Černé uhlí je díky svým vlastnostem a využití v různých sektorech průmyslu strategickou surovinou budoucnosti. Experti odhadují jeho celosvětové zásoby na zhruba 479 000 milionů tun. Jeho efektivní a ekonomicky rentabilní těžbu předpokládají díky dynamické modernizaci technologií na dalších nejméně 200–300 let.
Jak a kde se tedy v České republice černé uhlí těží?
Na našem území se černé uhlí v minulosti těžilo v několika lokalitách (plzeňsko-manětínská pánev, kladensko-slánská pánev a další). Po jejich útlumu v 90. letech minulého století zůstal jediným činným ostravsko-karvinský černouhelný revír v jižní části Hornoslezské uhelné pánve, jejíž větší část (asi 80 %) leží v Polsku. V něm těží kvalitní černé uhlí s nízkým obsahem síry a vysokým obsahem uhlíku ve čtyřech dolech dceřiná společnost NWR, OKD, a.s.
Dobývání na Ostravsku bylo definitivně ukončeno v devadesátých letech minulého století. V současné době se těží v Moravskoslezském kraji na Karvinsku a Frýdecko-Místecku. V roce 2010 zde vytěžila společnost OKD zhruba 11,4 milionu tun uhlí.
Zjednodušeně lze říci, že se zde dobývají dva typy uhlí: energetické, které nachází využití jako palivo s vysokou výhřevností, a koksovatelné, používané pro výrobu koksu. Další dceřiná společnost NWR, OKK Koksovny, a.s., je totiž největším evropským producentem slévárenského koksu.
Specifika ostravsko-karvinského černouhelného revíru
Díky ambicióznímu investičnímu programu POP 2010, kdy byly doly NWR vybaveny nejmodernějšími dobývacími a razicími komplexy od špičkových světových výrobců, se daří zpřístupňovat zásoby v hloubkách a podmínkách, kde to předchozími technologiemi z hlediska efektivity, bezpečnosti a technické vybavenosti nebylo možné.
Ostravsko-karvinský černouhelný revír totiž patří z hlediska náročnosti těžby k nejkomplikovanějším na světě. To je dáno především geologickými podmínkami s mnoha tektonickými zlomy procházejícími jednotlivými slojemi a hloubkou, z níž je uhlí dobýváno. Průměrná hloubka dobývání uhelných zásob činí v ostravsko-karvinském revíru 930 metrů. Nejhlubší jáma Doubrava III na Dole Karviná má délku 1 177 metrů a nejhlubší činné patro se nachází na Dole Paskov v absolutní hloubce 1 120 metrů od povrchu.
Těžba na Ostravsku a Karvinsku má několikasetletou tradici. Se systematizovanou těžbou se v revíru začalo zhruba v polovině 18. století, k rozvoji pravidelného dolování došlo v 19. století v souvislosti s rozvojem železáren a výstavbou železnice.
V ostravsko-karvinském revíru je uloženo 90 % veškerých černouhelných zásob České republiky.
Od záměru k těžbě
Od prvotního záměru těžit v konkrétní lokalitě uhlí a plyn, který je na ložiska tradičně navázán, k první tuně vyvezené na povrch, vede dlouhá a komplikovaná cesta. Jak se tedy vlastně černé uhlí těží a co jeho těžbě předchází?
Aby bylo možné lokalizovat černouhelné ložisko a kvalifikovaně určit, co se v něm nachází, je v první řadě nutné provést vrtný geologický průzkum z povrchu. Ten určí, co se v daném ložisku nachází, je možné vypočítat zásoby, které jsou pod zemí uloženy, a stanovit dobývací prostor. Následně je nutné provést dodatečný průzkum v podzemí, díky němuž dojde k upřesnění objemu zásob v dobývacím prostoru.
Každý důl má totiž na základě legislativy vymezen dobývací prostor černého uhlí, případně i karbonského zemního plynu. Před realizací otvírky je nutné vyřešit přísné legislativní normy, které těžařům přikazují vyřešit vztahy a okolnosti průzkumu a těžby s místními samosprávami, obyvateli a orgány, v jejichž kompetenci je ochrana životního prostředí.
Před podáním žádosti o povolení hornické činnosti je nutné potvrdit předpoklady, že průzkum a těžba nebude mít zásadní negativní vliv na obyvatele ani okolní přírodu a je v moci těžařů tyto vlivy eliminovat. Je proto dle zákona nutné připravit studii dopadů na životní prostředí, tzv. EIA.
Uhelné sloje, které jsou v ostravsko-karvinském revíru uloženy převážně horizontálně. Mocnost karvinských slojí se pohybuje od 1 do 6,5 metru, hlouběji uložené ostravské sloje nyní dobývané v lokalitě Staříč a v Dole Lazy se vyskytují ve slojích s mocností od 0,8 do 1,3 metru.
Společnost NWR těží uhlí v devíti dobývacích prostorech na rozloze 121 km². Ke konci roku 2010 měla ve svých dolech uhelné rezervy zhruba 206 milionů tun.
Těžíme uhlí
Po vyřešení legislativních náležitostí týkajících se možného zahájení těžby v konkrétní lokalitě se na základě znalosti ložiska na nejvhodnějším místě dobývacího prostoru vyhloubí dvě jámy. První slouží k dopravě mužstva a materiálu, druhá k těžbě vydobyté suroviny. Jámy mají také zásadní význam pro vedení větrů pro důlní díla. Jedna z nich je proto vtažná, kterou proudí vzduch pod zem, druhá výdušná, jíž vzduch z dolu odchází zpět na povrch. Výdušná jáma je vybavena výkonným hlavním důlním ventilátorem. Tento fakt má zásadní význam pro bezpečnost v dole především v důsledku zvládnutí důlního plynu a klimatických poměrů na pracovištích.
Při otvírce dolu se ložisko rozdělí na patra v horizontálních rovinách a mezi prvním a druhým patrem se posléze začne dobývat odshora dolů a od hranice dobývacího prostoru k jámě. Patra jsou rozdělena patrovými překopy, které jsou raženy v kameni a procházejí slojemi, aby byla zaručena jejich stabilita. Oddílovými překopy se zároveň rozdělí prostor od hranice dobývacího prostoru k jámě. Ve sloji se vyrazí propojení mezi patry pro vedení větru. Následně se prorážkou propojí chodby a dodá technologie pro těžbu v porubu. Po ukončení těžby v porubu se vyrazí nové chodby a proces těžby je zahájen v novém porubu.
Technologická revoluce v dolech NWR
Uhlí je v ostravsko-karvinském revíru těženo nejčastěji pomocí kombajnů, v případě slojí ostravského typu pluhy. Společnost NWR investovala v uplynulých třech letech téměř 10 miliard korun do nákupu nejmodernějších razicích a dobývacích technologií. Bylo nakoupeno 12 dobývacích komplexů od firmy BUCYRUS, 13 razicích kombajnů s kompletním podpůrným závěsem převážně od firmy SANDVIK a 12 klasických razicích setů, vybavených vrtacím strojem a nakladačem vyrobených firmou DEILMANN HANIEL. K vyztužování porubů se používá mechanizovaná výztuž.
Ostravsko-karvinský uhelný revír je navíc specifický tím, že zatímco ve světě je běžná koncepce „jeden důl, jeden porub“, v dolech NWR je v průměru v každém dole provozováno pět porubů.
Pro představu: Nové porubové komplexy dokázaly v roce 2010 produkovat v průměru asi 2 800-3 000 tun uhlí na porub denně. Některé poruby dosahovaly denní produkce špičkově až 10 000 tun a průměrná denní těžba jednoho porubu se kombinací nových a starých zařízení v dolech NWR meziročně zvýšila o 15 % na 1 743 tun. Zavedení nových technologií se pozitivně projevilo ve výkonnosti dolů.
Těžba v porubu
Těžba v porubu probíhá od hranice dobývacího prostoru směrem k jámě. Vytěžený prostor je následně vyplněn řízeným závalem, což je příčinou toho, že těžební činnost může vést k projevům na povrchu. Proto se před začátkem těžby v konkrétní lokalitě vypracovává tzv. „poklesová mapa“, která specifikuje, v jakých lokalitách může dojít k poklesům. Před zahájením těžby se realizují výkupy pozemků a objektů, u nichž se předpokládá negativní vliv těžby.
Vytěžené uhlí se po pásech těží vyraženými důlními díly do zásobníku. Následně se sváží vlakem nebo pásem do skipového zásobníku u výdušné jámy. Odsud je uhlí skipovou nádobou, do níž se vejde přibližně dvacet až třicet tun vytěžené suroviny, vyvezeno a vysypáno do zásobníku skipové věže na povrchu.
S těžbou uhlí zároveň neodmyslitelně souvisí seismické otřesy jako důsledek uvolňování energie nakumulované v masivu v souvislosti s přeskupováním napětí, ke kterému dochází při těžbě. Seismické jevy doprovázejí hornictví od jeho počátku. Jsou důsledkem vydobytých partií vytvořených hornickou činností za více než stoleté období, hloubkou a průvodními pevnými horninami dobývaných slojí aktivní části revíru. Četnost výskytu a úroveň intenzity seismických jevů je dlouhodobě sledována a vyhodnocována pro přijetí protiotřesových opatření při těžbě a ražbě.
Úprava uhlí
Ze skipové věže surové uhlí směřuje po pásovém dopravníku na úpravnu. Uhlí zde prochází třídicími síty a je rozdružováno v těžké kapalině a v sazečkách nebo cyklonech podle velikosti uhlí. Díky tomu dochází k oddělení uhlí od kamene. Mokré uhlí je odvodňováno v odstředivkách a na filtrech, případně v sušárně, kde je pomocí horkého vzduchu vysušeno.
Uhlí je na úpravně zbaveno hlušiny. Hlušina je zčásti využívána ve stavitelství. Například Důl Paskov prodal loni pro stavební účely téměř jeden milion tun hlušiny. Hlušina zároveň nachází využití při rekultivačních pracích v rámci zahlazování následků hornické činnosti.
Moderní úpravny neprodukují kaly, naopak zásoby kalu z venkovních nádrží jsou schopné zhodnotit jako surovinu pro další využití především v energetice.
Technická likvidace dolu
Po ukončení těžby dochází k technické likvidaci dolu. Při tomto procesu je nutné klást důraz na bezpečnostní problematiku ve vztahu k dalším dolům. Dobývací prostory na Karvinsku spolu sousedí. Je třeba proto dbát na to, aby nedocházelo k jejich vzájemnému ovlivnění, například zatápěním. Při likvidaci dolu se z podzemí vyvezou všechna ekologicky riziková zařízení. Hlavní důlní dílo – jáma – je následně zasypáno kamenem nebo cemento-popílkovou směsí.
Po ukončení důlní činnosti se doly samovolně zaplavují podzemní vodou, která vykazuje vysokou salinitu. Jsou prováděna opatření proti výstupu důlního plynu na povrch, zejména k ochraně objektů a podobně.
Důlní plyn
Důlní plyny vznikají jako vedlejší produkt při těžbě uhlí a mají jiné složení než zemní plyn doprovázející ropu. Důlní plyn nazývaný také „karbonský zemní plyn“ je z více než 90 % tvořen metanem, který má vynikající výhřevnost.
Plyn se při ražbě a vlastním dobývání uvolňuje z masivu, v němž je vázán. Část plynu, který je ředěn větráním, je z důlního díla odváděna přirozeně výdušnou jámou. Důlní plyn totiž v kombinaci se vzduchem tvoří při koncentraci 5-15 % vysoce třaskavou směs. Část důlního plynu je odváděna degazačními vrty a degazačním potrubím ve výdušné jámě do degazační stanice na povrchu, kde je plyn čištěn a předán do sítě k dalšímu využití.
Černé uhlí jako strategická surovina budoucnosti
Vzhledem k ubývajícím zásobám ropy je černé uhlí považováno za surovinu budoucnosti se širokým spektrem průmyslového využití. Pozornost se soustřeďuje především na efektivní energetické využití uhlí při výkonnějším spalování v elektrárnách. Odborníci zároveň hledají metody přeměny uhlí na kvalitní ekologické palivo pro automobily. Uhlí bude muset v budoucnu pravděpodobně nahradit ropu v chemickém průmyslu, ale i v dalších odvětvích.