale též z těchto rybníků, které se nachází v infiltrační oblasti dolu. Ostatní povrchové vody ve větších vzdálenostech není třeba uvažovat, protože se nepředpokládá, že by mohly významným způsobem ovlivňovat důlní vody. Mnohem složitější, a zatím ne zcela objasněná, je situace s odtokem vod z důlních prostor. Jediná prokázaná odtoková cesta je rekonstruovaná dědičná štola Jeroným. Vodní tok z ní ústí do Lobezského potoka. Kromě toho je možné připustit úvahy o dalších v současné době neznámých odvodňovacích štol, které nejsou plně funkční, ale jejichž funkce se může čas od času obnovovat. V článku jsou také doloženy výsledky barvící zkoušky, která jednoznačně prokázala, že důlní prostory Stará důlní díla jsou odvodňovány neznámými komunikačními cestami přes štolové patro Opuštěných důlních děl. Sledování a analýza hydrogeologické situace je pouze nedílnou součástí posuzování stability daného důlního díla a geomechanického monitoringu (např. Žůrek et al., 2005, Kaláb et al., 2006). 6 Strana 6 (celkem 8)
Obr. 5 Dokumentace procesu barvící zkoušky (horní foto: aplikace barviva v komoře L, dolní foto: detekce barviva u vstupního portálu dědičné štoly Jeroným) 7 Strana 7 (celkem 8)
Příspěvek byl zpracován za finanční podpory GAČR, projekt číslo 105/06/0068 Výzkum faktorů ovlivňujících stabilitu středověkého Dolu Jeroným v Čisté LITERATURA Kaláb, Z., Lednická, M. a Kukutsch, R. (2007): Důlní vody na lokalitě Čistá, Důl Jeroným. Uhlí-Rudy-Geologický průzkum, č. 5/2007, 31-35. Kaláb, Z., Knejzlík, J., Kořínek, R. and Žůrek, P. (2006): Cultural Monument Jeroným Mine, Czech Republic Contribution to the Geomechanical Stability Assessment. Publs. Inst. Geophys. Pol. Acad. Sc., M-29(395). Knejzlík, J. (2006): Distribuovaný systém pro monitorování v Dole Jeroným v Čisté. Transactions (Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské Technické univerzity Ostrava), Řada stavební, roč. VI, č.2/2006, 181-187. Lednická, M. a Kukutsch, R. (2007): Sledování pohybů hladiny důlních vod v historickém důlním díle Jeroným. Transactions (Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské Technické univerzity Ostrava), Řada stavební, roč. VII, č.2/2007, v tisku. Žůrek, P., Kořínek, R., Michalčík, P., Štěpánková, H., Daněk, T., Kukutsch, R., Kaláb, Z., Knejzlík, J. a Lednická, M. (2005): Komplexní sledování geotechnických problémů lokality Čistá Důl Jeroným, období 2004-2005. Uhlí, Rudy, Geologický průzkum, 9/2005, 31-34. 8 Strana 8 (celkem 8)