Zastosowanie modelowania numerycznego do oceny możliwości wystąpienia wstrząsu górotworu

Podobne dokumenty
STRATEGIA PROWADZENIA ROBÓT GÓRNICZYCH W CELU OGRANICZENIA AKTYWNOŚCI SEJSMICZNEJ POLA EKSPLOATACYJNEGO

1. Zagrożenie sejsmiczne towarzyszące eksploatacji rud miedzi w Lubińsko-Głogowskim Okręgu Miedziowym

Aktywność sejsmiczna w strefach zuskokowanych i w sąsiedztwie dużych dyslokacji tektonicznych w oddziałach kopalń KGHM Polska Miedź S.A.

Wpływ warunków górniczych na stan naprężenia

METODY ROZPOZNAWANIA STANU AKTYWNOŚCI SEJSMICZNEJ GÓROTWORU I STRATEGIA OCENY TEGO ZAGROŻENIA

AKTYWNA PROFILAKTYKA TĄPANIOWA STOSOWANA W WYBRANYM ODDZIALE EKSPLOATACYJNYM O/ZG RUDNA KGHM POLSKA MIEDŹ S.A.W LATACH

EKSPLOATACJA ZŁOŻA W SĄSIEDZTWIE ZROBÓW I STREF UPODATNIONYCH W ŚWIETLE DOŚWIADCZEŃ PRAKTYCZNYCH ORAZ MODELOWANIA NUMERYCZNEGO

Zastosowanie elektronicznych systemów inicjacji ładunków MW w profilaktyce tąpaniowej w warunkach kopalń LGOM

PL B1. Sposób podziemnej eksploatacji złoża minerałów użytecznych, szczególnie rud miedzi o jednopokładowym zaleganiu

OKREŚLENIE LOKALIZACJI CHODNIKA PRZYŚCIANOWEGO W WARUNKACH ODDZIAŁYWANIA ZROBÓW W POKŁADZIE NIŻEJ LEŻĄCYM**

Zagrożenie tąpaniami w polskich kopalniach węgla kamiennego i rud miedzi

NUMERYCZNE MODELOWANIE FILAROWO-KOMOROWEGO SYSTEMU EKSPLOATACJI

(13) B1 (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) PL B1. Fig 1 E21F 17/04 E21C 39/00

AKTYWNOŚĆ SEJSMICZNA W GÓROTWORZE O NISKICH PARAMETRACH WYTRZYMAŁOŚCIOWYCH NA PRZYKŁADZIE KWK ZIEMOWIT

Metody oceny stanu zagrożenia tąpaniami wyrobisk górniczych w kopalniach węgla kamiennego. Praca zbiorowa pod redakcją Józefa Kabiesza

Odporność obiektów magazynowych w masywie solnym LGOM na zagrożenie generowane działalnością górniczą

Weryfikacja za pomocą metody elementów skończonych analitycznego sposobu wyznaczania naprężeń w sąsiedztwie pozostawionej resztki złoża

ANALIZA AKTYWNOŚCI SEJSMICZNEJ W WYBRANYCH POLACH EKSPLOATACYJNYCH ZG POLKOWICE-SIEROSZOWICE Z ZASTOSOWANIEM NARZĘDZI GIS

Modelowanie numeryczne i pomiary dołowe w badaniach stateczności wyrobisk górniczych prowadzonych w Zakładzie Mechaniki Górotworu. of KGHM CUPRUM CBR

MOŻLIWOŚCI WYKORZYSTANIA DLA CELÓW WENTYLACYJNYCH I TRANSPORTOWYCH WYROBISK W OBECNOŚCI ZROBÓW W ASPEKCIE LIKWIDACJI REJONU

Ocena systemu eksploatacji w kierunku zrobów i stref upodatnionych w O/ZG Rudna

PRZEGLĄD GÓRNICZY 2014

Dobór systemu eksploatacji

O możliwości powstawania pionowych rozwarstwień stropu nad wyrobiskami komorowymi w LGOM.

Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków **

SKUTECZNOŚĆ AKTYWNEJ PROFILAKTYKI TĄPANIOWEJ W WYBRANYCH POLACH EKSPLOATACYJNYCH O/ZG LUBIN

KARTA TECHNOLOGII System eksploatacji komorowo-filarowy z lokowaniem skały płonnej i likwidacją podsadzką hydrauliczną

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

Eksploatacja złoża o dużym nachyleniu w warunkach pola XV/3 O/ZG RUDNA

Wpływ zaburzeń tektonicznych na przebieg deformacji masywu skalnego w obrębie eksploatowanego pola

STAN NAPRĘŻENIA W GÓROTWORZE W OTOCZENIU PÓL ŚCIANOWYCH W KOPALNI WĘGLA KAMIENNEGO BOGDANKA

EKSPLOATACJA POKŁADU 510/1 ŚCIANĄ 22a W PARTII Z3 W KWK JAS-MOS W WARUNKACH DUŻEJ AKTYWNOŚCI SEJSMICZNEJ

Konwergencja jako wskaźnik zagrożenia sejsmicznego w wybranych polach eksploatacyjnych w KGHM Polska Miedź O/ZG Polkowice-Sieroszowice

SKUTECZNOŚĆ PROFILAKTYKI TĄPANIOWEJ W WYBRANYCH POLACH EKSPLOATACYJNYCH O/ZG POLKOWICE SIEROSZOWICE

2. Kopalnia ČSA warunki naturalne i górnicze

ANALIZA ODLEGŁOŚCI I CZASU MIĘDZY WSTRZĄSAMI ZE STRZELAŃ TORPEDUJĄCYCH A SAMOISTNYMI O ENERGII RZĘDU E4 J W WARUNKACH KW SA KWK,,PIAST

NUMERYCZNA ANALIZA MOŻLIWOŚCI UTRATY STATECZNOŚCI WYROBISK ZLOKALIZOWANYCH NA NIEWIELKIEJ GŁĘBOKOŚCI

Rys. 1. Obudowa zmechanizowana Glinik 15/32 Poz [1]: 1 stropnica, 2 stojaki, 3 spągnica

Aktywność sejsmiczna w wybranych polach eksploatacyjnych w KGHM Polska Miedź S.A. O/ZG Rudna

Ocena stateczności wyrobisk korytarzowych w rejonie szybu R-XI z wykorzystaniem sprężysto-plastycznego modelu górotworu i kryterium Coulomba-Mohra

Władysław KONOPKO Główny Instytut Górnictwa, Katowice

Obszary sprężyste (bez możliwości uplastycznienia)

1. Wstęp. Ryszard Wosz* Górnictwo i Geoinżynieria Rok 30 Zeszyt

PL B1. Sposób podziemnej eksploatacji pokładowych i pseudopokładowych złóż minerałów użytecznych BUP 07/04

Aktywność sejsmiczna w wybranych polach eksploatacyjnych w KGHM PM S.A. O/ZG Rudna

Ocena zachowania się uskoku w sąsiedztwie eksploatacji w aspekcie zagrożenia sejsmicznego

Integralność konstrukcji w eksploatacji

Analiza wpływu miąższości złoża rudy miedzi na lokalizację epicentrum wstrząsów w komorowo-filarowych systemach eksploatacji

Koncepcja prowadzenia eksploatacji w polu I/9 w kopalni Lubin, w obustronnym sąsiedztwie lokalnych stref uskokowych

Analiza warunków współpracy obudowy wyrobiska korytarzowego z górotworem w zależności od parametrów wykładki

Teoretyczne ujęcie problemu wtórnych ruchów górotworu spowodowanych zatapianiem likwidowanych wyrobisk górniczych

Analiza parametrów sejsmiczności indukowanej górotworu w rejonach eksploatacyjnych O/ZG Rudna

NOŚNOŚĆ OBUDOWY SZYBU UPODATNIONEJ GEOMATERIAŁAMI W ŚWIETLE ANALIZY NUMERYCZNEJ

2. Budowa geologiczna górotworu w rejonie pola Pagory

Nasyp przyrost osiadania w czasie (konsolidacja)

WPŁYW STOPNIA ZAAWANSOWANIA EKSPLOATACJI NA ZAGROŻENIE SEJSMICZNE W KOPALNI RUD MIEDZI LUBIN

Wpływ warunków górniczych na stan naprężenia i przemieszczenia wokół wyrobisk korytarzowych

ANALIZA ZALEŻNOŚCI MIĘDZY GEOMECHANICZNYMI PARAMETRAMI SKAŁ ZŁOŻOWYCH I OTACZAJĄCYCH NA PRZYKŁADZIE WYBRANYCH REJONÓW GÓRNICZYCH KOPALŃ LGOM. 1.

Analiza stateczności zbocza

Parametry wytrzymałościowe łupka miedzionośnego

PRAWDOPODOBIEŃSTWO ZNISZCZENIA WYROBISKA GÓRNICZEGO W NASTĘPSTWIE WSTRZĄSU SEJSMICZNEGO. 1. Wprowadzenie. Jan Drzewiecki*

OKREŚLENIE NISZCZĄCEJ STREFY WPŁYWÓW DLA ZJAWISK SEJSMICZNYCH. 1. Wprowadzenie. Jan Drzewiecki* Górnictwo i Geoinżynieria Rok 32 Zeszyt

Korelacja wyników geofizycznych i geomechanicznych w rejonie wystąpienia tąpnięcia w ZG Lubin w dniu

Dodatkowa profilaktyka tąpaniowa z wykorzystaniem strzelań w warstwach stropowych doświadczenia kghm polska miedź s.a. O/zg rudna

Stateczność zbocza skalnego ściana skalna

MOŻLIWOŚCI NUMERYCZNEGO MODELOWANIA FILAROWO-KOMOROWEGO SYSTEMU EKSPLOATACJI 1. WPROWADZENIE

EKSPLOATACJA W WARUNKACH WYSTĘPOWANIA W STROPIE WYROBISK DOLOMITU KAWERNISTEGO NA PRZYKŁADZIE POLA G-12/7 KGHM POLSKA MIEDŹ SA O/ZG RUDNA

Charakterystyka zagrożenia sejsmicznego i tąpaniami w górnictwie polskim w roku 2000

Sposób kompleksowej oceny stanu technicznego wyrobisk komorowych w kopalniach soli

Badania zachowania się górotworu podczas doświadczalnej eksploatacji systemem ścianowym w ubierce A5/1 O/ZG Polkowice-Sieroszowice

Witold Pytel GEOMECHANICZNE PROBLEMY DOBORU OBUDOWY KOTWOWEJ DLA WYROBISK GÓRNICZYCH

DWUTEOWA BELKA STALOWA W POŻARZE - ANALIZA PRZESTRZENNA PROGRAMAMI FDS ORAZ ANSYS

Osiadanie kołowego fundamentu zbiornika

Wykorzystanie MES do prognozowania przemieszczeń terenu wywołanych eksploatacją górniczą

Zmienność obszaru aktywności sejsmicznej indukowanej eksploatacją oddziału wydobywczego KGHM Polska Miedź S.A.

ANALIZA ROZKŁADU WSTRZĄSÓW GÓROTWORU W REJONIE ŚCIANY B-1 POKŁADU 403/3 W ASPEKCIE WYBRANYCH CZYNNIKÓW GÓRNICZYCH I GEOLOGICZNYCH**

PARAMETRY KLASYFIKACYJNE SKAŁ STROPOWYCH I AKTYWNOŚĆ SEJSMICZNA W O/ZG LUBIN

Wytrzymałość Konstrukcji I - MEiL część II egzaminu. 1. Omówić wykresy rozciągania typowych materiałów. Podać charakterystyczne punkty wykresów.

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2017 CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

ANALIZA DRGAŃ POWIERZCHNI TERENU WYWOŁANYCH PĘKANIEM WARSTW SKALNYCH**

Zagrożenie tąpaniami w górnictwie polskim w 1999 roku

Surface settlement due to tunnelling. Marek Cała Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki

METODA OCENY JAKOŚCI WKLEJENIA ŻERDZI KOTWIOWYCH W GÓROTWORZE JAKO SKUTECZNY SPOSÓB KONTROLI STANU BEZPIECZEŃSTWA PRACY W WYROBISKACH KORYTARZOWYCH

2. Analiza spektralna pomierzonych drgań budynku

I. Technologia eksploatacji złóż węgla kamiennego (moduł kierunkowy)

Charakterystyka termodynamiczna fazy gazowej masywu skalnego poddanego procesowi eksploatacji

Analiza stateczności skarp z zastosowaniem zmodyfikowanej metody redukcji wytrzymałości na ścinanie

NOŚNOŚCI ODRZWI WYBRANYCH OBUDÓW ŁUKOWYCH**

O zagrożeniu sejsmicznym i tąpaniami w polskim górnictwie w roku 2004

7. Wypadek przy pracy definicja, rodzaje, wskaźniki wypadkowości. 8. Czynniki szkodliwe i uciążliwe w środowisku w aspekcie norm higienicznych.

OCENA STANU ZAGROśENIA TĄPANIAMI W WYBRANYCH ODDZIAŁACH WYDOBYWCZYCH O/ZG POLKOWICE SIEROSZOWICE

GEOTECHNICZNE PROBLEMY UTRZYMANIA WYROBISK KORYTARZOWYCH W ZŁOŻONYCH WARUNKACH GEOLOGICZNO-GÓRNICZYCH

Wyłączenie redukcji parametrów wytrzymałościowych ma zastosowanie w następujących sytuacjach:

Analiza fundamentu na mikropalach

Zakres wiadomości na II sprawdzian z mechaniki gruntów:

Próba określenia rozkładu współczynnika tłumienia na wybiegu ściany 306b/507 w KWK Bielszowice metodą pasywnej tłumieniowej tomografii sejsmicznej

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów studia niestacjonarne I-go stopnia, semestr zimowy

OCENA STATECZNOŚCI GÓROTWORU W SĄSIEDZTWIE PŁYTKICH WYROBISK PORUDNYCH W OPARACIU O ODKSZTAŁCENIOWY WARUNEK STANU GRANICZNEGO

Możliwości weryfikacji energii sejsmicznej wstrząsów wysokoenergetycznych w LGOM

LIKWIDACJA REJONÓW WYDOBYWCZYCH NA PRZYKŁADZIE LIKWIDACJI REJONU PW KOPALNI POLKOWICE-SIEROSZOWICE. 1. Wprowadzenie

Transkrypt:

5 CUPRUM Czasopismo Naukowo-Techniczne Górnictwa Rud nr 1 (82) 2017, s. 5-15 Zastosowanie modelowania numerycznego do oceny możliwości wystąpienia wstrząsu górotworu Piotr Mertuszka 1) Witold Pytel 1) Krzysztof Szczerbiński 2) 1) KGHM CUPRUM sp. z o.o. CBR, Wrocław, 2) KGHM Polska Miedź S.A. O/ZG Polkowice-Sieroszowice Streszczenie Zagrożenie dynamicznymi przejawami ciśnienia górotworu jest jednym z podstawowych problemów towarzyszących eksploatacji złoża w polskich kopalniach rud miedzi, przejawiając się najczęściej w postaci wstrząsów górotworu, tąpnięć i odprężeń. Analiza tego typu zjawisk, ze względu na swój krótkotrwały przebieg i trudny do przewidzenia czas wystąpienia, jest wyjątkowo trudna w praktycznym zastosowaniu. Dlatego prowokowanie górotworu grupowymi robotami strzałowymi jest jedną z najbardziej skutecznych metod ograniczenia tego typu zagrożeń w warunkach kopalń LGOM. Jako sprowokowane klasyfikuje się te wstrząsy, które wystąpiły natychmiast po strzelaniu przodków lub też w okresie wyczekiwania po robotach strzałowych. Celem przeprowadzonej analizy było określenie stanu naprężeń i odkształceń w górotworze w rejonie rozważanego pola oraz sprawdzenie, czy przy danej geometrii wyrobisk istniały przesłanki o możliwości pojawienia się niestateczności w górotworze. Słowa kluczowe: zjawiska dynamiczne, modelowanie numeryczne The application of numerical modeling for the assessment of the possibility of dynamic event occurrence Abstract The risk caused by dynamic effects of rock mass pressure is one of the basic problems associated with exploitation of the deposit in Polish copper ore mines and is mostly represented by tremors, rockbursts and stress relief. These phenomena are extremely difficult to both predict and analyze due to their short duration and unpredictable time of occurrence. Rock mass provoked by the use of concentrated blasting works proved to be an effective method of rockburst prevention in LGOM mines conditions. A significant number of recorded dynamic events are usually provoked by the blasting works. When provoked, stress is relieved immediately after blasting or during the post-blasting waiting period. The purpose of this analysis is to determine the stress/deformation state of the rock mass within the subject mining parcel and verify whether the geometry of the mining drifts had any indication of roof strata instability occurrence. Key words: dynamic events, numerical modelling

6 Wprowadzenie Specyficzna budowa geologiczna nadkładu w obszarach górniczych kopalń rud miedzi LGOM, sprzyja występowaniu silnych zjawisk sejsmicznych. Utwory skalne, z których zbudowane są poszczególne warstwy geologiczne, charakteryzują się dużą wytrzymałością i małą odkształcalnością. Z punktu widzenia geomechaniki, występowanie zjawisk dynamicznych determinuje wysoki stan wytężenia materiału otaczającego wyrobisko, któremu towarzyszy mały zapas nośności, czasem zamiennie określany jako lokalny współczynnik bezpieczeństwa. Oznacza to, że nawet niewielkie dociążenie w postaci zmiany stanu naprężeń na niekorzyść z punktu widzenia przyjętej hipotezy wytrzymałościowej, może prowadzić do utraty stateczności w pewnym, ściśle określonym obszarze wyrobiska lub otaczającego górotworu. Pojawienie się niestateczności może także nastąpić na skutek działania impulsu dynamicznego. Takim impulsem może być detonacja ładunków materiałów wybuchowych w pojedynczym przodku lub w grupie przodków. Technika strzałowa, jak dotąd, pozostaje jedną z najbardziej skutecznych aktywnych metod zwalczania tego typu zagrożeń w kopalniach LGOM. Jest ona prowadzona w formie: strzelań grupowych jednorazowe odpalanie dużej liczby przodków eksploatacyjnych; strzelań urabiająco-odprężających zwiększenie ilości materiałów wybuchowych w otworach włomowych; strzelań wydłużonymi otworami odprężającymi; strzelań odprężających w spągu. Prowokowanie odprężeń w górotworze przodkowymi robotami strzałowymi polega na jednoczesnym pozbawieniu podparcia warstw stropowych na dosyć długim odcinku frontu [1] i równocześnie na zmniejszeniu składowej poziomej stanu naprężeń w samym pokładzie (zmiana stanu naprężenia w przyociosowej części złoża z trójosiowego na jednoosiowy). Likwidacja podparcia stropu na długim odcinku frontu oznacza równoczesne przyłożenie dodatkowego obciążenia na następną silnie już obciążoną strefę calizny pokładu, co może wywołać odprężenia i tąpania. Efekt podcięcia stropu jest trudny do uzyskania na drodze odpalania materiału wybuchowego w pojedynczych lub nieregularnie zlokalizowanych przodkach. Można go jednak osiągnąć przez jednoczesne odpalenie położonych blisko siebie kilku lub kilkunastu przodków. Analiza przeprowadzona przez Kłeczka (2004), dotycząca ilości sprowokowanych wstrząsów górotworu w czasie wyczekiwania po robotach strzałowych przeprowadzonych w latach 2001-2003 na terenie kopalń LGOM, potwierdza tezę, że umiejętne sterowanie wstrząsami górotworu w połączeniu z odpowiednio wyznaczonym czasem wyczekiwania, może przyczynić się do poprawy skuteczności aktywnych metod profilaktyki tąpaniowej. W ramach niniejszego artykułu rozpatrzono sytuację geologiczno-górniczą jednego z oddziałów kopalni Polkowice-Sieroszowice w aspekcie istniejącego potencjału w zakresie pojawienia się niestateczności w górotworze bezpośrednio przed grupowymi robotami strzałowymi prowadzonymi w ramach aktywnej profilaktyki tąpaniowej, po przeprowadzeniu których zanotowano wysokoenergetyczny wstrząs górotworu. W tym celu wyznaczono numerycznie (MES) trójwymiarowe rozkłady naprężeń i odkształceń w górotworze w rejonie rozważanego pola, które z kolei stanowiły

7 podstawę określenia przestrzennych rozkładów, tzw. zapasów bezpieczeństwa. Pozwoliły one następnie zidentyfikować w otoczeniu wyrobisk obszary silnie wytężone i jednocześnie podatne na wystąpienie niestateczności typu geomechanicznego, tj. sytuacji, w której aktualny stan naprężeń lub odkształceń wskazuje na niewielką odległość od powierzchni granicznej sformułowanej, w przestrzeni naprężeń i/lub odkształceń głównych, w oparciu o określoną hipotezę wytrzymałościową. Analizę przeprowadzono, bazując na geometrii wyrobisk w rejonie bloku D-IE oddziału G-54 kopalni Polkowice-Sieroszowice, gdzie w dniu 13.12.2011 r. w momencie jednocze7 snego odpalenia grupy przodków nastąpiło odprężenie o energii E = 2,1 10 J. 1. Opis sytuacji górniczej w rejonie analizowanego pola Blok D-IE położony jest w granicach oddziału G-54 na obszarze górniczym Sieroszowice I (rejon GG-5). Szkic wyrobisk górniczych w rejonie analizowanego pola przed wystąpieniem wstrząsu przedstawiono na rys. 1. Eksploatację w bloku D-IE rozpoczęto w marcu 2005 r. Początkowo wybieranie pola zamykającego prowadzono wyłącznie systemem komorowo-filarowym z ugięciem stropu z filarem ruchowym zamykającym J-UGR-PS. Od listopada 2005 r. natomiast, na prawym skrzydle frontu, przy granicy z OG Rudna, stosowany był również system eksploatacji komorowo-filarowy z wygrodzeniem w zrobach dróg wentylacyjno-transportowych J-UGW. Złoże rud miedzi w granicach oddziału G-54 zalega na głębokości od około 925 m p.p.t. (piętro D1E) do 1 050 m p.p.t. (blok D-IE). Górotwór w tym obszarze jest słabo zaangażowany tektonicznie, a uławicenie warstw jednorodne z lokalnymi zafałdowaniami. Skały stropowe zbudowane są z serii węglanowej cechsztynu, której miąższość wynosi około 13-16 m. Bezpośrednio na serii węglanowej zalegają anhydryty o sumarycznej miąższości od 69 do 118 m. W części wschodniej piętra D2E na anhydrytach zalega pokład soli kamiennej o miąższości do 80 m. Rys. 1. Szkic wyrobisk górniczych w rejonie bloku D-IE przed wystąpieniem wstrząsu

8 Na kształtowanie się aktywności sejsmicznej w obszarze poszczególnych kopalń bądź oddziałów górniczych wpływają m.in. ilość czynnych pól eksploatacyjnych, warunki geologiczno-górnicze czy stosowany system eksploatacji. Aktywność sejsmiczna w rejonie bloku D-IE przed analizowanym odprężeniem górotworu była relatywnie wysoka. W początkowej fazie prowadzonej tam eksploatacji kształtowała się na bardzo wysokim poziomie, jednak zgodnym z prognozą sejsmiczności. Znaczący spadek aktywności zarejestrowano w okresie od maja 2007 do września 2008 r. W czasie dalszej eksploatacji występowały pojedyncze bardzo silne wstrząsy klasy E7. W okresie od 4 września do 18 lutego 2011 r. zarejestrowano sześć kolejnych bardzo silnych wstrząsów klasy E7, z których pięć zostało sprowokowanych robotami strzałowymi, a tylko jeden z nich nie spowodował skutków w wyrobiskach. Szczególnie wysoką aktywność obserwowano w grudniu 2010 r. Zanotowano trzy wstrząsy klasy E7, a wskaźnik zagrożenia sejsmicznego osiągnął wartość najwyższą z dotychczas notowanych. W roku 2011 do czasu analizowanego odprężenia wystąpiły tylko dwa zjawiska sejsmiczne o energii przekraczającej 107 J. Obydwa spowodowały skutki w wyrobiskach eksploatacyjnych i były sprowokowane robotami strzałowymi. Poziom aktywności sejsmicznej w roku 2011 był znacząco niższy niż obserwowany w roku poprzednim. 13.12.2011 r. o godzinie 1801 w trakcie odpalania grupy 26 przodków w bloku D-IE doszło do odprężenia sprowokowanego robotami strzałowymi o energii E = 2,1 107 J. Szkic rozmieszczenia wyrobisk z zaznaczeniem odpalonych przodków przedstawia rys. 2. Do otworów strzałowych we wszystkich przodkach załadowano łącznie 2523 kg materiału wybuchowego. W związku z wystąpieniem wstrząsu równocześnie z odpaleniem przodków, nie było możliwe wykonanie analizy geofizycznej tego zjawiska. Podczas kontroli wyrobisk w bloku D-IE stwierdzono obsypanie ociosów w wybranych komorach oraz upadowych, obejmujące ociosy od czoła przodka do pierwszego pasa przycaliznowego oraz wypiętrzenia spągów w obszarze dwóch pasów przycaliznowych. Ostatecznie nie stwierdzono wzrostu zagrożenia zawałami stropu, utraty funkcjonalności wyrobisk i bezpieczeństwa ich użytkowania. Zjawisko zakwalifikowano jako odprężenie sprowokowane robotami strzałowymi. Rys. 2. Szkic wyrobisk górniczych (oddział G-54 blok D-IE) z dnia 13.12.2011 r.

9 Po analizie zjawiska oraz zapoznaniu się z aktualnym stanem frontu, Zespół ds. Zwalczania Tąpań i Zawałów zalecił na froncie zasadniczym bloku D-IE odpalać jednocześnie nie mniej niż 8 przodków na 16 kolejnych komorach (dodatkowo inne przodki na froncie umożliwiające zachowanie wyrównanej linii frontu), a nie rzadziej niż raz na tydzień stosować skoncentrowane roboty strzałowe min. 25 przodków jednocześnie. Zaistniałe odprężenie górotworu miało miejsce w czasie wyczekiwania po odpaleniu 26 przodków i w związku z tym, w opinii Zespołu, w bloku D-IE możliwe było kontynuowanie uwalniania energii sprężystej w górotworze poprzez prowokowanie wstrząsów robotami strzałowymi. 2. Analiza geomechaniczna warunków eksploatacji Mając na uwadze, że analizowany przypadek odpalenia grupy przodków doprowadził do odprężenia górotworu, za pomocą modelu numerycznego odwzorowano sytuację górniczą, która miała miejsce przed robotami strzałowymi. Celem analizy było określenie stanu naprężeń i odkształceń w górotworze w rejonie bloku D-IE oraz sprawdzenie, czy istniały przesłanki świadczące o możliwości pojawienia się niestateczności w górotworze w analizowanym rejonie. Do analizy dotyczącej geomechanicznych aspektów eksploatacji złoża rudy miedzi na obszarze oddziału G-54 blok D-IE O/ZG Polkowice-Sieroszowice wykorzystano przestrzenny model obliczeniowy, oparty na zasadzie płytowej budowy górotworu, w którym nadkład stanowi układ jednorodnych płyt skalnych, będących odzwierciedleniem rzeczywistych wydzieleń geologicznych. Sposób określania nośności krytycznej i pokrytycznej filarów znaleźć można w literaturze przedmiotu [5]. W ramach pracy zamodelowano sytuację górniczą w rozpatrywanym rejonie na głębokości 1018 m p.p.t. Założono eksploatację z ugięciem stropu (JUGR-PS) z wykorzystaniem podsadzki suchej o ściśliwości 50%. Zadania geomechaniczne rozwiązano i obliczenia oraz wizualizację wyników przeprowadzono za pomocą pakietu NEi/NASTRAN, wykorzystującego przestrzennie sformułowaną metodę elementów skończonych. Założono, że wszystkie elementy modelu, w liczbie ponad 275 000, zbudowane są z materiałów mających charakterystykę liniowo-sprężystą o podanych w tabeli 1 parametrach. Materiał filarów technologicznych i resztkowych (model sprężysto-plastyczny z osłabieniem) scharakteryzowano modułem odkształcenia dla złoża oraz wartościami nośności krytycznej i resztkowej uzyskanymi na podstawie odpowiednich, tu nieprzytaczanych, zależności zastosowanych do filarów o zróżnicowanych wymiarach. Przyjęto nieliniową procedurę obliczeń, obejmującą następujące kroki: faza dostosowawcza rozwiązania sprężyste z sukcesywną modyfikacją przeciążonych filarów oraz procedura iteracyjna selekcji filarów, dla których obciążenie pionowe σ przekracza wartość krytyczną σ oraz następnie zastąpienie takich filarów stałym obciążeniem resztkowym; faza końcowa sprawdzenie zapasów bezpieczeństwa w stropowych warstwach skalnych dla końcowego układu uzyskanego w fazie dostosowawczej.

10 Tabela 1. Parametry odkształceniowo-wytrzymałościowe ośrodka skalnego przyjęte do analizy Obciążenie zewnętrzne zostało podzielone na dwie następujące grupy obciążeń: ciężar własny utworów III- i IV-rzędowych reprezentowany przez obciążenie σ = 9,67 MPa równomiernie rozłożone na górnym brzegu pstrego piaskowca (403 m poniżej poziomu terenu), ciężar własny pozostałych skał reprezentowany poprzez charakterystykę materiałową, zawierającą parametr gęstości (grawitacja). Dysponując określonymi wcześniej parametrami wytrzymałościowymi masywu skalnego oraz uzyskanymi numerycznie charakterystykami pól naprężeń i deformacji dla rozpatrywanych sytuacji górniczych, wyznaczono tzw. zapasy bezpieczeństwa F dla skał stropowych, których zapis oparto na trzech hipotezach wytrzymałościowych [6]: F Coulomba-Mohra (największych naprężeń ścinających), które kojarzone jest z mechanizmem zniszczenia na skutek ścinania mas skalnych: F = σ R R + R σ (1) gdzie: R wytrzymałość skał na jednoosiowe ściskanie [MPa], R wytrzymałość skał na jednoosiowe rozciąganie [MPa], σ, σ naprężenia główne [MPa].

11 F Hubera-Misesa (naprężeń zredukowanych), które kojarzone jest z mechanizmem zniszczenia na skutek ściskania mas skalnych: F = R σ = R 1 2 (σ σ ) + (σ σ ) + (σ σ ) (2) gdzie: σ naprężenia zredukowane wg Hubera-Misesa [MPa], σ, σ, σ naprężenia główne [MPa]. F Największych odkształceń ścinających: F = ε ε, (3) gdzie: ε = 0,0015 wartość obliczeniowa niszczącego odkształcenia ścinającego, ε, odkształcenie graniczne: ε, = γ 2 = max ε ε, ε ε, ε ε (4) 2 2 2 gdzie: 1, 2 i 3 odkształcenia główne. Generalnie, ujemna wartość któregokolwiek zapasu bezpieczeństwa wskazuje na możliwość pojawienia się niestateczności w określonym miejscu górotworu. Należy przy tym dodać, że o właściwym dopasowaniu danej hipotezy do warunków rzeczywistych mówi stopień tłumaczenia obserwowanych wstrząsów sejsmicznych przez poziom wytężenia materiału, reprezentowany przez wartość zapasu bezpieczeństwa, obliczoną zgodnie z daną hipotezą wytrzymałościową. Jeśli zatem którekolwiek ze stosowanych kryteriów bezpieczeństwa nie jest spełnione (np. wartości zapasów bezpieczeństwa <0 lub współczynniki bezpieczeństwa <1), założyć należy, że rozpoczął się proces niszczenia materiału w danej lokalizacji [4]. Wyniki obliczeń zestawiono na rysunkach przedstawiających rozkłady wartości zapasów bezpieczeństwa stropu na poziomie 51,5 m (anhydryt I), 94 m (brekcje), 174 m (anhydryt główny I) i 225,5 m (iłołupki/piaskowce) powyżej stropu wyrobisk (rys. 3-14). Ich analiza wskazuje na to, że zagrożenie zjawiskami niestateczności, które kojarzone jest z możliwością rozerwania/pęknięcia skał stropowych w wyniku zbyt dużych różnic pomiędzy wartościami naprężeń głównych (hipoteza Hubera- -Misesa), jest nieistotne właściwie na wszystkich poziomach ponad stropem wyrobisk eksploatacyjnych. Nie dotyczy to jednak obszaru położonego bezpośrednio na wybiegu frontu. Dla warunków oddziału G-54 blok D-IE O/ZG Polkowice- -Sieroszowice, w obszarach położonych bezpośrednio przed frontem zauważyć bowiem można strefy zagrożenia mechanizmem niszczenia stropu na skutek nadmiernej kompresji. Sytuacja taka występuje zazwyczaj np. w wyniku gromadzenia w materiale zbyt dużej ilości energii odkształcenia postaciowego, któremu towarzyszy zjawisko upodatniania ociosów na froncie oraz blisko położonych filarów, na co oczywiście wskazuje ujemna wartość zapasu bezpieczeństwa F. W związku z tym, na samym froncie robót, głównie w jego prawej części w pobliżu wiązek upadowych od strony zrobów O/ZG Rudna, można spodziewać się wyrzutów skał

12 z ociosów pobliskich filarów i/lub calizny. Z drugiej strony możliwość pojawienia się niestateczności, która kojarzona jest z poziomym odspojeniem skał stropowych, np. wskutek działania zbyt dużych naprężeń stycznych, i reprezentowana przez ujemną wartość zapasu bezpieczeństwa F (hipoteza Coulomba-Mohra), stanowi również jeden z mniej istotnych problemów w odniesieniu do wszystkich rozpatrywanych poziomów nad stropem wyrobisk eksploatacyjnych, z wyjątkiem obszarów położonych głęboko w strefie likwidacji. Z przeprowadzonej analizy wynika jednak, że pojawienie się niestateczności stropu możliwe jest przede wszystkim w warstwie brekcji położonej 94 m ponad stropem wyrobisk, na co wskazuje jednocześnie minimalna wartość zapasu bezpieczeństwa na tym poziomie określonego według kryterium Hubera-Misesa oraz według hipotezy największych odkształceń ścinających. Jako potencjalnie zagrożone obszary należy w tym aspekcie zagrożenia wskazać też poziom anhydrytu głównego (124 m powyżej stropu) oraz obszar iłołupków z piaskowcami (225,5 m powyżej stropu). Obliczenia przeprowadzono przy założeniu znaczącej redukcji wartości wytrzymałości skał R i R wg sposobu Hoeka. Założenie to prowadzi do istotnego zawężenia marginesu bezpieczeństwa na etapie formułowania wniosków. Określenie lokalnego poziomu zagrożenia niestatecznością górotworu na podstawie wyznaczonych zapasów bezpieczeństwa jest w swojej istocie oceną względną, która pozwala z szeregu proponowanych rozwiązań zidentyfikować najkorzystniejsze z punktu widzenia bezpieczeństwa rozwiązanie. Rys. 3. Rozkład zapasu bezpieczeństwa wg kryterium Coulomba-Mohra na poziomie 51,5 m (anhydryt podstawowy) powyżej stropu wyrobisk Rys. 4. Rozkład zapasu bezpieczeństwa wg kryterium Coulomba-Mohra na poziomie 94 m (brekcje) powyżej stropu wyrobisk

13 Rys. 5. Rozkład zapasu bezpieczeństwa wg kryterium Coulomba-Mohra na poziomie 174 m (anhydryt główny) powyżej stropu wyrobisk Rys. 6. Rozkład zapasu bezpieczeństwa wg kryterium Coulomba-Mohra na poziomie 255,5 m (iłołupki/piaskowce) powyżej stropu wyrobisk Rys. 7. Rozkład zapasu bezpieczeństwa wg kryterium Hubera-Misesa na poziomie 51,5 m (anhydryt podstawowy) powyżej stropu wyrobisk Rys. 8. Rozkład zapasu bezpieczeństwa wg kryterium Hubera-Misesa na poziomie 94 m (brekcje) powyżej stropu wyrobisk Rys. 9. Rozkład zapasu bezpieczeństwa wg kryterium Hubera-Misesa na poziomie 174 m (anhydryt główny) powyżej stropu wyrobisk Rys. 10. Rozkład zapasu bezpieczeństwa wg kryterium Hubera-Misesa na poziomie 255,5 m (iłołupki/piaskowce) powyżej stropu wyrobisk

14 Rys. 11. Rozkład zapasu bezpieczeństwa wg kryterium największych odkształceń ścinających na poziomie 51,5 m (anhydryt podstawowy) powyżej stropu wyrobisk Rys. 12. Rozkład zapasu bezpieczeństwa wg kryterium największych odkształceń ścinających na poziomie 94 m (brekcje) powyżej stropu wyrobisk Rys. 13. Rozkład zapasu bezpieczeństwa wg kryterium największych odkształceń ścinających na poziomie 174 m (anhydryt główny) powyżej stropu wyrobisk Rys. 14. Rozkład zapasu bezpieczeństwa wg kryterium największych odkształceń ścinających na poziomie 255,5 m (iłołupki/piaskowce) powyżej stropu wyrobisk Podsumowanie Eksploatacja polskich złóż rud miedzi prowadzona jest na coraz większych głębokościach, a co za tym idzie w coraz trudniejszych warunkach geologiczno-górniczych. Towarzyszą jej zjawiska dynamiczne w postaci wstrząsów górotworu, tąpnięć i odprężeń. Analiza tego typu zjawisk, ze względu na swój krótkotrwały przebieg i trudny do przewidzenia czas wystąpienia, jest wyjątkowo trudna w praktycznym zastosowaniu. Detonacja ładunków materiałów wybuchowych generuje propagującą falę uderzeniową, która może doprowadzić do poważnego uszkodzenia napotkanego ciała materialnego. Fala ta (drgania mechaniczne) traktowana jest najczęściej jako efekt uboczny, mający destrukcyjny wpływ na stan najbliższego otoczenia. Jednak w tym szczególnym przypadku roboty strzałowe można traktować jako jedną z najbardziej

15 skutecznych dotychczas, aktywnych metod zwalczania zagrożenia tąpaniami, ponieważ fale generowane robotami strzałowymi, interferując ze sobą, mogą wzmocnić ich efekt, doprowadzając w sposób zamierzony do dyssypacji energii odkształcenia magazynowanej w pewnych obszarach stropu zasadniczego. Obszary, w których obliczone numerycznie wartości zapasów bezpieczeństwa wskazują na możliwość pojawienia się niestateczności, są zatem naturalnym celem strzelań grupowych, służących wzmocnieniu amplitudy drgań górotworu, prowadzącemu z kolei do jego odprężenia, manifestującego się określonym wstrząsem parasejsmicznym. Przedstawione podejście numeryczne, identyfikujące wspomniane obszary, może być z powodzeniem wykorzystane w opracowaniu parametrów tego rodzaju odprężających górotwór robót strzałowych. Bibliografia [1] Butra J., Kicki J., 2003, Ewolucja technologii eksploatacji złóż rud miedzi w polskich kopalniach, Biblioteka Szkoły Eksploatacji Podziemnej, Kraków. [2] Kłeczek Z., 2004, Grupowe strzelanie przodków jako element profilaktyki tąpaniowej w kopalniach rud miedzi LGOM, Górnictwo i Geoinżynieria, Rok 28, Zeszyt 3/1, s 153- -159. [3] Lis J., 1996, Opracowanie i wydanie nowej edycji katalogów fizykomechanicznych cech skał złożowych i otaczających występujących w obszarach kopalń LGOM, Praca badawcza KGHM CUPRUM (niepublikowana), Wrocław. [4] Orlecka-Sikora B., Pytel W., 2013, Integration of geomechanical and geophysical analysis methods for the prediction of seismic events in underground mining, Rock Mechanics for Resources, Energy and Environment, Kwaśniewski & Łydżba (eds.), Taylor & Francis Group, London. [5] Pytel W., 2003, Rock mass mine workings interaction model for Polish copper mine conditions. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, vol. 40/4, s. 497-526. [6] Pytel W., Pałac-Walko B., 2015, Geomechanical safety assessment for transversely isotropic rock mass subjected to deep mining operations. Canadian Geotechnical Journal, no. 52(10), s. 1477-1489.

16