83 CUPRUM Czasopismo Naukowo-Techniczne Górnictwa Rud nr 1 (74) 2015, s

Transkrypt

1 83 CUPRUM Czasopismo Naukowo-Techniczne Górnictwa Rud nr 1 (74) 2015, s Zagrożenie stateczności zbocza stałego południowego wyprofilowanego w skałach podłoża mezozoicznego, w rejonie prowadzenia eksploatacji w rowie II rzędu, w zakładzie górniczym KWB Bełchatów Leopold Wiktor Czarnecki 1), Barbara Organiściak 1) 1) Polska Grupa Energetyczna, Górnictwo i Energetyka Konwencjonalna S.A., Oddział Kopalnia Węgla Brunatnego Bełchatów ; Rogowiec, leopold.czarnecki@gkpge.pl; barbara.organisciak@gkpge.pl Streszczenie W artykule przedstawiono charakterystykę deformacji rozwijających się w korpusie zbocza stałego południowego, wyprofilowanego w skałach podłoża mezozoicznego w rejonie prowadzenia eksploatacji w najgłębszej części złoża węgla brunatnego Bełchatów, Pole Bełchatów, w tzw. rowie II rzędu. Zbocze stałe południowe zbudowane jest w tej strefie z utworów kenozoicznych, zalegających w zakresie rzędnych od +200 m n.p.m. do +95 m n.p.m., oraz ze skał marglistych, reprezentujących okres kredowy ery mezozoicznej, budujących zbocze do rzędnej -50/-80 m n.p.m. Podstawa zbocza zbudowana jest z osadów mioceńskich, reprezentowanych przez węgle brunatne zalegające inwersyjnie w stosunku do skał mezozoicznych. Wysokość zbocza w strefie zagrożonej waha się od 255 m do 330 m. Deformacjami nieciągłymi zbocze objęte jest na wysokości około 205 m w części zachodniej, a w części wschodniej na wysokości około 150 m. Proces, którego rozwój został zapoczątkowany w korpusie zbocza, związany jest z występowaniem w tej części złoża struktury geologicznej, zwanej blokiem paleoosuwiskowym. Jest to struktura o długości około 1,7 km, szerokości 0,65 km i wysokości 0,26 km. Jego powierzchnia wynosi około 1,2 km 2, a objętość 118 mln m 3. W ramach tej struktury obserwuje się nasunięcie skał mezozoicznych na osady mioceńskie w strefie rowu II rzędu, na kierunku południe północ, wynoszące około 200 m. Blok paleoosuwiskowy to szereg starych osuwisk, osypów, kopalnych piargów i obrywów, rozwijających się w strefie uskoku brzeżnego południowego. Powstanie tej struktury dowodzi istnienia wyraźnego progu morfologicznego, odznaczającego się w paleomorfologii stromą skarpą, zbudowaną z wietrzejących margli kredowych. Powierzchnia zbocza objęta deformacjami wynosi około 800 tys. m 2. W artykule przedstawiono jakościową charakterystykę skał kredowych oraz kolejne zarejestrowane fazy rozwoju procesów deformacyjnych w formie wykresów i map prędkości deformacji dla poszczególnych wydzielonych rejonów zbocza, wraz z ich charakterystyką ilościową (wartości maksymalnych przemieszczeń, prędkości przemieszczeń). Charakterystykę opracowano w oparciu o istniejącą powierzchniową sieć obserwacyjną, pomiary inklinometryczne oraz obserwacje w istniejących na zboczu studniach i piezometrach, a także obserwacje i pomiary makroskopowe, geodezyjne. Słowa kluczowe: osuwisko, deformacje, zagrożenie

2 84 Danger of southern slope stability profiled in the mesozoic hard rocks, in the area of coal extraction in the ditch II-row, located in the open cast of Bełchatów Lignite Mine Bełchatów field Abstract The article presents the characteristics of developing deformities in the body of the southern slopes of the solid substrate profiled in Mesozoic rocks in the area of extraction in the deepest part of Bełchatów Lignite Mine, Bełchatów field, called ditch the second-row. Solid southern slope is built in the area of the tracks Cenozoic defaulting in range of elevation of +200 m above sea level to +95 m above sea level, and marl rocks representing the Cretaceous period of the Mesozoic era building slope to the elevation of -50/-80 m above sea level. The base of the slope is made by Miocene sediments represented by lignite lying inversely in relation to the Mesozoic rocks. The height of the slope in the danger area ranges from 255 m to 330 m. Discontinuous deformations covered slope at an altitude approx. 205 m in the western and the eastern part at about 150 m. Process whose development was initiated in the body of the slope, is associated with the occurrence in this part of the lignite deposit geological structure called paleolandslides block. It is a structure with a length of approx. 1.7 km, width 0.65 km and height 0.26 km. Its area is approx 1.2 km 2 and the volume of 118 mln m 3. Within this structure, is observed Mesozoic rocks overlap on the Miocene sediments in the ditch second-row, on the direction South North, amounting to 200 m. Paleolandslides block is a series of old landslides, sprinkle with developing in the Southern Marginal Fault Zone. The creation of this structure suggests that there is a clear threshold for morphological characterize in paleomorphological steep slope, built of weathered chalk marl. The area covered by the deformation of the slope is approx. 800 thousand m 2. The article shows the qualitative characteristics of the chalk rocks and the subsequent development phases recorded deformation processes in the form of graphs and maps, deformation rate for each separate regions of the slope with their quantitative characteristics (maximum values of displacements, velocities movements). Characteristics have been developed based on the existing surface observation network, based on inclinometer measurements and observations of the existing wells and piezometers and macroscopic observations and measurements land surveying. Key words: landslide, deformation, danger Wstęp W styczniu 2014 r., w trakcie prowadzenia eksploatacji z p-nika B.100 w zakresie rzędnych -35/-50 m n.p.m., w rejonie zagrożeń XV/S, stwierdzono na pięciu reperach powierzchniowej sieci obserwacyjnej przyśpieszenia przekraczające 30 mm/dobę. Zgodnie z obowiązującymi w Zakładzie Górniczym KWB Bełchatów kryteriami bezpieczeństwa [3], prędkości te obrazują stan ostrzegawczy deformacji górotworu. Rejon ten monitorowany był przez siedem reperów powierzchniowej sieci obserwacyjnej. Dwa repery zainstalowane są na wychodni piasków kredowych (prawdopodobnie alb-cenoman), a pozostałe repery na wychodni margli i opok kredowych (mastrycht kampan). Repery, zainstalowane na marglach i opokach, wykazywały wyraźne przyrosty tempa deformacji w stosunku do reperów zainstalowanych na wychodnich piasków i piaskowców. W wyniku kontroli stanu deformacji w rejonach zagrożeń X/S i XV/S, przeprowadzonej w lutym 2014 r., stwierdzono odnowienie szczelin na poziomie +72 i +56 m n.p.m. w strefie kontaktu margli i piaskowców

3 85 kredowych oraz rozwój nowych szczelin wzdłuż skarpy +72/+90 m n.p.m., przebiegających od wychodni piaskowców kredowych w kierunku na zachód na długości ok. 120 m. Nowe szczeliny stwierdzono także na poziomie +55 m n.p.m. oraz 0 m n.p.m. Nie zaobserwowano w tym czasie zjawisk wypierania spągu wyrobiska w tym rejonie ani śladów wysuwania się górotworu na skarpach zbocza stałego. 1. Zarys budowy geologicznej rejonu deformacji Rów II rzędu to podrzędna jednostka tektoniczna w granicach Rowu Kleszczowa, zlokalizowana pomiędzy południowo-zachodnim skrzydłem antykliny Łękińska a wysadem solnym Dębina. Granice rowu II rzędu są granicami tektonicznymi. Południową granicę rowu wyznaczają dwa w przybliżeniu równoległe uskoki o różnym zrzucie. Są to uskoki USB nr 1 i USB nr 1a. Uskok USB nr 1 to południowy uskok brzeżny Rowu Kleszczowa, występujący na całym obszarze złoża. Uskok USB nr 1a jest uskokiem o zmiennej wielkości zrzutu. Jego obecność w rejonie rowu II rzędu sprawia, że południowy brzeg rowu ma charakter schodowy, tzn. strop podłoża obniża się stopniowo z rzędnych +100 m n.p.m. na południowym brzegu do -400 m n.p.m. w rowie II rzędu. Uskok nr 1a, to uskok listryczny [2], o wielkości zrzutu od 20 m do 120 m. Północną granicę rowu II rzędu wyznacza uskok UNB nr 2. Zrzut stropu podłoża mezozoicznego na tym uskoku wynosi ok. 200 m w centrum rowu, a około m w strefach brzeżnych. Granicę wschodnią wyznacza uskok zrzutowo-przesuwczy w południowo-zachodnim skrzydle antykliny Łękińska, tzw. uskok Kleszczów-Kodrąb. Za zachodnią granicę rowu II rzędu przyjmuje się uskok zrzutowo-przesuwczy Kamień-Żłobnica. Powyższy układ strukturalny powoduje odmienną budowę litologiczno- -strukturalną obu brzegów rowu, jednakże z uwagi na temat referatu, przedstawiono głównie charakterystykę brzegu południowego. Głównym elementem strukturalnym, wpływającym na warunki geologiczno- -inżynierskie w zboczu południowym, profilowanym w strefie rowu II rzędu, jest tzw. blok paleoosuwiskowy (BP) [2] skał kredowych. Dotychczasowe obserwacje terenowe wskazują, że struktura BP nie stanowi monolitu. Obserwacje terenowe pozwoliły na wydzielenie 11 mniejszych bloków, zlokalizowanych w czołowej partii BP. Granice pomiędzy blokami mają charakter natury tektonicznej. Dominują dwa zespoły uskoków normalno-grawitacyjnych, przeciwstawnych do siebie, tworzących szereg rowów ekstensyjnych [1]. Odzwierciedlają one zarysy bloków podłoża i są generalnie podłużne do czoła bloku paleoosuwiskowego. Ponadto obserwacje występujących w BP szczelin i spękań wskazują, że blok był poddany wielokierunkowemu oddziaływaniu sił tensji, rozpadając się na szereg bloków drugorzędnych o typie zrębów i rowów, nie tylko na kierunku N-S, ale i W-E [1]. Cała struktura bloku paleosuwiskowego to powierzchnia m 2, tj. około 1,2 km 2 (wymiary: dł. 1,7 km; szer. 0,65 km; wys. 0,26 km) i objętość: 118 mln m 3. W obrębie bloku można wydzielić trzy litotypy skał: masywne margle i opoki margliste, charakteryzujące się obecnością dwukierunkowych spękań ciosowych, układających się równoleżnikowo na kierunku ENE-WSW, z odchyleniem ku NE oraz południkowo S-N, z odchyleniem ku NNE. Ponadto intensywnie zaznacza się kierunek laramijski NW-SE. Występuje w nich też cios pokładowy, podkreślający warstwowanie [5]; brekcje, występujące w zewnętrznych partiach BP. Są to megabrekcje, zbudowane z wielkich bloków margli o wymiarach od kilku do kilkunastu me-

4 86 trów, o zaokrąglonych kształtach, tkwiących w matrix, utworzonym z mniejszych bloków margla, obtoczonych miazgą mineralną oraz brekcje drobnookruchowe, złożone z drobnych obtoczonych lub kanciastych bloczków margli i opok, tkwiących w piaszczystym matrix lub spojonych pyłem marglistym. Ten typ brekcji jest szczególnie bardzo rozsypliwy [5]; brekcje drobnookruchowe, przeławicające się z osadami trzeciorzędowymi, jak węgle brunatne, iły zawęglone, muły i iły piaszczyste, zielonkawe. Ten typ osadów pojawia się w dolnych partiach bloków, stanowiąc często podstawę zbocza [5]. Aktualnie obszar BP można podzielić na dwie części: wschodnią, gdzie z dotychczasowego rozpoznania wynika, że bloki są zakorzenione poniżej rzędnej -110 m n.p.m., a ułożenie powierzchni warstwowania jest korzystne dla formowania skarp (udokumentowane w odkrywce sedymentacyjne nachylenia warstw zarówno lamin marglistych, jak i oddzielności ławicowej wynoszą w obrębie odsłanianych bloków podłoża mezozoicznego przeciętnie 20 na kierunku od SE do W). W tej części bloki są zakorzenione na głębokości od 160 m w rejonie najniższego piętra zwałowiska wewnętrznego, 100 m w rejonie najgłębszej części wyrobiska (tj m n.p.m.) do 130 m w rejonie granicznym z częścią zachodnią. Szerokość strefy na kierunku E-W wynosi około 1300 m [6]; zachodnią (rejony zagrożeń X/S i XV/S), gdzie bloki są zakorzenione płycej, a z dotychczasowych pomiarów wynika, że zarówno warstwy kredowe, jak i jurajskie zapadają ku N pod kątem do 30. W tej części obserwuje się też płytsze występowanie brekcji oraz widoczne są liczne odwrócone następstwa warstw. Bloki margla i mułowców w tej części są zakorzenione na głębokości od 45 m (-95 m n.p.m.) do 76 m (-126,6 m n.p.m.). Głębokość zakorzenienia zwiększa się w kierunku wschodnim. Szerokość strefy na kierunku E-W wynosi około 470 m [6]. W oparciu o obserwacje terenowe i zgodnie z klasyfikacją RMR Bieniawskiego należy ocenić, że skała budująca południowy brzeg rowu II rzędu mieści się w klasie IV masyw słaby (c = 125 kpa i f = 18 o ) [7]. Ponadto, z punktu widzenia stateczności zbocza, istotnym elementem jest ukształtowanie powierzchni paleoślizgu, wzdłuż której BP przemieszczał się do centrum rowu. W skrzydle wiszącym rowu ma ona generalny przebieg NW-SE i w części zachodniej obniża się od rzędnych +85 m n.p.m. do -22 m n.p.m., a w części wschodniej od +35 m n.p.m. do -120 m n.p.m. Strefy rozdzielone są prawdopodobnie uskokiem o zawiasowym charakterze, przebiegu NNE SSW i zrzucie ku ESE o wartości od 100 m do 6 m. 2. Kontur zbocza oraz technologia prowadzenia robót górniczych W związku z postępem eksploatacji w kierunku zachodnim i zmieniającym się konturem rozcięcia złoża, przedstawiono w niniejszym rozdziale dane wg stanu na grudzień 2014 r. Zbocze stałe południowe w strefie rowu II rzędu rozciąga się na długości około 1,6 km i ma wysokość od 240 m do 320 m. Zbocze południowe zostało zwymiarowane zgodnie z następującymi założeniami geotechnicznymi [4]:

5 87 a) nachylenie generalne zbocza: formowanego w obrębie czwartorzędu i serii nadwęglowej trzeciorzędu: 1:3,5; formowanego w obrębie trzeciorzędowego kompleksu ilasto-węglowego i węglowego, w zależności od budowy geologicznej w granicach: 1:3,2-1:4,0; formowanego w obrębie skał podłoża mezozoicznego: 1:1,0; b) nachylenie skarp stałych: w rejonie występowania skał podłoża mezozoicznego: 1:0,7; w rejonie występowania utworów zastoiskowych, iłów kompleksu ilastopiaszczystego oraz zwietrzelin między poziomami II i IV: 1:2,0; pozostałe skarpy stałe: 1:1,5; c) maksymalna wysokość skarp stałych: w skałach do 20 m, w pozostałych odmianach litologicznych do 30 m. Ponieważ rów II rzędu to wąska struktura o zmiennej szerokości od 700 m do 300 m zawężająca się w kierunku zachodnim, gdzie spąg węgla w centralnej części obniża się do rzędnej -160 m n.p.m., dla potrzeb eksploatacji opracowana została odpowiednia technologia prowadzenia robót górniczych, umożliwiająca osiągnięcie planowanych rzędnych. Zgodnie z obowiązującym aktualnie dodatkiem nr 1 do projektu zagospodarowania złoża, eksploatacja węgla będzie prowadzona do rzędnej -110 m n.p.m. W związku z tym, że prowadzenie eksploatacji w tak głębokim wyrobisku stwarza zagrożenie zalania dna wyrobiska w trakcie nawalnych opadów, niezbędne było zabezpieczenie technologiczne osiągnięcia nie tylko rzędnej -110 m n.p.m., ale także umożliwienie wykonywania w dnie wyrobiska szeregu rząpi. Ich zadaniem jest zabezpieczenie dna wyrobiska przed niekontrolowanym rozpływem wód opadowych, wzmocnienie dna wyrobiska przed skutkami wyboczenia od zbocza południowego oraz zwałowiska wewnętrznego. Głównymi elementami opracowanej technologii są: wykorzystanie dużej maszyny SchRs do pracy z przenośników B.100 i B.110, umożliwiającej wykonanie zakresu robót górniczych w przedziale rzędnych od -5 m n.p.m. do -65m n.p.m., obniżenie rzędnych posadowienia przenośników B.121 i B.122, umożliwiające równomierny podział mas między poziomami, przeprojektowanie rzędnych prowadzenia poziomu XIII (nachylenie 1:33), stanowiącego pochylnię pod przenośnik B.122, obniżającą się na wschód do rzędnych -95 m n.p.m., długość przenośnika 290 m. W styczniu 2014 r. sytuacja technologiczna wyglądała w następujący sposób: eksploatacja prowadzona była w części wschodniej, z przenośnika B.120 do rzędnej -86 m n.p.m. oraz z przenośników B.121 i B.122. Rzędna dna wyrobiska wynosiła -110 m n.p.m., strefa BP podparta była zwałowiskiem na szerokości ok. 350 m, odsłonięcie części wschodniej od rzędnej -50 m n.p.m. do -110 m n.p.m. wynosiło około 1000 m, w części zachodniej eksploatacja prowadzona była z przenośników B.100 i B.110 do rzędnej -50 m n.p.m., odsłonięcie części zachodniej do rzędnej -50 m n.p.m. wynosiło 325 m.

6 88 3. Rozwój deformacji w korpusie zbocza południowego 3.1. Obserwacje makroskopowe Po stwierdzeniu w styczniu 2014 r. wzrostu prędkości deformacji dla pięciu reperów geodezyjnych powierzchniowej sieci obserwacyjnej, w lutym 2014 r. na półkach +78, +72, +56, +36, 0 m n.p.m. oraz na poziomie -50 m n.p.m. między przenośnikami B.100 i B.110 (rejon otworu KT-140), zaobserwowano spękania, szczeliny oraz szczeliny ze zrzutem. W kolejnych miesiącach następował makroskopowo zauważalny rozwój istniejących deformacji. Kolejne powstające strefy deformacji nieciągłych obserwowano w kwietniu, maju i w czerwcu, w zakresie rzędnych od +96 m n.p.m. do -11 m n.p.m. 8 lipca 2014 r. zaobserwowano szczeliny na półce +122 m n.p.m. (III poziom zbocza południowego), a 10 lipca kolejne szczeliny w tym rejonie, na skarpie +122/+151 m n.p.m. oraz w koronie skarpy II poziomu (+151 m n.p.m.). W czasie wizji terenowej 29 lipca 2014 r. stwierdzono rozwój szczelin istniejących na poziomach +72 i +56 m n.p.m. w kierunku wschodnim. 12 września 2014 r. zaobserwowano dalszy rozwój szczelin na poziomach +72 i +56 m n.p.m. w kierunku wschodnim na odcinku około 300 m. 17 września stwierdzono powstanie szczeliny na półce o rzędnej -5 m n.p.m., na skarpie -38/-64 m n.p.m., na półce -64 m n.p.m. oraz na skarpie -64/-80 m n.p.m. Długość tego zespołu szczelin wynosiła około 600 m. Ponadto stwierdzono powstanie szczeliny na półce +72 m n.p.m. w rejonie zbiornika nr S-3 pompowni PP-1SBIS oraz rozwój zjawisk wypierania węgla na -50 m n.p.m. na długości około 260 m. 3 listopada stwierdzono powstanie szczeliny na półce +18 m n.p.m. w rejonie zbiornika S-2 pompowni PP1-SBIS, a 20 listopada zaobserwowano rozwój kolejnych szczelin na poziomie +151 m n.p.m. w kierunku na wschód. W czasie wizji terenowej 22 grudnia 2014 r., na półce +151 m n.p.m., stwierdzono powstanie nowej szczeliny w odległości około 40 m w kierunku na południe od istniejącego zespołu szczelin. Aktualnie (styczeń 2015) zbocze południowe wyrobiska górniczego Pola Bełchatów objęte jest deformacjami nieciągłymi: w zakresie rzędnych +150/+124 m n.p.m. na długości 250 metrów, w zakresie rzędnych +72/+36 m n.p.m. na długości 830 metrów, w zakresie rzędnych 0/-64 m n.p.m. na długości 360 metrów, w zakresie rzędnych -64/-80 m n.p.m. na długości 140 metrów, odnowienie szczelin ograniczających rejon zagrożeń VII/S (+55 m n.p.m.) na długości 385 metrów, strefa wypiętrzania (max. 3 m) na poziomie -50 m n.p.m. rozciąga się na długości 330 metrów Obserwacje geodezyjne sieci reperów powierzchniowych Obserwacje geodezyjne sieci reperów powierzchniowych są ściśle związane z prowadzeniem robót górniczych i odsłanianiem kolejnych prognozowanych rejonów zagrożeń geologiczno-inżynierskich.

7 89 W styczniu 2009 r. założono sieć obserwacyjną reperów geodezyjnych w rejonie zagrożeń geologiczno-inżynierskich X/S na zboczu południowym w zakresie rzędnych +38/+81 m n.p.m. (16 punktów 8 z nich jest mierzone do dzisiaj). W maju 2014 roku rozbudowano sieć o 4 punkty na poziomie -38 m n.p.m., a w lipcu i sierpniu 2014 r., po zaobserwowaniu szczeliny na półce +122, skarpie +122/+151 m n.p.m., rozbudowano sieć reperów powierzchniowych na poziomach wyższych, do poziomu terenu (rejon X/S i XV/S) o kolejne 34 repery. Przemieszczenia poziome i pionowe są mierzone w tych rejonach zagrożeń na 46 reperach geodezyjnych. Rejon VII/S jest monitorowany od lutego 2005 r. Sieć obserwacyjna została rozbudowana w sierpniu 2014 r. i obecnie składa się na nią 19 punktów pomiarowych. Rejon jest monitorowany w zakresie rzędnych +72/0 m n.p.m. Rejon nad najgłębszą częścią wyrobiska, poniżej rejonu zagrożeń VII/S, jest monitorowany od listopada 2007 r. Sieć była rozbudowywana wraz z postępem robót górniczych i obecnie liczy 24 repery. Rejon jest monitorowany w zakresie rzędnych +18/-80 m n.p.m. Maksymalne wartości przemieszczeń poziomych, pomierzone dla najbardziej aktywnej części rejonu deformacji (rejon X/S i XV/S) zestawiono w tabeli 1. Tabela 1. Wartości przemieszczeń wybranych reperów powierzchniowych (rejon X/S i XV/S) Nr punktu Przemieszczenia poziome [cm] (rzędna ) sumaryczne grudzień (+74,8) 615,9 117,5 498, (+38,4) ,8 457, (+56,5) 513,8 101, , (+56,8) 496,1 135, , (+56,5) 416,8 107, , (+41,1) 386,4 121,9 264,5 43,8 Maksymalne wartości prędkości przemieszczeń poziomych 51 mm/dobę zarejestrowano na punktach 1001 i 1015, 48 mm/dobę na punkcie Od stycznia 2014 r. rosną wartości przemieszczeń i prędkości dla punktów zastabilizowanych w rejonach X/S i XV/S. Analizę porównawczą tempa deformacji i wartości przemieszczeń poziomych można przeprowadzić szczegółowo dla okresu od 1 sierpnia do 31 grudnia 2014 r., gdy obserwacje były prowadzone na rozbudowanej sieci reperów geodezyjnych (tabela 2). Tabela 2. Wartości przemieszczeń poziomych i maksymalnych prędkości deformacji dla poszczególnych poziomów zbocza południowego w rejonach zagrożeń X/S i XV/S (część zachodnia) w okresie od do Poziom, rzędna poziom terenu (4 repery) m n.p.m. I poziom (5 reperów) +178 m n.p.m. II poziom (7 reperów) +150 m n.p.m. III poziom (6 reperów) m n.p.m. Maksymalne wartości prędkości przemieszczeń [mm/dobę] Przemieszczenia poziome [cm] 2-3,3-1, ,6-6, ,8-28, ,9-25,7

8 90 IV poziom (1 reper) +98 m n.p.m. V poziom (5 reperów) m n.p.m. VI poziom (4 repery) +56 m n.p.m. VII poziom (3 repery) +40 m n.p.m. VIII poziom (1 reper) +18 m n.p.m. IX poziom (2 repery) 0 m n.p.m. X poziom (4 repery) -38 m n.p.m , ,2-345, ,1-285, , ,5-188, ,2-164,3 Dla porównania poniżej zestawiono wartości przemieszczeń w części wschodniej zbocza, w rejonie nad najgłębszą częścią wyrobiska (tabela 3). Tabela 3. Wartości przemieszczeń wybranych reperów powierzchniowych nad najgłębszą częścią wyrobiska Nr punktu (rzędna) Przemieszczenia poziome [cm] sumaryczne do , ,2 od , ,5 od ,4 119,9 68,4 65,1 od ,7 64,4 26,1 17,2 od ,0 92,9 30,5 18,6 od , ,0 od ,3 105,7 45,9 32,7 od ,5 102,0 40,5 23,0 od ,2 81,4 46,7 29,1 od ,3 75,3 46,9 28,4 od ,6 40,5 20,1 od ,8-37,7 39,3 od Zmniejszenie wartości przemieszczeń dla większości reperów obserwowanych nad najgłębszą częścią wyrobiska w okresie od sierpnia 2014, jest spowodowane podparciem tej części zbocza do wysokości -50 m n.p.m. Aktualnie zbocze w rejonie bloku paleoosuwiskowego jest podparte zwałowiskiem na długości ok. 520 m (według stanu na grudzień 2014 r.).

9 Deformacje wgłębne Obserwacje deformacji wgłębnych prowadzone są w inklinometrach. W omawianym rejonie zbocza południowego, w części wschodniej, przemieszczenia w głębi górotworu mierzone są od marca 2011 r. w inklinometrze IN-13S (linia przekroju geologicznego 62SN), który monitoruje zbocze w zakresie rzędnych -4/-122 m n.p.m. Sumaryczne przemieszczenie na wlocie otworu wynosi 18,5 cm w kierunku NNE. W IV kwartale 2014 r. nastąpił przyrost przemieszczeń o 9,1 cm. W krzywej przemieszczeń widoczny jest przyrost w zakresie rzędnych -45/-120 m n.p.m. W październiku 2014 r., na półce +72 m n.p.m. został wykonany inklinometr IN-41S (linia przekroju geologicznego 60.5 SN), o głębokości 160 m. W krzywej przemieszczeń trudno wydzielić powierzchnie przyrostu przemieszczeń. Przyrost odbywa się na całej długości otworu. Aktualnie, według pomiaru z , przemieszczenie sumaryczne na wlocie otworu wynosi 14,2 cm w kierunku na NE. Zachodnią część zbocza (rejony X/S i XV/S) monitorują dwa inklinometry, wykonane w linii przekroju geologicznego 59SN: IN-43S o głębokości 124 m na półce +10 0m n.p.m. oraz IN-42S o głębokości 161 m na półce +18,5 m n.p.m. Inklinometr IN-42S monitoruje górotwór w zakresie rzędnych +18/-143 m n.p.m. Pierwszy pomiar wykonano r. Zgodnie z pomiarem z r. przemieszczenie sumaryczne na wlocie otworu wynosi 5,8 cm ku N. Należy zaznaczyć, że przyrost przemieszczeń pomiędzy I pomiarem a pomiarem z r. wyniósł 1,6 cm (5 dni) a pomiędzy II pomiarem i III (15 dni) wyniósł 4,4 cm. W krzywej przemieszczeń rysuje się wyraźna powierzchnia poślizgu na rzędnej -68/-70 m n.p.m. Inklinometr IN-43S monitoruje górotwór w zakresie rzędnych +100/-24 m n.p.m. Pierwszy pomiar wykonano r. Zgodnie z pomiarem z r. sumaryczne przemieszczenie na wlocie otworu wynosi 2,9 cm ku NW. Początkowe pomiary wykazywały sumaryczne przemieszczenie ku S i SE. Ostatni pomiar z r. wykazał zwrot przemieszczeń ku N/NW. W krzywej przemieszczeń widoczne są trzy strefy przyrostu przemieszczeń: w zakresie rzędnych od -2 do 5 m n.p.m. (wapień pelityczny z laminami iłów marglistych), w zakresie rzędnych od +20 do +23 m n.p.m. (mułowce margliste), w zakresie rzędnych od +42 do +49 m n.p.m. (mułowiec marglisty). Dodatkowo informacje o deformacjach w głębi górotworu są uzyskiwane na podstawie uszkodzeń w studniach i piezometrach. Obserwowane w przykładowo wybranych obiektach zjawiska przedstawiono w tabeli 4. Tabela 4. Deformacje obserwowane w studniach i piezometrach Nazwa obiektu i rzędna półki na zboczu południowym PW (+124 m n.p.m.) KT (+18 m n.p.m.) KT-129 (-2 m n.p.m.) PP383 (-50 m n.p.m.) 113K-1P-PW (+72 m n.p.m.) KT-141 (+38 m n.p.m.) PW (+74 m n.p.m.) PP388 (+56 m n.p.m.) PP377 (-2 m n.p.m.) Rzędna i rodzaj deformacji przerwanie piezometru -22 m n.p.m. przerwanie piezometru -60 m n.p.m. przerwanie piezometru -80 m n.p.m. przerwana kolumna filtrowa w studni -26 m n.p.m. przerwanie piezometru -37 m n.p.m. przerwanie piezometru +61 i +43 m n.p.m. uszkodzenie piezometru +34 i +7 m n.p.m. kolumna filtrowa zagnieciona -120 m n.p.m. zakleszczony kolektor tłoczny

10 92 Na podstawie analizy budowy geologicznej, wartości przemieszczeń powierzchniowych, w głębi górotworu oraz obserwacji makroskopowych należy stwierdzić, że zagrożeniem objęte jest zbocze południowe wyrobiska górniczego P/Bełchatów na obszarze linii przekrojowych od 62SN do 56SN. Największe przemieszczenia rejestrowane są w zachodniej części tego obszaru na V (+72 m n.p.m.), VI (+56 m n.p.m.) i VII (+40 m n.p.m.) półce zbocza. Zdecydowanie wolniej odkształca się zbocze na VIII (+18 m n.p.m.), IX (0 m n.p.m.) i X (-38 m n.p.m.) poziomie zbocza południowego (tabela 2). Wzrost wartości i prędkości przemieszczeń następuje wraz z postępem robót górniczych w zakresie rzędnych -50/-67 m n.p.m. Do września 2014 r. przyrost przemieszczeń rejestrowano do II półki zbocza południowego włącznie, tj. do rzędnej +150 m n.p.m. Od września 2014 r. odnotowano przyrosty przemieszczeń dla reperów na I półce zbocza (+178 m n.p.m.), co spowodowało uszkodzenie rurociągu podskarpowego na tym poziomie 28 września 2014 r. Na koniec grudnia maksymalna sumaryczna wartość przemieszczeń wynosiła 6,6 cm. Bezpośrednim zagrożeniem osuwiskowym obecnie objęty jest obszar o powierzchni około 200 tys. m 2, średniej miąższości około 55 m, co daje kubaturę prognozowanego osuwiska 10,5 mln m Procesy deformacyjne w skałach w innych kopalniach Procesy o podobnej lub nawet większej skali znane są z literatury światowej. Zachodzą one głównie w głębokich kopalniach złóż polimetalicznych, np. miedzi, molibdenu, złota czy azbestu. W tabeli 1 zestawiono kilka przykładów podobnych procesów, które rozwinęły się na zboczach wyrobisk. Cechą charakterystyczną jest, że o wytrzymałości zbocza decyduje najsłabszy element budowy geologicznej, mimo często wysokich parametrów wytrzymałościowych otrzymanych z badań laboratoryjnych. Ponadto z danych autorów wynika, że procesy deformacyjne często mają charakter typu toppling, tzn., że górna część zbocza odkształca się szybciej niż dolna, a prędkości inicjacyjne wahają się od 30 mm/dobę do 200 mm/dobę. Ponadto okres rozwoju procesu osuwiskowego może wynosić do kilku lat, ale zdarzają się sytuacje, gdy proces rozwija się w sposób gwałtowny w ciągu kilku dni. Brakuje danych dotyczących wartości przemieszczeń poziomych stanu dopuszczalnego i krytycznego. Tabela 5. Charakterystyka podobnych procesów w głębokich kopalniach na świecie Lp. Nazwa złoża 1. Afton (Cu) 2. Brenda (Mo, Cu) Parametry zbocza Wysokość Nachylenie [m] [ o ] 310 całkowita, 170 objęta deformacjami. Kubatura osuwiska [mln Mg] Budowa geologiczna, parametry wytrzymałościowe gruntów 45 0,3 silnie zuskokowany masyw diorytowy, uskoki z wypełnieniem mineralnym, ciągłe, Rc = MPa Masyw kwarcowych diorytów, partiami złupkowany, wtrącenia gliniaste. Główny system spękań W-E, upad ku S o, rozstaw m, dodatkowo dwa podrzędne systemy. Rc 150 MPa

11 93 3 Cassiar (azbest) 4 Highmont (Cu, Mo) 5 Bingham (Cu) 6 Carlin Trend (Cu) 7 Robinson/Ely/ Ruth (Au) 8 Bełchatów (węgiel brunatny) 370 całkowita, 180 objęta deformacjami ,6 Masyw w górnej części ok. 250 m wulkanity, dolna część serpentynity. Masyw pocięty kilkoma strefami zwietrzenia i uskokami oraz spękaniami, wulkanity Rc 80 MPa; serpentynity Rc 50 MPa Masyw granodiorytowy i diorytów kwarcowych, w różnym stopniu zwietrzałych. Rc od 1 do 140 MPa. z odwrotnych obliczeń: c = MPa; φ=33 o ? Kwarcyty i wapienie, cztery zespoły skalne od kompetentnych do bardzo słabych. Rc od 1 do 140 MPa Drobnoziarniste piaskowce, iłołupki, brekcje skały przeobrażone zwietrzałe, słabe oraz skały głębinowe. Masyw zuskokowany, rozstaw do 30 m, wypełnienie ilaste. Głębinowe skały 200 MPa Masyw riolitowo-zuskokowany wielokierunkowo, uskoki z wypełnieniem ilastym 320 całkowita, objęte deformacjami ? Margle i opoki kredowe, trójkierunkowy system spękań, rumosze i brekcje sedymentacyjne, strefy kopalnych osypów, piargów i osuwisk (obrywów), strefa kopalnego poślizgu wzdłuż stropu piasków alb-cenoman. Jej bieg to NW-SE przy rozciągłości zbocza E-W. Rc = 3,3-45,6M Pa. z kartowań:c = 0,125 MPa; φ = 18 o Podsumowanie 1) Aktualnie (stan na ) deformacjami nieciągłymi objęte jest zbocze południowe wyrobiska górniczego Pola Bełchatów na długości około 1500 m, w zakresie rzędnych +150/-80 m n.p.m. (230 m). 2) Spękania i szczeliny tworzące się na zboczu południowym wykazują związek z systemem uskoków rozdzielających BP na mniejsze elementy. 3) Obecnie obserwuje się większą gęstość szczelin w górnej części zbocza (przedział rzędnych +96/+55 m n.p.m.) niż w części dolnej (półki stałe poniżej rzędnej +40 m n.p.m.). 4) Głębokość zakorzenienia BP do 40 m jest prawdopodobnie wartością graniczną, utrzymującą zbocze w stanie równowagi granicznej. 5) Przyrosty przemieszczeń oraz prędkości korelują się z okresami prowadzenia eksploatacji w strefie zbocza południowego. 6) Przemieszczenia reperów w górnej części zbocza (półki +74 i +56 m n.p.m.) są większe niż przemieszczenia mierzone na reperach w stopie zbocza. Jest to efekt silniejszego odprężenia się bloków leżących na istniejącej powierzchni paleoślizgu niż w podstawie zbocza, gdzie proces inicjacji powierzchni poślizgu jest w początkowej fazie. Powyższe potwierdza większa gęstość spękań i szczelin na poz. +72 i +55 m n.p.m.

12 94 7) Szczeliny na poziomach +120 i +150 m n.p.m. są efektem rozsuwania się bloków podłoża mezozoicznego zalegających w podstawie warstw nadkładu. 8) Z obserwacji w inklinometrach oraz w zniszczonych studniach i otworach piezometrycznych wynika, że powierzchnia poślizgu inicjuje się na zmiennych rzędnych od +61 m n.p.m. przez +34 m n.p.m., -26 m n.p.m. w części zachodniej do -70/-60 m n.p.m. w części wschodniej. 9) Bezpośrednim zagrożeniem osuwiskowym aktualnie objęty jest obszar o powierzchni około 200 tys. m 2, średniej miąższości około 55 m, co daje kubaturę prognozowanego osuwiska ok. 10,5 mln m 3. Bibliografia [1] Czarnecki L., Felisiak I., 2003, Ruchy masowe generowane uskokami zrzutowymi w Rowie II rzędu w KWB Bełchatów, V Ogólnopolska Konferencja Neotektonika Polski : Neotektonika a morfo tektonika, Metody Badań s [2] Kossowski L., Olszewski B., Sowiński L., Wojturska M., Sowa J., 1992, Reinterpretacja budowy geologicznej złoża Bełchatów w rejonie linii przekrojowych 42-70NS. Zakład Geologii Stosowanej Uniwersytetu Wrocławskiego, Wrocław. [3] Praca zbiorowa pod kierownictwem prof. S. Rybickiego, 2007, Dokumentacja geologiczno-inżynierska procesów osuwiskowych 22S i 24S wraz z weryfikacją przyjętych kryteriów bezpieczeństwa Stowarzyszenie Naukowe im. Stanisława Staszica, Kraków. [4] Kuliński M., Misiorek E., 2009, Dodatek nr 1 do Projektu Zagospodarowania Złoża Węgla Brunatnego Bełchatów Pole Bełchatów, PG PROXIMA S.A. Wrocław. [5] Sędor A., Czarnecki L., 2011, Zagrożenia osuwiskowe w Zakładzie Górniczym KWB Bełchatów w trakcie prowadzenia eksploatacji w najgłębszej części złoża, w rowie II rzędu, XXXIV Zimowa Szkoła Mechaniki Górotworu i Geoinżynierii, Kudowa-Zdrój. [6] Czarnecki L., Jurczuk M., 2013, Eksploatacja w rowie II rzędu dobór technologii prowadzenia robót górniczych dla zabezpieczenia eksploatacji do rzędnej -110 m n.p.m., XXXVI Zimowa Szkoła Mechaniki Górotworu i Geoinżynierii, Kudowa-Zdrój. [7] Sowiński L., Wcisło A., Kurpiewska I., Ocena stopnia zagrożenia oraz wytyczne prowadzenia skarp stałych zbocza południowego 0/-110 m n.p.m. pomiędzy liniami 63SN- -55SN, etap VI, VII i VIII , Biuro Projektów Górniczych i Geologicznych PROGiG Sp. z o.o., Wrocław.