Janusz MADEJ, Sławomir PORZUCEK, Janusz RADOMIŃSKI Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

Podobne dokumenty
MODELOWANIE GRAWIMETRYCZNE STREF ROZLUŹNIEŃ ROZWIJAJĄCYCH SIĘ NAD PUSTKĄ W SKAŁACH METAMORFICZNYCH**

BADANIA GRAWIMETRYCZNE

Krzysztof JAKIEL, Janusz MADEJ, Janusz RADOMIŃSKI Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

Zagrożenia pogórnicze na terenach dawnych podziemnych kopalń węgla brunatnego w rejonie Piły-Młyna (woj. Kujawsko-Pomorskie)

Mikrograwimetria i geofizyka otworowa w badaniach zagrożeń powierzchni terenów pogórniczych.

Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków **

Janusz MADEJ, Krzysztof JAKIEL, Sławomir PORZUCEK Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

Rola mikrograwimetrycznych badań powierzchniowych i pionowego profilowania w ocenie bezpiecznej eksploatacji szybu górniczego

Kontrola grawimetryczna stanu górotworu solnego na terenie Kopalni Otworowej Barycz

Spis treści Wykaz ważniejszych pojęć Wykaz ważniejszych oznaczeń Wstęp 1. Wprowadzenie w problematykę ochrony terenów górniczych

MIKROGRAWIMETRYCZNA OCENA STANU ZAGROŻENIA POWIERZCHNI TERENU SPOWODOWANEGO PRZEZ SZYBIKI W OPUSZCZONYM ZŁOŻU GALMANU NA GÓRNYM ŚLĄSKU

Janusz MADEJ, Krzysztof JAKIEL, Sławomir PORZUCEK Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

Monika ŁÓJ Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, Kraków

WYBRANE ELEMENTY GEOFIZYKI

KARTA PRZEDMIOTU. 2. Kod przedmiotu: NIz-BPiOP/32

Wieliczka - mikrograwimetria a zagrożenia powierzchni terenu górniczego

Zbigniew FAJKLEWICZ*, Hubert MOJ**, Jan PAUL**, Janusz RADOMIŃSKI* Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków*; ZUG MA-PA, Piekary Śląskie**

Anomalie gradientu pionowego przyspieszenia siły ciężkości jako narzędzie do badania zmian o charakterze hydrologicznym

KARTA PRZEDMIOTU. 2. Kod przedmiotu: SI-BPiOP/33

Karta dokumentacyjna naturalnego zagrożenia geologicznego działalność górnicza Deformacje nieciągłe

Przyczynek do badań mikrograwimetrycznych naruszeń powierzchni szlaków komunikacyjnych w wyniku podziemnej eksploatacji górniczej

Karta dokumentacyjna naturalnego zagrożenia geologicznego działalność górnicza Deformacje nieciągłe

GRAWIMETRYCZNE ODWZOROWANIE GEOMECHANICZNEGO MODELU STREF ROZLUŹNIEŃ W OTOCZENIU STAREGO WYROBISKA***

Karta dokumentacyjna naturalnego zagrożenia geologicznego działalność górnicza Deformacje nieciągłe

GEOFIZYCZNE POSZUKIWANIA FORM ANTROPOGENICZNYCH, W TYM STARYCH WYROBISK GÓRNICZYCH, W ZŁOTYM STOKU

KARTA PRZEDMIOTU. 2. Kod przedmiotu: N Iz-GGiP/36

Źródła pozyskiwania danych grawimetrycznych do redukcji obserwacji geodezyjnych Tomasz Olszak Małgorzata Jackiewicz Stanisław Margański

Janusz MADEJ, Sławomir PORZUCEK, Zbigniew SZCZERBOWSKI, Monika ŁÓJ Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

Zbigniew FAJKLEWICZ, Tadeusz MIKOŚ, Janusz RADOMIŃSKI Edward STEWARSKI Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

PL B BUP 12/13. ANDRZEJ ŚWIERCZ, Warszawa, PL JAN HOLNICKI-SZULC, Warszawa, PL PRZEMYSŁAW KOŁAKOWSKI, Nieporęt, PL

Badania geodezyjno-grawimetryczne efektów procesów geodynamicznych zachodzących w naruszonym eksploatacją górotworze solnym

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


Analiza efektywności rejestracji przyspieszeń drgań gruntu w Radlinie Głożynach

Ochrona powierzchni determinantem rozwoju przemysłu wydobywczego. Piotr Wojtacha Wiceprezes Wyższego Urzędu Górniczego

2. Budowa geologiczna górotworu w rejonie pola Pagory

Analiza modelowa efektów mikrograwimetrycznych zarejestrowanych nad zlikwidowanymi szybami górniczymi

Zbigniew SZCZERBOWSKI, Jerzy ZIĘTEK, Łukasz ORTYL Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

OCENA ZAISTNIAŁYCH WPŁYWÓW EKSPLOATACJI GÓRNICZEJ Z UWAGI NA PRZYDATNOŚĆ TERENU DO DALSZEJ ZABUDOWY

Karta dokumentacyjna naturalnego zagrożenia geologicznego działalność górnicza Deformacje nieciągłe

2. Ocena warunków i przyczyn występowania deformacji nieciągłych typu liniowego w obrębie filara ochronnego szybów

GRAWIMETRYCZNE BADANIA DYNAMIKI REJONU WYSADU SOLNEGO DĘBINA. 1. Wstęp. Monika Łój* Górnictwo i Geoinżynieria Rok 32 Zeszyt

Śląskie Forum Drogowe Piekary Śląskie, 8-10 maja 2013

KARTA PRZEDMIOTU. 2. Kod przedmiotu: S I-BPiOP/42

Zbigniew FAJKLEWICZ*, Jan PAUL**, Janusz RADOMIŃSKI*, Edward STEWARSKI* * Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków ** ZUG Ma-Pa, Piekary Śląskie

ZASTOSOWANIE GEOMETRII INŻYNIERSKIEJ W AEROLOGII GÓRNICZEJ

Wpływ warunków górniczych na stan naprężenia

Zagrożenia wynikające z wystąpienia liniowych nieciągłych deformacji podłoża na terenach górniczych

WYZNACZENIE WARTOŚCI PARAMETRÓW TEORII PROGNOZOWANIA WPŁYWÓW W PRZYPADKU EKSPLOATACJI GÓRNICZEJ PROWADZONEJ W DWÓCH POKŁADACH

WPŁYW ZAKŁÓCEŃ PROCESU WZBOGACANIA WĘGLA W OSADZARCE NA ZMIANY GĘSTOŚCI ROZDZIAŁU BADANIA LABORATORYJNE

SŁUŻBA GEODEZYJNA I KARTOGRAFICZNA W OBLICZU NADCHODZĄCYCH ZMIAN

WYBRANE ELEMENTY GEOFIZYKI

STREFY WYSTĘPOWANIA ROZLUŹNIENIA GRUNTU NA TERENIE GÓRNICZYM KWK SZCZYGŁOWICE ZONES OF SLACK GROUND OCCURANCE ON MINING AREA OF SZCZYGŁOWICE COAL MINE

Mirosław CHUDEK, Piotr STRZAŁKOWSKI, Roman ŚCIGAŁA Politechnika Śląska, Gliwice

Inwentaryzacja wyrobisk górniczych mających połączenie z powierzchnią usytuowanych terenach zlikwidowanych podziemnych zakładów górniczych

Badania grawimetryczne terenów naruszonych eksploatacją górniczą

ZAGROŻENIA NATURALNE W OTWOROWYCH ZAKŁADACH GÓRNICZYCH

Mariusz CZOP. Katedra Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej AGH

EMISJA GAZÓW CIEPLARNIANYCH Z NIECZYNNEGO SZYBU - UWARUNKOWANIA, OCENA I PROFILAKTYKA

ZASTOSOWANIE METODY TOMOGRAFII ELEKTROOPOROWEJ DO LOKALIZACJI STRUKTUR KRASOWYCH

Wstępne wyniki badania właściwości tłumiących utworów fliszu karpackiego metodą refrakcji sejsmicznej

LOKALNE ZMIANY RODZAJU GRUNTÓW JAKO PRZYCZYNA WYSTĄPIENIA REZYDUALNYCH ZMIAN SIŁY CIĘŻKOŚCI W REJONIE ZAPADLISKA PRZY SZYBIE V KWK SZCZYGŁOWICE

Bełchatów w rejonie linii NS wzdłuż przekroju geologicznego 58 NS Wyznaczenie efektu. grawitacyjnego złoża

WSPÓŁDZIAŁANIE ORGANÓW NADZORU GÓRNICZEGO W PROCESIE PLANOWANIA PRZESTRZENNEGO ORAZ REALIZACJI INWESTYCJI NA TERENACH GÓRNICZYCH I POGÓRNICZYCH

Dokumentowanie warunków geologiczno-inżynierskich w rejonie osuwisk w świetle wymagań Eurokodu 7

Obiekty budowlane na terenach górniczych

Badania geofizyczne dróg i autostrad

Przydatność metody georadarowej w rozwiązywaniu zagadnień geologiczno inżynierskich w górnictwie odkrywkowym

BADANIA GRAWIMETRYCZNE ZIEMNYCH OBIEKTÓW HYDROTECHNICZNYCH HYDROTECHNICAL EARTH EMBANKMENTS GRAVITY SURVEY

Centralna Stacja Ratownictwa Górniczego S.A. Marek Zawartka, Arkadiusz Grządziel

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

prof. dr hab. inż. M. Jacek Łączny dr inż. Krzysztof Gogola Główny Instytut Górnictwa Zakład Terenów Poprzemysłowych i Gospodarki Odpadami GIG

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

D O K U M E N T A C J A G E O T E C H N I C Z N A ( O P I N I A G E O T E C H N I C Z N A )

W OPARCIU JEDNOWIĄZKOWY SONDAŻ HYDROAKUSTYCZNY

Technika świetlna. Przegląd rozwiązań i wymagań dla tablic rejestracyjnych. Dokumentacja zdjęciowa

Janusz MADEJ, Sławomir PORZUCEK, Kamila WAWRZYNIAK Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, Kraków

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

Ocena zagrożenia zapadliskami metodą GPR 4D dla potrzeb uzdatnienia podłoża budowlanego na terenach pogórniczych

NIE SZKODA CZASU NA SZKODY

Temat A (przeznaczony do wykonania na posterze) Panorama (widok) wpływ działalności człowieka na krajobraz wybranego obszaru

WYKORZYSTANIE TOMOGRAFII ELEKTROOPOROWEJ DO LOKALIZACJI PŁYTKICH PUSTEK W GÓROTWORZE

dotyczą całego obszaru planu X Wskazanie wykracza poza kompetencje ustaleń planu X Wskazanie wykracza poza kompetencje ustaleń planu

Fundamenty na terenach górniczych

Od redaktora naukowego 2. Mapy górnicze 3. Pomiary sytuacyjne w

PRZYKŁAD ANALIZY WPŁYWU PRĘDKOŚCI POSTĘPU FRONTU EKSPLOATACYJNEGO NA PRZEBIEG DEFORMACJI NA POWIERZCHNI TERENU

Kadry tel: Planistka tel Sekretariat Tel Dyrekcja:

Warszawa, dnia 15 grudnia 2016 r. Poz. 2023

Sprawozdanie ze stażu naukowo-technicznego

Geodezyjne i geofizyczne rozpoznanie zagrożenia zapadliskowego

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

Andrzej Pepel Prace naukowo-badawcze w PBG...3

2. Wyznaczenie środka ciężkości zwałowiska zewnętrznego

Dobór systemu eksploatacji

D O K U M E N T A C J A G E O T E C H N I C Z N A ( O P I N I A G E O T E C H N I C Z N A )

Czasowe zmiany pola siły ciężkości w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym i ich związek z eksploatacją górniczą

ZASTOSOWANIE METOD GEOELEKTRYCZNYCH W ROZPOZNAWANIU BUDOWY PODŁOŻA CZWARTORZĘDOWEGO.

Koncepcja docelowego modelu kopalni Lubin z budową nowego szybu

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

Transkrypt:

WARSZTATY 24 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Mat. Symp. str. 557 571 Janusz MADEJ, Sławomir PORZUCEK, Janusz RADOMIŃSKI Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków Mikrograwimetryczna ocena stopnia zagrożenia powierzchni terenu wokół szybów górniczych w różnych warunkach geologiczno-górniczych Streszczenie Praca omawia możliwości metody mikrograwimetrycznej w zakresie wykrywania i oceny stopnia podsadzenia starych szybów górniczych. Udokumentowano te możliwości na przykładach praktycznego zastosowania metody w różnych warunkach geologicznych. Zwrócono uwagę na rolę tych czynników, które wpływają na dokładne wyznaczanie rozkładu mikroanomalii siły ciężkości nad szybami górniczymi. Przedstawiono przydatność mikrograwimetrycznych badań do oceny zagrożenia powierzchni terenu w otoczeniu szybów górniczych, stanowiącej ważny element działań w przywracaniu wartości użytkowych obszarów pogórniczych. 1. Wstęp Ocena stopnia podsadzenia starych szybów jest poważnym problemem przy tworzeniu planów zagospodarowania przestrzennego terenów pogórniczych. Niemanifestujące się na powierzchni stare szyby górnicze stanowią nie tylko poważne zagrożenie dla ludności i infrastruktury miejskiej, lecz również utrudniają prowadzenie prac budowlanych i inżynierskich. Dziś położenie większości z tych szybów jest nieznane. Jeśli nawet lokalizacja niektórych możliwa jest do określenia, to nieznany jest zarówno ich stopień podsadzenia, jak i zasięg ich oddziaływania na przekształcenia rzeźby terenu. Wyznaczenie tego zasięgu ma duże znaczenie wynikające z konieczności określenia stref wyłączonych z możliwości zabudowy wokół tych szybów. Z dotychczasowych doświadczeń stosowania różnych metod geofizycznych do rozwiązywania powyższych problemów wynika, iż najlepsze rezultaty osiągnąć można prowadząc badania metodą mikrograwimetryczną. Wykrycie bowiem występowania szybu, jak i stwierdzenie stopnia jego podsadzenia, czy strefy przypowierzchniowych rozluźnień wokół niego metodą wiertniczą jest nieekonomiczne i pracochłonne. Uwarunkowaniami tymi nie charakteryzuje się metoda mikrograwimetryczna, która w warunkach zwartej zabudowy miejskiej jest szczególnie predestynowana do rozwiązywania tego typu zagadnień. Metoda mikrograwimetryczna opiera się na możliwości detekcji ujemnych mikroanomalii związanych z występowaniem starych szybów górniczych oraz stref rozluźnień wokół nich. Analiza pomierzonych rozkładów mikroanomalii siły ciężkości, będących funkcją parametrów geometrycznych szybów i stopnia ich podsadzenia, umożliwia ocenę zagrożenia powierzchni terenu powstaniem jego deformacji. 557

J. MADEJ, S. PORZUCEK, J. RADOMIŃSKI Mikrograwimetryczna ocena stopnia... Pierwsze prace z tego zakresu (Fajklewicz 1967, 1972) zapoczątkowały rozwój metody mikrograwimetrycznej podając podstawy teoretyczne oraz precyzując metodykę prowadzenia badań terenowych i prac interpretacyjnych w przedmiotowym zakresie. Kolejne prace (Fajklewicz 1976a, 198, 1985) wyznaczają ważny etap w rozwoju metody mikrograwimetrycznej w zastosowaniu do oceny stopnia podsadzenia starych, nieczynnych szybów górniczych. Zakres zastosowania metody mikrograwimetrycznej wzbogacony został opracowaniem możliwości przewidywania skutków procesów dynamicznych zachodzących w górotworze, umożliwiając podanie prognozy zagrożenia powierzchni terenu ze strony niezlikwidowanych szybów (Fajklewicz, Radomiński 1994, 1996, 1999; Graca i in. 1997; Radomiński 22). Badania mikrograwimetryczne były skutecznie stosowane do wykrywania pustek poeksploatacyjnych i określania stopnia likwidacji wyrobisk górniczych na terenie Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (Fajklewicz 197; Fajklewicz i in. 1971, 1972; Fajklewicz 1974, 1976a, 1976b, 198; Fajklewicz, Radomiński 199, 1996; Fajklewicz, Madej i in. 23). W ostatnich latach metoda mikrograwimetryczna znalazła szerokie zastosowanie w badaniach starych szybów i szybików porudnych położonych w granicach olkuskiego rejonu pogórniczego (Madej i in. 2, 21a, 21b, 21c, 21d). 2. Fizyczne podstawy badań mikrograwimetrycznych nad szybami górniczymi Niepodsadzone, puste szyby górnicze oraz rozluźnienia górotworu wokół nich, naruszające jego pierwotny stan, generują własne pola grawitacyjne. Mierzony, metodą mikrograwimetryczną, ich sumaryczny efekt jest funkcją różnicy gęstości badanych obiektów w stosunku do ich otoczenia, wielkości, kształtu i głębokości występowania. Niezlikwidowane szyby ujawniają się w formie względnie ujemnej mikroanomalii, której maksymalna amplituda obserwowana jest nad środkiem szybu. Wartość tej amplitudy maleje stosownie do stopnia podsadzenia szybu materiałem skalnym i przyjmuje wartości zbliżone do zera w przypadku całkowitego zlikwidowania obiektu, o ile w bezpośrednim jego sąsiedztwie nie doszło do przekształceń górotworu. Z reguły, wykonanie podsadzenia szybu, nie likwiduje strefy rozluźnień, powstałej wokół niego. Stąd, w pomierzonym rozkładzie mikroanomalii siły ciężkości, ujawnić się może grawitacyjny wpływ tej strefy. Na rysunku 2.1 przedstawiono rozkład mikroanomalii siły ciężkości nad jednym ze świetlików nieczynnej sztolni Czajowskiej w rejonie Olkusza. Jest on dobrym przykładem, w którym ujawniają się wszystkie elementy budowy morfologicznej, jak i charakterystyczne cechy mikroanomalii siły ciężkości. W lekko nachylonym terenie szybik występuje w środkowej części warpi zaznaczając się w postaci pingi. Odpowiadający tej sytuacji rozkład mikroanomalii zawiera wszystkie elementy składające się na złożony charakter rozkładu gęstości wokół badanego obiektu. Bezpośrednio nad szybem wyróżnić można względnie ujemną mikroanomalię odpowiadającą częściowo tylko podsadzonemu szybikowi. Budujący warpie nasyp skał płonych, do odległości około 6 m od osi szybika, zawiera również strefy o obniżonej gęstości w stosunku do otoczenia. Przykład ten przekonuje, iż precyzyjna ocena stopnia podsadzenia starych, nieczynnych szybów w decydującej mierze zależy od dokładnego wyznaczenia rozkładu mikroanomalii siły ciężkości nad badanym obiektem. Specyficzne warunki morfologiczne oraz zróżnicowana budowa geologiczna przypowierzchniowych partii górotworu wymagają zwrócenia szczególnej uwagi na dwa aspekty. 558

wysokość, m WARSZTATY 24 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie,3,2 8,2 6 g, mgal B,2 4,2 2,2,1 8,1 6,1 4-1 5-1 - 5 5 1 1 5 odległość, m 3 1 4 3 1 3 - lokalizacja świetlika Rys. 2.1. Rozkład mikroanomalii siły ciężkości w redukcji Bouguera nad świetlikiem nr 2 sztolni Czajowskiej, OG POMORZANY Fig. 2.1. Bouguer microgravity map over No 2 Czajkowskiej little mining shaft, OG Pomorzany Jeden z nich wiąże się z zagadnieniem poprawki topograficznej siły ciężkości. Zastosowanie specjalnej metodyki prac geodezyjnych, umożliwiającej precyzyjną aproksymację rzeźby terenu wielościanami, służy podniesieniu dokładności wyznaczania wartości poprawi topograficznej siły ciężkości (Wójcicki 1993). Skuteczność takiego postępowania jest widoczna na przykładzie szybu Michał położonego w obszarze górniczym BOLESŁAW k/olkusza (rys. 2.2). Wyraźnie widać znaczący wpływ tej poprawki tak jakościowy, jak i ilościowy. Wprowadzenie jej w obu, prostopadle przebiegających profilach (skrzyżowanych w miejscu występowania szybu, wg danych archiwalnych), zmieniło nie tylko jego położenie, lecz doprowadziło również do zmiany kształtu i wielkości mikroanomalii pochodzącej od tego szybu. W jednym z profili obserwuje się, po uwzględnieniu poprawki topograficznej, dwukrotnie większą amplitudę mikroanomalii, w drugim zaś zaznaczył się charakterystyczny kształt mikroanomalii wskazujących na rozwój bocznych płaszczyzn ścinania, wzdłuż których nastąpiła reaktywacja niepodsadzonego szybu. Mechanizm powstawania tego rodzaju deformacji charakterystyczny jest dla olkuskiego rejonu pogórniczego (Madej i in. 21a). Drugim czynnikiem, decydującym o dokładnym wyznaczeniu rozkładu mikroanomalii siły ciężkości nad badanym szybem, jest dobór gęstości warstwy redukowanej. Na rysunku 2.3 zobrazowano wpływ jej wartości na kształt mikroanomalii. Wyraźnie widać, iż w przypadku jej zaniżenia, w stosunku do rzeczywistej wartości, amplituda mikroanomalii może ulec zwiększeniu, sugerując istnienie niepodsadzonego szybu. Przyjęcie natomiast w obliczeniach zbyt wysokich wartości tej gęstości może doprowadzić do wyeliminowania mikroanomalii, a tym samym do niepoprawnego zakwalifikowania badanego szybu do obiektu podsadzonego. 559

wysokość, m wysokość, m J. MADEJ, S. PORZUCEK, J. RADOMIŃSKI Mikrograwimetryczna ocena stopnia...,32,3 g, mgal B,28,26,24 336 335,22-8 -6-4 -2 2 4 6 8,32,3 odległość, m 334 g, mgal B,28,26,24 336 335,22-8 -6-4 -2 2 4 6 8 odległość, m 334 - lokalizacja szybu - przed uwzględnieniem poprawki topograficznej - po uwzględnieniu poprawki topograficznej Rys. 2.2. Rozkłady mikroanomalii siły ciężkości w redukcji Bouguera nad szybem Michał, OG BOLESŁAW Fig. 2.2. Bouguer microgravity map over Michał mining shaft OG Bolesław 56

wysokość, m WARSZTATY 24 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie -,2 g, mgal B -,4 -,6 -,8 339 338 337-15 -1-5 5 1 2,4 Mg/cm -3 2,2 Mg/cm -3 2, Mg/cm -3 1,8 Mg/cm -3 1,6 Mg/cm -3 odległość, m - lokalizacja szybu Rys. 2.3. Rozkład mikroanomalii siły ciężkości w redukcji Bouguera nad szybem H, OG OLKUSZ dla różnych wartości gęstości warstwy redukowanej Fig. 2.3. Bouguer microgravity map over H mining shaft OG Olkusz for different value of layer cut density 3. Przykłady praktyczne Możliwości metody mikrograwimetrycznej w ocenie stopnia zagrożenia powierzchni terenu wokół szybów górniczych przedstawiono na trzech przykładach badań przeprowadzonych w różnych warunkach geologiczno-górniczych. Jeden z nich dotyczy historycznej eksploatacji rud cynku i ołowiu prowadzonej w rejonie Księżej Góry w Radzionkowie (Moj 21). Pozostałością po niej, wg materiałów archiwalnych, jest m. in. szyb Augustyn. Przeprowadzone w jego otoczeniu badania mikrograwimetryczne miały na celu wyznaczenie zarówno położenia szybu, jak i, przez ocenę jego podsadzenia, określenie stopnia zagrożenia powierzchni terenu wokół szybu. Obserwacje mikrograwimetryczne wykonano na obszarze kwadratu o powierzchni ponad 16 m 2. Środek kwadratu usytuowano w miejscu położenia szybu, wyznaczonym na podstawie dostępnych materiałów archiwalnych. Wyniki badań rozkład mikroanomalii siły ciężkości w redukcji Bouguera, z uwzględnieniem poprawki topograficznej siły ciężkości, przedstawiono na rysunku 3.1. 561

J. MADEJ, S. PORZUCEK, J. RADOMIŃSKI Mikrograwimetryczna ocena stopnia... y, m 186 - mikrograwimetryczny punkt pomiarowy - izolinie co,5 mgal - położenie szybu wg danych archiwalnych -,55 N -,3 -,3 -,55 -,5 Rys. 3.1. Rozkład mikroanomalii siły ciężkości w redukcji Bouguera w otoczeniu szybu Augustyn w rejonie Księżej Góry w Radzionkowie Fig. 3.1. Bouguer microgravity map around August mining shaft in Księża Góra area in Radzionków x, m 562

WARSZTATY 24 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie y, m 186 - mikrograwimetryczny punkt pomiarowy - izolinie co,5 mgal - położenie szybu wg danych archiwalnych I I - przekrój modelowania N I I -,2,2 -,2 Rys. 3.2. Rozkład mikroanomalii rezydualnych siły ciężkości w otoczeniu szybu Augustyn w rejonie Księżej Góry w Radzionkowie Fig. 3.2. Residual microgravity anomaly map around August mining shaft in Księża Góra area in Radzionków x, m 563

-1 J. MADEJ, S. PORZUCEK, J. RADOMIŃSKI Mikrograwimetryczna ocena stopnia... Amplituda zmian wartości pola siły ciężkości w obrębie zdjęcia mikrograwimetrycznego wynosi,12 mgal. Natomiast kierunek tych zmian, tj. wzrost wartości ku południowemu wschodowi, odpowiada wynurzaniu się stropu wysokogęstościowych utworów triasowych. Na tle tego trendu wyróżnia się, w północnej części obszaru badań, lokalna mikroanomalia ujemna z dwoma, wyraźnie zaznaczającymi się ekstremami. Widać, iż żadne z nich nie odpowiada położeniu szybu zlokalizowanemu wg danych archiwalnych. Celem eliminacji zarejestrowanego trendu pola siły ciężkości przybliżono pomierzony rozkład mikroanomalii siły ciężkości w redukcji Bouguera wielomianem pierwszego stopnia otrzymując anomalię regionalną. Odejmując jej wartości od pomierzonych obliczono wartości mikroanomalii rezydualnych siły ciężkości. Ich rozkład, będący przybliżeniem anomalii lokalnej, wykreślono na rysunku 3.2. Z prezentowanego rozkładu widać, iż poszukiwany szyb generuje rozległą mikroanomalię ujemną o względnej amplitudzie równej wartości,5 mgal. W jej centrum lokować należy szyb. W celu określenia głębokości występowania źródła tej mikroanomalii przeprowadzono analityczne przedłużanie w dół rozkładu mikroanomalii siły ciężkości wzdłuż przekroju, którego przebieg oznaczono na rysunku 3.2 symbolem I-I. I I -5-1 -2-1 -15-2 -2-25 -1-3 -35-4 -45 h,m 1 15 115 125 135 - punkt osobliwy pola mikroanomalii siły ciężkości x,m - izolinie normowanych wartości przedłużania analitycznego wykreślone co,2 Rys. 3.3. Wyniki przedłużania analitycznego w dół mikroanomalii siły ciężkości nad szybem Augustyn w rejonie Księżej Góry w Radzionkowie Fig. 3.3. Microgravity downward continuation results over August mining shaft in Księża Góra area in Radzionków 564

WARSZTATY 24 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Wyniki przedłużania przedstawione na rysunku 3.3 dowodzą, że badany obiekt sięgać może do głębokości 1 m. Przeprowadzone zaś modelowanie grawimetryczne tego szybu utwierdziło w przekonaniu, że jest on nie w pełni podsadzony i może stwarzać zagrożenie dla powierzchni terenu powodując jej deformację. Z zasięgu oraz kształtu mikroanomalii, jak również na podstawie wyników modelowania wnosić można, że otoczenie szybu do odległości około 1 m od jego osi jest też narażone na przekształcenia. Przykładu wykorzystania metody mikrograwimetrycznej do oceny stopnia zagrożenia powierzchni terenu, powstaniem jej przekształceń ze strony niezlikwidowanego szybu, dostarczają również wyniki badań przeprowadzonych w rejonie występowania szybu Maria-Anna w Zabrzu. A x, m - lokalizacja szybu - izolinie co,1 mgal N - mikrograwimetryczny punkt pomiarowy A A - przekrój modelowania grawimetrycznego A Rys. 3.4. Rozkład mikroanomalii siły ciężkości w redukcji Bouguera w rejonie szybu Maria-Anna, Zabrze Fig. 3.4. Bouguer microgravity map in area Anna-Maria mining shaft, Zabrze Był to obiekt o głębokości 128 m i poziomym przekroju w kształcie prostokąta o wymiarach 2,2 m x 2,8 m. Udostępniał on pokłady węgla koksującego w polu górniczym Biskupice zlikwidowanej Kopalni Węgla Kamiennego W. Pstrowski. W archiwum kopalni w rubryce system likwidacji szyb ten posiada zapis zasypany, bez podania jednak czasu tego zdarzenia. Dziś, wg badań mikrograwimetrycznych, szyb ten wykazuje cechy obiektu niepod- 565 y, m

J. MADEJ, S. PORZUCEK, J. RADOMIŃSKI Mikrograwimetryczna ocena stopnia... sadzonego z rozległą strefą rozluźnień w przypowierzchniowej partii górotworu (rys. 3.4). Zarejestrowana amplituda mikroanomalii generowanej przez szyb jest bardzo duża i przekracza,1 mgal. Przeprowadzona za pomocą modelowania grawimetrycznego ilościowa interpretacja wyników badań (rys. 3.5) dowiodła, że przypowierzchniowy zasięg strefy rozluźnień wokół szybu dochodzi do 1 m od osi zbadanego obiektu. Należy podkreślić, iż wymodelowana strefa obniżonej gęstości w stosunku do otoczenia wielokrotnie przekracza pierwotne, poziome rozmiary szybu. A zatem teren wokół niego ulec może dalszym przekształceniom do czasu przeprowadzenia całkowitej, poprawnej likwidacji szybu wraz z uzdatnieniem rozluźnionych partii górotworu wokół niego. g, mgal, -,2 -,4 -,6 -,8 -,1 -,12 -,14 A A 2 1 5 1 15 2 25 3 35 4 45 m 265 = -,7 Mg m -3 26 m n.p.m. 1 - rozkład mikroanomalii siły ciężkości w redukcji Bouguera 2 - krzywa modelowa Rys. 3.5. Wyniki modelowania grawimetrycznego szybu Maria-Anna, Zabrze Fig. 3.5. Result of Anna-Maria mining shaft gravity modeling, Zabrze Metodę mikrograwimetryczną wykorzystano również do oceny stopnia zagrożenia powierzchni terenu na obszarze objętym wpływami podziemnej erozji złoża soli naruszonego eksploatacją i procesami naturalnymi. Przykład dotyczy wysadu solnego w Inowrocławiu. 19 listopada 23 roku przy ul. Zapadłe powstało zapadlisko głębokości około 3 m, kształtu kolistego o pionowych ścianach. Bezpośrednią przyczynę jego powstania łączyć można z procesami ługowania czapy gipsowej, która zalega tu na głębokości 1 m, pod utworami czwartorzędowymi. Wykonane badania geofizyczne mikrograwimetryczne i georada- 566

WARSZTATY 24 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie rowe (Szczerbowski i in. 24), w rejonie powstałego zapadliska pozwoliły stwierdzić związek z nieczynnym szybem Kronprinz II leżącym w odległości około 1 m od zapadliska. Wyniki tych badań dowiodły, że istnieć może kontakt hydrauliczny pomiędzy tym szybem, który w górnej części wypełniony jest wodą, a rejonem zapadliska. Fakt ten wskazywać może na dalszy rozwój procesu rozluźnień skał podłoża stwarzając duże zagrożenie dla powierzchni terenu poprzez możliwość powstawania następnych jej przekształceń. y, m 2854 archiwalnych Lokalizacja szybu wg danych: geofizycznych N 28535 2853 28525 A A ul. Zapadłe 2852 g 44765 4477 44775 4478 44785 4479 g - zabudowa 567 x, m izolinie co,5 mgal - mikrograwimetryczny punkt pomiarowy A A - przekrój modelowania grawimetrycznego Rys. 3.6. Rozkład anomalii rezydualnych siły ciężkości w otoczeniu szybu Besser, Inowrocław Fig. 3.6. Residual microgravity anomaly map around Besser mining shaft, Inowrocław Analogiczna sytuacja występuje w północnej części wykonanego zdjęcia mikrograwimetrycznego. W rejonie nieczynnego szybu Besser, rozkład mikroanomalii rezydualnych siły ciężkości (rys. 3.6) jest podobny do tego, jaki zarejestrowano poniżej, w otoczeniu powstałego zapadliska i szybu Kronprinz II. Zlokalizowany na podstawie badań mikrograwimetrycznych szyb Besser generuje mikroanomalię ujemną o niewielkiej amplitudzie. Rozwija się ona

J. MADEJ, S. PORZUCEK, J. RADOMIŃSKI Mikrograwimetryczna ocena stopnia... jednak w kierunku południowo-zachodnim zwiększając swą amplitudę. Prowadzi to do powstania rozległej strefy niedoboru mas. Strefa ta, sąsiaduje bezpośrednio z zabudową stwarzając zagrożenie dla budynku. Jest ono tym większe, ponieważ szyb Besser jest obiektem pustym, przykrytym tylko betonową płytą, której obecność zmniejsza amplitudę zaobserwowanej mikroanomalii siły ciężkości. Dowodzą tego wyniki modelowania grawimetrycznego przeprowadzone wzdłuż przekroju AA (rys. 3.7). A A krzywa modelowa krzywa pomiarowa powierzchnia terenu 99-3 1,2 g cm 98 97 96 95-3 g cm -3 2 g cm 94 93 92 91 9 m Rys. 3.7. Wynik modelowania grawimetrycznego szybu Besser, Inowrocław Fig. 3.7. Result of Besser mining shaft gravity modeling, Inowrocław Celem dopasowania krzywej pomiarowej i modelowej efekt grawitacyjny od pustej przestrzeni szybu musiał zostać pomniejszony o składową pionową grawitacyjnego oddziaływania owej płyty betonowej, co ilustruje rysunek 3.8. Tak wiec łączyć można obecność strefy rozluźnień górotworu powstałej przy północno-zachodnim narożniku budynku z bliskim sąsiedztwem pustego szybu. Istnieje zatem wieź hydrauliczna pomiędzy tą strefą a szybem Besser. Dochodzić może do wynoszenia drobnych cząstek materiału skalnego z kierunku południowo-zachodniego w stronę szybu, co może być powodem powstania deformacji powierzchni terenu w rejonie stwierdzonej mikroanomalii ujemnej. 568

WARSZTATY 24 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie A A efekt grawitacyjny od płyty 2 powierzchnia terenu efekt grawitacyjny od szybu 1 99 2-3 1,2 Mg cm 98 97 96 95 94 93-3 Mg cm 1-3 2 Mg cm 92 91 9 Rys. 3.8. Rozkłady efektów grawitacyjnych od elementów szybu Besser, Inowrocław Fig. 3.8. Gravity effects of Besser mining shaft elements, Inowrocław 4. Podsumowanie Metoda mikrograwimetryczna w pełni jest przydatna przy tworzeniu oceny stopnia zagrożenia powierzchni terenu wokół starych, niezlikwidowanych lub częściowo zasypanych szybów górniczych. Zaprezentowane wyniki badań dowodzą, że mikrograwimetryczna ocena tego zagrożenia możliwa jest w różnych warunkach geologiczno-górniczych. Udokumentowany wpływ zarówno poprawki topograficznej siły ciężkości, jak i doboru właściwej gęstości skał, pozwolił zwrócić uwagę na decydującą rolę tych czynników w obliczeniach mikroanomalii. Otrzymane rozkłady mikroanomalii służyć mogą wtedy do przeprowadzenia ich interpretacji ilościowej, gdyż odzwierciedlają wyłącznie efekt grawitacyjny od badanego obiektu. Metoda mikrograwimetryczna służąca do oceny zagrożenia powierzchni terenu, powstaniem jej przekształceń ze strony starych szybów górniczych, powinna być podstawą w przywracaniu wartości użytkowych obszarów pogórniczych. 569

J. MADEJ, S. PORZUCEK, J. RADOMIŃSKI Mikrograwimetryczna ocena stopnia... Literatura [1] Fajklewicz Z. 1967: Zastosowanie metod geofizycznych do wykrywania uskoków i pustek w górotworze. Ochrona Terenów Górniczych. Wyższy Urząd Górniczy w Katowicach, nr 2, 11 26. [2] Fajklewicz Z. 197: Interpretacja badań mikrograwimetrycznych na terenie o obszarze 45 m 2 położonym w Bytomiu przy ul. Łużyckiej. Spółdzielnia Mieszkaniowa Górnik w Bytomiu. [3] Fajklewicz Z. 1972: Sprawozdanie z zakresu prac badawczych wykonanych w 1971/72 roku w zadaniu 5-9-3 "Badanie metodami geofizycznymi wyrobisk pionowych celem zlokalizowania i określenia stopnia zlikwidowania starych szybów i szybików". Arch. GIG, Katowice. [4] Fajklewicz Z. 1974: Mikrograwimetria w służbie górnictwa. Przegląd Górniczy nr 7/8, 4-46. [5] Fajklewicz Z. 1976a: Gravity Vertical Gradient Measurements for the detection of Small Geologic and Antropogenic Forms. Geophysics.vol.41 No5,October 1976, 116 13. [6] Fajklewicz Z. 1976b: Zastosowanie mikrograwimetrii w górnictwie węglowym. Publs. Inst. Geophys. Pol. Ac. Sci., M-1(97), 223 234. [7] Fajklewicz Z. 198: Mikrograwimetria górnicza. Wyd. Śląsk Katowice, 198 stron 264. [8] Fajklewicz Z. 1985: Geneza anomalii siły ciężkości i jej pionowego gradientu nad pustkami występującymi w skałach kruchych. Ochrona Terenów Górniczych. nr 73/3 74/4, rok XIX, 3-13. [9] Fajklewicz Z., Duda W., Śliz J. 1971: Sposób wykrywania pustek, nieciągłości i stref odprężeń występujących zwłaszcza w górotworze. Zastrz. Patent. P nr 146 149. [1] Fajklewicz Z., Madej J., Jakiel K., Porzucek S., Radomiński J. 23: Rola mikrograwimetrycznych badań powierzchniowych i pionowego profilowania w ocenie bezpiecznej eksploatacji szybu górniczego. Materiały Sympozjum Warsztaty Górnicze 23 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie. Szklarska Poręba, 26-28 maja 23. Wydawnictwo IGSMiE PAN, Kraków 23, 299-36. [11] Fajklewicz Z., Radomiński J. 199: Prognozowanie metodą mikrograwimetryczną nieciągłych deformacji powierzchni terenu wywołanych pustkami poeksploatacyjnymi w kopalni Mysłowice. III Konferencja nt. Postęp Naukowy i Techniczny w Geologii Górniczej Węgla Kamiennego. Szczyrk 1-12 październik 199, 158-168. [12] Fajklewicz Z., Radomiński J. 1994: Prognozowanie grawimetryczne możliwości wystąpień deformacji nieciągłych powierzchni terenu, w wyniku ekspansji pustek i wyrobisk górniczych. Konferencja: Ekologia w górnictwie, a geofizyka, Ustroń-Zawodzie, 19 21 październik 1994, 143-152. [13] Fajklewicz Z., Radomiński J. 1996: Nowe możliwości grawimetrycznego odwzorowania stanu naruszenia górotworu ekspansją pustek poeksploatacyjnych. Archiwum górnictwa AGH. [14] Fajklewicz Z., Radomiński J. 1999: Mikrograwimetryczna ocena zagrożenia powierzchni terenu nie zlikwidowanymi szybami górniczymi. Archiwum Górnictwa AGH, vol. 44. ISSUE 3, 293-35. [15] Graca K., Fajklewicz Z., Radomiński J., Szuster J. 1997: Prognozowanie grawimetryczne możliwości powstawania w wyniku ekspansji pustek, deformacji nieciągłych powierzchni terenu pod szlakiem kolejowym w obszarze górniczym KWK Mysłowice, Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie, Miesięcznik Wyższego Urzędu. [16] Madej J., Jakiel K., Porzucek S. 2: Doświadczenia z badań grawimetrycznych nad zagrożeniem powierzchni w różnych warunkach geologiczno-górniczych. Mat. Symp. Warsztaty 2 Zagrożenia naturalne w górnictwie, Ustroń Śl., 29 31 maj 2, Ustroń Śl., 99-15. [17] Madej J., Jakiel K., Porzucek S. 21a: Grawimetryczna weryfikacja rozluźnień nad wyrobiskiem w warunkach górotworu olkuskiego. XXIV Zimowa Szkoła Mechaniki Górotworu nt. Geotechnika górnicza i budownictwo podziemne na początku XXI wieku. Lądek Zdrój, 12 16 marca 21, 343-35. [18] Madej J., Jakiel K., Porzucek S. 21b: Udział mikrograwiemtrii w planach zagospodarowania przestrzennego olkuskiego rejonu pogórniczego. Mat. Symp. Warsztaty 21 nt. Zagrożenia naturalne w górnictwie, Wieliczka, 29-maja 1 czerwca 21, 127-136. [19] Madej J., Jakiel K., Porzucek S. 21c: Microgravimetric assessment of possible surface deformations in some post-mining areas, Proceedings of the Joint Sixth Biennial SGA-SEG Meeting, August 26-29, Kraków, Poland: Mineral Deposits at the Beginning of the 21 st Century, Piestrzyński et al (eds), Swets and Zeitlinger Publishers, Balkema, Lisse, Abingdon, Exton, Tokyo; 135-138. [2] Madej J., Porzucek S. 21: Grawimetryczne badania stopnia podsadzenia starych szybów i szybików porudnych w Olkuszu. 28 th Polish Czech Slovakian Symposium on Mining Geophy- 57

WARSZTATY 24 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie sics, Niedzica, 11-13 June 21, 45 46. [21] Moj H. 21: Opinia dla terenów położonych w Radzionkowie w rejonie ul. Zejera oraz w rejonie ul. Gajdasa-Długiej w celu ustalenia ich zabudowy. Kalety, październik 21 r. [22] Radomiński J. 22: Rola metody mikrograwimetrycznej w ocenie zagrożenia powierzchni terenu zjawiskami zapadliskowymi. Międzynarodowa Konferencja. pt. Europejskie dziedzictwo górnictwa złota na terenie Głuchołaz i Zlatych Hor". Współpraca merytoryczna Katedra Geomechaniki Budownictwa i Geotechniki oraz Zakład Geofizyki AGH w Krakowie. Głuchołazy 18 19 marzec 22 r. [23] Szczerbowski i in. 24: Wstępne wyniki badań uwarunkowań i skutków nowopowstałego zapadliska w Inowrocławiu. XXVII Zimowa Szkoła Mechaniki Górotworu Geotechnika i budownictwo specjalne 24. Zakopane 24, 531-54. [24] Wójcicki A. 1993: Approximation of the gravity attraction caused by the terrain relief forms using a polyhedron method, Acta Geophysica Polonica, 41, 3, 1 24. Microgravimetric assessment of the extent of threats to ground surfaces around mining shafts under various geologic mining conditions This paper presents the potentiality of microgravimetric methods in detection and assessing the value of backfilling old mining shafts. This potentiality has been documented through example of practical applications of this method under various geologic conditions. Particular attention has been given to the role of the factors that influence accurate determinations of gravimetric microanomalies distribution over mining shafts. This paper reveals the usefulness of microgravimetric surveys in assessing threats to ground surfaces located in the vicinity of mining shafts and is the key element in restoring the useable value of post mining areas. Przekazano: 16 kwietnia 24 r. 571