Wpêyw eksploataacji na zachowanie si¬ górotworu i powierzchn.doc

Temat: 5. Wpływ eksploatacji złoża na zachowanie się górotworu i powierzchni.

W czasach gdy roboty górnicze prowadzono pod terenami nie zabudowanymi, nie było potrzeby naukowego badania wpływu eks­ploatacji podziemnej na powierzchnię. Dopiero ogromny rozwój górnictwa w XIX i XX wieku (zwłaszcza węglowego), przy równoczes­nym wzroście zaludnienia oraz zabudowie zakładów przemysłowych na terenach górniczych, przyczynił się stopniowo do większego zainte­resowania się zagadnieniem wpływów eksploatacji podziemnej na powierzchnię i górotwór.

Szczególnie po drugiej wojnie światowej nastąpił w kraju, jak i za granicą szybki rozwój badań naukowych w zakresie wpływów eks­ploatacji górniczej na powierzchnię, górotwór i obiekty.

Badania te miały na celu możliwie pełne poznanie procesów deformowania się powierzchni i górotworu pod wpływem eksploatacji górniczej, ustalenie charakterystycznych parametrów i wskaźników, koniecznych do:

- przewidywania wpływów projektowanych eksploatacji górni­czych na powierzchnię i zlokalizowane na niej obiekty,

- projektowania bezpiecznej z punktu widzenia ochrony powierz­chni eksploatacji górniczej, w sensie ograniczenia jej wpływu do możliwego minimum,

- wyznaczenia właściwych rozmiarów filarów ochronnych i bez­pieczeństwa,

- ustalenia metod profilaktyki górniczej.

Temat: 5.1. Zachowanie się górotworu w czasie eksploatacji złoża.

Drążenie wyrobisk górniczych, zwłaszcza podziemnych, oraz wybiera­nie kopaliny ze złóż powoduje naruszenie pierwotnej równowagi górotworu.

W górotworze naruszonym pojawiają się siły uruchamiające różne procesy, które prowadzą do powstania mniej lub bardziej trwałego stanu równowagi. Siły te dążą przede wszystkim do wywołania ruchu mas skalnych w kierunku wybranych przestrzeni, ruch mas skalnych zaś powoduje mniejsze lub większe deformacje górotworu nieraz nawet w znacznej odległości od wyrobisk górniczych oraz różne deformacje powierzchni ziemi.

Ogólnie deformacje górotworu i powierzchni ziemi zachodzące pod wpływem ruchów mas skalnych dzieli się na ciągłe i nieciągłe.

Deformacje ciągle powstają w większej odległości od wyrobiska, które było przyczyną ruchu mas skalnych, jest to tzw. strefa ugięcia charakteryzująca się tym, że warstwy skalne lub powierzchnia ziemi wyginają się bez przerwania ich ciągłości.

Deformacje nieciągle charakteryzują się przerwaniem pierwotnej ciągłości warstw skalnych lub powierzchni ziemi i występują w mniej­szej odległości od wyrobiska, które było przyczyną ruchów skał, są to tzw. strefy zawału i bezpośrednio z nią sąsiadujące strefy spękań. Tak więc wokół wyrobiska podziemnego tworzą się strefy: zawału, spękań, ugięcia.

Zasięg strefy zawału zależy od wymiarów wyrobiska i stopnia rozluzowania skał otaczających wyrobisko, a w przypadku gdy wyrobisko otaczają skały dostatecznie plastyczne przy niewielkiej jego wysokości, następuje ugięcie stropu bez powstania strefy zawału.

W Górnośląskim Zagłębiu Węglowym wysokość zawału bywa przeważnie równa dwu- do czterokrotnej grubości pokładu. Na tej wysokości wyższe warstwy już nie ulegają zawaleniu, lecz tylko spękaniu. Jest to strefa spękań; wysokość jej jest równa wysokości strefy zawału. Ponad strefą spękań znajduje się strefa ugięcia, która sięga do powierzchni terenu.

Rys. 5.1. Powstawanie zawału i jego wplyw na powierzchnie

Rozkład stref nad wyeksploatowaną z zawałem częścią pokładu według teorii sklepienia ciśnień przedstawiono na rys. 5.1. Wszystkie trzy strefy występują wokół wyrobisk położonych na dostatecznej głębokości. Przy mniejszej głębokości strefa spękań sięgać będzie do powierzchni, natomiast przy płytkiej eksploatacji tworzą się na powie­rzchni zawaliska. W Górnośląskim Zagłębiu Węglowym zawaliska na powierzchni nie występują przy górotworze łupkowym, gdy pokład znajduje się na głębokości większej niż 50 m; przy piaskowcach natomiast krytyczna głębokość jest większa i wynosi 100 m.

Po eksploatacji w strefach zaburzeń tektonicznych, w górotworze zawierającym płynne piaski, kawerny lub stare zroby, zawaliska na powierzchni mogą występować przy znacznie większej głębokości wybierania, sięgającej nawet powyżej 300 m. Oprócz deformacji górotworu i powierzchni ziemi wywołanej robotami górniczymi na­stępuje również zmiana stosunków wodnych w górotworze wskutek spływu wód do kopalni, naruszenia warstw kurzawkowych itp.

Zarówno deformacje górotworu, jak i powierzchni ziemi oraz zjawiska towarzyszące mogą być przyczyną uszkodzenia lub znisz­czenia obiektów podziemnych, a także znajdujących się na powierzchni ziemi. Uszkodzenie lub zniszczenie takich obiektów nazywa się szkodami górniczymi.

Obecnie powszechnie stosowane są zdobycze nauki górniczej w zakresie przewidywania wielkości i rodzaju deformacji górotworu oraz zastosowanie w przypadkach koniecznych odpowiedniej profi­laktyki górniczej mającej na celu ograniczenie tych zjawisk do mniejszych rozmiarów. Wszystko to ma na celu możliwie jak najzupełniejsze wyeksploatowanie udostępnionych złóż kopalin użyte­cznych przy niewielkich stratach ponoszonych z tytułu usuwania szkód górniczych.

Temat: 5.2. Niecka osiadania, jej kształt i zasięg.

Przy eksploatacji poziomego pokładu, zalegającego na głębokości większej niż 150 m, wytwarza się nad wyeksploatowaną częścią pokładu tzw. niecka osiadania lub inaczej kotlina obniżenia (rys. 5.2).

Obejmuje ona powierzchnię większą od powierzchni wyeksploato­wanej części AB. Teoretycznie wpływ eksploatacji sięga w nieskoń­czoność, praktycznie zasięg jej wpływu ograniczony jest tzw. kątem zasięgu wplywów  β.

Chcąc wyznaczyć zasięg wpływów eksploatacyjnych, prowadzi się z punktów A i B pod kątem β proste AH i BF; teren położony pomiędzy punktami F i H objęty jest wpływami eksploatacji części pokładu AB. Dla Górnośląskiego Zagłębia Węglowego kąt β dla warstw formacji węglowej wynosi od 55 do 70° i więcej. W formacjach młodszych kąt β wynosi 45°.

Rys. 5.2. Niecka osiadania

W niecce osiadania można wyróżnić trzy obszary:

1. Obszar środkowy, położony wewnątrz niecki między punktam E i G. W obszarze tym obniżenia terenu osiągają największa wartość Wmax są jednak równomierne i dlatego w małym stopniu szkodliwe dla obiektów. Obiekty tutaj położone na ogół nie doznają większych uszkodzeń.

2.Strefa brzeżna wewnętrzna, położona wzdłuż frontu eksploatacji po jego stronie wewnętrznej (pasy EC, GD). Obniżenia terenu są tutaj nieco mniejsze

½ Wmax < W < Wmax

Są one jednak nierównomierne i dlatego powodują uszkodzenia obiektów. Powierzchnia terenu w tej strefie ulega zakrzywieniu w ten sposób, że staje się wklęsła. W wyniku tego obiekty tutaj położone poddane są działaniu sił ściskających, szczególnie niebezpiecznych dla rurociągów, torów kolejowych itp., powodujących ich wyboczenie.

3. Strefa brzeżna zewnętrzna, położona wzdłuż frontu eksploatacj po stronie zewnętrznej (pasy CF i DH). Obniżenia terenu sa tutaj nieznaczne lecz nierównomierne.

0 ...