10s ochrona powierzchni, Miernictwo
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
dr inż. Marian Poniewiera
Gliwice, luty 2008
Materiały powielane powstały na podstawie wykładów pracowników Zakładu Geodezji i Ochrony Terenów
Górniczych Pol. Śl. w Gliwicach oraz na podstawie literatury i nie stanowią publikacji w rozumieniu ustawy o
prawach autorskich
Opracowanie wyników pomiaru deformacji powierzchni terenu
1.
Wiadomości wstępne.
W wyniku eksploatacji górniczej powstają w górotworze pustki. Siły grawitacji powodują ruch mas
skalnych zaciskających je. Co z kolei prowadzi do deformacji powierzchni terenu oraz do zakłócenia pierwotnej
sytuacji geologicznej i hydrogeologicznej w rejonie eksploatacji.
Rysunek 1. Rozkład deformacji ciągłych nad eksploatacją.
Jak widać na rysunku nierównomierne obniżanie się terenu powoduje wystąpienie innych
niekorzystnych objawów eksploatacji, takich jak zmiana nachylenia terenu oraz wystąpienie stref rozciągań i
ściskań terenu co ma wpływ na obiekty budowlane.
2.
Podział wpływów eksploatacji górniczej.
Rysunek 2 Podział wpływów eksploatacji górniczej.
1
Ogólny podział wpływu eksploatacji górniczej przedstawiono na rysunku 2. Poniżej krótko omówiono
występujące na nim pojęcia:
Deformacje ciągłe – łagodne obniżenia terenu w formie niecek.
Deformacje nieciągłe – deformacje zachodzące z przerwaniem ciągłości terenu, mogą występować w postaci
szczelin, progów czy zapadlisk.
Zawodnienie i osuszenie – na wskutek eksploatacji może dojść do powstania zalewisk
i bagien albo do osuszenia danego terenu.
Wstrząsy terenu – związane są z gwałtownym wyładowaniem się naprężeń w górotworze, powstałych wskutek
naruszenia pierwotnego stanu równowagi złoża. Wstrząsy mogą być przenoszone na bardzo duże odległości.
Wyługowania i wymycia – następują wskutek dopompowywania wody z kopalni, co może wywołać erozję
takich materiałów jak sól, gips czy wapień.
Obniżenia na wskutek odwodnienia górotworu – mają charakter deformacji ciągłych i zwiększają wielkość
osiadania terenu, mogą one wystąpić daleko od rejonu eksploatacji górniczej.
3. Czynniki decydujące o rozmiarach deformacji.
Głównymi czynnikami decydującymi o rozmiarach deformacji są:
- Głębokość eksploatacji. Przy małej głębokości (do około 80m) istnieje możliwość wystąpienia
deformacji nieciągłych. Głębokość ma wpływ na zasięg wpływów.
- Grubość eksploatowanego złoża i sposób wypełnienia pustki eksploatacyjnej. Te dwa czynniki mają
wpływ na wielkość osiadania terenu.
- Kształt i wielkość wybranego pola.
- Zwięzłość występującego powyżej złoża górotworu, występowanie uskoków.
- Nachylenie pokładu.
- Szybkość frontu eksploatacji. Wraz z jej wzrostem mogą zwiększyć się uszkodzenia obiektów na
powierzchni.
- Zawodnienie górotworu.
- Istnienie wcześniejszej eksploatacji i inne.
4.
Zawodnienie terenu
Rysunek 3. Wpływ obniżeń terenu na koryto potoku.
przed eksploatacją
profil podłużny potoku
powstałe zalewisko
po zakończeniu eksploatacji
Na wskutek niejednakowego obniżenia terenu może zdarzyć się sytuacja jak na rysunku 3, że na danym
odcinku koryto potoku zaczyna się wznosić. Może to spowodować albo zmianę koryta cieku albo powstanie
zalewiska. Powierzchnia tego zalewiska jest równa największej zamkniętej warstwicy jak to jest pokazane na
rysunku 4.
Na wskutek obniżeń wywołanych eksploatacją górniczą istnieje niebezpieczeństwo powstania niecek
bezodpływowych. Czyli takich obszarów z których woda nie ma możliwości grawitacyjnego spłynięcia w inny
rejon i w przypadku znacznych opadów atmosferycznych może zbierać się tam woda. Co zostało przedstawione
na rysunku 4
2
Rysunek 4. Niecka bezodpływowa.
5.
Wskaźniki deformacji.
Za podstawowe wskaźniki deformacji terenu przyjmuje się
- obniżenie terenu [m],
- nachylenie profilu niecki obniżeniowej [mm/m lub ‰],
- krzywizna profilu niecki obniżeniowej [km
-1
],
- promień profilu niecki obniżeniowej [km],
- odkształcenie poziome [mm/m lub ‰],
- przesunięcie poziome, odkształcenie pionowe, krzywizna pionowa i inne.
W pewnym uproszczeniu można zdefiniować wskaźniki deformacji w sposób następujący:
●
Obniżenie terenu
w
jest to różnica rzędnej wysokościowej przed i po dokonanej eksploatacji.
●
Nachylenie profilu niecki obniżeniowej
T
jest to kąt jaki tworzy styczna do niecki w danym punkcie a
płaszczyzną poziomą. Inaczej mówiąc jest to pierwsza pochodna profilu niecki.
●
Krzywizna profilu niecki
K
jest odwrotnością promienia okręgu stycznego do niecki w danym punkcie.
Jest to w przybliżeniu druga pochodna profilu niecki.
●
Przesunięcie poziome
u
wskazuje o ile dany punkt został przesunięty w płaszczyźnie poziomej. Pod
wpływem eksploatacji górniczej masy górotworu przemieszczają się w kierunku środka
wyeksploatowanej przestrzeni.
●
Odkształcenie poziome
ε
wskazuje jak bardzo obiekt na niecce został zdeformowany, o ile zmienił
swoje wymiary. Inaczej mówiąc jest to pierwsza pochodna względem przesunięcia.
●
Największe obniżenia terenu występują nad wybraną przestrzenią, w pewnej odległości od krawędzi
eksploatacji. Pozostałe wskaźniki maksymalne wartości uzyskują w pobliżu krawędzi pola eksploatacji.
Dla określenia przebiegu deformacji powierzchni terenu przeprowadza się geodezyjne pomiary
przemieszczeń sieci punktów. Najczęściej zakłada się sieć geodezyjnych linii obserwacyjnych, dowiązanych do
punktów poza zasięgiem eksploatacji.
Duża liczba czynników wpływających na wielkość deformacji górotworu
i powierzchni terenu powoduje, że analiza i prognozowanie skutków eksploatacji górniczej jest skomplikowane,
a ich precyzyjność jest uwarunkowana dobrą znajomością warunków geologiczno – górniczych eksploatacji.
Niemniej istnieje szereg algorytmów i programów komputerowych umożliwiających prognozowanie wielkości
deformacji terenu. Autorem jednego z takich programów jest Pan Prof. Jan Białek z Politechniki Śląskiej w
Gliwicach.
3
Rysunek 8. Fragment mapy prognozowanych kategorii odkształceń terenu.
6.
Wpływ projektowanej eksploatacji na zmianę stosunków wodnych.
Rysunek 9. Fragment mapy prognozowanych zalewisk po zakończeniu eksploatacji (2047r).
4
8.
Przeciwdziałanie negatywnym skutkom eksploatacji górniczej.
Podstawowe zadania kopalń to:
- przebudowa elementów infrastruktury podziemnej i naziemnej,
- regulacja potoków,
- likwidacja zalewisk wraz z ich rekultywacją,
- zabezpieczaniu istniejących obiektów budowlanych,
- pokrywaniu kosztów zabezpieczeń nowo wznoszonych obiektów,
- obserwacja obiektów o odporności mniejszej od prognozowanych wpływów (zarówno budynków jak i sieci
uzbrojenia terenu),
- wykonywanie awaryjnych napraw,
- bieżące informowanie Zakładów Gazowniczych, Przedsiębiorstwa Wodociągów itd.
o wielkości i zasięgu prognozowanych wpływów,
- prowadzenie geodezyjnych obserwacji dokonanych wpływów eksploatacji górniczej na powierzchnię terenu
i obiekty,
- ścisła współpraca z Okręgowym Urzędem Górniczym oraz z władzami samorządowymi.
Literatura:
1. Białek J.:
Algorytmy i programy komputerowe do prognozowania deformacji terenu górniczego
,
Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2003r.
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]