Parametry wstrząsów górniczych, a szkody górnicze w Legnicko- Głogowskim Okręgu Miedziowym (LGOM-ie)

Transkrypt

1 WARSZTATY 2003 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Mat. Symp. str Mirosław KAZIMIERCZYK Lubin Parametry wstrząsów górniczych, a szkody górnicze w Legnicko- Głogowskim Okręgu Miedziowym (LGOM-ie) Streszczenie Przedstawiono przykłady wariancji parametrów drgań uniemożliwiające stosowanie analitycznych sposobów ich określania poza miejscem wykonywania pomiarów. Zaproponowano stosowanie monitoringu skutków drgań odnoszonych do skali EMS 98, której stopnie intensywności nie są przyporządkowane wartościom parametrów drgań. 1. Wstęp Wstrząsy górnicze na obszarze LGOM-u występują od samego początku eksploatacji złoża z zawałem stropu tj. od 1969 r. Aktywność sejsmiczna rosła i dalej rośnie w miarę upływu czasu i rozwoju eksploatacji (powiększania się pustek poeksploatacyjnych zrobów). Dotyczy to tak ilości zjawisk jak i ich wielkości. Od 1972 r. zaczęły sporadycznie występować zjawiska makrosejsmiczne odczuwalne przez ludność. Od 1980 r. ilość wstrząsów tak słabych jak i silnych zaczęła się gwałtownie zwiększać i od tej pory te zjawiska na trwale wpisały się w życie mieszkańców LGOM-u. Będą one jeszcze występować również po zakończeniu eksploatacji przez co najmniej kilka lat na co wskazują między innymi doświadczenia z likwidacji kopalń Mansfeldu o dużo mniejszej miąższości furty eksploatacyjnej niż furta w LGOM-ie (Kuyumcu i in. 1999). W latach osiemdziesiątych wzrost aktywności wstrząsowej zaowocował pojawieniem się roszczeń odszkodowawczych z powodu szkód górniczych wywołanych wstrząsami w zabudowie powierzchni. Do roku 1995 były one rozpatrywane przez Okręgową Komisję ds. Szkód Górniczych, a od 1995 r. przez sądy powszechne. Do rozstrzygania zasadności tych roszczeń niezbędne było określenie wartości parametrów drgań powierzchni generowanych wstrząsami górniczymi w miejscach występowania szkód. Niestety do połowy lat dziewięćdziesiątych nie dysponowano żadnymi wiarygodnymi pomiarami tych parametrów. Tym niemniej służby przedsiębiorcy górniczego (strony pozwanej) opracowały analityczne zależności do obliczania wartości tych parametrów dla określonych odległości epicentralnych ( wzory empiryczne ). Amplitudy przyspieszeń drgań określanych tymi zależnościami były kilkakrotnie niższe niż wartości pomierzone. Tym niemniej na podstawie niewiarygodnych danych rozstrzygano zasadność roszczeń. Obecnie po przeszło dwóch latach prowadzenia własnych niezależnych pomiarów przez samorządy zebrano już pewien ogólnie dostępny wiarygodny zbiór akcelerogramów. Zebrano też znaczną ilość informacji zawartych w rozprowadzanych przez samorządy ankietach 231

2 M. KAZIMIERCZYK Parametry wstrząsów górniczych, a szkody górnicze w Legnicko-... makrosejsmicznych. Można więc było podjąć próbę uzyskania odpowiedzi na następujące pytania: Czy ten zbiór danych pozwoli na opracowanie wiarygodnych analitycznych sposobów oceny wielkości parametrów drgań poza miejscami wykonywania pomiarów? Czy jest już możliwe opracowanie ścisłych kryteriów szkodliwego oddziaływania drgań na zabudowę? Czy na podstawie tych kryteriów można będzie oceniać zasadność roszczeń spowodowanych zjawiskami z lat ? Niestety proces rozprzestrzeniania się drgań na obszarze LGOM-u jest zbyt skomplikowany i za mało jeszcze poznany, aby można było uzyskać w pełni pozytywne odpowiedzi na te pytania bez badań nad kierunkowością emisji, drgań z ogniska. Jedynym wyjściem z tej sytuacji jest prowadzenie przez mieszkańców własnego monitoringu skutków drgań i ich dokumentowanie. 2. Krótka charakterystyka drgań powierzchni występujących na obszarze LGOM-u Aktywność sejsmiczna obszaru kopalń LGOM-u jest porównywalna z aktywnością Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (GZW) przy znacznie mniejszym obszarze eksploatowanego złoża i mniejszej wielkości wydobycia, a przewyższa ją pod względem tak ilości jak i wielkości zjawisk najsilniejszych. W ciągu 30-tu lat ( ) na obszarze LGOM-u wystąpiło aż 3485 wstrząsów górniczych o M > 2,5 w tym 854 silnych o 3,0 M < 3,8 i 22 zjawiska najsilniejsze o 3,8 M < 4,6 (patrz rys. 2.1). Tak znaczna ilość zjawisk pokazuje znaczenie problematyki ich oddziaływania na zabudowę powierzchni. O ile dopiero zjawiska silne o M > 3,0 stanowią potencjalne zagrożenie wystąpienia szkód górniczych to trzy razy liczniejsze zjawiska o M < 3,0 stanowią potencjalne zagrożenia dalszego rozwoju szkód, już istniejących wygenerowanych wcześniej. Wstrząsy górnicze występujące w danym zagłębiu posiadają swoja specyfikę wynikającą tak z ich genezy jak i z warunków propagacji drgań. W LGOM-ie są to zjawiska zapadliskowe (zapadowe) będące skutkiem gwałtownego załamywania się i przemieszczania do pustek poeksploatacyjnych zwięzłych silnych warstw skał stropowych cechsztynu (węglany i anhydryty). Duża zdolność do akumulacji energii odkształceń sprężystych skał powoduje, że wstrząsy występujące w LGOM-ie charakteryzują się wyższymi częstotliwościami drgań, i większymi przyspieszeniami niż wstrząsy występujące w GZW. Propagacja drgań w LGOM-ie zachodzi po stropie anhydrytów w postaci fali załamanej (faza S) i po powierzchni ziemi (faza L). Natomiast w strefie epicentralnej występują jedynie fale proste P i S. O ile faza S jest reprezentowana głównie przez drgania pionowe to faza L o około dwukrotnie niższej częstotliwości charakteryzuje się głównie drganiami poziomymi. Ta różnica częstotliwości powoduje, że faza S (drgania pionowe) jest silniej tłumiona i w miarę wzrostu odległości epicentralnej zmniejszanie się jej amplitudy jest większe niż amplitudy fazy L (Kazimierczyk 2002a). Drgania powierzchni generowane wstrząsami górniczymi charakteryzują trzy następujące parametry mające wpływy na występowanie szkód górniczych 1 : a) amplituda (częstotliwościowa a, prędkościowa V i przemieszczeniowa A), b) okres drgań T (częstotliwość f), c) czas trwania maksymalnej fazy drgań t. 1 Ze względu na małe zróżnicowanie i małą dokładność określenia głębokości ognisk wstrząsów nie rozpatrywano wpływu tego parametru. 232

3 WARSZTATY 2003 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie ad a) Wielkości amplitudy drgań zależą nie tylko od wielkości wstrząsu (magnitudy, energii, momentu sejsmicznego) i odległości epicentralnej, ale również i od kierunkowości emisji drgań z ogniska oraz od współczynnika amplifikacji. Naturalnie wielkości amplitud a i V zależą również od okresu (częstotliwości) drgań. Rys Rozwój aktywności sejsmicznej obszaru LGOM w latach zjawiska o 2,5 M < 3,0; zjawiska o 3,0 M < 3,8; 3- zjawiska o 3,8 M < 4,6 (długość strzałki określa wielkość magnitudy) Fig. 2.1.Seismic activity evolution at LGOM region in the phenomena 2,5 M < 3,0; 2- phenomena 3,0 M < 3,8; 3- phenomena 3,8 M < 4,6 (length of arrow defines magnitude) Pierwsza wstępna ocena wpływu tych dwu ostatnich czynników oparta na pomierzonych wartościach maksymalnych amplitud przyspieszeniowych drgań bez odniesienia do fazy wykazywała bardzo duży rozrzut wartości przyspieszeń (powyżej 200%) na tych samych odległościach epicentralnych (Kazimierczyk 2001a). Należało to sprawdzić analizując zmiany amplitud samej tylko fazy L. Amplifikacja jest zależna od miejsca rejestracji. Dla większej ilości rejestracji można ją oszacować w sposób względny w odniesieniu do stanowiska bazowego. O zakresie zmian wartości współczynnika amplifikacji mogą świadczyć następujące przykłady. Na dwu sąsiednich stanowiskach akcelerometrów odległych od siebie o 0,2 km rejestrowano te same wstrząsy. Maksymalne przyspieszenia drgań fazy L tego samego przebiegu falowego systematycznie różniły się o % (122,7 i 199,5 oraz 110 i 164 mm/s 2 ) przy różnicy odległości epicentralnych stanowisk 0,1 km (Kazimierczyk 2002b). 233

4 M. KAZIMIERCZYK Parametry wstrząsów górniczych, a szkody górnicze w Legnicko-... Rys Akcelerogram wstrząsu z o M = 4,1 zarejestrowany w Polkowicach przy 0,75 km Fig Accelerogram of the tremor of M = 4,1 recorded in in Polkowice at 0,75 km 234

5 WARSZTATY 2003 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Wstrząs z o M-4,1 trzecie co do wielkości zjawisko w LGOM-ie w odległościach epicentralnych rzędu 0,5 1,2 km spowodował maksymalne przyspieszenia drgań powierzchni rzędu mm/s 2. Tym niemniej na jednym stanowisku o 0,75 km otrzymano nie przesterowany zapis o a max 515,6 mm/s 2 dla fazy S i 91,4 mm/s 2 dla fazy L (patrz rys. 2.2). Stanowisko to charakteryzuje się systematycznym zaniżaniem amplitud drgań do rzędu % w stosunku do innych stanowisk. Porównując wartości 0,55 i 1,55 otrzymamy rozrzut rzędu 280 %. Jeżeli chodzi o wpływ kierunkowości emisji drgań z ogniska na wielkość maksymalnych amplitud drgań to zaobserwowano, że na tym samym stanowisku akcelerometru dwa różne wstrząsy tej samej wielkości (M 3,4) z różnych oddziałów, ale z tej samej odległości epicentralnej 4,4 km zarejestrowały się z a max fazy L 58 i 102 mm/s 2 co daje różnicę rzędu 75 % ( Kazimierczyk 2001b). Wstrząs z w wieżowcach na osiedlu Dąbrowskiego w Polkowicach w odległości epicentralnej rzędu m, został silnie odczuty makrosejsmicznie i spowodował liczne szkody związane z przemieszczaniem się luźnych przedmiotów i mebli oraz pewną liczbę drobnych uszkodzeń o charakterze nie konstrukcyjnym (Zębaty, Chmielewski 2002). Przed 9-ciu laty ( ) również w Polkowicach wystąpił wstrząs podobnej wielkości (M 4,0) i to w odległości epicentralnej nieco mniejszej ( m) od tych budynków, który nie spowodował takich skutków. Te spostrzeżenia świadczą wyraźnie o istotnym wpływie kierunkowości emisji drgań na wielkość amplitud. Bez znajomości tego parametru odnoszonego do poszczególnych wstrząsów nie ma żadnej możliwości rzetelnego określania amplitud drgań poza miejscami wykonywania pomiarów. Widać to też wyraźnie z zestawienia danych przedstawionych w tablicy 2.1. Tablica 2.1. Zestawienie parametrów maksymalnych drgań fazy L wstrząsu z o M = 4,1 zarejestrowanych na różnych stanowiskach akcelerometrów Table 2.1. Statement of maximum parameters of vibration phase L tremor of M = 4,1 recorded in in different accelerometer stations Δ, km 0.75 *) 8,06 8,10 8,20 8,64 9,68 9,81 12,35 12,58 a H, mm/s 2 a z, mm/s 2 a, mm/s 2 f, Hz V, mm/s A,mm 124,7 110,0 166,3 10,4 2,54 0, ,0 84,1 3,6 3,72 0, ,7 31,3 122,7 4,5 4,34 0, ,6 70,6 199,5 4,1 7,74 0,300 94,9 23,4 97,7 3,4 4,57 0,214 65,8 116,3 133,6 1,4 15,2 1,72 96,0 29,0 100,0 4,1 3,88 0,151 82,2 17,1 84,0 4,0 3,34 0,133 36,3 9,1 37,4 1,03 5,78 0,893 *) amplitudy wstrząsu ze stanowiska o Δ 0,75 km zostały powiększone współczynnikiem amplifikacji 1,82 *) tremor magnitude from the 0,75 km station has been increased with amplification coefficient 1,82 Przy rozpatrywaniu amplitudowego kryterium szkodliwości drgań na zabudowę należy określić jaka amplituda jest najbardziej miarodajna? Czy przyspieszeniowa a jako najbardziej przydatna dla analiz dynamicznych (Maciąg 2000), prędkościowa V będąca bezpośrednią miarą energii przekazywanej z gruntu do budynku (Zębaty, Chmielewski 2002) i będącą mniej czułą na przypadkowe drgania wysokoczęstotliwościowe (Dubiński, Mutke 2001)? Wydaje się, że należy przede wszystkim rozpatrywać amplitudę przemieszczeniową A, która jest najlepszą miarą wielkości ruchu podłoża gruntowego w trakcie wstrząsu. 235

6 M. KAZIMIERCZYK Parametry wstrząsów górniczych, a szkody górnicze w Legnicko-... ad. b) Okres drgań T (częstotliwość f) jest również parametrem mającym istotny wpływ na powstawanie i rozwój szkód górniczych powodowanych drganiami. Jego szkodliwość jest tym większa im bardziej jest on zbliżony do okresu drgań własnych budynku (Kazimierczyk 2000 i 2002a). Wielkość tego parametru drgań zależy głównie od wielkości (energii, magnitudy) zjawiska, czyli ściśle biorąc od gepmetrii załamujących się mas skalnych. Dlatego też zjawiska silne są bardziej szkodliwe dla zabudowy, gdyż ich okresy są bardziej zbliżone do okresów drgań własnych budynków. W przypadku powstania pęknięć wywołanych wstrząsami lub innymi przyczynami poszczególne części budynku drgają z właściwymi sobie różnymi (krótszymi) okresami, bardziej zbliżonymi do okresów drgań fal sejsmicznych (słabszych zjawisk) intensyfikując tym samym proces destrukcji. W miarę wzrostu odległości epicentralnych następuje filtracja drgań i wydłużanie ich okresów, ale z tablicy 2.1 widać, że nie jest to proces regularny i na pewnych kierunkach propagacji okresy są wyraźnie zróżnicowane. W trakcie odczuwania drgań powierzchni generowanych silnymi wstrząsami górniczymi zauważa się występowanie ruchów skręcających. Potwierdza to analiza akcelerogramów. Okresy drgań na poszczególnych składowych nie są identyczne, a w przypadku fazy L istnieje duża różnica częstotliwości drgań pomiędzy składowymi poziomymi a składową pionową. Występują też przesunięcia ekstremów drgań poszczególnych składowych (patrz. rys. 2.2 i 2.3). Rys Akcelerogram wstrząsu z o M = 4,1 zarejestrowany w Lubinie przy 12,58 km Fig Accelerogram of the tremor of M = 4,1 recorded in in Lubin at 12,58 km ad. c) Czas trwania maksymalnej fazy drgań jest parametrem zależnym jedynie od wielkości zjawiska i od odległości epicentralnej. Poglądy, że czas trwania drgań generowanych wstrząsami górniczymi jest parametrem odróżniającym je od drgań wywołanych trzęsieniami Ziemi (Maciąg 2000; Zębaty, Chmielewski 2002) są niczym nie uzasadnione. Czas trwania drgań jest parametrem, który odróżnia słabe wstrząsy od silnych i nie ma nic wspólnego 236

7 WARSZTATY 2003 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie z ich genezą. Oczywiście krótszy czas trwania drgań jest korzystniejszy z punktu widzenia ich szkodliwości. 3. Charakterystyka szkód górniczych powodowanych wstrząsami Szkody górnicze powodowane drganiami powierzchni generowanymi przez wstrząsy górnicze mają charakter rys i pęknięć występujących zarówno w elementach konstrukcyjnych (ściany nośne, stropy, fundamenty) i niekonstrukcyjnych (ściany działowe, posadzki, glazura). Te pęknięcia występują w sytuacji, gdy przemieszczania rozciągające fazy drgań powodują powstanie naprężenia rzędu wartości wytrzymałości materiału na rozrywanie i skręcanie (Cholewicki, Wadecki 1966). W przypadku tradycyjnej zabudowy murowanej będą zwykle rysy lub pęknięcia skośne schodkowe, a w przypadku budynków z elementów prefabrykowanych będą to głównie pęknięcia na ich styku. Szkody górnicze wywołane wstrząsami nie spowodowały w LGOM-ie katastrof budowlanych takich jakie mają miejsce w przypadku trzęsień ziemi. Jedynym jak do tej pory znanym mi wyjątkiem jest zwalenie się silosu z cementem w trakcie wstrząsu (Kazimierczyk 2000). Przestrzenne rozmieszczenie budynków z występującymi w trakcie wstrząsów rysami i pęknięciami bywa czasami zaskakujące. Samorządy lokalne wraz z rozpoczęciem w 1999 r. własnej rejestracji drgań wprowadziły też ankiety makrosejsmiczne. Analiza tych danych budziła wiele zastrzeżeń co do ich wiarygodności. Np. zgłaszano wystąpienie rys i pęknięć w czasie odczutych drgań wywołanych wstrząsami o M rzędu 3,2 3,8 przy rzędu kilku kilkunastu km mimo, że w sąsiednich podobnych, a nawet i słabszych budynkach takie skutki nie wystąpiły nie mówiąc już, że nie wystąpiły one w budynkach położonych znacznie bliżej. Ogólnie można stwierdzić, że dotyczyło to zwykle budynków o mniejszych powierzchniach i wstrząsów o mniejszych częstotliwościach drgań. Charakterystycznym przykładem mogą tu być zgłoszenia występowania całego szeregu drobnych uszkodzeń (rys, pęknięć) po wstrząsie z na znacznym obszarze i to w promieniu do kilkunastu km od epicentrum. Wielość tych zgłoszeń i to z miejsc, gdzie maksymalne pomierzone przyspieszenia nie przekraczały wartości mm/s 2 (np. Rudna, Rynarcice) wskazywało, że nie może to być skutkiem lokalnych zmian amplifikacji, a raczej należy wiązać je z małą częstotliwością drgań (patrz tab. 2.1 ). Pierwsze pęknięcia struktury budynku powstałe czy to w wyniku silnych czy to słabych drgań nie stanowią żadnego zagrożenia, a jedynie drobne uciążliwości. W zasadzie można by je bagatelizować jako nie mające znaczenia. Jednak wobec częstego cyklicznego występowania wstrząsów górniczych te drobne uszkodzenia zapoczątkowują proces destrukcji, który trwa latami. W czasie następnych wstrząsów rysy przedłużają się, a szczeliny poszerzają. Destrukcja obligująca do wystąpienia z roszczeniami występuje dopiero po kilku kilkunastu latach od pojawienia się tych pierwszych drobnych uszkodzeń. Przedsiębiorca górniczy bagatelizuje zwykle zgłoszenia tych drobnych uszkodzeń traktując je jako wady budowlane lub elementy naturalnego zużycia budynku, negując ich związek przyczynowy z wstrząsem. Udokumentowanie takiego związku jest natomiast podstawą roszczeń odszkodowawczych. Dlatego też w interesie właścicieli i użytkowników budynków jest wykonanie szczegółowych przeglądów budynku po odczutych wstrząsach i udokumentowanie powstałych drobnych uszkodzeń. O tych powstałych drobnych uszkodzeniach należy informować KGHM, aby mieć w przyszłości potwierdzenie zasadności ewentualnych roszczeń. 237

8 M. KAZIMIERCZYK Parametry wstrząsów górniczych, a szkody górnicze w Legnicko-... Jako przykład takiego kumulacyjnego oddziaływania wstrząsów może posłużyć przykład budynku w Lubinie (Rynek 7), w którym mieszkam od 1963 roku i mam możliwość obserwowania skutków wstrząsów. Budynek 5-o kondygnacyjny zbudowany w 1962 r. z elementów prefabrykowanych na rzucie poziomym około 130 m 2. Obejmuje on cztery piony oddzielone ścianami nośnymi na które składają się: mieszkanie 3 pokojowe o powierzchni 50 m 2, mieszkanie 2-u pokojowe o powierzchni 35 m 2, kawalerka o powierzchni 27 m 2 i klatka schodowa o powierzchni 13 m 2. Dwa najsilniejsze w LGOM-ie wstrząsy o M 4,5 i 4,3 z lat 1977 i 1987 o 9,35 i 8,08 km bardzo silnie odczute jako VII 0 w skali MSK 64 nie spowodowały żadnych widocznych uszkodzeń w obrębie budynku. Dopiero po wstrząsie z o M 4,0 i -5,0 km na ścianach zewnętrznych podpiwniczenia budynku pojawiły się ledwo zauważalne ryski (zarysowania), które się zacierały na skutek procesu wietrzenia powierzchni elewacji. Dnia r. w odległości epicentralnej 2,9 km wystąpił silny wstrząs o M 3,8 po którym wystąpiły pierwsze wyraźne skutki w budynku. Rysy na podpiwniczeniu uwidoczniły się w postaci pęknięć (patrz rys. 3.1). Na najwyższej kondygnacji budynku nastąpiło odpęknięcie ścian przyległych do kawalerki i mieszkania 2-u pokojowego od stropodachu (patrz rys. 3.2a i 3.2b). W mieszkaniach 3 i 2-u pokojowych wystąpiły wyraźne szczeliny w stropodachu na styku płyt wraz z jego rozszczelnieniem. Dodatkowo w mieszkaniu dwupokojowym na najwyższej kondygnacji wystąpiło pionowe pęknięcie zewnętrznej ściany nośnej na połączeniu płyt. Na zewnątrz budynku na wysokości trzeciej kondygnacji też wystąpiła wyraźna pionowa rysa w środku płyty. Po wykonywanych w latach remontach mieszkań pęknięcia zostały wypełnione i stały się niewidoczne. Natomiast na klatce schodowej remontu nie wykonano. Rys Fotografia pęknięcia ściany podpiwniczenia budynku Fig Photo a wall of basement building with crack 238

9 WARSZTATY 2003 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Rys. 3.2a. Fotografia stropu klatki schodowej z pęknięciem pomiędzy ścianą, a stropodachem (strona lewa) Fig. 3.2a. Photo of building staircase ceiling with crack between the wall and ceiling-roof (left side) Rys. 3.2b. Fotografia stropu klatki schodowej z pęknięciem pomiędzy ścianą, a stropodachem (strona prawa) Fig. 3.2b. Photo of building staircase ceiling with the crack between the wall and ceiling-roof (right side) Po wstrząsie o M 3,6 i - 3,58 km odnowiło się pęknięcie ściany nośnej w mieszkaniu 2 -u pokojowym na połączeniu płyt w postaci zarysowania. To zarysowanie przedłużyło się i poszerzyło po wstrząsie z o M 3,8 i - 9,1 km oraz następnych licznie występujących wstrząsach o M rzędu 2,9 3,3 z roku 2000 i I kwartału roku 2001 (patrz rys. 3.3). Rysa w ścianie zewnętrznej budynku przekształciła się w szczelinę (patrz rys. 3.4). 239

10 M. KAZIMIERCZYK Parametry wstrząsów górniczych, a szkody górnicze w Legnicko-... Rys Fotografia pionowej szczeliny na połączeniu płyt ściany nośnej Fig Photo of vertical crack at joining of support walls Rys Fotografia pionowej szczeliny w płycie na zewnętrznej ścianie budynku Fig Photo of vertical crack in the outside wall of building 240

11 WARSZTATY 2003 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Wstrząs z o M 4,1 i -14,1 km wyraźnie odczuty jako kołysanie spowodował dalszą propagację szczeliny w ścianie nośnej mieszkania 2-u pokojowego i odnowienie się wypełnionej szczeliny na styku płyt stropodachu wraz z jej rozszczelnieniem. W mieszkaniu 3. pokojowym wystąpiły jedynie ledwo widoczne zarysowania na styku płyt stropodachu bez ich rozszczelnienia. Wstrząsy z i o M 3,0 i -0,92 km zostały wyraźnie odczute w budynku i spowodowały dalszy rozwój szczelin pionowych (rys. 3.3 i 3.4) oraz wystąpienie nowej rysy na stropie mieszkania 2-u pokojowego. Jak więc widać zjawisko z odległości kilkunastu kilometrów, którego parametry teoretycznie nie powinny powodować żadnego negatywnego skutku na zabudowę w praktyce spowodowało te szkody. Trudno o lepszy przykład kumulacji skutków oddziaływania wstrząsów na zabudowę. Opisane uszkodzenia budynku są rzeczywiście drobne i nie stanowią jak do tej pory zagrożenia dla konstrukcji budynku poza pewnymi uciążliwościami dla mieszkańców najwyższej kondygnacji. Trudno jednak powiedzieć co się będzie działo w przypadku następnych silnych i często występujących wstrząsów. Fotografie (rys ,4) zostały wykonane r. 4. Opisowa skala intensywności drgań MSK 64, a szkody górnicze Opisowe skale intensywności drgań pozwalają na szacunkowe określanie ich parametrów dla oszacowania przewidywanych skutków drgań. W LGOM-ie z braku lepszych rozwiązań stosowana jest skala MSK 64. Składa się ona niejako z dwu części predkościowej (0,4 Hz f < 2 Hz) i przyspieszeniowej (2 Hz f < 10 Hz). W warunkach LGOM-u obecnie mają zastosowanie stopnie IV VIII części przyspieszeniowej (patrz rys. 4.1). Na podstawie pomierzonych lub obliczonych wzorami empirycznymi wartości maksymalnych przyspieszeń określa się stopień intensywności i przypisuje się mu określoną szkodliwość oddziaływania. Z drugiej strony na podstawie werbalnego opisu oddziaływania drgań i ich ewentualnych skutków określa się stopień intensywności wraz z przypisanym mu szkodliwym oddziaływaniem. Takie stosowanie skali MSK 64 budzi wiele zastrzeżeń i to z wielu powodów. Po pierwsze nie ma wyraźnej korelacji pomiędzy wielkością przyspieszeń a, czy prędkości V drgań, a wielkością (intensywnością) uszkodzeń. Często słabsze drgania powodują więcej uszkodzeń niż silne. Być może uda się znaleźć taką korelację dla amplitud przemieszczeniowych A Po drugie nie można stosować skali poza zakresem jej stosowalności. Większość silnych, a nawet bardzo silnych wstrząsów charakteryzuje się pomierzonymi ( wypad-kowymi ) częstotliwościami f > 10 Hz (patrz rys. 2.2). Stosowanie w tej sytuacji zamiast wartości rzeczywistych wartości pozornych powstałych po odfiltrowaniu wyższych częstotliwości jest niewłaściwe. Na budynki oddziaływują parametry rzeczy-wiste (jakiekolwiek by one nie były), a nie wartości pozorne. Po trzecie ze względu na nieznajomość bardzo zmiennego wpływu amplifikacji i kierunkowości emisji drgań z ogniska trudno mówić o wiarygodnym szacowaniu wartości parametrów drgań za pomocą wzorów empirycznych. Po czwarte szkody górnicze wywołane drganiami mają charakter kumulacyjny sumujący skutki wszystkich zjawisk występujących w ciągu kilku kilkunastu lat od powstania pierwszych pęknięć (Kazimierczyk 1999). Należy jeszcze dodać, że skala MSK 64 dotyczy drgań występujących w gruncie, a nie w budynku. 241

12 M. KAZIMIERCZYK Parametry wstrząsów górniczych, a szkody górnicze w Legnicko-... Maksymalne wartości drgań występujących w budynku są wynikiem redukcji (lub ewentualnie rezonansowego wzmocnienia) drgań gruntu na kontakcie z budynkiem oraz rozkołysania budynku z częstotliwością drgań własnych (Kazimierczyk 2002). Podane maksymalne parametry wstrząsu z uzyskane na fundamencie budynku a 1630 mm/s 2, V 128 mm /s i A 25 mm (Zębaty, Chmielewski 2002) są niespójne. Określona na podstawie zależności a/v wartość f wynosi 2,026 Hz i określa wartość maksymalnej amplitudy przemieszczeniowej A równą 10,05 mm dla fundamentu budynku. Wartość A 25 mm zmierzona czujnikiem laserowym (Jóźwik i in. 2002) dotyczy rozkołysu najwyższej kondygnacji budynku, a nie jego fundamentu. Jeżeli chodzi o określenie stopnia intensywności drgań tego zjawiska w epicentrum jako VI 0 VII 0 to jest ono nieprawdziwe, gdyż drgania w gruncie były większe niż 10 Hz (patrz tab. 2.1 i rys. 2.2) czyli poza zakresem skali. Przyjęcie dla gruntu wartości A rzędu 10 mm przy tych częstotliwościach jest absurdalne (patrz rys. 4.1). Szacuje się, że A max w gruncie nie przekroczyła 2 4 mm. Rys Zależność stopni intensywności drgań według skali MSK 64 od wielkości amplitudy przemieszczeniowej i częstotliwości (okresu) drgań Fig The dependence of vibration intensity degrees due to MSK 64 scale from displacement and frequency (period) vibration amplitude 242

13 WARSZTATY 2003 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Jak więc widać stosowanie skali MSK 64 stwarza wiele problemów i niejasności. W tej sytuacji wskazane jest zastąpienie jej Europejską Skalą Sejsmologiczną EMS 98 (Grünthal 1998). Jest ona rozwinięciem skali MSK 64 z utrzymaniem wewnętrznej spójności pomiędzy nimi. Zakwalifikowanie drgań do określonego stopnia intensywności opiera się nie na pomierzonych parametrach drgań, ale na opisie wywołanych przez nie skutków. Pomierzone parametry drgań mogą mieć tylko charakter informacyjny. Natomiast bardzo jest rozbudowana problematyka oceny szkodliwości drgań na zabudowę. Wprowadzony jest z jednej strony szczegółowy podział budynków na 6 klas wrażliwości na drgania (A F) i pięć stopni uszkodzeń (1 5). Opis skali podaje szczegółowe uszkodzenia odnoszone do różnych rodzajów budynków i różnych konstrukcji. Opis uzupełniają liczne przykłady przedstawione w postaci rysunków i fotografii. Stosowanie skali EMS 98 zamiast MKS 64 w sytuacji kumulacyjnego oddziaływania drgań na zabudowę pozwoli bardziej wiarygodnie oceniać szkody górnicze wywołane wstrząsami. 5. Zakończenie Szkody górnicze w zabudowie powierzchni spowodowane wstrząsami górniczymi występują w LGOM-ie od kilkunastu lat. Mają one postać pęknięć występujących zarówno w elementach konstrukcyjnych jak i niekonstrukcyjnych budynków. Nie powodują one katastrof budowlanych jak trzęsienia Ziemi, ale powolną systematyczną destrukcję niektórych budynków kolejnymi wstrząsami. Roszczenia odszkodowawcze mają miejsce dopiero po kilku kilkunastu latach od wystąpienia pierwszych pęknięć tak tych wywołanych silnymi drganiami jak i tych drobnych uszkodzeń spowodowanych słabymi drganiami. W wielu przypadkach nie można się doszukać prawidłowości w rozmieszczeniu budynków z uszkodzeniami względem ognisk wstrząsów. Można sądzić, że na destrukcyjność drgań mają wpływy takie czynniki jak indywidualna odporność budynku, amplifikacja jego podłoża, okres drgań własnych budynku oraz stan naprężeń jego konstrukcji w momencie wystąpienia wstrząsu. Na ten ostatni bardzo istotny czynnik zmienny w czasie ma wpływ osiadanie powierzchni zarówno to związane z eksploatacją jak i to związane z odwadnianiem trzeciorzędu (wielkopromienna niecka osiadania). Wobec nie posiadania ścisłych kryteriów oceny szkodliwości drgań oraz metod wiarygodnego szacowania wartości ich parametrów poza stanowiskami pomiarowymi należy wprowadzić monitoring skutków drgań wywołanych wstrząsami górniczymi. We własnym interesie powinni go wykonywać właściciele i użytkownicy budynków wraz z prowadzeniem wiarygodnej dokumentacji odnoszonej do skali EMS 98. Takie działania pozwolą rozwiać wszelkie wątpliwości co do zasadności roszczeń i oczyszczą atmosferę wzajemnej podejrzliwości pomiędzy społeczeństwem, a przedsiębiorcą górniczym. Autor poczuwa się do obowiązku podziękować Urzędowi Gminy Grębocice, Urzędowi Gminy Jerzmanowa, Urzędowi Gminy Lubin, Urzędowi Miejskiemu w Lubinie, Urzędowi Gminy Polkowice i Urzędowi Gminy Rudna za umożliwienie wglądu w akcelerogramy oraz w obserwacje makrosejsmiczne, a także udostępnienie wybranych akcelerogramów. Poza tym składam podziękowanie tym wszystkim nie wymienionym, których życzliwość i bezinteresowna pomoc umożliwiły mi prowadzenie badań. 243

14 M. KAZIMIERCZYK Parametry wstrząsów górniczych, a szkody górnicze w Legnicko-... Literatura [1] Cholewicki A., Wadecki E. 1996: Projektowanie budynków o konstrukcji murowanej na terenach wstrząsów pochodzenia górniczego. Mat. Konf. Zag. Bud. Mieszk. i Ekspl. Zas. Mieszk. w LGOMie w Asp. Rozw. Górn. Rud Miedzi. TPN Legnica część I, [2] Dubiński J., Mutke G. 2001: Reakcja budynków na wstrząsy górnicze z wysokoczęstotliwościową modą drgań gruntu. Mat. Symp Warsztaty. Wyd. IGSM i E PAN i WUG, Kraków, [3] Praca zbiorowa pod redakcją G. Grünthala 1998: Europen Macrosejsmic Scale 1998 (EMS 98) Luxemburg. [4] Jóźwik M., Jaśkowski W., Korbiel T., Lipecki T. 2002: Wyniki ciągłej rejestracji przemieszczeń wychyleń budynku w czasie wstrząsów górniczych. Mat. Symp. Warsztaty Wyd. IGSM i E PAN i WUG, Kraków, [5] Kazimierczyk M. 2000: Wybrane aspekty, oddziaływania wstrząsów górniczych na powierzchnie na obszarze LGOM u. Mat. Symp. Warsztaty Wyd. IGSM i E PAN i WUG, Kraków, [6] Kazimierczyk M 2001a: Maksymalne wartości przyspieszeń drgań powierzchni na obszarze LGOM. Mat. Symp. Warsztaty Wyd. IGSM i E PAN i WUG, Kraków, [7] Kazimierczyk M. 2001b: Informacja o występowaniu drgań powierzchni wywołanych wstrząsami górniczymi na obszarze Gminy Grębocice w okresie Niepublikowane. [8] Kazimierczyk M. 2002a: Parametry drgań powierzchni generowanych wstrząsami górniczymi w Legnicko Głogowskim Okręgu Miedziowym Mat. Symp Warsztaty Wyd. IGSM i E PAN i WUG, Kraków, [9] Kazimierczyk M. 2002b: Analiza wyników obserwacji drgań powierzchni generownych wstrząsami górniczymi na obszarze Gminy Grębocice. Niepublikowane. [10] Kuymcu M., Hartwig H. J., Wurzburg H 1999: Zadania GVV i jej doświadczenia przy likwidacji kopalni łupka miedziowego na obszarze Mansfelder Revier. Mat. Konf. Rekult. i Ochr. Środ. w Reg. Górn. Przem. Cz. II., TPN, Legnica, [11] Maciąg E. 2000: Ocena wpływów wstrząsów górniczych na budynki. Mat. Symp. Warsztaty IGSM i E PAN i WUG, Kraków, [12] Zębaty Z., Chmielewski T. 2002: Opisowa intensywność trzęsień ziemi i możliwości ich stosowania do oceny wstrząsów górniczych. Inż. i Bud. Nr 9, Mining tremors parameters and mining damages at the Legnica Głogów Copper Region (LGOM) Examples of parameters vibration variations not allowing applying the analitycal methods of theirs determination outside the areas of the measurement have been presented. Monitoring vibration results has been proposed, with the EMS 98 scale as a basis, which intensity grades are not subordinated to specific vibration parameters. Przekazano: 10 marca 2003 r. 244