Wpływ eksploatacji na powierzchnię

Spis treści:

I. Deformacja górotworu i powierzchni 1

1. Deformacje nieciągłe powierzchni. 1

2. Deformacje ciągłe powierzchni 2

II. Szkody górnicze. 3

1. Sposoby ustalania stopnia zagrożenia powierzchni 3

III. Ćwiczenia. 4

I. Deformacja górotworu i powierzchni

Deformacje górotworu w otoczeniu wyrobisk wybierkowych i ugięcie powierzchni ziemi zależą od:

— sposobu kierowania stropem, rodzaju podsadzki i jej ściśliwości;

— grubości eksploatowanego pokładu;

— głębokości zalegania eksploatowanego pokładu;

— szerokości wyrobiska ścianowego;

— podporności obudowy;

— prędkości postępu frontu eksploatacji;

—budowy geologicznej i hydrogeologicznej górotworu (tj. rodzaju skał, ich zawodnienia, zaburzeń tektonicznych).

Wpływy eksploatacji mogą ujawnić się w postaci deformacji ciągłych i nieciągłych.

1. Deformacje nieciągłe powierzchni.

Charakteryzują się przerwaniem pierwotnej ciągłości warstw skalnych lub powierzchni ziemi i występują w mniejszej odległości od wyrobiska, które było przyczyną ruchów skał. Nie występują tutaj strefy ugięcia.

Wielkość deformacji jest zróżnicowana i ujawnia się w postaci zapadlisk, rowów, lei itp.

Deformacje nieciągłe powierzchni powodowane są najczęściej eksploatacją płytko zalegających pokładów oraz obsuwaniem się terenu nad płytko zalegającymi pustkami eksploatacyjnymi np. rysunek 1.

Rys. 1. Przekrój deformacji leja stożkowego powstałego w obszarach płytkiej eksploatacji górniczej.

1- nadkład
2- skały zwięzłe
3- zawalisko wyrobiska wybierkowego
4- zapadlisko
5- otwór w skałach zwięzłych tzw. okno.

2. Deformacje ciągłe powierzchni

Przez deformację ciągłą rozumie się obniżenie powierzchni ziemi pod wpływem podziemnej eksploatacji złóż. Występuje strefa ugięcia warstw skalnych bez przerwania ich ciągłości. Nad wybranym pokładem tworzy się niecka, zwana niecką osiadania (rys.2).

Najistotniejszy wpływ na wielkość obniżeń ma grubość pokładu oraz sposób kierowania stropem. Obniżenie terenu przy wybieraniu z podsadzką hydrauliczną wynosi od 3 do 30% grubości wybranego pokładu, a przy wybieraniu z zawałem do 70%.

Rys. 2. Deformacja górotworu i powierzchni.

Maksymalne obniżenie powierzchni, wynosi

W_max = h ∙ a, gdzie

h — grubość eksploatowanego pokładu (m),

a —współczynnik osiadania zależny od sposobu kierowania stropem, a = 0,7 dla eksploatacji z zawałem stropu, a = 0,03 do 0,3 dla eksploatacji z podsadzką hydrauliczną,

Rys.3. Zasięg wpływów eksploatacyjnych w niecce osiadania.

Chcąc wyznaczyć zasięg wpływów eksploatacyjnych (rys.3), 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 55⁰ do 70⁰ i więcej.

W niecce osiadania można wyróżnić trzy obszary:

Obszar środkowy, położony wewnątrz niecki między punktami E i G (rys. 3.). Obiekty tutaj po łożone zazwyczaj nie doznają większych uszkodzeń.

Strefa brzeżna wewnętrzna, położona między punktami EC i GD (rys. 3.). Powierzchnia terenu w tej strefie zakrzywia tak, że staje się wklęsła. W wyniku tego obiekty tutaj położone poddane są działaniu sił ściskających.

Strefa brzeżna zewnętrzna, położona między punktami CF i DH (rys. 3.). Powierzchnia terenu w tej strefie staje się wypukła. Obiekty narażone są więc na działanie sił rozciągających.

Ze względu na charakter obiektów i ich wytrzymałość ustalono cztery kategorie ochrony.

Czas osiadania powierzchni w warunkach Górnośląskiego Zagłębia trwa od 5 do 10 lat.

II. Szkody górnicze

1. Sposoby ustalania stopnia zagrożenia powierzchni

Istnieje kilka wskaźników ustalania stopnia zagrożenia powierzchni. Najczęściej używane (według obliczeń prof. W. Budryka i S. Knothego) są: największe przewidywane nachylenie terenu T w punkcie przegięcia krzywej profilu niecki oraz wielkość maksymalnych odkształceń poziomych ε.

Największe przewidywane nachylenie terenu T w punkcie przegięcia krzywej profilu niecki (rys. 4) wynosi:

gdzie W_max= a ∙ h

W_max — maksymalne obniżenie powierzchni

h — grubość pokładu,

a — współczynnik osiadania

Rys. 4. Rozkład krzywizn w brzeżnej części profilu

Wielkość maksymalnych odkształceń poziomych (mm/m) można obliczyć z wzoru:

gdzie C = 0,12 do 0,14 - dla pokładów poziomych lub mało nachylonych

Tabela 1 podaje kategorie ochrony budynków przy eksploatacji pokładów o małym nachyleniu (według W. Budryka).

Kategoria	Stopień ochrony	Dopuszczalna wielkość odkształceń mm/m
Kategoria	Stopień ochrony	T	ε
I	dopuszczalne bardzo małe uszkodzenie, nieszkodliwe zarysowania murów	⩽ 2,5	⩽ 1,5
II	dopuszczalne uszkodzenia, które da się łatwo usunąć	5	3
III	dopuszczalne uszkodzenia duże, które nie grożą zniszczeniem budynku	10	6
IV	konieczne odpowiednie zabezpieczenie budowli (np. kotwienie)	15	9

Tabela 1. Kategorie ochrony budynków przy eksploatacji pokładów o małym nachyleniu

III. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1. W pokładzie węgla o niewielkim nachyleniu i grubości 3m prowadzi się eksploatację na zawał. Głębokość zalegania wynosi 400 m, współczynnik a=0,65. Kąt β wynosi 60⁰. Jaka będzie kategoria ochrony budynków?

Ćwiczenie 2. Do eksploatacji przewidziano pokład węgla znajdujący się pod centrum miasta, dla którego przewidziano kategorię ochrony I. Pokład jest o niewielkim nachyleniu o grubości 3,6 m i zalega na głębokości 200 m. Kąt β wynosi 60⁰. Jaki wybierzesz sposób kierowania stropem?

Ćwiczenie 3. Do eksploatacji przewidziano pokład węgla znajdujący się pod osiedlem mieszkaniowym, dla którego przewidziano kategorię ochrony II. Pokład jest o niewielkim nachyleniu o grubości 1,6 m i zalega na głębokości 600 m. Kąt β wynosi 60⁰. Jaki wybierzesz sposób kierowania stropem?

Zebrał i opracował: Czesław Zając marzec2007r, luty 2015r, styczeń 2017, maj 2018

Bibliografia:

- Bielewicz. T, Prus B., Honysz J. Górnictwo, Wydawnictwo Śląsk 1993 r.

- Korman J. Górnictwo Wydawnictwo Śląsk 1972 r.

- Kozubski F.: Miernictwo górnicze, Katowice 1972