ISSN 0033-216X INŻYNIERÓW STOWARZYSZENIE I TECHNIKÓW GÓRNICTWA
PRZEGLĄD Nr 7 GÓRNICZY 1 założono 01.10.1903 r. MIESIĘCZNIK STOWARZYSZENIA INŻYNIERÓW I TECHNIKÓW GÓRNICTWA Nr 7 (1112) lipiec 2015 Tom 71 (LXXI) UKD 001.891:622.1:550.8: 622.333 Deformacja wyrobiska przyścianowego w jednostronnym otoczeniu zrobów przed frontem drugiej ściany eksploatacyjnej Deformation of longwall passages in one side gobs surroundings in front of another longwall Dr inż. Łukasz Herezy* ) Treść: W części teoretycznej pracy przedstawiono problematykę deformacji wyrobisk przyścianowych przed frontem eksploatowanej ściany i zwrócono uwagę na konieczność monitoringu górotworu w czasie rzeczywistym. W części praktycznej przedstawiono warunki geologiczno-górnicze w rejonie prowadzonych badań in-situ, metodologię badań, ich wyniki oraz analizę. Dla poszczególnych parametrów wyznaczono równania opisujące charakterystyki ich zmian w stosunku do odległości od czoła ściany i rodzaju wzmocnienia wyrobiska od strony zrobów. Abstract: The theoretical part presents deformation of roadway maintenance in front of the longwall and indicates the need for monitoring the rock mass in real time. The practical part presents mining and geological conditions in the area of in situ research, the survey methodology and the analysis of their results. Equations that describe the characteristics of their changes in relation to the distance from the front longwall and kind of strengthening of the roadway from the gobs were determined for individual parameters. Słowa kluczowe: konwergencja, utrzymanie wyrobisk, jednostronne otoczenie zrobów Key words: convergence, roadway maintenance, one side gobs surrounding 1. Wprowadzenie W wyniku przesuwającego się frontu eksploatacyjnego, przed jego czołem powstaje ciśnienie eksploatacyjne. Wpływ na jego wartość ma prędkość postępu ściany, głębokość eksploatacji oraz wytrzymałość na ściskanie skał stropowych. Wartość ciśnienia eksploatacyjnego jest zmienna i zależy od odległości od czoła ściany. Przyjmuje się, iż zmienność wartości ciśnienia ma charakter falowy [1] i może nawet sześciokrotnie być większą od ciśnienia statycznego. Pod wpływem działania ciśnienia eksploatacyjnego i górotworu [3, 5] w wyrobisku ujawniają się deformacje. W zależności od lokalnie występujących warunków geologiczno-górniczych są one mniej lub bardziej intensywne [3, 4, 5, 7]. Najczęściej mierzonymi parametrami opisującymi zachowanie się wyrobiska chodnikowego poddanego działaniom górotworu i ciśnienia eksploatacyjnego są konwergencja, wypiętrzenie spągu, zsuw elementów obudowy, jej obciążenie i zasięg górotworu odprężonego [3]. Wymienione parametry * ) AGH w Krakowie, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Katedra Górnictwa Podziemnego mają bezpośredni wpływ na zastosowaną technologię eksploatacji i niejednokrotnie wymuszają wprowadzanie do niej dodatkowych elementów technologicznych, tj. np. pobierka spągu. Dodatkowe składowe procesu technologicznego przyczyniają się do spowolnienia frontu eksploatacyjnego oraz podniesienia kosztów wydobycia. W obecnej sytuacji na rynku węgla kamiennego, gdzie konieczne jest ograniczanie kosztów eksploatacji, niezwykle ważnym staje się monitoring górotworu [4, 6]. Na jego podstawie należy wypracować mechanizmy oceny deformacji wyrobisk w czasie rzeczywistym [4, 6], co pozwoli na dobór wzmocnień adekwatnych do lokalnych warunków panujących w danym wyrobisku. 2. Warunki górniczo-geologiczne w rejonie badań Prace badawcze prowadzone były w kopalni Bogdanka w rejonie Nadrybie w polu VI w chodniku podścianowym 1/VI pełniącym funkcje chodnika nadścianowego ściany 2/ VI/385. Wyrobisko zalegało na głębokości około 950 m pod powierzchnią ziemi w pokładzie 385/2 równolegle do rozcią-
2 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2015 głości. Pole ścianowe charakteryzowało się wybiegiem około 2300 m i długością ściany około 250 m. Miąższość pokładu wzdłuż wyrobiska była zmienna i wahała się w graniach 1,33 1,80 m. Rejon pola ścianowego 2/VI/385 zaliczono do następujących zagrożeń naturalnych: I kategoria zagrożenia metanowego, I stopień zagrożenia wodnego, IV grupa zagrożenia pożarowego (samozapalności), klasa B zagrożenia wybuchem pyłu węglowego. Sposób zabezpieczenia wyrobiska przed i za frontem pierwszej ściany (1/VI/385) opisano między innymi w [3, 2, 6]. Przed rozpoczęciem eksploatacji ściany 2/VI/385 wykonano na całej długości wyrobiska bierkę spągu, wymieniono uszkodzone elementy obudowy oraz dokonano częściowej przebudowy. Pierwszy odcinek wybiegu ściany 2/VI/385 długości 550 znajdował się w dwustronnym otoczeniu calizny węglowej i nie był on przedmiotem badań. Ta część wyrobiska nadścianowego nosiła nazwę chodnik nadścianowy 2/VI. Drugi odcinek, będący przedłużeniem chodnika nadścianowego 2/ VI o długości około 350 m, znajduje się w wyrobisku o nazwie chodnik podścianowy 1/VI, pełniący funkcję chodnika nadścianowego dla ściany 2/VI, został wzmocniony kasztem o wymiarach 1,2 1,2 i można uznać stan utrzymywanego tego odcinka za bardzo dobry. W trzecim odcinku o długości 400 m podjęto próbę utrzymania chodnika z zastosowaniem kasztów o zmniejszonych wymiarach zewnętrznych. Dotychczasowy kaszt o wymiarach 1,2 1,2 m (wymiary wewnętrzne 0,9 0,9 m) zastąpiono kasztem o wymiarach 0,9 0,9 m (wymiary wewnętrzne 0,6 0,6 m). Przekrój poprzeczny kolumny spoiwa wypełniającej kaszt uległ zmniejszeniu z 0,81 m 2 do 0,36 m 2, czyli o ponad 50 %. W trakcie tego doświadczenia pojawiły się pierwsze niepokojące oznaki w postaci prostowania stropnic obudowy łukowej. Deformacja obudowy chodnika postępowała stosunkowo szybko i objęła całą długość wyrobiska utrzymywanego z zastosowaniem kasztów o zmniejszonym przekroju poprzecznym. Pomimo zabudowy podciągu podpieranego w osi chodnika nie udało się zatrzymać postępującego procesu deformacji obudowy, lokalnie także pękania stropnic. Kolejny odcinek o długości około 150 m wzmocniono kasztem o wymiarach 1,2 1,2 m, następny 100 m odcinek kasztem o wymiarach 0,9 0,9 m, ostatni 700 m odcinek był zabezpieczony kasztem 1,2 1,2 m. Na całej długości tych odcinków stan wyrobiska można uznać było za bardzo dobry. Odrzwia zachowywały kształt łukowy bez jakichkolwiek deformacji świadczących o ich asymetrycznym obciążeniu. Stopień zaciśnięcia obudowy zarówno w pionie, jak i poziomie był nieznaczny. Obserwowano wypiętrzenie spągu, które lokalnie osiągało nawet powyżej 1,5 m. Przy wysokości początkowej wyrobiska 4,6 m nie generowało to jednak problemów ruchowych, a transport materiałów spalinową kolejką podwieszaną odbywał się bez zakłóceń. Podczas próby utrzymania chodnika przy zastosowaniu kasztu o mniejszych wymiarach (odcinek wyrobiska o długości około 100 m) nie zaobserwowano niepokojących objawów w postaci przeciążenia obudowy chodnika. 3. Stanowiska badawcze do określenia parametrów deformacyjnych wyrobiska przyścianowego w jednostronnym otoczeniu zrobów W celu zebrania danych do kompleksowej oceny zachowania się chodnika podścianowego 1/VI/385, pełniącego funkcję chodnika podścianowego dla ściany 2/VI/385, wykonano pięć stanowisk badawczych. Posłużyły one do pomiarów skutków ruchów górotworu, tj. zmiany wysokości i szerokości chodnika w świetle obudowy, zmiany wysokości chodnika w wyłomie, przemieszczenia elementów obudowy, rozwóju nieciągłości skał stropowych w strefie skotwionej [3]. Na stanowisku badawczym na obudowie wykonano znaczniki w celu realizacji pomiarów przemieszczeń oraz konwergencji chodnika. Stanowiskom badawczym przypisano numery porządkowe od 1 do 5. Lokalizacja stanowisk względem wybiegu ściany 2/VI/385 pokazano na (rys. 1): Stanowisko pomiarowe nr 1 800 m (1500 m wybiegu ściany 1/VI/385); Stanowisko pomiarowe nr 2 1050 m (1250 m wybiegu ściany 1/VI/385); stanowisko pomiarowe nr 3 1150 m (1150 m wybiegu ściany 1/VI/385); stanowisko pomiarowe nr 4 1500 m (800 m wybiegu ściany 1/VI/385); stanowisko pomiarowe nr 5 1800 m (500 m wybiegu ściany 1/VI/385). Szerokość chodnika w świetle obudowy S w mierzona była od łuku ociosowego do łuku ociosowego tuż pod strzemieniem łączącym te dwa elementy obudowy (rys. 2). Miejsce to znajdowało się około 2,92 m od pierwotnego spągu chodnika. Dokonywano również pomiarów szerokości wyrobiska w odległości około 2,0 m od pierwotnego spągu chodnika. Pomiar ten nazywany będzie w dalszej części szerokością chodnika w świetle obudowy przy spągu S ws. Wysokość chodnika w świetle obudowy H o mierzona była w osi chodnika od jego spągu do łuku stropnicowego (rys. 2), Wysokość w wyłomie H g mierzona była od spągu chodnika do bazy pomiarowej w postaci rurki osadzonej w otworze badawczym. Rys. 1. Rozmieszczenie stanowisk pomiarowych w chodniku podścianowym 1/VI pełniącym funkcję nadścianowego 2/VI Fig. 1. Arrangement of research positions in relation to the panel length in the 1/VI main gate functioning as a tail gate
Nr 7 PRZEGLĄD GÓRNICZY 3 Rys. 2. Schemat rozmieszczenia baz pomiarowych na stanowisku pomiarowym Fig. 2. Scheme of the location of measuring base on measuring position Szerokość, wysokość chodnika w świetle obudowy mierzona była w miejscu lokalizacji głównych stanowisk pomiarowych (Sp 1 5), gdzie dokonywano wszystkich przewidzianych w badaniach pomiarów oraz na stanowiskach pomocniczych. Stanowiska dodatkowe oddalone były od głównych stanowisk pomiarowych o 10 m, 20 m i 30 m w kierunku przemieszczającego się frontu eksploatacyjnego. Przemieszczenie się prostki ociosowej względem łuku ociosowego odzwierciedlone było zmianą odległości d z(l;p) znaczników wykonanych na łuku względem końca prostki (rys. 2). Mierzoną odległość baz pomiarowych oznaczono symbolem d zp (odległość pomiędzy znacznikami pomiarowymi prawy ocios) i d zl (odległość pomiędzy znacznikami pomiarowymi lewy ocios). Lewy ocios oznacza ocios od strony zrobów ściany 1/VI/385, natomiast prawy od strony ściany 2/VI/385. 4. Wyniki pomiarów zsuwu obudowy Zsuw elementów łukowych obudowy ŁP od strony pola ścianowego 1/VI/385 i pola ścianowego 2/VI/385 był diametralnie różny. Od strony ociosu wzmocnionego kasztem praktycznie zsuw z nie występował (rys. 3b, c) lub jego wartości były bardzo niewielkie i wynosiły od 10 mm do 15 mm (rys. 3a, d). Od strony calizny węglowej (ściana 2/VI/385) zsuw ten rozpoczynał się w odległości od 300 m do 100 m przed czołem ściany i osiągał tuż przed nią maksymalne wartości od około 10 mm do 180 mm. Od strony calizny węglowej zsuw występował z uwagi na niszczenie struktury węgla pod wpływem ciśnienia eksploatacyjnego. Zniszczony ocios węglowy ulegał przemieszczaniu w kierunku osi podłużnej wyrobiska, co powodowało prostowanie elementów łukowych obudowy. Odzwierciedleniem odkształcenia łuków było zmniejszenie wielkości mierzonych zsuwów (rys. 3a, c, d) [4]. Celem bardziej dokładnego opisu konwergencji pionowej i poziomej w świetle obudowy przy stanowiskach głównych wykonano stanowiska dodatkowe. W szczególności mierzono na nich H o i S w, z uwagi na ich wpływ na proces technologiczny eksploatacji. Jedną ze składowych procesu technologicznego jest pobierka spągu, która w przedmiotowym wyrobisku dokonywana była w odległości około 250 m przed czołem ściany. Jej wielkość wpływała na wyniki pomiarów w poszczególnych stanowiskach, co uwzględniono podczas wyznaczania wielkości konwergencji. Założono, iż pobierka spągu wykonywana była do momentu, aż wyrobisko osiągnie wysokość nominalną w świetle obudowy równą 4,5 m. Z wartości konwergencji poziomej w świetle obudowy k pzw wyznaczonych dla stanowisk głównych przedstawionych na rysunku 4a wynika, iż proces deformacji wyrobiska rozpoczyna się około 400 m przed czołem ściany. Przyrost k pzw w tej odległości wynosi około 50 mm i wzrasta wraz ze zmniejszaniem się odległości poszczególnych stanowisk pomiarowych względem czoła ściany. Jej wielkość maksymalna tuż przed ścianą wynosi od około 250 mm do 650 mm. Wartość konwergencji poziomej w świetle obudowy przy spągu k pzws zaczyna wzrastać w odległości około 250 m przed czołem ściany (rys. 4b), co powiązać można z dokonywaną pobierką spągu. Wyciśnięty spąg ograniczał przesuwanie się ociosów do środka wyrobiska, a po wybraniu skał spągowych ociosy nie mając wsparcia zaczynały się przemieszczać. Wartości konwergencji k pzws są zbliżone do wartości konwergencji k pzw i wynoszą od około 250 mm do około 850 mm tuż przed czołem ściany. W przypadku konwergencji pionowych w świetle obudowy k pio i w wyłomie k pig zmiana ich wartości zaczyna się około 300 m przed czołem ściany (rys. 4c, d). Dla konwergencji k pio maksymalna wartość wynosiła 1950 mm, a dla k pig 2010 mm natomiast minimalna odpowiednio 720 mm i 980 mm. Przy wyznaczaniu konwergencji pionowej uwzględniano dokonaną pobierkę spągu. W porównaniu z wynikami rejestrowanymi w chodniku podścianowym 1/VI ściany 1/VI/385 konwergencja pionowa w świetle obudowy wynikająca z obciążenia statycznego wyrobiska jest dwa razy większa. W chodniku podścianowym 1/VI pełniącym funkcję nadścianowego 2/VI wartość ta wynosi od 400 mm do 800 mm, gdzie dla chodnika podścianowego 1/VI ściany 1/VI/385 wartość ta wynosiła około 400 mm [4].
4 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2015 Rys. 3. Zsuw elementów obudowy ŁP, a) stanowisko pomiarowe 2; b) stanowisko pomiarowe 3; c) stanowisko pomiarowe 4; d) stanowisko pomiarowe 5 Fig. 3. Yield elements of arch support: a) measuring position 2; b) measuring position 3; c) measuring position 4; d) measuring position 5 Rys. 4. Konwergencja, a) pozioma w świetle obudowy k pzw ; b) pozioma w świetle obudowy przy spągu k pzws ; c) pionowa w świetle obudowy k pio ; d) pionowa górotworu k pig Fig. 4. Convergence: a) horizontal in cross-sectional area of a working k pzw ; b) horizontal in cross-sectional area of a working at floor k pzws ; c) vertical in cross-sectional area of a working k pio ; d) vertical in rough cross-section of a working k pig
Nr 7 PRZEGLĄD GÓRNICZY 5 5. Analiza wyników Przy analizie konwergencji pionowej oraz wyznaczenia jej charakterystycznego przebiegu posłużono się równaniem (1), natomiast dla zsuwu elementów obudowy i konwergencji poziomej równaniem (2) y = a x b (1) y konwergencja pionowa, mm; x rzędna wybiegu ściany, m; a,b współczynniki. y = a ln(x) + b (2) y konwergencja pozioma, zsuw elementów obudowy, mm; x rzędna wybiegu ściany, m; a,b współczynniki. Spostrzeżenia z analizy wyników konwergencji pionowej: Dla stanowisk pomiarowych zlokalizowanych na wybiegu ściany, gdzie zastosowano kaszty o zmniejszonych wymiarach, konwergencja pionowa w świetle obudowy k pio wynosiła od około 1700 mm do około 2100 mm w odległości około 10 m przed czołem ściany (rys. 5b); Dla stanowisk pomiarowych zlokalizowanych na wybiegu ściany, gdzie zastosowano kaszty o wymiarach 1,2 1,2 m, konwergencja pionowa w świetle obudowy k pio wynosiła od około 1500 mm do około 1900 mm w odległości około 10 m przed czołem ściany (rys. 5a); Konwergencja pionowa w świetle obudowy przed pojawieniem się ciśnienia eksploatacyjnego wynosiła dla kasztów o wymiarach: 0,9 0,9 m, około 600 mm (rys. 5b); 1,2 1,2 m, około 400 mm (rys. 5a); Za odległość, w jakiej przemieszczający się front eksploatacyjny oddziaływał na wyrobisko przyścianowe (pojawienie się ciśnienia eksploatacyjnego) można uznać odległość: około 300 m dla odcinków ze wzmocnieniem kasztami o wymiarach 1,2 1,2 m (konwergencja k pio ), około 400 m dla odcinków ze wzmocnieniem kasztami o wymiarach 0,9 0,9 m (konwergencja k pio ), około 350 m dla odcinków ze wzmocnieniem kasztami o wymiarach 1,2 1,2 m (konwergencja k pig ), około 700 m dla odcinków ze wzmocnieniem kasztami o wymiarach 0,9 0,9 m (konwergencja k pig ) W tych odległości pojawiają się pierwsze przyrosty konwergencji pionowej o wartości 200 mm (rys. 6a, b i 7a, b); Intensywne przyrosty konwergencji pionowej pojawiają się w średniej odległości od czoła ściany równej 200 m za wyjątkiem k pig ze wzmocnieniem kasztami 0,9 0,9 m, gdzie odległość ta wynosi 400 m (rys. 6a, b); Średnia konwergencja pozioma k pzw oraz k pzws odczytana z rysunków 7a i 7b różni się w bardzo małym stopniu. Można przyjąć, iż wartość konwergencji zaczyna wzrastać w odległości około 450 m przed czołem ściany osiągając wartość około 50 mm; Intensywne wzrastanie wartości konwergencji k pzw oraz k pzws rozpoczyna się w odległości około 300 m przed czołem ściany; W odległości około 10 m przed czołem ściany konwergencja k pzw oraz k pzws osiągają maksymalne wartości 700 750 mm. Rys. 5. Konwergencja pionowa w świetle obudowy k pio wzmocniona a) kasztem 1,2 m 1,2 m 2; b) kasztem 0,6m 0,6 m Fig. 5. Vertical convergence in cross-section of a working k pio reinforced by: a) wooden chock 1.2 m 1.2 m; b) wooden chock 0.6 m 0.6 m Rys. 6. Konwergencja pionowa w wyłomie k pig wzmocniona a) kasztem 1,2 m 1,2 m; b) kasztem 0,6m 0,6 m Fig. 6. Vertical convergence in rough cross-section of a working k pig reinforced by: a) wooden chock 1.2 m 1.2 m; b) wooden chock 0.6 m 0.6 m
6 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2015 Rys. 7. Konwergencja pozioma a) w świetle obudowy k pzw ; b) w świetle obudowy przy spągu k pzws Fig. 7. Horizontal convergence: a) in cross-section of a working k pzw ; b) in cross-section of a working at floor k pzws Z wyznaczonej linii trendu (rys. 8) opisującej charakterystyczny przebieg zsuwu z elementów obudowy można wysunąć następujące spostrzeżenia: na odcinku 1000 m od momentu rejestracji pierwszych przemieszczeń elementów obudowy (1300 m przed frontem ściany) do 300 m przed czołem ściany średni przyrost zsuwu z śr wynosi 0,03 mm/m, pomiędzy 300 m a 100 m przed czołem ściany z śr wynosi 0,125 mm/m, na ostatnim 100 m odcinku przed frontem ściany z śr równy jest 0,55 mm/m. niący funkcję chodnika nadścianowego) są: konwergencja pozioma i konwergencja pionowa. 2. Na wartość konwergencji pionowej ma wpływ wielkość przekroju poprzecznego kasztów zastosowanych do wzmocnienia wyrobiska przyścianowego. 3. Konwergencja pozioma związana jest ściśle z wykonywaną przed czołem ściany pobierką spągu. 4. W porównaniu z konwergencją w świetle obudowy dla ściany 1/VI/385, gdzie w odległości 50 m od czoła ściany wynosiła ona od 300 mm do 800 mm [4], wartości konwergencja k pio zwiększa się i wynosi od około 1000 mm do około 1600 mm. 5. W porównaniu z wynikami pomiarów zsuwu elementów obudowy przed frontem ściany 1/VI/385 od strony eksploatowanego pola ścianowego wielkości zsuwów uległy około dziesięciokrotnemu zwiększeniu [4]. 6. Nie zauważono aby na wielkość z miała wpływ zmiana pola przekroju poprzecznego zastosowanego wzmocnienia w postaci kasztu. 7. Zarejestrowane wartości z elementów obudowy od strony calizny węglowej nie wpływały na przebieg procesu technologicznego eksploatacji ściany 2/VI/385. Praca wykonana w ramach badań statutowych 11.11.100.775 Literatura Rys. 8. Charakterystyka zsuwu elementów obudowy w jednostronnym otoczeniu zrobów od strony calizny węglowej Fig. 8. Yield elements of arch support characteristic in one side gobs surrounding from the coal solid W porównaniu z wynikami pomiarów zsuwu przed frontem ściany 1/VI/385 od strony eksploatowanego pola ścianowego wielkości z uległy około dziesięciokrotnemu zwiększeniu [4]. Nie zauważono, aby na wielkość zsuwu miała wpływ zmiana pola przekroju poprzecznego zastosowanego wzmocnienia w postaci kasztu. Zarejestrowane wielkości nie wpływały na przebieg procesu technologicznego eksploatacji ściany 2/VI/385. 6. Podsumowanie 1. Najbardziej charakterystycznymi parametrami określającymi zachowanie się chodnika podścianowego 1/VI (peł- 1. Herezy Ł.: Kształtowanie się zasięgu srefy spękań w otoczeniu wyrobisk przyścianowych w warunkach geologiczno-górniczych LW Bogdanka S.A. Przegląd Górniczy. Nr 6, 2012. 2. Herezy Ł.: Zasięg strefy spękań w otoczeniu wyrobiska przyścianowego w trakcie dwóch faz jego istnienia - za frontem pierwszej ściany i przed frontem drugiej ściany. Przegląd Górniczy. Nr 4, 2015. 3. Kłeczek Z.: Geomechanika górnicza. Katowice: Śląskie Wydawnictwo Techniczne. 1994. 4. Korzeniowski W., Herezy Ł., Krauze K., Rak Z. i Skrzypkowski K.: Monitoring górotworu na podstawie analizy pracy sekcji obudowy zmechanizowanej. Kraków: Wydawnictwo AGH. 2013. 5. Niedbalski Z. i Majcherczyk T.: Badania nad zachowaniem się wyrobisk korytarzowych w obudowie podporowo-kotwiowej. Przegląd Górniczy. Nr 11, 2005. 6. Niedbalski Z., Małkowski P. i Majcherczyk T.: Monitoring of standand-roof-bolting support: design optimization. Acta Geodynamica et Geomaterialia, vol. 10, no 3, 2013. 7. Rak Z.: Utrzymanie chodnika za ścianą w trudnych warunkach geologiczno-górniczych na przykładzie kopalni LW Bogdanka S.A. część II doświadczenia ruchowe. Przegląd Górniczy. Nr 1-2, 2011.
Nr 7 PRZEGLĄD GÓRNICZY 7 UKD 622.23:622.271:622.83/.84 Monitoring drgań wzbudzanych robotami strzałowymi 2 lata pracy zautomatyzowanego systemu pomiarowego KSMD Monitoring vibrations induced by blasting works - 2 years of work of the automated measuring system KSMD dr inż. Józef Pyra* ) dr inż. Anna Sołtys* ) dr inż. Jan Winzer* ) Treść: W wyniku prac badawczych prowadzonych w Katedrze Górnictwa Odkrywkowego opracowano oryginalną metodykę dokumentowania oddziaływania robót strzałowych w otoczeniu kopalń odkrywkowych. Jednym z elementów tych prac było zbudowanie komputerowego systemu monitorowania drgań, który znalazł zastosowanie w kopalniach jako Kopalniana Stacja Monitoringu Drgań KSMD. Modernizację systemu przeprowadzono w 2012 roku, co skłoniło Autorów do podsumowania jego dwuletniej pracy. Podsumowanie to zawiera informacje o liczbie wykonanych pomiarów, intensywności zarejestrowanych drgań oraz ocenę oddziaływania drgań na obiekty budowlane, dowodząc, że roboty strzałowe wykonywane w kopalniach odkrywkowych, tam gdzie prowadzona jest świadoma działalność profilaktyczna, nie są szkodliwe dla zabudowań w otoczeniu. Abstract: As a result of researches conducted at the Department of Opencast Mining the original methodology of the impact of blasting works on the open pit mine s surrounding was developed. One element of this work was to develop a computer system for ground vibrations monitoring. The developed system is known as The Mine Vibration Monitoring Station (KSMD). The KSMD is widely used in a number of open pit mines. The system was modernized in 2012, which led the authors to make a summary of its two year s work. This summary contains information about the number of measurements taken, the intensity and the impact of ground vibration recorded on housing structures and also proofs that blasting works performed in open-pit mines, where the preventive activity was implemented, are not harmful to the housing structures which are in close proximity to the open pit mine. Słowa kluczowe: górnictwo odkrywkowe, technika strzelnicza, system monitoringu drgań, oddziaływanie drgań Key words: open pit mining, blasting technique, ground vibration monitoring system, ground vibration influence 1. Wprowadzenie Detonacja ładunków materiału wybuchowego (MW) podczas wykonywania robót strzałowych w kopalniach odkrywkowych surowców skalnych wzbudza drgania, które mogą powodować szkodliwe oddziaływanie na obiekty budowlane w otoczeniu. Kopalnie prowadzą więc działania skierowane z jednej strony na wyznaczenie warunków bezpiecznego dla otoczenia wykonywania robót strzałowych, a z drugiej strony na dokumentowanie poziomu tego oddziaływania. * ) AGH w Krakowie Wyznaczenie bezpiecznych warunków sprowadza się do wskazania ograniczeń, co do masy używanych ładunków MW, stosowania dobrej jakości MW i nowoczesnych systemów odpalania. Mechanicznie ładowane do otworów strzałowych materiały wybuchowe typu ANFO czy emulsyjne, odpalanie nieelektryczne i elektroniczne, to już dzisiaj standardy w górnictwie odkrywkowym. Zmiany te nie rozwiązują wszystkich problemów oddziaływania robót strzałowych na otoczenie i dlatego kopalnie coraz częściej korzystają z możliwości dokumentowania i archiwizowania zdarzeń związanych z detonowaniem ładunków MW w procesie eksploatacyjnym.
8 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2015 Często również samorządy lokalne, w opiniach na potrzeby organów koncesyjnych, wskazują na konieczność minimalizacji oddziaływania robót eksploatacyjnych na zabudowania w otoczeniu, dlatego w koncesjach pojawiają się wymagania, co do niezbędności prowadzenia badań kontrolnych i monitorowania. Wielość czynników mających wpływ na rzeczywisty poziom wzbudzanych drgań powoduje, że koniecznością jest prowadzenie okresowych badań kontrolnych lub monitoringu drgań. Zarówno badania kontrolne jak monitoring należą do działań służących dokumentowaniu oddziaływania na otoczenie [9, 12]. Okresowe badania kontrolne pozwalają na sprawdzenie wspomnianej już skuteczności prognozy intensywności drgań. Wychodząc z równania propagacji i uwzględniając przyjęte ograniczenia, można dla każdego punktu w otoczeniu wyrobiska górniczego, biorąc pod uwagę masę ładunku MW i odległość do miejsca wykonywania robót strzałowych, określić intensywność drgań czyli dokonać prognozy intensywności drgań dla danego strzelania. Wykonanie pomiarów i porównanie wartości zmierzonych z prognozowanymi pozwala na oszacowanie skuteczności prognozy, a więc stwierdzenie czy wyprowadzone wcześniej zależności zachowują aktualność. Drugą, ale równie ważną częścią badań kontrolnych jest wykonanie pomiarów drgań w samych obiektach budowlanych i na tej podstawie dokonanie oceny oddziaływania drgań, zgodnie z określonymi procedurami i normami. Dokumentowanie oddziaływania przez cykliczne pomiary kontrolne i oceny oddziaływania mają zasadniczą wadę w postaci okresowej ich realizacji. Odległość czasowa między badaniami to czasem rok, dwa lata i więcej. Fakt ten stanowi niejednokrotnie zarzut, co do celowości i skuteczności takich działań, podnoszony przez strony w procesach odszkodowawczych. Ta słaba strona pomiarów kontrolnych jest całkowicie niwelowana przez monitoring oddziaływania. Pod pojęciem monitoringu należy rozumieć ciągły pomiar drgań przez aparaturę samowłączającą się i archiwizującą wyniki pomiarów. Tego typu działalność może być z powodzeniem wykonywana przez służby własne zakładu górniczego. Oczywiście zainstalowanie aparatury pomiarowej na każdym obiekcie chronionym jest nierealne, ale już nawet w jednym lub kilku punktach jest celowe i uzasadnione. Bardzo istotnym elementem takich pomiarów kontrolnych jest stała obecność aparatury pomiarowej w konkretnym budynku oraz bezobsługowe wykonywanie pomiarów. Aparatura pracuje w sposób ciągły, rejestrując datę i czas zachodzących zdarzeń z jednoczesną ich archiwizacją. Ważnym elementem systemów monitorujących jest oprogramowanie, które pozwala na przeprowadzenie szybkiej analizy intensywności drgań oraz dokonanie oceny skali wpływu drgań na obiekt budowlany. Pytanie, czy należy mierzyć prędkość czy przyspieszenie? Praktycznie wszystkie normy i skale obowiązujące w krajach europejskich odnoszą się do prędkości w przypadku oceny oddziaływania drgań wzbudzanych robotami strzałowymi. Obecnie również w Polsce uznano, że dobrą korelację oceny skutków drgań uzyskuje się przy wykorzystaniu prędkości drgań [1], gdyż to ona określa energię przekazywaną na obiekt, a ta z kolei może być miarą uszkodzeń występujących w budynku [11]. Najlepszym tego przykładem są skale GSI, stosowane w ocenach wstrząsów górniczych, w których za parametr oceny przyjęto prędkość drgań z uwzględnieniem czasu ich trwania[5]. Dotychczas w większości przypadków, w rejonach występowania wstrząsów górniczych, mierzono przyspieszenie, dlatego też do analizy zdarzeń archiwalnych przystosowana została skala GSI w wersji przyspieszeniowej[1]. Na dzień dzisiejszy należy uznać, że do pomiarów intensywności drgań wzbudzanych robotami strzałowymi należy używać mierników prędkości, a nie przyspieszenia. Najwięcej kontrowersji wzbudza ocena oddziaływania drgań na obiekty budowlane. Czy do oceny stosować polską normę [7], czy może skale GSI, czy może opierać się na normach stosowanych w innych krajach? Na to pytanie powinni odpowiedzieć specjaliści z zakresu budownictwa. Niewątpliwie polska norma wymaga nowelizacji i unowocześnienia. Można spotkać interpretacje normy i oceny oddziaływania opracowywane przez specjalistów z uprawnieniami budowlanymi, które, delikatnie mówiąc, budzą mieszane uczucia. Poważnym mankamentem normy jest brak jednoznaczności, szczególnie w ocenie drgań wzbudzanych przy robotach strzałowych, a więc drgań o charakterze impulsowym oraz brak w normie skali w wersji prędkościowej. Co ciekawe, w normie ujęte są filtry korekcyjne dla prędkości i przyspieszenia, a skale SWD dla przemieszczenia i przyspieszenia. W Katedrze Górnictwa Odkrywkowego AGH, ze względu na dużą liczbę prac realizowanych w oparciu o skale SWD, opracowano wersję prędkościową, która prezentowana była w wielu publikacjach (rys. 1) [3, 8, 9]. Zastanawia czasem kształt linii oddzielających poszczególne strefy, tak różny od linii prezentowanych przez inne skale, czemu tak silna jest preferencja dla drgań o niskiej częstotliwości, skoro w innych normach jest dokładnie odwrotnie. Trudno jest znaleźć na to pytanie odpowiedź nawet w publikacjach Autorów normy. Stosowanie przez lata skal SWD do oceny oddziaływania robót strzałowych na zabudowania w otoczeniu kopalń odkrywkowych pozwoliło zdobyć doświadczenia, które upoważniają do wygłoszenia tych krytycznych uwag co może spowoduje podjęcie merytorycznej dyskusji o normie, o oddziaływaniu drgań parasejsmicznych. może pozwoli na opracowanie nowych wytycznych, co do warunków stosowania skal SWD w przypadku zdarzeń sporadycznych, jakimi są drgania pochodzące od robót strzałowych. Podsumowując należy stwierdzić, że monitoring drgań wzbudzanych robotami strzałowymi prowadzonymi w kopalniach odkrywkowych, jest niezbędny wszędzie tam, gdzie oddziaływanie na zabudowania jest odczuwalne i może stanowić przedmiot skarg okolicznych mieszkańców. Udokumentowane oddziaływanie w większości przypadków wybroni się przed uznaniem za szkodliwe. 2. Monitoring oddziaływania drgań na otoczenie Monitoring drgań wzbudzanych w czasie robót strzałowych był przedmiotem badań i projektów prowadzonych w Katedrze Górnictwa Odkrywkowego AGH od roku 1996 [10] i realizowanych przy współpracy z przemysłem. Efektem prac było wprowadzenie do praktyki górniczej aparatury spełniającej funkcje pomiarowe i analityczne. Przy projektowaniu pierwszego systemu pomiarowego założono, że pomiar drgań musi być uzupełniony oceną oddziaływania z zastosowaniem polskiej normy. Dlatego też system został wyposażony w oprogramowanie, umożliwiające stosowanie filtrów korekcyjnych (zgodnych z normą PN-B-2170:1985), co pozwalało na ocenę oddziaływania bezpośrednio po pomiarze. Praktycznie ta procedura pracy systemu jest w dalszym ciągu realizowana, oczywiście z uwzględnieniem nowych możliwości analitycznych i graficznych. Współpraca Katedry z firmą Exploconsult, a potem również z firmą A-STER, pozwoliła na szybki rozwój systemu, aż do w pełni zautomatyzowanego [8] [9]. W górnictwie odkrywkowym, do monitorowania drgań wzbudzanych robotami strzałowymi, znalazły zastosowanie następujące systemy pomiarowe [2, 4, 13, 14]:
Nr 7 PRZEGLĄD GÓRNICZY 9 Rys. 1. Skala SWD-I i SWD II (wersja prędkościowa) Opracowanie własne Fig. 1. SWD-I and SWD-II scale (the velocity version) Own development Mała Stacja Monitoringu Drgań Explo 504, Kopalniana Stacja Monitoringu Drgań. Explo 504 (rys. 2) jest to rejestrator cyfrowy wyposażony w trójskładowy miernik prędkości. Urządzenie umożliwia bieżącą kontrolę wyników pomiarów przez bezpośredni odczyt z wyświetlacza wartości maksymalnych i korygowanych zgodnie z normą [7] oraz transmisję danych w postaci pełnych przebiegów czasowych dla umożliwienia dokładnej analizy. W roku 2002 została przygotowana do eksploatacji Kopalniana Stacja Monitoringu Drgań (KSMD) [2] [4]. W jej konstrukcji(rys. 3) zastosowano takie same rozwiązania techniczne w zakresie pomiarowym (trójskładowe mierniki prędkości) jak i w sposobie zbierania danych. Natomiast zasadnicza różnica to system komunikacji i przekazywania danych (transmisji). Rys. 2. Mała Stacja Monitoringu Drgań Explo 504 Opracowaniewłasne Fig. 2. Small Vibration Monitoring Station Explo 504 Own development Zastosowanie Explo 504 w jednej z kopalń dolomitu,w okresie 10 lat, pozwoliło na wykonanie ponad tysiąca rejestracji drgań wzbudzonych robotami strzałowymi w 24 budynkach [9]. Była to pierwsza konstrukcja firmy Exploconsult, posiadająca określone wady:obsługa manualna, ograniczona do 15 liczba rejestracji pełnych przebiegów, co powodowało konieczność okresowej obecności operatora stacji przy transmisji danych do komputera. Archiwizacja, analizy drgań i oceny oddziaływania odbywały się na komputerze (program Explograf) [8] Rys. 3. Kopalniana Stacja Monitoringu Drgań (KSMD) widok ogólny Opracowaniewłasne Fig. 3. Mine Vibration Monitoring Station (KSMD) general view Own development Podstawowym założeniem modernizacji systemu pomiarowego było wprowadzenie transmisji danych z wykorzystaniem łączności radiowej, a później łączności GSM (łączność z wykorzystaniem telefonii komórkowej). Wprowadzenie łączności bezprzewodowej pozwoliło na zdalne sterowanie stacjami pomiarowymi, zbieranie danych podstawowych o poziomie oddziaływania drgań i dokonywanie wstępnych ocen przez naniesienie wyników pomiarów na skale SWD (metodą bezpośrednią). Zastosowanie w pierwszym rozwiązaniu łączności radiowej przyniosło istotne ograniczenia zasięgu transmisji do oko-
10 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2015 ło 5 km oraz silne uzależnienie od lokalnego zasięgu sygnału radiowego. Wadą systemu była też mała stabilność sygnału radiowego, co powodowało określone utrudnienia w obsłudze. Jednym z nich był brak możliwości transmisji pełnych przebiegów drgań, a to przy ograniczonej pamięci wymagało, podobnie jak w przypadku Explo 504, okresowej obecności operatora systemu i transmisje danych do komputera. Podstawową zaletą systemu, już w pierwszej wersji, było wprowadzenie baz danych do przechowywania wyników pomiarów, tworzenie archiwum dla każdej stacji i dla obiektu budowlanego, w którym stacja była zamontowana. Bieżąca obsługa stacji pozwalała na tworzenie raportów łącznie z oceną oddziaływania zarówno dla każdego strzelania jak i za dowolny okres czasu. W efekcie gromadzony był materiał dowodowy o oddziaływaniu robót strzałowych w otoczeniu. Drugim etapem modernizacji systemu KSMD było wprowadzenie łączności GSM.W przypadku telefonii komórkowej istnieje możliwość nie tylko przesyłania na odległość danych w postaci maksymalnych wartości parametrów drgań, ale również pełnych ich przebiegów, co jest bardzo ważne w przypadku prowadzenia szczegółowych analiz oddziaływania z zastosowaniem filtrowania tercjowego. Druga ważna zaleta tego systemu to praktycznie już nieograniczony zasięg łączności (chociaż, pomimo rozbudowanej siatki nadajników GSM w dalszym ciągu występują miejsca, gdzie nie ma zasięgu), co stwarza możliwości przesyłania pełnych danych na dowolną odległość. To, co stanowi zaletę systemów GSM, jest oczywiście wadą i ograniczeniem w przypadku stosowania komunikacji radiowej bliskiego zasięgu. Zastosowanie łączności GSM usprawniło komunikację stacji bazy ze stacjami pomiarowymi, a jednocześnie umożliwiło organizację centralnego systemu sterowania i analiz w Akademii Górniczo-Hutniczej Laboratorium Oddziaływania Robót Strzałowych. Laboratorium zgodnie z umowami podpisanymi z poszczególnymi kopalniami ma dostęp do wyników i prowadzi bieżącą kontrolę intensywności i ocenę oddziaływania drgań na poszczególne obiekty budowlane, sporządzając kwartalne raporty, jednocześnie archiwizując dane na serwerze [4]. W 2011 roku została opracowana nowa wersja KSMD wykorzystująca pakietowy przesył danych APN (rys. 4) [13] [14]. Myślą przewodnią dokonanych zmian było uelastycznienie pracy systemu przez bezpośredni kontakt stacji pomiarowej z centralnym serwerem, ograniczenie obsługi przez operatora, wykorzystanie bezprzewodowej łączności internetowej oraz gromadzenie danych na serwerze z możliwością dostępu do nich w każdej chwili bez konieczności nawiązywania połączenia ze stacją pomiarową. Wprowadzenie nowych układów elektronicznych pozwoliło również na zdalne prowadzenie serwisu i dokonywanie zmian w oprogramowaniu stacji pomiarowych. Zaproponowany nowy model KSMD APN spotkał się z dużym zainteresowaniem i już większość pracujących systemów została poddana modernizacji. Podstawowym ogniwem systemu jest Kopalniana Stacja Pomiaru Drgań KSPD (rys. 5), wyposażona w 3-osiowy miernik prędkości drgań oraz w układy przetwarzania i gromadzenia danych pomiarowych. Integralną częścią stacji jest modem GSM/GPRS automatycznie przesyłający zebrane pomiary do serwera KSMD zlokalizowanego w AGH, w Krakowie. Serwis internetowy służy do zarządzania stacjami oraz pomiarami przez nie wykonywanymi. Za jego pomocą można przeglądać wykonane pomiary, generować raporty, zarządzać urządzeniami, budynkami oraz użytkownikami systemu. Dostęp do serwisu zabezpieczony jest za pomocą nazwy użytkownika oraz hasła. Rys. 5. Kopalniana Stacja Pomiaru Drgań model 2012 Opracowanie własne Fig. 5. Mine Vibration Monitoring Station model 2012 Own development Rys. 4. Kopalniana Stacja Monitoringu Drgań APN model 2012 Opracowanie własne Fig. 4. Mine Vibration Monitoring Station APN model 2012 Own development
Nr 7 PRZEGLĄD GÓRNICZY 11 Najważniejszą zaletą nowego systemu jest gromadzenie danych pomiarowych na serwerze stacja pomiarowa KSPD po zapisaniu zdarzenia w pamięci automatycznie nawiązuje kontakt i przesyła dane do serwera. W przypadku wystąpienia problemów z łącznością, transmisja danych jest ponawiana aż do skutecznego przekazania danych. Jest to bardzo ważne, gdyż KSPD nie przechowuje danych tylko serwer KSMD. W efekcie operator systemu, w zakresie korzystania z bazy danych pomiarowych i prowadzenia analiz współpracuje tylko z serwerem. Zalety nowego sytemu KSMD APN: ciągły pomiar drgań w obiekcie budowlanym, nieograniczona pamięć, automatyczna transmisja danych na serwer, automatyzacja procesu uruchamiania stacji, możliwość kontaktu z dowolnego punktu na Ziemi, wizualizacja przebiegów drgań w czasie i wyników na skali SWD, kontrola poprawności działania modułu pomiarowego, zdalna aktualizacja oprogramowania, nieograniczona możliwość rozbudowy punktów pomiarowych dla jednej kopalni. Aktualnie w 12 kopalniach odkrywkowych pracuje 37 punktów pomiarowych: model KSMD APN 8 kopalń 20 KSPD, model KSMD GSM 4 kopalnie 17 punktów pomiarowych. Najstarsze konstrukcje Explo 504 i KSMD z łącznością radiową zostały wycofane z użycia. Dodać należy, że wszystkie kopalnie, które wprowadziły monitoring drgań, aktywnie współpracują przy modernizacjach. 3. Podsumowanie i analiza efektów 2 lat pracy systemu KSMD APN Jak już wspomniano modernizację systemu KSMD przeprowadzono w roku 2012, dlatego jest okazja i możliwość podsumowania dwuletniego okresu pracy od IV kwartału 2012 roku do III kwartału roku 2014. Podsumowanie działania systemu pomiarowo-analitycznego jest związane z realizacją celów, jakie miał system do spełnienia. Jeżeli przyjmiemy, że celem zastosowania monitoringu jest kontrola oddziaływania robót strzałowych na zabudowania w otoczeniu oraz dokumentowanie tego oddziaływania dla poszczególnych obiektów, to podsumowanie powinno zawierać informację o liczbie wykonanych pomiarów, intensywności zarejestrowanych drgań oraz ocenę oddziaływania drgań na obiekt w którym stacja KSPD była zamontowana. Łącznie wszystkie stacje pomiarowe KSMD APN wykonały w okresie 2 lat 2385 pomiarów drgań wzbudzonych robotami strzałowymi w kopalniach odkrywkowych. W tablicy 1 zestawiono liczbę pomiarów wykonanych przez stacje pomiarowe na poszczególnych kopalniach. We wszystkich przypadkach stacje pomiarowe KSPD mocowane są do fundamentów budynków na wysokości poziomu terenu, czyli pomiar drgań dotyczy budynku, a nie podłoża w jego otoczeniu. To jest ważna informacja, gdyż normy innych krajów stawiają w tym zakresie określone ale różne wymagania. Przykładowo,w Polsce skale GSI wymagają pomiaru drgań podłoża (gruntu). Analizując intensywność zarejestrowanych drgań dla uzyskania ogólnego obrazu wydzielono zakresy pomiarowe i obliczono procentowy udział wyników pomiarów w każdym z tych zakresów. Wyniki obliczeń zestawiono w tablicy 2. Dla przykładu, dokładniejszej analizie poddano wyniki pomiarów uzyskane przez stacje o największej liczbie wykonanych pomiarów oraz najwyższym poziomie rejestrowanych drgań kopalnia 3/stacja 2 i kopalnia 5/stacja 2. Na rysunku 6 i 7 przedstawiono wizualizację wyników pomiarów na skali SWD-I oraz procentowy udział maksymalnych wartości prędkości w zakresach wskazanych w tablicy 2. Zastosowano wizualizację wyników pomiarów na dwóch wykresach, gdyż wartość maksymalna prędkości drgań (bez częstotliwości) nie daje pełnej informacji o oddziaływaniu, ze względu na kształt linii granicznych skal SWD. Jednocześnie należy uwzględnić, że wyniki pomiarów, w postaci maksymalnych wartości prędkości drgań skorelowanych z częstotliwością, naniesione Tablica 1. Liczba pomiarów drgań na poszczególnych kopalniach Opracowanie własne Table 1. Number of ground vibrations measurements for inindividual mines Own development Kopalnia Okres pracy Nr stacji Liczba pomiarów nr 1 129 Kopalnia 1 IV kw.2012 III kw. 2014 nr 2 161 nr 3 145 nr 4 138 nr 1 83 Kopalnia 2 IV kw.2012 III kw. 2014 nr 2 180 nr 3 98 nr 4 131 Kopalnia 3 II kw.2013 III kw. 2014 nr 1 186 nr 2 323 Łącznie liczba pomiarów 509 Kopalnia 4 IV kw.2012 III kw. 2014 nr 1 193 193 Kopalnia 5 IV kw.2012 III kw. 2014 nr 1 165 nr 2 183 348 Kopalnia 6 I kw.2014 III kw. 2014 nr 1 52 52 nr 1 69 Kopalnia 7 I kw.2013 III kw. 2014 nr 2 110 nr 3 39 218 Razem 2385 573 492
12 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2015 Tablica 2. Zakres zmienności wyników pomiarów dla poszczególnych stacji KSPD Opracowanie własne Table 2. Range of the measurement results for each KSPD station Own development Kopalnia Nr stacji Liczba pomiarów Zakres wartości prędkości drgań, mm/s 0,30 0,66 0,66 1,33 1,33 2,00 2,00 2,66 2,66 3,33 > 3,33 nr 1 129 52 % 28 % 13 % 5 % 2 % - Kopalnia 1 nr 2 161 33 % 63 % 4 % - - - nr 3 145 38 % 61 % 1 % - - - nr 4 138 94 % 6 % - - - - nr 1 83 98 % 2 % - - - - Kopalnia 2 nr 2 180 38 % 38 % 17 % 6 % 2 % - nr 3 98 71 % 24 % 5 % - - - nr 4 131 66 % 25 % 7 % 2 % Kopalnia 3 nr 1 186 33 % 41 % 17 % 5 % 3 % 2 % nr 2 323 49 % 28 % 13 % 7 % 2 % 3 % Kopalnia 4 nr 1 193 59 % 25 % 6 % 6 % 3 % 2 % Kopalnia 5 nr 1 165 43 % 29 % 17 % 9 % 2 % - nr 2 183 46 % 25 % 12 % 10 % 4 % 3 % Kopalnia 6 nr 1 52 35 % 54 % 11 % nr 1 69 100 % - - - - - Kopalnia 7 nr 2 110 99 % 1 % - - - - nr 3 39 100 % - - - - - na skalę SWD nie stanowią oceny oddziaływania, a tylko obrazują skalę problemu i pozwalają na wstępne wnioskowanie, co do poziomu rejestrowanych drgań. Jak wynika z rysunków 6 i 7 wartości maksymalne prędkości w większości znajdują się w II strefie skali SWD-I. Częstość występowania wyższych wartości prędkości (1 3 % ogółu pomiarów) potwierdza regułę, że oddziaływania związane z robotami strzałowymi należy zaliczyć do zdarzeń sporadycznych. Analizując dane zawarte w tablicy 2 i odnosząc je do klasyfikacji odporności dla budynków w złym stanie technicznym [1], należy stwierdzić, że wszystkie budynki zachowały pełną odporność na wstrząsy. Liczba wykonanych pomiarów i zakres mierzonych wartości jest informacją o podstawowym znaczeniu w każdym postępowaniu odszkodowawczym. Fakt, że większość zdarzeń jest udokumentowana w postaci pomiaru drgań, z którychkażdy może być podstawą do oceny oddziaływania na budynek i co najważniejsze tylko kilka (o najwyższej intensywności) z setek udokumentowanych zdarzeń miało charakter drgań odczuwalnych, ma bardzo istotne znaczenie dla opiniodawców, a w konsekwencji dla sądów. Rys. 6. Wizualizacja wyników rejestracji dokonanych przez KSPD w budynku kopalnia 5/stacja nr 2 Opracowanie własne Fig. 6. Visualization of results obtained by the KSPD which was installed on the building -mine 5 / station no. 2 Own development
Nr 7 PRZEGLĄD GÓRNICZY 13 Rys. 7. Wizualizacja wyników rejestracji dokonanych przez KSPD w budynku kopalnia 3/stacja nr 2 Opracowanie własne Fig. 7. Visualization of results obtained by the KSPD which was installed on the building mine 3 / station no. 2 Own development Jak już wspomniano, jednym z efektów prowadzenia monitoringu drgań jest możliwość dokonania oceny oddziaływania drgań wzbudzanych robotami strzałowymi. Dla przykładu na rysunkach 8 i 9 przedstawiono wynik oceny oddziaływania drgań dla zdarzenia o najwyższej intensywności dla każdej ze stacji. Ocenę przeprowadzono zgodnie ze wskazaniami normy dla drgań impulsowych na podstawie pełnych przebiegów z zastosowaniem filtracji tercjowej (metoda pośrednia). Jak wynika z rysunków, w obu przypadkach drgania należy zakwalifikować do pogranicza strefy II i III, ale biorąc pod uwagę fakt, że jest to pojedyncze zdarzenie w ciągu dwóch lat, z pełną odpowiedzialnością można stwierdzić, że oddziaływanie drgań zbudzanych robotami strzałowymi na kopalni 3 i kopalni 5 było odczuwalne, ale nieszkodliwe dla obiektów budowlanych w otoczeniu. Rys. 8. Ocena oddziaływania drgań na obiekt chroniony zdarzenie z dnia 25.09.2013 r. Opracowanie własne Fig. 8. Assessment of the impact of ground vibrations on the protected housing structures an event from 25 September 2013 Own development
14 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2015 Rys. 9. Ocena oddziaływania drgań na obiekt chroniony zdarzenie z dnia 7.05.2013 r. Opracowanie własne Fig. 9. Assessment of the impact of ground vibrations on the protected housing structures an event from 7 May 2013 Own development 5. Podsumowanie Dokumentowanie oddziaływania robót strzałowych na otoczenie jest rozwiązaniem, które pozwala na: zbieranie bieżących informacji dla dozoru, o intensywności drgań wzbudzanych robotami strzałowymi, prowadzenie kontroli oddziaływania drgań na obiekty, tworzenie bazy danych, do której można zawsze sięgnąć w celu przedstawienia dowodów w sprawie o odszkodowania, dokonywanie bieżących korekt w warunkach ograniczających prowadzenie robót strzałowych. Stosowany w zakładach górniczych system KSMD, który został zbudowany przy współudziale finansowym kopalń odkrywkowych, był stopniowo modernizowany, dzięki czemu aktualnie jest nowoczesnym systemem wykorzystującym nowe technologie w zakresie pomiarowym, analitycznym i łączności bezprzewodowej. System powstał jako narzędzie dla dozoru ruchu, umożliwiając bieżącą kontrolę oddziaływania robót strzałowych na zabudowania w otoczeniu. KSMD po modernizacji umożliwia dostęp do urządzeń pomiarowych z dowolnego punktu na Ziemi, sterowanie aparaturą pomiarową, natychmiastowy podgląd zarejestrowanego zdarzenia i szybką ocenę oddziaływania. Monitorowanie umożliwia kontrolowanie intensywności wzbudzanych drgań i szybkie reagowanie na występujące przekroczenia. W monitoringu drgań nic nie jest przypadkowe. Stała obecność aparatury pomiarowej w obiekcie chronionym pozwala na rejestrowanie również zdarzeń nie związanych z robotami strzałowymi. Zdarza się, że rejestrowane są wstrząsy indukowane działalnością kopalń podziemnych jak również drgania wzbudzane robotami strzałowymi w sąsiednich kopalniach odkrywkowych. Monitoring tworzy historię oddziaływania drgań pochodzących od czynników zewnętrznych (ruch komunikacyjny, praca wszelkiego rodzaju urządzeń młyny, młoty wibracyjne itp.) jak i wewnętrznych (użycie wiertarki, rąbanie drewna, prace remontowe w obiektach itp.). Dwa lata pracy systemu KSMD APN to 2385 dowodów na to, że roboty strzałowe prowadzone w analizowanych kopalniach odkrywkowych nie były szkodliwe dla zabudowań w otoczeniu. Literatura 1. Barański A., Kloc L., Kowal T., MutkeG.: Górnicza Skala Intensywności Drgań GSI GZWKW -2012 w odniesieniu do odporności dynamicznej budynków. Konferencja Oddziaływanie wstrząsów górniczych na obiekty budowlane i infrastrukturę. Politechnika Krakowska. Kraków 2014 2. Biessikirski R., Winzer J., Sieradzki J.: Kopalniana Stacja Monitoringu Drgań (KSMD) Konferencja Technika strzelnicza w górnictwie, Jaszowiec 2001 3. Biessikirski R., Winzer J.: Działalność profilaktyczna w kopalniach odkrywkowych Oddziaływanie robót strzałowych na otoczenie. Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie 10/98/2002. Katowice 2002 4. Biessikirski R., Winzer J.: Organizacja centralnego systemu dokumentowania oddziaływania robót strzałowych na otoczenie. Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie WUG 3/2010. 5. Gołda A., Śladowski G.: Monitoring drgań gruntu indukowanych wstrząsami górniczymi w KWK Ziemowit. Przegląd Górniczy nr 6/2014. Katowice 2014 6. Onderka Zb., Biessikirski R., Sieradzki J., Winzer J.: KSMD system do monitorowania drgań powodowanych robotami strzelniczymi w otoczeniu kopalń odkrywkowych. Wyd. IGSMiE PAN Warsztaty 2002, Kraków 2002 7. PN-B-02170:1985 : Ocena szkodliwości drgań przekazywanych przez podłoże na budynki
Nr 7 PRZEGLĄD GÓRNICZY 15 8. Pyra J., Sołtys A., Winzer J.: Skomputeryzowane systemy do dokumentowania oddziaływania robót strzałowych na otoczenie kopalń odkrywkowych. Bezpieczeństwo Robót Strzałowych Główny Instytut Górnictwa. Katowice 2012. 9. Pyra J., Sołtys A., Winzer J.: Monitoring drgań jako skuteczne narzędzie do kontrolowania oddziaływania na obiekty. Mat. Konferencja Technika Strzelnicza w Górnictwie i Budownictwie. Ustroń 2013 10. Sieradzki J.: 1997 Kopalniany system monitoringu drgań - Krajowy Kongres Górnictwa Skalnego Kielce 97. Kielce 1997 11. Tatara T.: Badania naukowe i diagnozy dotyczące ocen działania na obiekty budowlane drgań wzbudzanych robotami strzałowymi w górnictwie odkrywkowym. Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie WUG 4(164)/2008. Katowice 2008 12. Winzer J.: Dokumentowanie oddziaływania robót strzałowych na otoczenie kopalń odkrywkowych. Górnictwo Odkrywkowe 5-6, Wrocław 2006 13. Winzer J., Sieradzki J.: Monitorowanie oddziaływania robót strzałowych na obiekty w otoczeniu. Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie 9(157)/I/2007. Katowice 2007 14. Winzer J., Sieradzki J., Sołtys A.: Dokumentowanie oddziaływania robót strzałowych na otoczenie kopalń odkrywkowych. Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie WUG 4(164)/2008. Katowice 2008 NACZELNY REDAKTOR w zeszycie 1-2/2010 Przeglądu Górniczego, zwrócił się do kadr górniczych z zachętą do publikowania artykułów ukierunkowanych na wywołanie POLEMIKI DYSKUSJI. Trudnych problemów, które czekają na rzetelną, merytoryczną wymianę poglądów jest wiele! Od niej w znaczącej mierze zależy skuteczność praktyki i nauki górniczej w działaniach na rzecz bezpieczeństwa górniczego oraz postępu technicznego i ekonomicznej efektywności eksploatacji złóż. Od naszego wysiłku w poszukiwaniu najlepszych rozwiązań zależy przyszłość polskiego górnictwa!!!