Główna Kluczowa Sztolnia Dziedziczna – rewitalizacja

Otwór wlotowy sztolni znajduje się w jednym z najniżej położonych punktów Wyżyny Górnośląskiej, w dolinie rzeki Bytomki, w rejonie dzisiejszego centrum Zabrza. Wyrobiska sięgały pola wschodniego kopalni Król w Chorzowie (dzisiejszy obszar Parku Śląskiego). Sztolnia miała całkowitą długość 14,25 km. Łączna długość odtworzonych i zabezpieczonych wyrobisk w ścisłym centrum Zabrza wynosi ponad 4 km. Głębokość zalegania stropu sztolni względem powierzchni terenu jest zmienna i kształtuje się od 0 m przy wylocie w centrum miasta do ok. 45 m w rejonie szybu Carnall, znajdującego się ok. 2,5 km od wylotu sztolni. W odległości ok. 100 m od wylotu znajduje się ciek powierzchniowy – rzeka Bytomka, do której obecnie przepompowywana jest woda ze sztolni. Obszar powierzchni terenu, znajdujący się bezpośrednio nad wyrobiskami lub w zasięgu ich bezpośredniego oddziaływania, obejmuje ok. 150 000 m² i zlokalizowany jest w obrębie silnie zurbanizowanego obszaru Zabrza. W pracach rewitalizacyjnych, mających na celu zabezpieczenie i ochronę dziedzictwa górniczego Górnego Śląska, udostępnienie sztolni turystom oraz przywrócenie pierwotnej funkcji odwadniającej, brało udział łącznie blisko 100 firm z branż: górniczej, budowlanej, instalacyjnej, mechanicznej i elektrotechnicznej.
 

Czytaj też: Zabytki nieruchome – zasady prowadzenia robót budowlanych
 

Główna Kluczowa Sztolnia Dziedziczna. Rys historyczny

Budowę Głównej Kluczowej Sztolni Dziedzicznej rozpoczęto 23 czerwca 1799 r., a zakończono w 1863 r. W pierwszych latach budowy udostępniała i odwadniała płytko zalegające, powyżej jej poziomu, pokłady węgla, które stały się źródłem surowca dla rozbudowującej się Kopalni Królowa Luiza. Od roku 1806 rozpoczęto transport łodziami (spławianie) węgla sztolnią. Jednocześnie kontynuowano drążenie sztolni w kierunku południowo-wschodnim. Budowa realizowana była metodą wielu przeciwprzodków, prowadzonych równocześnie z wielu świetlików (szybów) wydrążonych na trasie projektowanego przebiegu. Zasoby węgla w partiach złoża, odwadnianych sztolnią, zostały wyeksploatowane do początku lat 30. XIX w. W 1834 r. rozpoczęto eksploatację w kopalniach węgla poniżej poziomu sztolni. Kopalnie w tym rejonie odwadniano za pomocą pomp, a wodę wylewano do sztolni i głównego kolektora. Prowadzenie robót górniczych poniżej poziomu sztolni, przy ówczesnym braku wiedzy na temat metod ochrony przed szkodami górniczymi, w krótkim czasie skutkowało wystąpieniem nieprzewidzianych deformacji jej spągu i spękań górotworu. W latach 30. XX w. kopalnia została podzielona na dwie: Królowa Luiza Zachód i Królowa Luiza Wschód, a po II wojnie światowej otrzymały one nazwy Zabrze – Zachód, Zabrze – Wschód.
 

W roku 1953, po przejęciu głównego odwadniania pola wschodniego kopalni Zabrze przez szyby, zdecydowano się na likwidację Głównej Kluczowej Sztolni Dziedzicznej poprzez otamowanie (zamurowanie) jej wylotu w sposób umożliwiający samoczynny spływ wód prowadzonych przez sztolnię. Pomimo tego oraz upływu niemal 60 lat i znacznego wypełnienia wyrobisk osadami, wciąż pełniła rolę odwadniającą i odprowadzała znaczne ilości wód podziemnych do rzeki Bytomki.
 

W roku 1999, w trakcie robót ziemnych w rejonie ul. Karola Miarki natrafiono na wyrobiska – sztolnia nadal istniała i płynęły nią znaczne ilości wód zanieczyszczonych ściekami komunalnymi. Przeprowadzone w tym samym roku pierwsze rekonesanse potwierdziły doskonały stan obudowy na ok. 250-metrowym odcinku sztolni. Wtedy też realna stała się idea zachowania dziedzictwa górniczego Górnego Śląska przez rewitalizację i udostępnienie dla ruchu turystycznego kompleksu najstarszych w kraju wyrobisk górnictwa węgla kamiennego.
 

W roku 2009 Gmina Zabrze zainicjowała pierwsze działania, które polegały na uzyskaniu dostępu do wyrobiska sztolni poprzez udrożnienie szybu górniczego Carnall, a także wyrobisk przyszybowych, tymczasowym zabezpieczeniu zniszczonych i najbardziej niebezpiecznych fragmentów obudowy oraz likwidacji nieszczelności instalacji kanalizacyjnych w rejonie sztolni.

Główna Kluczowa Sztolnia Dziedziczna. Warunki geotechniczne

Sztolnia została wydrążona metodą ręczną (ręczne kucie dłutem, młotem i klinem oraz transport urobku w koszach i taczkami) na przeważającej długości w warstwach skał karbonu, reprezentowanych głównie przez warstwy piaskowców i mułowców o różnej grubości. Początkowy, najpłytszy jej odcinek został wykopany i wydrążony w plejstoceńskich utworach nadkładu, stanowiących głównie piaski o różnym uziarnieniu oraz utwory gliniaste.

Górotwór karbonu, w którym została wydrążona pod Zabrzem Główna Kluczowa Sztolnia Dziedziczna, ma rozwiniętą tektonikę z licznymi zaburzeniami.

Dominującymi strukturami tektonicznymi są nasunięcie Kopalni Concordia oraz kopuła Zabrza, w których utwory karbonu cechują się występowaniem fałdów o dużych amplitudach, a także dużą liczbą uskoków tektonicznych o zróżnicowanym przebiegu i zrzutach od kilku do kilkudziesięciu metrów. Skomplikowana tektonika górotworu w rejonie miasta oraz Głównej Kluczowej Sztolni Dziedzicznej spowodowała, że najgrubsze pokłady węgla, które dzisiaj w innych rejonach Górnego Śląska eksploatowane są na głębokościach przekraczających 1 km, występują na głębokości kilku metrów pod powierzchnią terenu.

Główna Kluczowa Sztolnia Dziedziczna. Geneza rewitalizacji obiektu

Zasadniczym i pierwotnym założeniem rewitalizacji Głównej Kluczowej Sztolni Dziedzicznej było zachowanie dla potomnych i udostępnienie dla ruchu turystycznego najstarszych zachowanych w Polsce podziemnych obiektów górnictwa węgla kamiennego.

W trakcie prowadzenia prac zbadano i określono oddziaływanie sztolni na środowisko, stosunki wodne oraz powierzchnię terenu.

W silnie zurbanizowanym rejonie, narażonym na niekorzystne oddziaływania wyrobiska na środowisko, nie prowadzono nigdy żadnych prac mających na celu ich zdefiniowanie lub zapobieganie im, a także żadnej profilaktyki zagrożeń. Przyczyną tego stanu rzeczy był fakt, iż na przełomie XIX i XX w. nie znano mechanizmów powstawania tego typu oddziaływań oraz zagrożeń, a po zlikwidowaniu wylotu sztolni wyrobisko skreślono z ewidencji i uznano sprawę za zakończoną, pomimo występowania w przeszłości zapadlisk powierzchni terenu w rejonie trasy sztolni. W przypadku zawalenia się części wyrobiska zasadniczymi problemami były: zagrożenie deformacjami nieciągłymi (zapadliskami) w strefie bezpośrednio nad nim, utrata jego funkcji odprowadzania wód podziemnych oraz zaburzenie stosunków wodnych pod samym centrum i śródmieściem miasta. Kluczowa jest tutaj kolejność powstawania odcinków sztolni oraz miasta – Zabrze powstało później, a więc zostało zbudowane nad sztolnią i na gruntach przez nią odwodnionych. Przywrócenie pierwotnych stosunków wodnych przez fizyczną likwidację lub samolikwidację sztolni skutkowałoby podtopieniami budynków, powstawaniem miejskich mokradeł oraz zmianą warunków gruntowych posadowienia znacznej części budowli. Mając powyższe na uwadze, rozszerzono zakres rewitalizacji o dodatkowe wzmocnienie obudowy wyrobisk oraz wyposażenie sztolni w system ujmowania i uzdatniania wód kopalnianych.

Polecamy: Wykorzystanie termowizji w obiektach zabytkowych
 

Rewitalizacja Głównej Kluczowej Sztolni Dziedzicznej

Podstawowym problemem przy planowaniu i realizacji rewitalizacji sztolni był jej charakter – wąskiego, długiego obiektu liniowego z jedynie trzema drogami komunikacyjnymi z powierzchnią terenu, gdzie należało bezwarunkowo zachować funkcję transportu dla powietrza (wentylacja wyrobisk), energii elektrycznej, wody ppoż., materiałów, wywożenia osadów oraz dojścia pracowników i drogi ewakuacyjne. Wszystkie roboty realizowane były jako górnicze, zgodnie z prawem geologicznym i górniczym, oraz pod kontrolą organów nadzoru górniczego.
 

W roku 2012 rozpoczęto udrażnianie sztolni z osadów zalegających lokalnie do wysokości 3 m (80-90% przekroju wyrobiska). W latach 2012-2017 wywieziono z niej i zutylizowano ok. 20 tys. ton mułu. W trakcie tych robót rozważano i testowano hydrotransport, transport przenośnikami taśmowymi oraz zgrzebłowymi, a także kołowy ładowarką elektryczną osadów, jednak najefektywniejszy okazał się, tak jak 200 lat temu, załadunek ręczny łopatami i transport taczkami. Wszystkie inne urządzenia grzęzły w mule.

W zabezpieczeniu sztolni jako wyrobiska górniczego przyjęto założenie, że należy zachować w maksymalnym stopniu istniejące gabaryty oraz konstrukcje, a w przypadkach koniecznych stosować należy rozwiązania i materiały z epoki drążenia sztolni lub współczesne, jak najmniej ingerujące konstrukcyjnie oraz wizualnie w istniejący obiekt. Dla wszystkich projektów wymagane było uzyskanie od wojewódzkiego konserwatora zabytków pozwolenia na prowadzenie robót budowlanych przy zabytku wpisanym do rejestru.

Początkowy odcinek sztolni, o długości ponad 1000 m, wykonany jest w większości w obudowie murowej ze sklepieniem łukowym, kołowym, posadowionym na prostych ścianach ociosowych (jako materiału użyto bloków piaskowcowych). Po udrożnieniu tego odcinka z osadów, szczegółowo zweryfikowano stan techniczny obudowy, geometrię sztolni, a w szczególności jej niwelację pod względem dalszego grawitacyjnego odprowadzania wód podziemnych do wylotu i dalej do rzeki Bytomki. Prace naprawcze na tym odcinku obejmowały oczyszczenie murów ociosowych oraz sklepień z resztek osadów i nacieków, naprawę oraz uzupełnienie ubytków, a także uszkodzeń spoin. Badaniom poddano sposób posadowienia murów ociosowych, w wyniku których konieczne były częściowe wymiany oraz przemurowania dolnych ich warstw, a także wylanie na całym odcinku płyty spągowej jako uszczelnienia zarówno spągu, jak i dolnego rygla stabilizującego posadowienie oraz rozpierającego mury ociosowe. W kilku miejscach mur obudowy sztolni był na tyle uszkodzony i rozluźniony, że konieczne było jego przemurowanie na całym obwodzie. Dla uszczelnienia dolnego odcinka murów ociosowych i ograniczenia wymywania gruntu zza nich, wykonano do projektowanego poziomu wody powłokę uszczelniającą z betonu natryskowego.
 

W dalszych odcinkach sztolni wydrążonych w skale występują zróżnicowane sposoby zabezpieczeń, od obudowy murowej ze sklepieniem w stropie, przez obudowę murową ze ścian prostych w ociosach, po całkowity brak zabezpieczeń, gdzie wyłom skalny jest stabilny i zapewnia wymaganą nośność wokół sztolni.
 

Prace naprawcze obudowy murowej polegały głównie na uzupełnianiu i wymianie spoin, natomiast na odcinkach, gdzie jej nie było, w zależności od wyników oceny stateczności wyłomu skalnego, stosowano zabezpieczenia typowo górnicze, tj. kotwienie wklejanymi kotwami stalowymi oraz kotwienie wraz z iniekcją szczelin i pęknięć kotwami strunowymi oraz klejami mineralno-organicznymi. Dla zabezpieczenia przed opadem odłamków skalnych ze stropu i lokalnie z ociosów, zastosowano osłonę z przykotwionych do wyłomu skalnego, górniczych siatek stalowych. Zdecydowano o kompleksowej przebudowie rejonu podszybia szybu Carnall, ze względu na stopień spękania bloków piaskowca w stropie oraz szerokość komory przyszybowej i skrzyżowań sztolni z wyrobiskami przyszybowymi. Po analizie rozwiązań historycznych obudów górniczych, stosowanych w okresie drążenia tego odcinka sztolni, oraz w nawiązaniu do istniejących w pobliżu rozwiązań technicznych, postanowiono wykonać zabezpieczenie obudową
murową z cegły. Po wstępnym wzmocnieniu górotworu kotwieniem iniekcyjnym, wybudowano na odcinkach wyrobisk korytarzowych obudowę murową ze sklepieniem łukowym, w komorze o znacznej szerokości zastosowano strop odcinkowy z cegły i stalowych belek dwute- owych, opartych na murach prostych, a dodatkowo podwieszonych do stropu skalnego kotwami stalowymi. Natomiast w miejscu krzyżowania się wyrobisk wymurowano skrzyżowanie z czterostronnym sklepieniem łukowym, kołowym. Szczególnym wyzwaniem było zabezpieczenie strefy całkowitego zawału sztolni, gdzie naturalnie wytworzone sklepienie skalne miało tendencje do sukcesywnego przemieszczania się ku powierzchni terenu. W rejonie tym zastosowano obudowę specjalną stalowo-betonowo-murową. W pierwszej kolejności stopniowo udrażniano strefę zawału i budowano zabezpieczenie z prostokątnych ram stalowych, zgodnie ze sztuką górniczą. Zarówno ich szerokość, jak i wysokość były większe niż zewnętrzny obrys oryginalnej obudowy murowej na tym odcinku sztolni. Następnie ramy służyły jako szalunek dla wypełnienia pustki w górotworze, wokół wytworzonego stalowego pancerza. Szczelne wypełnienie betonem przestrzeni pomiędzy ramami a wyłomem skalnym było konieczne dla ochrony terenu nad sztolnią przed propagującą ku powierzchni pustką. Mieszankę betonową wytwarzano na miejscu, w sztolni, i zatłaczano za stalową obudowę. W ociosach i stropie zabudowano rurki kontrolno-odpowietrzające. Pod tak zrealizowanym wstępnym zabezpieczeniem sztolni wykonano rekonstrukcję zawalonej obudowy murowej sklepieniowej, natomiast przestrzeń pomiędzy stalowym pancerzem a obudową murową analogicznie wypełniono betonem. Prowadzenie prac rewitalizacyjnych nie byłoby możliwe bez sprawnego transportu materiałów z powierzchni terenu i zapewnienia odpowiedniej wentylacji wyrobisk.

Pierwsze zagadnienie rozwiązano przez wydrążenie, współczesnymi technologiami oraz konstrukcjami obudowy górniczej, wyrobiska diagonali transportowej. Jest ono pochyłe, łączy powierzchnię terenu z rejonem podszybia szybu Carnall na głębokości 40 m. Początkowy odcinek w warstwach gruntów wykonany został metodą wykopową jako portal żelbetowy ze ścianami oporowymi. W dalszym odcinku diagonalę zrealizowano metodami górniczymi. Na uwagę zasługuje fakt zastosowania w zabudowie miejskiej metody drążenia z wykorzystaniem materiału wybuchowego. Po ukończeniu drążenia zabudowano kolejkę podwieszaną o napędzie spalinowym, przystosowaną do transportu materiałów oraz osób. Kwestię wentylacji rewitalizowanego odcinka Głównej Kluczowej Sztolni Dziedzicznej rozwiązano przez odwiercenie, z powierzchni terenu do sztolni, wielkośrednicowego otworu i wybudowanie przy nim stacji wentylatorów z komorą wentylatorów, dyfuzorem wyrzutni powietrza oraz tłumikami hałasu.

Obecnie Główna Kluczowa Sztolnia Dziedziczna z powodzeniem pełni rolę obiektu zabytkowego, turystycznego oraz odwadnia i reguluje stosunki wodne pod Zabrzem. Nie występuje też zagrożenie zapadliskami dla wysoce zurbanizowanej powierzchni terenu nad nią. Kanałem odwadniającym pływają jak przeszło 200 lat temu łodzie, ale już nie z węglem, a z turystami. W całym kompleksie najstarszych zachowanych wyrobisk górnictwa węgla kamiennego można bezpiecznie podziwiać sztukę górniczą sprzed dwóch wieków. Obecnie sztolnia przyjęła marketingową nazwę Sztolnia Królowa Luiza (www.sztolnialuiza.pl). W 2019 r. jej rewitalizacja została wyróżniona, otrzymując w Paryżu Nagrodę Europa Nostra 2019. Przyznanie sztolni Grand Prix jest ukoronowaniem starań muzeum o zachowanie cennego dziedzictwa kultury przemysłowej.

Arkadiusz Bączek
Muzeum Górnictwa Węglowego w Zabrzu
Zdjęcia: Łukasz Zawada

Zobacz też:

• Rewitalizacja łódzkich zabytków
• Rewitalizacja a rynek nieruchomości
• Rewitalizacja mostów kolejowych
• Młode Miasto. Rewitalizacja terenów dawnej stoczni w Gdańsku

• Modernizacja zabytkowych szpitali