Likwidacja wzmożonego dopływu wody do szybu R-XI w Zakładach Górniczych Rudna

Likwidacja wzmożonego dopływu wody do szybu R-XI w Zakładach Górniczych Rudna Wstęp Szyb R-XI dla Zakładów Górniczych jest dwudziestym dziewiątym obiektem tego typu realizowanym na terenie Zagłębia Miedziowego przez Przedsiębiorstwo Budowy Kopalń PeBeKa S.A. w Lubinie. 20.03.2002 r. na zmianie III, po zabudowie ostatnich dwóch żelbetowych pierścieni panelowych i wybraniu urobku dla wykonania wyłomu stopy szybowej na poziomie 632 m, zauważono na dnie szybu niewielki wyciek na kontakcie spąg-ocios, który oceniono na około 3 5 l/min. Woda była czysta, bardzo zimna i lekko słona. Nie byłoby w tym nic dziwnego, gdyby nie fakt, że szyb głębiony dla potrzeb KGHM Polska Miedź S.A. wykonywany był przy pomocy specjalnej technologii zamrażania górotworu, która uniemożliwiała dopływy wody do szybu z warstw wodonośnych do głębokości 635 m. Głębienie szybu Głębienie wentylacyjnego szybu R-XI, najgłębszego w Zagłębiu Miedziowym, rozpoczęto w kwietniu 2000 r. Przy głębieniu zastosowano szereg nowatorskich rozwiązań mających na celu przyśpieszenie tempa realizacji inwestycji, zwiększenie bezpieczeństwa pracującej załogi oraz zmniejszenie kosztów budowy. Takimi rozwiązaniami było m.in. wdrożenie selektywnego mrożenia górotworu naprzemiennie otworami długimi do 635 m i otworami krótkimi do 395 m, zastosowanie na pewnych odcinkach jako obudowy wstępnej żelbetowych paneli z betonów o wysokiej wytrzymałości oraz zastąpienie kosztownego kaskadowego systemu odwadniania odwadnianiem grawitacyjnym przez odwiercony centralnie z podszybia otwór łączący podszybie z dnem szybu. Badania geologiczno-hydrogeologiczne Badania hydrogeologiczne mające zasadniczy wpływ na rodzaj dobranej dla szybu obudowy wykazały maksymalny dopływ wody z poziomów wodonośnych 46 Geoinżynieria i Tunelowanie 01/2005 (04) górnego i środkowego pstrego piaskowca w ilości do 0,55 m 3 /min. Prognozowane wielkości dopływów wody z warstw środkowego pstrego piaskowca przedstawiono w tabeli nr 1. Dla tych warunków hydrogeologicznych została zaprojektowana obudowa szybu w następującym układzie: interwał 4,8-133,6 m obudowa dwuwarstwowa panelowo- -betonowa z hydroizolacją, interwał 133,6-500,57 m obudowa ostateczna tubingowa, interwał 500,57-632,0 m Interwał głębokości [m] Dopływ wody min.-max. średni [m 3 /min] 431,0 460,0 0,042-0,070 0,056 460,0 470,0 0,042 0,070 0,056 470,0 500,0 0,061 0,330 0,160 500,0 565,0 0,205 0,490 0,334 565,0 630,0 0,334 0,550 0,425 Tab. 1. Prognozowane wielkości dopływów wody do szybu

obudowa dwuwarstwowa panelowo- -betonowa z aktywnym drenażem zatopionym w części betonowej, interwał 632,0-1250 m obudowa betonowa o zróżnicowanej grubości zależnej od parametrów wytrzymałościowych zalegających warstw górotworu. Wzmożony dopływ wody do szybu Pojawienie się wody na dolnej granicy strefy zamrożonej nie było czymś nadzwyczajnym i takie przypadki miały już miejsce w wieloletniej historii budowy szybów Zagłębia Miedziowego. Dopływająca w niewielkich ilościach woda utrudnia wprawdzie warunki pracy, ale nie stanowi żadnego zagrożenia dla głębionego szybu. Do momentu pojawienia się wody roboty w szybie R-XI przebiegały bez żadnych zakłóceń, zgodnie z projektem i harmonogramem. Sącząca się w niewielkich ilościach woda nie przeszkodziła brygadom szybowym przy kontynuowaniu robót. Do końca marca 2002 r. przy stopniowo powiększającym się dopływie wody wykonano wyłom pod stopę szybową na poz. 635 m, opuszczono, skręcono i podwieszono na linach deskowanie stalowe o wysokości 3,5 m i zabetonowano stopę szybową. Wszystkie roboty szybowe wykonano, wspomagając się odwadnianiem kubłowym i pompami szybowymi typu BS 2151 LT. Do 31 marca sumaryczny dopływ wody na dno szybu wzrósł do 290 l/min. Jednocześnie w ostatniej dekadzie marca na podszybiu szybu R-XI trwały intensywne prace związane z wierceniem otworu kierunkowego TS-1 dla systemu odwadniania szybu. Roboty wiertnicze były realizowane przez Śląskie Towarzystwo Wiertnicze Dalbis z Radzionkowa. Projekt zakładał odwiercenie i zarurowanie rurami 4 z poziomu 1210 m do poziomu 635 m otworu technicznego TS-1, który na całej swojej długości będzie przebiegał w świetle głębionego szybu R-XI jak najbliżej jego osi. Głównym zadaniem otworu było odwodnienie szybu w trakcie jego głębienia poniżej głębokości 635 m, a tym samym wyeliminowanie niezwykle kosztownego i uciążliwego w utrzymaniu kaskadowego systemu odwadniania. Trudność w wykonaniu tego zadania polegała na tym, że w trakcie robót wiertniczych niezwykle ważne było utrzymanie stałego kontaktu radiowego między głowicą wiercącą a konsolą sterującą, co w warunkach górniczych i geologicznych było bardzo trudne. W sytuacji stale zwiększającego się dopływu wody do szybu otwór TS-1 był jedynym rozwiązaniem dla jego odwodnienia. Płynąca dynamicznie woda obmywała płaszcz mrożeniowy od dołu, powodując jego degradację na odcinku powyżej 635 m. W celu zmniejszenia intensywności rozmrażania górotworu 30 marca 2002 r. ponownie załączono stację agregatów mrożeniowych W kwietniu, oczekując na zbicie otworu TS-1 z dnem szybu, brygady dołowe, korzystając z kubłowego systemu odwadniania, wykonały przy pomocy stalowego deskowania przekładanego ok. 18 mb obudowy betonowej ostatecznej, zaczynając od stopy szybowej, oraz zakończyły montaż pomostu cementacyjnego. Dopływ wody do szybu stale rósł i 15 kwietnia wynosił ok. 700 l/min. W takiej sytuacji wykonywanie jakichkolwiek robót w szybie stało się technicznie niemożliwe. Roboty przerwano i kontynuowano jedynie odwadnianie szybu systemem kubłowym. Wykonany zakres robót w szybie od pojawienia się wody do dopływu o wartości 700 l/min pokazano na rysunkach nr 1 i 2. Odwadnianie szybu w okresie wzmożonego dopływu wody z górotworu Wobec ograniczonych możliwości odwadniania kubłowego i pojawiających się Geoinżynieria i Tunelowanie 01/2005 (04) 47

coraz częściej problemów technicznych, jakie napotykali pracownicy firmy Dalbis przy wierceniu otworu spustowego TS-1, kierownictwo PeBeKa S.A. zdecydowało się na rozwiązanie stosowane dotychczas w górnictwie węglowym. Po rozmowach z Przedsiębiorstwem Budowy Szybów PBSz ZG w Bytomiu zadecydowano o sprowadzeniu dla potrzeb odwodnienia szybu R-XI agregatu pompowego głębinowego HDM 6723/11DPF. 26 kwietnia na plac budowy szybu R-XI dotarł transport z agregatem głębinowym wraz z osprzętem. Dzięki niezwykłej mobilizacji i współpracy załóg PeBeKa i PBSz 28 kwietnia o godzinie 23:00 system odwadniania był gotowy i uruchomiono pompę RITZ. Szyb odwodniono, nadal jednak trwało wiercenie otworu TS-1. Wiercenie otworu technicznego TS-1 i TS-2 Zasadniczym problemem w końcowej fazie wiercenia otworu TS-1 były zaniki sygnału radiowego wysyłanego z głowicy wiercącej do jednostki sterującej. Brak kontroli położenia głowicy mógł spowodować minięcie się otworu z szybem i tym samym zniweczyć założenia dla jego odwodnienia. Dopiero 16 maja o godzinie 3:45 zakończono wiercenie. Otwór TS-1 został zlokalizowany na spągu szybu poz. 635 m w odległości ok. 0,5 m od osi głównej. Dopływ wody do szybu wynosił wówczas już 1400 l/min. Całość wody poprzez otwór TS-1 była odprowadzana na podszybie R-XI i dalej do systemu odwadniania kopalni. Szyb został odwodniony. Agregat głębinowy został zdemontowany, a dla zabezpieczenia się na wypadek utraty drożności otworu TS-1 lub sytuacji, gdy ilość wody przekroczy możliwości odprowadzenia tym otworem, postanowiono wykonać drugi otwór spustowy TS-2. Aby przyśpieszyć prace wiertnicze i mając na uwadze doświadczenia zdobyte przy wierceniu otworu TS-1, zdecydowano, że otwór TS-2 zostanie wykonany z dna szybu i w całości będzie przebiegał w górotworze poza światłem szybu. Roboty wiertnicze na otworze zostały zrealizowane w czerwcu. Wykonawcą była ponownie firma Dalbis. Dopływ wody do szybu stale się powiększał i na koniec czerwca wynosił 2,75 m 3 /min. Sytuacje w szybie w czasie prac wiertniczych obrazuje rysunek nr 3. Prace projektowe Przy takiej ilości wody było jasne, że zaprojektowana na odcinku od 500,57 m do 632,0 m obudowa panelowo-betonowa z aktywnym drenażem odprowadzającym wodę z górotworu do systemu odwadniania kopalni nie wytrzyma obciążenia hydrodynamicznego. Wobec powyższego podjęto decyzję o zastąpieniu projektowanej obudowy panelowo- -betonowej na tym odcinku obudową ostateczną tubingową. Cała projektowana kolumna tubingowa ze względu na warunki geologiczne miała zostać posadowiona na solidnym fundamencie stopy na głębokości 650 m. Ze względów technologicznych obudowa tubingowa miała być wykonywana metodą z dołu do góry poprzez stawianie kolejnych pierścieni tubingowych jeden na drugim, a nie jak dotychczas metodą ich podwieszania z góry do dołu. Projekt zakładał następujące etapy robót: 1. Wyburzenie dotychczas wykonanego odcinka obudowy betonowej nad stopą szybową na poz. 635 m bez uszkodzenia obudowy wstępnej panelowej. 2. Częściowe wyburzenie stopy szybowej na poz. 635 m i zamocowanie na jej fundamentach wieńca stalowego dla po- 48 Geoinżynieria i Tunelowanie 01/2005 (04)

sadowienia pierwszego pierścienia tubingowego. 3. Zabudowanie metodą z dołu do góry 39 pierścieni obudowy tubingowej typu N-130a do poz. 574,3 m bez naruszania obudowy wstępnej panelowej, zaczynając od posadowienia pierwszego pierścienia na wieńcu stalowym w stopie poz. 635 m. 4. Wykonanie prac iniekcyjnych powyżej stopy poz. 635 m niezbędnych dla bezpiecznego zgłębienia szybu w interwale 635 650 m. 5. Głębienie szybu na odcinku 635 650 m w obudowie tubingowej wraz z wykonaniem stopy szybowej na poz. 650 m. 6. Zabudowa pierścieni tubingowych N-120 od poz. 574,3 m w górę, aż do połączenia szczeliną pikotażową z górną kolumną tubingową na poz. 500,47 m. Całkowite odcięcie dopływu wody do szybu przewidziano po zakończeniu wykonania obudowy tubingowej ostatecznej. Zabudowa obudowy tubingowej N-130a Rozpoczęcie montażu obudowy tubingowej zostało poprzedzone wykonaniem ujęć wody wypływającej przez nieszczelności obudowy wstępnej panelowej z wykorzystaniem wprowadzonych w górotwór drenażowych rur PE. Woda ujęta w węże i pionowe kolektory zbiorcze została sprowadzona na dno szybu, gdzie otworami TS-1 i TS-2 była odprowadzana do systemu odwadniania kopalni. Sumaryczna ilość wody odprowadzanej otworami TS-1 i TS-2 wynosiła wówczas ok. 3,0 m 3 /min. W celu poprawienia warunków współpracy obudowy wstępnej szybu z otaczającym górotworem przewidziano zabudowę stalowych prętów φ65 mm wprowadzonych w górotwór poprzez otwory technologiczne segmentów panelowych. Powodowało to odciążenie stopy poz. 635 m poprzez przeniesienie części ciężaru kolumny tubingowej na górotwór. Wszelkie roboty montażowe związane z zabudową segmentów tubingowych wykonywano, korzystając z trzypodestowego pomostu roboczego zawieszonego w szybie i szybowych urządzeń wyciągowych. Wykonanie kolumny 39 pierścieni obudowy tubingowej N-130a przedstawia rysunek nr 4. W trakcie zabudowy pierścieni tubingowych w strefie ujęć i wyprowadzeń wody zza obudowy wstępnej panelowej woda ta została ponownie wprowadzona do wnętrza szybu przez korki cementacyjne i betonowe poszczególnych segmentów ETAP II.1 II.2 FAZA Bufor F.1 F.2 F.3 F.4 F.1 F.2 F.3 F.4 Nr kol pier Dł. otw. [ m ] Korki tubingowych celem zmniejszenia parcia hydrodynamicznego na obudowę panelową jeszcze niezabezpieczoną segmentami tubingowymi. Iniekcja górotworu Po zabudowie 39 pierścieni obudowy tubingowej typ N-130a posadowionych na istniejącym fundamencie stopy na poz. 635 m przystąpiono do prac iniekcyjnych, CEMENT ZACZYN [kg] EKOPUR HW Suma całkowita 309 10 m C 3 300 3 300 310 10 m C 22 950 22 950 Razem - bufor 26 250 26 250 327 sączki B 1 918 1 918 328 sączki B 2 340 2 340 329 sączki B 2 210 2 210 330 sączki B 2 073 2 073 331 sączki B 1 275 1 275 Razem - F.1 9 815 9 815 329 2 m C 1 105 1 105 330 2 m C 1 365 1 365 331 2 m C 1 040 1 040 332 2 m C 1 560 1 560 Razem - F.2 5 070 5 070 329 10 m C 1 770 2 015 3 785 330 10 m C 5 980 845 6 825 331 10 m C 1 950 1 950 332 10 m C 11 500 1 105 12 605 Razem - F.3 19 250 5 915 25 165 329 15 m B 1 105 1 105 330 15 m B 1 430 1 430 331 15 m B 1 170 1 170 Razem - F.4 3 705 3 705 Razem - II.1 19 250 24 505 43 755 322 sączki B 2 015 2 015 325 sączki B 910 910 Razem - F.1 2 925 2 925 323 2 m C 2 210 2 210 324 2 m C 1 690 1 690 325 2 m C 1 560 1 560 326 2 m C 650 650 327 2 m B 30 30 C 1 105 1 105 328 2 m C 1 140 1 140 Razem - F.2 8 385 8 385 326 10 m C 7 900 1 235 9 135 327 10 m C 1 800 650 2 450 328 10 m C 7 450 585 8 035 Razem - F.3 17 150 2 470 19 620 327 15 m B 8 170 520 8 690 328 15 m B 8 000 520 8 520 Razem - F.4 16 170 1 040 17 210 Razem - II.2 33 320 14 820 48 140 OGÓŁEM - INIEKT [kg] 78 820 39 325 118 145 Tab. 2. Iniekcja górotworu Etap II.1 i II.2 które pozwoliłyby na pełną kontrolę nad ujętą i wprowadzoną do wnętrza szybu wodą oraz umożliwiły bezpieczne głębienie do głębokości 650 m. Przed przystąpieniem do zasadniczej iniekcji nad stopą wykonano strefę buforową na kontakcie zamrożonego górotworu z rozmrożonym. Zakładano, że uniemożliwi ona w trakcie dalszych iniekcji przemieszczanie się ciepłych wód za Geoinżynieria i Tunelowanie 01/2005 (04) 49

obudową szybową, co opóźni degradację płaszcza mrożeniowego. Ze względu na bliskość płaszcza mrożeniowego i niską skuteczność w tych warunkach żywic poliuretanowych strefę buforową wykonano za pomocą zaczynów cementowych. Przez korki cementacyjne wszystkich segmentów tubingowych pierścieni nr 309 i 310 odwiercono otwory długości 3,0 m i zatłoczono w sumie 26 250 kg cementu. W trakcie iniekcji uzyskano połączenia hydrauliczne nawet ze strefą podstopową na poz. 635 m. Zasadnicze prace iniekcyjne obejmowały swoim zasięgiem rejon stopy na poz. 635 m i zabudowanych powyżej 11 pierścieni tubingowych. Celem tych prac było odcięcie cieków wodnych do strefy podstopowej, ujęcie ich i przesunięcie w sposób kontrolowany w rejon wyżej zabudowanych pierścieni tubingowych. Iniekcję prowadzono za pomocą zaczynów cementowych, lecz również ze względu na bardzo dużą dynamikę wypływającej wody konieczne było zastosowanie środków iniekcyjnych bardzo szybko reagujących i o krótkim czasie utwardzania. Po wykonaniu testów i niezbędnych prób technicznych zdecydowano o zastosowaniu dwuskładnikowego kleju poliuretanowego Ekopur HW o przyspieszonym czasie reakcji, w szczególności przeznaczonym do odcinania intensywnych cieków wodnych oraz wzmacniania mokrego i wodonośnego górotworu. Iniekcja podzielona była na dwa podetapy i obejmowała: II.1 - iniekcję górotworu w interwale 635,0 626,9 m, II.2 - iniekcję górotworu w interwale 626,9 617,9 m. Prace wykonywano trzema rodzajami otworów: - poziomymi otworami 2 metrowymi przez korki cementacyjne, - poziomymi otworami 10 metrowymi przez korki cementacyjne, - skośnymi otworami 15 metrowymi, wierconymi pod kątem 40 przez korki betonowe. Iniekcja prowadzona była zgodnie z dokumentacją projektową wykonaną przez PeBeKa S.A. Lubin i zatwierdzoną przez KRZG O/ZG RUDNA. Podetap II.1 dotyczył odcinka bezpośrednio nad wykonaną w trakcie głębienia stopą szybową na poz. 635 m i obejmował swoim zakresem 4 fazy: Faza 1. Iniekcja w indywidualne wyprowadzenia wody zza obudowy panelowej tzw. sączki w pierścieniach tubingowych nr 331 327 poprzez korki betonowe. W trakcie iniekcji zaczopowano wszystkie swobodne wypływy wody z pierwszych 6 pierścieni tubingowych nad stopą oraz zlikwidowano liczne połączenia hydrauliczne ze strefą podstopową, co w znacznym stopniu ograniczyło ilość wody wypływającej spod fundamentu stopy. W sumie zatłoczono 9815 kg kleju poliuretanowego EKOPUR HW. Faza 2. Iniekcja w korki cementacyjne pierścieni tubingowych nr 332 329 krótkimi otworami o długości 2 m. Ze względu na doszczelnienie wykonane w poprzedniej fazie po wykonaniu odwiertów w otworach cementacyjnych prowadziły one wodę w niewielkich ilościach. Na tą fazę robót zużyto 5070 kg EKOPURU HW. Faza 3. Iniekcja w korki cementacyjne pierścieni tubingowych nr 332 329 długimi poziomymi otworami o długości 10 m. Po wykonaniu odwiertów w otworach cementacyjnych prowadziły one wodę w ilościach do 30 l/min, choć zdarzały się przypadki intensywnych wypływów jak 50 Geoinżynieria i Tunelowanie 01/2005 (04)

w segmencie nr 11 pierścienia nr 332, ok. 350 l/min. Sumarycznie w tej fazie robót zatłoczono 19 250 kg cementu i 5915 kg EKOPURU HW. Zlikwidowano wszystkie pozostałe połączenia hydrauliczne cieków wodnych z rejonem podstopowym. Faza 4. Iniekcja w korki betonowe pierścieni tubingowych nr 331 329 długimi skośnymi otworami o długości 15 m. Po odwierceniu otwory prowadziły wodę w ilościach do 10 l/min, średnio 2,5 l/min. Ponieważ otwory wykazywały małą chłonność zaczynów cementowych iniekcję wykonano klejem poliuretanowym EKOPUR HW w ilości 3705 kg. Po zakończeniu podetapu II.1 całkowity dopływ wody do szybu wynosił ok. 2,6 m 3 /min, a wycieki wody poprzez obudowę tubingową przeniosły się wyżej w rejon pierścieni tubingowych od nr 325 do 322. Podetap II.2 obejmował również 4 fazy robocze: Faza 1. Iniekcja w kolektor wyprowadzający wodę zza obudowy panelowej w pierścieniach tubingowych nr 325 i 322. Iniekcję wykonano wyłącznie przy pomocy kleju poliuretanowego EKOPUR HW, zatłaczając 2925 kg. Spowodowało to znaczne zintensyfikowanie wycieków wody z pierścienia nr 321 będącego ujściem systemu kolektorowego wyprowadzeń wody zza obudowy wstępnej panelowej. Wycieki te wyprowadzone przez otwory betonowe segmentów tubingowych ujęto w węże φ80 mm i sprowadzono na dno szybu. Faza 2. Iniekcja w korki cementacyjne pierścieni tubingowych nr 328 323 krótkimi otworami o długości 2 m. Po odwierceniu otwory prowadziły wodę w ilościach od 30 do 60 l/min. Iniekcję prowadzono klejami poliuretanowymi EKOPUR HW zatłoczono 8385 kg. Wycieki zlikwidowano całkowicie. Faza 3. Iniekcja w korki cementacyjne pierścieni tubingowych nr 328 326 długimi poziomymi otworami o długości 10 m. Wypływy wody z odwierconych otworów wynosiły do 60 l/min. Z powodu małej chłonności zaczynów cementowych przeprowadzono iniekcję doszczelniającą EKOPUREM HW z dodatkiem modyfikatora opóźniającego czas reakcji. Zużyto 17 150 kg cementu i 3055 kg EKOPURU HW. Dopływ wody do szybu utrzymywał się na poziomie 2,6 m 3 /min, a wszystkie wypływy wody były ujęte w pierścieniu nr 320. Zamykając zawory kanadyjskie w korkach betonowych pierścienia nr 321, potwierdzono brak wycieków spod stopy szybowej na poz. 635 m. Faza 4. Iniekcja w korki betonowe pierścieni tubingowych nr 5 6 długimi skośnymi otworami o długości 15 m. Po odwierceniu otwory prowadziły niewielką ilość wody max. do 15 l/min. Ze względu na małą chłonność zaczynów cementowych zatłoczono EKOPUR HW zmodyfikowany w ilości ok. 1040 kg. Po zakończeniu podetapów II.1 i II.2 iniekcji dopływ wody do szybu wynosił ~2,5 m 3 /min, a całość wycieków wody została sprowadzona do pierścienia tubingowego nr 320, ujęta w węże i skierowana do rurociągu spustowego zabudowanego na obudowie tubingowej, podłączonego do otworu TS-2. Stopa szybowa na poz. 635 m została odcięta od cieków wodnych, co zostało potwierdzone w kolejnym etapie robót przy rozpoczęciu głębienia i ręcznym odsłonięciu strefy podstopowej w interwale 635 637 m. W momencie zamknięcia zaworów kanadyjskich prowadzących wodę z pierścienia nr 321 nastąpiło jedynie zwiększone przeciekanie obudowy tubingowej w strefie pierścieni nr 319 311. W trakcie iniekcji zużyto sumarycznie 39 325 kg Geoinżynieria i Tunelowanie 01/2005 (04) 51

kleju poliuretanowego EKOPUR HW i 78 820 kg cementu 42,5 R. Niezwykle istotne w tej fazie robót było należyte zabezpieczenie otworów TS-1 i TS-2 przed ekspansją żywicznych środków iniekcyjnych, których niekontrolowana migracja może spowodować ich niedrożność, a tym samym utratę jedynego systemu odwadniania dla szybu R-XI w tej fazie robót. Zestawienie iniekcji górotworu w strefie buforowej i podetapach II.1 i II.2 przedstawia tabela nr 2 oraz rysunek nr 5. Głębienie szybu w obudowie tubingowej Po wykonaniu skutecznej iniekcji doszczelniającej odcinka 635 617,9 przystąpiono do dalszego głębienia szybu w interwale 635 650,43 m. Na odcinku tym zaprojektowano obudowę tubingową złożoną z 9 pierścieni żeliwnych typu 7,5 N-130a z koszulką betonową grubości 0,63 m z betonu klasy B37 W10 oraz stopę podstawową o wysokości 4 m z betonu monolitycznego klasy B37 W10. Obudowa ta została wykonana metodą segmentów podwieszanych z wykorzystaniem pierścienia montażowego wyposażonego w hydrauliczny system podnoszenia. Celem ochrony rejonu podparcia stopy przed uszkodzeniami wskutek prowadzenia w szybie robót strzałowych wyłom pod pierwsze dwa pierścienie tubingowe został wykonany ręcznie przy pomocy młotków pneumatycznych. Ten etap robót pokazano na rysunku nr 6. Po wykonaniu tego odcinka ze względu na występujące spękania otaczającego górotworu w postaci piaskowca jasnoczerwonego, przystąpiono do doszczelnienia partii górotworu bezpośrednio za obudową tubingową. Przeprowadzony podetap II.3 iniekcji dotyczył stopy szybowej na poz. 650,43 oraz zabudowanych powyżej 9 pierścieni tubingowych. Ze względu na wykonane wcześniej iniekcje górotworu w wyższych partiach wycieki wody w tej strefie były niewielkie i nie przekraczały 2 l/min. Dla zabezpieczenia tego odcinka zużyto 16 425 kg cementu i 325 kg EKOPURU HW. Iniekcję górotworu i obudowy w podetapie II.3 przedstawiono w tabeli nr 3 oraz na rysunku nr 7. Zabudowa obudowy tubingowej N-120 połączenie dwóch kolumn tubingowych W trakcie realizacji tego etapu robót całość wycieków wody w dalszym ciągu była wyprowadzona zza obudowy szybu poprzez otwory cementacyjne pierścienia tubingowego nr 320, ujęta wężami i skierowana do otworu TS-2 prowadzącego ETAP II.3 FAZA F.1 F.2 F.3 Nr kol pier Dł. otw. [ m ] wodę na podszybie R-XI. Ten układ odwadniania funkcjonował również w trakcie następnego etapu robót, tj. zabudowy pierścieni tubingowych od poziomu 574,28 m do poziomu 500,57 m, gdzie nastąpiło połączenie kolumn tubingowych szczeliną pikotażową. Wznoszenie obudowy tubingowej N-120 w tym interwale przedstawia rysunek nr 8. Korki CEMENT ZACZYN [kg] EKOPUR HW Suma całkowita 334 sączki B 65 65 335 sączki B 65 65 336 sączki B 65 65 Razem - F.1 195 195 333 2 m C 590 590 334 2 m C 2 080 2 080 335 2 m C 950 950 336 2 m C 500 500 337 2 m C 1 500 1 500 338 2 m C 770 770 339 2 m C 1 265 1 265 340 2 m C 4 090 65 4 155 341 2 m C 300 300 Razem - F.2 12 045 65 12 110 333 3 m B 425 425 334 3 m B 485 485 335 3 m B 350 350 336 3 m B 290 290 337 10 m B 800 800 338 10 m B 670 65 735 339 3 m B 940 940 340 3 m B 260 260 341 3 m B 160 160 Razem - F.3 4 380 65 4 445 Razem - II.3 16 425 325 16 750 Tab. 3. Iniekcja górotworu i obudowy tubingowej Etap II.3 Zamknięcie wody w górotworze 21 marca 2003 r. rozpoczęto prace związane z realizacją podetapu II.4 w celu całkowitego zatrzymania dopływu wody do szybu, który wynosił wówczas ok. 2,9 m 3 /min. Ze względu na fakt, że obudowa z żeliwnych segmentów tubingowych jest obudową szczelną i bezpośrednie, natychmiastowe zatrzymanie wody w miejscu jej wyprowadzenia przez tubingi spowodowałoby odtworzenie i wzrost ciśnienia hydrostatycznego za obudową, a tym samym liczne przecieki w strefie znajdującej się powyżej, aż do dolnej granicy strefy zamrożonej. Uszczelnienie takiej cieknącej obudowy jest procesem długotrwałym, dość kosztownym i niezwykle uciążliwym technologicznie do wykonania. Wobec powyższego zdecydowano się na uszczelnienie w pierwszej kolejności odcinka obudowy nad wyprowadzeniami wody, czyli strefy powyżej poz. 616 m ze zwróceniem szczególnej uwagi na strefy wodonośne stwierdzone badaniami hydrogeologicznymi i wierceniami podczas iniekcji, tj. interwały 616 587,8 m i 569,8 536,7 m. Iniekcja tego podetapu została rozpoczęta od poz. 619 m w górę za pomocą zaczynów cementowych o gęstości od 1200 kg/m 3 do 1800 kg/m 3 wykonanych z cementu portlandzkiego CEM.I-32.5R, podawanych za obudowę otworami 52 Geoinżynieria i Tunelowanie 01/2005 (04)

ETAP FAZA Nr pier tub Korki CEMENT o długości 1,5m poprzez korki betonowe i cementacyjne. Strefa doszczelnienia obejmowała swoim zasięgiem obudowę tubingową wraz z koszulką betonową, wstępną obudowę żelbetową panelową oraz część górotworu bezpośrednio za panelami. W trakcie realizacji podetapu II.4 zużyto ok. 343 ton cementu portlandzkiego CEM.I-32.5R, a górny zakres doszczelniania obudowy sięgnął strefy zamrożonej, która w tym okresie kończyła się na poz. 502 m. Po takim przygotowaniu obudowy do przejęcia naporu wód poziomu wodonośnego środkowego pstrego piaskowca można było przystąpić do zasadniczych robót związanych z zaczopowaniem wyprowadzonej przez obudowę tubingową wody na poz. 612 m. Do realizacji tego zadania ze względu na dużą dynamikę wypływającej przez wyprowadzenia wody ponownie użyto kleju poliuretanowego EKOPUR HW o przyśpieszonym czasie działania. Iniekt zatłoczono bezpośrednio w wyprowadzenia w pierścieniu tubingowym nr 320 na poz. 616 m oraz w korki cementacyjne i betonowe pięciu pierścieni nadległych. Te działania zamknęły dopływy wody do segmentów tubingowych w rejonie ujęć i wytworzyły strefę ochronną odcinającą cieki wodne od obudowy. Dobrze doszczelniona obudowa tubingowa na odcinku powyżej strefy wyprowadzeń wytrzymała napór wody. Po zakończeniu tego etapu iniekcji całkowity dopływ wody do szybu wynosił 30 l/min. Ten etap robót iniekcyjnych oraz zamknięcia wody w górotworze Ilość wtłoczonego iniektu [kg] EKOPUR HW Suma całkowita 246 316 C 332 370 390 332 760 II.4 315 334 B i C 5 000 32 020 37 020 Pikotaż 244 B 5 400 0 5 400 II.4 - Suma 342 770 32 410 375 180 Tab. 4. Iniekcja górotworu i obudowy tubingowej Etap II.4 ETAP CEMENT Ilość wtłoczonego iniektu [kg] EKOPUR HW Suma całkowita II.1 45 500 24 505 70 005 II.2 33 320 14 820 48 140 II.3 16 425 325 16 750 II.4 342 770 32 410 375 180 Razem 438 015 72 060 510 075 Tab. 5. Iniekcja górotworu i obudowy tubingowej zestawienie zbiorcze przedstawiono w tabeli nr 4 oraz na rysunku nr 9. Całość robót związanych z likwidacją wzmożonego dopływu wody do szybu R-XI przedstawia tabela nr 5 oraz rysunek nr 10. Warunki zakończenia iniekcji górotworu w poszczególnych etapach technologicznych 1. Wykonanie iniekcji we wszystkich etapach do zadanego projektem ciśnienia 7MPa. 2. Zakończenie iniekcji każdego otworu o długości 10 i 15 m mogło nastąpić tylko wówczas, gdy po odwierceniu otworów kontrolnych do zadanej głębokości jest on suchy i został zlikwidowany zaczynem cementowym o gęstości 1,8 Mg/m 3. 3. Brak wypływu wody przez nieszczelności obudowy tubingowej w zakresie głębokości od 618 do 635 m. 4. Ograniczenie dopływu wody z dna szybu do wartości poniżej 100 l/min. Podsumowanie Przebieg procesu głębienia szybu R-XI w warstwach środkowego pstrego piaskowca wykazał, że dopływy wody z tego poziomu wielokrotnie przekroczyły prognozowaną wielkość, uniemożliwiając kontynuację prowadzonych robót górniczych w szybie i stanowiąc ogromne niebezpieczeństwo dla szybu. Aktualnie stosowane metody badawcze nie są doskonałe i niezawodne, a piaskowce z tego poziomu bardzo szybko degradują się pod wpływem uruchomionych przepływów. Dużą rolę odgrywa tu destrukcyjny charakter procesu zamrażania i rozmrażania skał, który w sposób znaczący wpływa na powiększanie istniejących mikroszczelin. Dopływ wody do szybu w ilości ok. 3 m 3 /min. wymusił na Inwestorze weryfikację wcześniejszej decyzji o wyborze rodzaju obudowy zaprojektowanej dla tego odcinka szybu. Podjęto jedyną słuszną w tych warunkach decyzję wymiany na odcinku od 500,57 m do 632,00 m obudowy panelowo-betonowej z aktywnym drenażem odprowadzającym wodę z górotworu do systemu odwadniania kopalni na ostateczną obudową tubingową. Przedstawione w artykule działania podjęte przez Inwestora i Wykonawcę dla ratowania szybu polegały na konsekwentnej realizacji następujących robót: wyburzeniu wykonanego osiemnastometrowego odcinka obudowy betonowej nad stopą szybową na poz. 635 m, tak by nie uszkodzić wstępnej obudowy panelowej, częściowym wyburzeniu stopy szybowej na poz. 635 m i zamocowaniu na jej fundamentach wieńca stalowego dla posadowienia pierwszego pierścienia tubingowego, zabudowaniu metodą z dołu do góry 39 pierścieni obudowy tubingowej typu N-130a do poz. 574,3 m bez naruszania obudowy wstępnej panelowej, zaczynając od posadowienia pierwszego pierścienia na wieńcu stalowym w stopie poz. 635 m, wykonaniu prac iniekcyjnych powyżej stopy poz. 635 m niezbędnych dla bezpiecznego zgłębienia szybu w interwale 635 650 m, głębieniu szybu na odcinku 635 650 m w obudowie tubingowej wraz z wykonaniem stopy szybowej na poz. 650 m, zabudowie pierścieni tubingowych N-130 od poz. 574,3 m w górę, aż do połączenia z górną kolumną tubingową na poz. 500,57 m. Działania te okazały się skuteczne i doprowadziły do uratowania szybu. Metodyka likwidacji tak dużych dopływów wykazała, że obecnie stosowane materiały oraz technologie, chociaż żmudne i czasochłonne, są skuteczne pod warunkiem utrzymania dużej konsekwencji działania oraz starannego przygotowania. W projektowaniu i budowie kolejnych szybów dla Zagłębia Miedziowego należy położyć szczególny nacisk na szczegółowe badania hydrogeologiczne triasowych utworów górnego i środkowego pstrego piaskowca. Zlecenie niezależnym zespołom badawczym interpretacji wyników badań hydrogeologicznych pozwoli na optymalne prognozowanie spodziewanych dopływów wody do głębionych szybów. autorzy mgr inż. Maciej Kosmalski mgr inż. Jacek Kulicki Marian Strużyński Przedsiębiorstwo Budowy Kopalń PeBeKa S.A. w Lubinie 54 Geoinżynieria i Tunelowanie 01/2005 (04)