Koncepcja przebudowy i wyposażenia szybu Paderewski w Kopalni Soli Wieliczka

Transkrypt

1 113 Cuprum nr 1 (66) 2013 Kajetan d Obyrn 1) Jarosław Chwałek 1) Jan Kucharz 1) Sławomir Fabich 2) Bogdan Kokot 2) Koncepcja przebudowy i wyposażenia szybu Paderewski w Kopalni Soli Wieliczka Słowa kluczowe: szyby, wloty do szybów, podszybia, przebudowa Streszczenie W referacie przedstawiono historię dziewiętnastowiecznego szybu funkcjonującego w Kopalni Soli Wieliczka projekt koncepcyjny przebudowy szybu, podszybia oraz wyposażenie szybu w urządzenia docelowe. 1. Rys historyczny Szyb Paderewski (pierwotna nazwa Franciszek ) został zgłębiony w latach i służył jako szyb zejściowy dla górników pracujących w zachodniej części kopalni. Wyposażony był w przedział schodowy i pełnił funkcję szybu wentylacyjnego. Na początku XX wieku pierwotne schody uległy zniszczeniu, a w szybie wykonano przedział drabinowy. W XIX oraz w początkowych latach XX wieku nad szybem wybudowano szereg nadszybi zarówno drewnianych, jak i murowanych. Ostatnie nadszybie, drewniane rozebrano w 1954 roku, a w miejscu tym wybudowano budynek z pomieszczeniem w którym zabudowano wentylator. Obecnie wentylator zdemontowano, szyb nie pełni żadnych funkcji wentylacyjnych, a budynek nie jest wykorzystywany dla innych celów. 2. Charakterystyka techniczna szybu Paderewski Dane techniczne szybu Lokalizacja szybu centralna część Kopalni Soli Wieliczka ; Funkcja szyb nieczynny, również wentylacyjnie; Gabaryty głębokość szybu 60,12 m; Szyb posiada następujące przekroje poprzeczne: prostokątny o wymiarach 2,4 3,3 m od zrębu + 247,43 m do poz. +239,79 m w obudowie betonowej, beczkowy o wymiarach 2,7 3,6 m od poz ,79 m do poz ,21 m w obudowie betonowej, 1) Kopalnia Soli Wieliczka S.A. 2) KGHM CUPRUM sp. z o.o. CBR, ul. gen. Wł. Sikorskiego 2-8, Wrocław

2 114 K. d Obyrn, J. Chwałek, J. Kucharz, S. Fabich, B. Kokot prostokątny o wymiarach 2,3 3,3 m od poz ,21 m do poz ,96 m w obudowie drewnianej, prostokątny o wymiarach 2,2 3,2 m od poz ,96 m do poz ,70 m w obudowie drewnianej, prostokątny o wymiarach 2,4 3,1 m od poz ,70 m do poz ,42 m w obudowie drewnianej, prostokątny o wymiarach 2,3 3,1 m od poz ,42 m do dna szybu w obudowie drewnianej. Wyposażenie przedział drabinowy. Lokalizacja podszybia: Poz. I 60,1 m. 3. Charakterystyka warunków geologiczno-górniczych. Ogólne warunki górnicze w rejonie szybu Paderewski Szyb Paderewski zlokalizowany jest w pobliżu szybu Daniłowicz, w rejonie bezpośrednio sąsiadującym z Trasą Turystyczną. Głębokość szybu mierzona od spągu obecnego kanału wentylacyjnego do spągu poziomu I wynosi 56 metrów. W szybie na głębokości około 38 m od kanału w jego wschodniej partii znajduje się wejście do dawnych schodów wiodących na poziom I. Schody te obecnie są niedrożne (zasypane). Szyb do głębokości 23 metrów ma przekrój beczkowy i obudowę murową, o grubości według danych archiwalnych około 0,55 m. Pozostały odcinek szybu jest o przekroju prostokątnym i ma obudowę drewnianą. Obudowa podszybia szybu na poziomie I jest murowana, z cegły z żelaznymi stropnicami i drewnianymi wkładkami upodatniającymi. Aktualnie szyb w przedziale drabinowym wyposażony jest w 11 pomostów spoczynkowych. W najbliższym otoczeniu szybu zlokalizowanych jest kilka wyrobisk komorowych, po części niedostępnych. Ta partia złoża charakteryzuje się obecnością dużych, blisko zalegających obok siebie brył soli zielonych pasa soli spizowych złoża pokładowego. Zarówno bryły jak i sole spizowe w tym rejonie podlegały eksploatacji już od połowy XVII wieku. Niektóre z tych wyrobisk są niedostępne. Podczas ewentualnej przebudowy szybu należy liczyć się także z natrafieniem na niezinwentaryzowane stare zroby. Z komór zlokalizowanych w najbliższym otoczeniu szybu Paderewski należy wymienić leżące na zachód od niego komory Kuchnia, następnie na południe od szybu zlokalizowana jest, podsadzona w 1964, roku duża komora Łętów, a na wschód duża, wykasztowana i ciągnąca się od głębokości około 30 m ppt. do poziomu I komora Włodkowice. Na północ od szybu zlokalizowane są niedostępne wyrobiska, tj. komora N/102 wykonana w bryle soli zielonej oraz zespół komór Piotrowice Wyższe, wykonane w soli spizowej. Budowa geologiczna górotworu otaczającego szyb Paderewski Szyb Paderewski przechodzi przez utwory czwartorzędu i miocenu. Czwartorzęd wykształcony jest w postaci glin pylastych, glin ilastych, iłów pylastych. W otoczeniu szybu ma on miąższość od około 5,5 m do około 15,7 m. Miocen w analizowanym rejonie wykształcony jest w postaci utworów nadsolnych chodenickich, otuliny iłowo gipsowej oraz złoża soli kamiennej. Utwory chodenickie, które według materiałów archiwalnych rozpoznano w rozpatrywanym rejonie pod czwartorzędem, są w tej partii skałami pylasto piaszczystymi. Zalegają one pod czwartorzędem warstwą o miąższości do około 4 metrów.

3 115 Koncepcja przebudowy i wyposażenia szybu Paderewski Otulina iłowo gipsowa jest utworem rezydualnym wykształconym w postaci szaro popielatych iłowców pylastych z konkrecjami gipsu alabastrowego, żyłkami gipsu włóknistego oraz kryształkami gipsu selenitowego. W jej utworach spotykane są pustki i kawerny, zatem nie do końca pełni ona rolę szczelnej izolacji złoża od wód je otaczających. Złoże soli kamiennej, w analizowanym rejonie wykształcone jest w swej partii bryłowej, czyli skał płonnych typu zubrów solnych iłowców marglistych z kryształkami halitu, żyłami wtórnej soli włóknistej oraz fragmentów fliszu karpackiego w postaci bloków szaro kremowych piaskowców i pstrych iłowców, spotykane są także bloki rozsypliwych, zlustrowanych iłowców marglistych. W zubrach tkwią zróżnicowanej wielkości bryły soli zielonej typowej (laminowanej) ZBt, witrażowej ZBw, oraz sporadycznie niewielkie bryłki soli dolomitycznej ZBd. Utwory złoża pokładowego w otoczeniu szybu Paderewski odsłaniają się około 20 metrów na północ od niego w postaci szczytowych partii łuski centralnej złoża, wykształconych w postaci kompleksu soli spizowych. Pokłady te wykazują rozciągłość na kierunku NW-SE, zapadają na południe pod kątem około Złoże bryłowe w najbliższym otoczeniu szybu Paderewski charakteryzuje się koncentracją dużych brył soli zielonej typowej ZBt, w których wykonano szereg opisanych powyżej wyrobisk komorowych (komory Kuchnia, Łętów, Włodkowice, N/102). W profilu szybu rozpoznano: do głębokości około 13,5 m ppt. utwory czwartorzędowe, wykształcone w postaci glin pylastych, w przedziale głębokości od około 13,5 m ppt. do około 17,5 m ppt. utwory chodenickie, wykształcone w postaci utworów pylastych, w przedziale głębokości od około 17,5 m do około 23,0 m ppt. utwory otuliny iłowo gipsowej, w przedziale od około 23,0 m ppt. do spągu poziomu I utwory złoża bryłowego wykształcone głównie w postaci skał płonnych zubrów solnych, na wysokości podszybia szybu na poziomie I możliwa jest większa bryła soli kamiennej. Utwory te są bezstrukturalne, w profilu szybu dominują skały ilaste, w górnej części z przewarstwieniami skał pylastych. Warunki hydrogeologiczne górotworu w otoczeniu szybu Paderewski Występujące zawodnienie szybu Paderewski należy wiązać z utworami czwartorzędowymi oraz chodenickimi. Czwartorzęd w analizowanym obszarze budują utwory bardzo słabo przepuszczalne głównie gliny pylaste z wkładkami pyłów. Są to utwory w tym rejonie słabo zawodnione. Utwory chodenickie, które według materiałów archiwalnych rozpoznano w analizowanym rejonie pod czwartorzędem, są w tej partii skałami pylasto piaszczystymi, stosunkowo słabo zawodnionymi, o niskich współczynnikach filtracji rzędu m/s. Dopływy wód do szybu Paderewski mają charakter punktowych, drobnych przecieków i sączenia się wód przez obudowę szybu oraz zawilgoceń na głębokości od około 6 m ppt. do około 25 m ppt. Ujęcia dopływu w postaci sączków i rynienek (aktualnie zniszczonych) nie spełniają swej roli, stąd migracja wód po obudowie szybu. Generalnie głównym źródłem zawodnienia szybu są pylasto piaszczyste utwory chodenickie. Sumaryczny dopływ do szybu, obserwowany od lat 80 zeszłego stulecia waha się w granicach 0,05 l/min. do maksymalnie około 1,5 l/min.,

4 116 K. d Obyrn, J. Chwałek, J. Kucharz, S. Fabich, B. Kokot średnio do około 1,0 l/min. Dopływy obserwowane w ostatnich latach nie przekraczają tej wielkości. W najbliższym otoczeniu szybu na poziomie I zarejestrowane są wycieki kopalniane WI-12 oraz WI-15. Wyciek WI-12 jest wyciekiem kroplowym pełnonasyconej solanki rzędu kr/sek w komorze Kuchnia. Wyciek WI-15 jest dopływem pełnonasyconej solanki do rząpia w obecnie dostępnym fragmencie komory Łętów o wielkości 0,05 l/min. Oba wycieki można wiązać z zapadliskiem dopowierzchniowym komory Włodkowice, które miało miejsce w 1702 roku i związanego z tym przerwania otuliny iłowo gipsowej. Czwartorzędowy poziom wodonośny w najbliższym otoczeniu szybu utrzymuje się około 3-4 m ppt. 4. Ocena stanu technicznego szybu, podszybia oraz chodnika dojściowego Ocena stanu technicznego obudowy szybu Paderewski Na powierzchni szyb przykryty jest płytą betonową. Dojście do szybu służb kopalnianych odbywa się kanałem wentylacyjnym (fot.1). Wejście do przedziału schodowego Fot.1. Kanał wentylacyjny do szybu Paderewski (fot. B. Kokot) Kanał wentylacyjny połączony jest z przedziałem drabinowym szybu pomostem drewnianym (poziom 244 m npm.). W części stropowej szybu znajduje się zabudowana w obudowie szybu resztkowa część konstrukcji stalowej. Konstrukcja ta jest mocno skorodowana i winna być całkowicie zdemontowana (fot. 2). Od poziomu terenu H = 247,43 m npm. do poziomu H = 221,21 m npm. obudowę szybu stanowi obudowa murowa o grubości 0,55 m (fot. 2). Spękania i szczeliny występują, aż do końca obudowy murowej, tj. od 5 m ppt. do głębokości ok. 24,5 m ppt., tj. do jej połączenia z obudową drewnianą szybu. Na dalszym odcinku aż do podszybia na poziomie I (spąg na głębokości 178,52 m npm.) obudowę szybu stanowi obudowa drewniana z bali 0,30 0,30 m (fot. 3).

5 117 Koncepcja przebudowy i wyposażenia szybu Paderewski Fot. 2. Obudowa murowa szybu Paderewski (fot. B. Kokot) Na kontakcie obu rodzaju obudów, obudowa drewniana jest w złym stanie. Znaczna część krawędziaków 0,30 0,30 m jest zgniła i nasiąknięta wodą. Poniżej, do głębokości około 37 m stan tej obudowy ulega poprawie, natomiast poniżej znów jej stan ulega pogorszeniu. Objawia się to deformacją obudowy drewnianej w postaci wyboczenia jej elementów w kierunku środka szybu. Ze względu na projektowane uruchomienie szybu do celów turystycznych, zdeformowane elementy tej obudowy muszą być również wymienione. W rejonie pomostu drabinowego nr 9 (+206 m npm.) znajduje się wlot wyrobiska komorowego, którego ze względu na brak możliwości wejścia nie można spenetrować. Stan obudowy drewnianej szybu na dalszym jego odcinku (od podestu drabinowego nr 10 w dół) na głębokość ok. 56 m ppt. jest dość dobry. Na tej głębokości ponownie zaczyna się obudowa murowa podszybia (do poziomu +178,52 m npm.). Fot. 3. Obudowa drewniana szybu Paderewski (fot. B. Kokot)

6 118 K. d Obyrn, J. Chwałek, J. Kucharz, S. Fabich, B. Kokot Stan techniczny podszybia na poz. I i dojścia do chodnika Kuchnia Obudowa zabezpieczająca podszybie jest w złym stanie technicznym. Elementy stalowe obudowy stropu uległy znacznemu skorodowaniu, obudowa murowa z cegieł lokalnie jest zniszczona. Na ociosach i stropie występują wykwity solne (fot. 4, 5, 6). Fot. 4. Podszybie szybu Paderewski (fot. B. Kokot) Fot. 5. Strop podszybia na połączeniu z szybem Paderewski (fot. B. Kokot)

7 119 Koncepcja przebudowy i wyposażenia szybu Paderewski Ze względu na przyszłą funkcję podszybia konieczne jest wykonanie przebudowy podszybia z jednoczesnym odtworzeniem (restauracją) unikalnego kształtu i konstrukcji zabezpieczającej strop wyrobiska. Połączenie podszybia (wyrobisko dojściowe) z chodnikiem Kuchnia na całym swoim odcinku, tj. około 10 m jest wykonane w obudowie murowej (fot. 6). Stan tej obudowy murowej generalnie jest dość dobry nie mniej jednak wymaga częściowego remontu. Planuje się przebudowę stropu na całym odcinku wyrobiska w nawiązaniu do obudowy stropu podszybia. Fot. 6. Obudowa murowa podszybia szybu Paderewski (fot. B. Kokot) 5. Projekt koncepcyjny zabezpieczenia górniczego szybu Zakres projektowanych robót górniczych w szybie obejmuje: 1. doszczelnienia górotworu na odcinku zabudowy obudowy murowej, w celu ograniczenia dopływu wód do szybu; 2. montaż systemu rynien i rurociągów odprowadzających wykroplenia wód spoza obudowy do rząpia; 3. wymianę uszkodzonych elementów obudowy murowej i drewnianej szybu; 4. demontaż zejścia drabinowego w przedziale szybowym (spoczników, drabin, wsporników itp.), jak również innych skorodowanych elementów, w tym instalacji odwadniającej itp.; 5. przebudowę rząpia szybu; 6. przebudowę podszybia; 7. przebudowę chodnika dojściowego na poz. I.

8 120 K. d Obyrn, J. Chwałek, J. Kucharz, S. Fabich, B. Kokot Doszczelnianie górotworu W celu ograniczenia dopływu wód do szybu projektuje się wykonanie doszczelnienia górotworu poprzez jego iniekcję, np. klejem poliuretanowo-krzemianowym KRZE- MOPUR S lub WILKIT-E. Doszczelnienie obudowy szybu należy wykonać poprzez wykonanie przez obudowę murową iniekcji szybu przez rzędy otworów dł. do 2 m o średnicy φ42 mm od poziomu kontaktu z obudową drewnianą, posuwając się robotami w górę, tj. aż do wlotu kanału wentylacyjnego. Siatka otworów iniekcyjnych, przez którą prowadzona będzie iniekcja obudowy murowej wynosi 1,5 m 1,5 m, na odcinku od 243,5 m do 221,2 m w sumie 112 otworów. Odprowadzenie wycieków i wykropleń wód w szybie W czasie wykonywania montażu konstrukcji zbrojenia szybu projektuje się wykonanie wzdłuż ociosu po stronie przedziału drabinowego rurociągu odwadniającego oraz zabudowę rynien na obwodzie szybu. Odwadnianie zostanie wykonane z rur spustowych o średnicy φ53 mm typu Duplex lub Simplex i rynien Systemu firmy Marley na odcinku od 12 m do rząpia, tj. 49 m. Rynny zabudowane zostaną na poziomie 12 m, 18,5 m i 25,0 m. Wymiana uszkodzonych elementów obudowy szybu W wyniku przeprowadzonych badań wizualnych obudowy murowej i drewnianej, stwierdzono konieczność dokonania wymiany jej znacznej części, tj.: a) obudowy murowej w miejscach, gdzie występuje znaczna ilość spękań na obudowie oraz gdzie mur uległ znacznemu skorodowaniu pod wpływem oddziaływania wody. Generalnie dotyczy to odcinka około 15 m, licząc od obudowy drewnianej szybu w górę. Przyjmuje się, że obejmie to ok m 2 powierzchni obudowy murowej, tj. ok m 3 muru, b) obudowy drewnianej z bali 0,30 0,30 m, w miejscach gdzie uległy przegniciu lub wyboczeniu, nie pozwalając na właściwą zabudowę konstrukcji zbrojenia szybu. Przewiduje się wymianę zniszczonych elementów obudowy drewnianej na ok m 2 jej powierzchni. Przebudowa rząpia szybu Rząpie szybu jest całkowicie zasypane gruzem i w znacznym stopniu zniszczone. Głębokość rząpia jest nieznana. Od strony południowej, zachodniej i wschodniej ścianki rząpia są elementem spągowej części obudowy murowej szybu, a od strony północnej podszybia połączonych ścianką z cegieł. Mając na uwadze planowaną funkcję szybu, projektuje się wykonanie nowego rząpia w obudowie betonowej o przekroju kołowym, o wymiarach w świetle 4,0 m. Ze względów technologicznych szyb należy pogłębić o 2,5 m poniżej spągu podszybia. Przebudowa podszybia Podszybie przebudowane zostanie w obudowie murowej z cegły klinkier 35, o gr. 0,50 m, zgodnie z istniejącym wystrojem architektonicznym. Przebudowa chodnika dojściowego do poz. I Chodnik dojściowy na poz. I przebudowany zostanie w obudowie murowej z cegły klinkier 35 o gr. 0,50 m. Strop stanowić będą dźwigary stalowe V29. Wykładkę pomiędzy górotworem a obudową stanowić będzie wykładka z betonitów.

9 121 Koncepcja przebudowy i wyposażenia szybu Paderewski Podsumowanie Na podstawie bieżących obserwacji zjawisk zachodzących w szybie może okazać się, że konieczne będzie wykonanie pełnej przebudowy szybu. W takiej sytuacji wskazane będzie rozważenie możliwości dostosowania przekroju szybu do jednoczesnej zabudowy w nim przedziału schodowego, jak i przedziału, w którym będzie mogła się poruszać klatka windy, co mogłoby wpłynąć na dalszą poprawę funkcjonalności i bezpieczeństwa szybu, zwłaszcza w aspekcie jego wykorzystania dla obsługi odwiedzających kopalnię turystów. Bibliografia [1] Brudnik K. i in., 2008, Warunki geologiczno-hydrogeologiczne w rejonie szybu Paderewski- KS Wieliczka. [2] Fabich S., Kokot B. i in., 2008, Koncepcja zabudowy urządzenia specjalnego w szybie Paderewski. KGHM CUPRUM sp. z o.o. CBR, Wrocław. [3] Parchanowicz J. i in., 2006 Projekt techniczny zejścia schodowego w szybie Paderewski. KGHM CUPRUM sp. z o.o. CBR, Wrocław. [4] Sałustowicz A., 1965, Zarys mechaniki górotworu, Wydawnictwo Śląsk, Katowice. [5] Walewski J., 1965, Projektowanie szybów i szybików. Wydawnictwo Śląsk, Katowice. The concept of reconstruction and equipping "Paderewski" shaft in "Wieliczka" Salt Mine Keywords: shaft, intake shafts, shaft bottom, reconstruction The paper presents the history of the nineteenth-century shaft located in "Wieliczka" Salt Mine conceptual project of reconstruction works and equipping the shaft.

10 122 K. d Obyrn, J. Chwałek, J. Kucharz, S. Fabich, B. Kokot