Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie Number 05/2002

Działalność górnicza najbardziej uwidacznia się we wpływach na poszczególne elementy środowiska poprzez - zajmowanie terenów pod działalność górniczą wraz z późniejszą ich rekultywacją, - powstawanie dużej ilości odpadów górniczych w tym problematyki ich wykorzystania bądź unieszkodliwienia, - zmiany stosunków wodnych w górotworze i na powierzchni. Referat omawia najistotniejsze zmiany w przepisach prawnych, determinujących sposób działania zakładów górniczych i organów nadzoru górniczego w sprawach związanych z ochroną powierzchni ziemi, właściwą gospodarką odpadami oraz ochroną wód podziemnych i powierzchniowych.

W publikacji wskazano przyczyny degradacji terenów przez przemysł wydobywczy, których rekultywacja i właściwe wykorzystanie stanowi jeden z głównych problemów ochrony środowiska. Do tego celu niezbędne są rozwiązania systemowe umożliwiające prowadzenie polityki ekologicznej. Koniecznym jest powołanie odrębnego, niezależnego organu zarządzającego takim terenami, dysponującego pełną ich dokumentacją zawierającą niezbędne informacje o rodzaju i skali degradacji zarówno pod względem ilościowym jak i jakościowym. Organ taki dysponując odpowiednimi środkami finansowymi, prowadziłby rekultywację terenów zdegradowanych zgodnie z zasadą zrównoważonego rozwoju i ustalonymi z władzami priorytetami, a następnie sprzedawał by te tereny inwestorom, po cenach odpowiadających ich rzeczywistej wartości.

Podstawą ochrony i zachowania przyrody w Unii Europejskiej są przede wszystkim dwie wspólnotowe dyrektywy: dyrektywa 79/409/EWG o ochronie dziko żyjących ptaków (nazywana ptasią) i dyrektywa 92/43/EWG o ochronie siedlisk naturalnych oraz dzikiej fauny i flory (nazywana siedliskową). Założeniem tych aktów prawnych jest wskazanie obszarów chronionych, nas których znajdują się wybrane rodzaje siedlisk naturalnych oraz niektóre gatunki roślin i zwierząt. Obszar ten będzie tworzył Europejską Sieć Ekologiczną - Natura 2000.

Przedstawiono kształtowanie się deformacji powierzchni w zależności od prędkości podziemnej eksploatacji górniczej oraz. Wpływ prędkości eksploatacji na znajdujące się na niej obiekty budowlane. Zastosowano reologiczne podejście do zagadnienia, uwzględniając dla górotworu dwuelementowy, szeregowy model Kelvina, a dla obiektów budowlanych model Zenera. Uzasadniono obserwowane opóźnienie ujawniania się wpływów eksploatacji na powierzchni w stosunku do czasu wynikającego z założeń teoretycznych. Przedstawiono pogląd na znaczenie przerw eksploatacyjnych w ochronie obiektów budowlanych na po wierzchni. Wprowadzono pojęcie zastępczych krzywizn i poziomych odkształceń powierzchni, umożliwiające sprowadzenie wpływu na obiekty budowlane eksploatacji z dużymi prędkościami do wpływu eksploatacji postępujących z prędkościami małymi.

Jednym z elementów wiążących się z procesem likwidacji zakładów górniczych jest zabezpieczenie dokumentacji mierniczo - geologicznej oraz jej przekazanie właściwemu organowi nadzoru górniczego - Wyższemu Urzędowi Górniczemu. WUG podjął szereg działań zmierzających do odpowiedniego zabezpieczenia przejmowanych dokumentów oraz stworzenia możliwości do korzystania z nich przez użytkowników powierzchni objętej dawnym terenem górniczym. W artykule przedstawiono zasady organizacji i funkcjonowania Archiwum Dokumentacji Mierniczo - Geologicznej. Opisano również przyjęty w Archiwum informatyczny sposób archiwizowania, zarządzania i udostępniania przejmowanych dokumentów.

W pracy przedstawiono wstępne wyniki badań nad nową metodą stabilizacji techniczno-biologicznej fitotoksycznych odpadów po flotacji. Do tej pory nie opracowano w pełni skutecznych metod stabilizacji tego typu obiektów, które zaliczane są do grupy nieużytków o bardzo wysokim stopniu trudności rekultywacji biologicznej. Istotą proponowanej metody jest zastosowanie na powierzchni osadnika do jej wstępnej stabilizacji odpowiednio modyfikowanego roztworu hydrokrzemianu, a następnie pokrycie jej cienką warstwą ziemi mineralnej, na którą przy odpowiednim nawożeniu wprowadza się mieszankę nasion roślinności zadarniającej. Zastosowana metoda pozwoliła uzyskać na poletkach doświadczalnych zwartą pokrywę roślinną. Przeprowadzone badania wykazały w warstwie ziemi mineralnej pokrywającej osady poflotacyjne bardzo dynamiczne zmiany wybranych Właściwości chemicznych. Pozytywny efekt zastosowanego rozwiązania ujawnił się w warstwie ziemi mineralnej szczególnie na końcu sezonu wegetacyjnego w postaci spadku kumulacji cynku, a następnie ołowiu. Zaletą metody jest znaczne ograniczenie robót ziemnych dzięki stosowaniu cienkiej warstwy ziemi mineralnej do pokrywania osadów. Ten sposób stabilizacji może znaleźć również zastosowanie w przypadku wszelkiego rodzaju drobnoziarnistych, jałowych i fitotoksycznych odpadów poprzemysłowych.

Dla zbadania obszarów, zwłaszcza tych, w których ze względu na ich nowe przeznaczenie nie powinny wystąpić deformacje nieciągłe powierzchni, autorzy proponują, niezależnie od dotychczas stosowanych badań, zastosowanie dwóch metod elektromagnetycznych, Pierwsza z nich polega na prześwietlaniu górotworu zawartego między dwoma odwiertami w celu zbadania, czy w przestrzeni tej nie występują pustki lub rozluźnienia skalne. Druga - umożliwia zbadanie jednorodności skał wzdłuż otworu - mierzy oporność elektryczną skał w sposób bezkontaktowy. W badaniach tych można wykorzystać otwory wiercone dla podsadzania.

Była kopalnia soli "Barycz" eksploatowała złoże metodą otworową. Konsekwencją eksploatacji są deformacje ciągłe i nieciągłe (zapadliska) powierzchni terenu. Metoda grawimetryczna pozwala na śledzenie zmian gęstościowych zachodzących w górotworze po zakończeniu eksploatacji. Na podstawie wieloletnich doświadczeń z badań grawimetrycznych wynika, że zmiany te zawsze wyprzedzają deformacje powierzchni terenu. W artykule omówiono wyniki badań grawimetrycznych dla części kopalni otworowej - pola eksploatacyjnego "Słoneczne".

W górotworze naruszonym działalnością górniczą występują deformacje, które powinny być kontrolowane na, powierzchni i w całym górotworze. Prawidłowy projekt wyrobisk musi więc uwzględniać prognozę ich wpływu na bały górotwór i może być przeprowadzany z wykorzystaniem nowoczesnych środków informatycznych i specjalistycznego oprogramowania w badaniach modelowych. Przeprowadzone badania modelowe pozwoliły na postawienie tezy, że w modelowych badaniach górotworu, że względu na specyfikę ośrodka należy uwzględnić pomiary geodezyjne i sukcesywnie weryfikować modelowe prognozy w zależności od geodezyjnie zarejestrowanych zmian w górotworze i na powierzchni.

Wynikiem działania subrozji jest rozwój podziemnych pustek. Podjęte geodezyjne i grawimetryczne badania na obszarze Inowrocławia mają na celu zlokalizowanie podziemnych pustek powstałych w wyniku naturalnej degradacji wysadu solnego. Na złożoność zagadnienia wpływa także fakt wcześniejszej eksploatacji górniczej i związanej z nią ewentualnie aktywizacji naturalnych procesów geologicznych. Przedstawiony przykład grawitacyjnego oddziaływania wynikającego z istnienia zarówno poeksploatacyjnych jak i naturalnych (spowodowanych zjawiskami krasowymi) pustek ilustruje praktyczne możliwości metody grawimetrycznej o zagrożeniach związanych z deformacją powierzchni. Powiązanie metody geodezyjnej i grawimetrycznej pozwolić może na opracowanie nowych stref zagospodarowania przestrzennego.

Budynki poddawane są różnym drganiom i odkształceniom pochodzącym od codziennej aktywności człowieka oraz wpływów środowiska naturalnego. Pomierzone w budynkach drgania parasejsmiczne charakteryzowały się niespodziewanie wysokimi amplitudami przyspieszenia i prędkości. W szczególności drgania od codziennej aktywności człowieka (trzaskanie drzwiami, skakanie) mogą być znaczne i są porównywalne z drganiami od wstrząsów górniczych. Przykładowo zarejestrowane przyspieszenia drgań ściany działowej podczas trzaskania drzwiami wyniosły 445 mm/s2 (drgania w paśmie do 10 Hz) oraz l240 mm/s2 (drgania w paśmie do 20 Hz). Zjawiska takie należy uwzględniać przy ocenie skutków drgań w budynkach na terenach górniczych.

Zakłady górnicze coraz częściej decydują się na wykonanie szczegółowej inwentaryzacji stanu technicznego obiektów budowlanych przed rozpoczęciem eksploatacji górniczej. Takie postępowanie ułatwia bowiem obiektywne rozstrzyganie roszczeń pod adresem kopalni. Stosowane powszechnie metody pozwalają na dokumentowanie stanu technicznego jedynie zabudowy kubaturowej. W artykule przedstawiono przykład badania i dokumentowania stanu technicznego oraz uszkodzeń dużych powierzchniowo budowli inżynierskich o nawierzchniach betonowych.

Ciągły monitoring przemieszczeń poziomych wysokich budynków na terenach górniczych był do niedawna zagadnieniem nierozwiązywalnym praktycznie. W referacie przedstawiono nowe zastosowania w tym zakresie bazujące na technice GPS oraz laserowym systemie pomiarowym. Zostały one zrealizowane przy obserwacji jedenastokondygnacyjnego budynku mieszkalnego. Zachowanie się budynku w okresie półrocznych badań w czasie, których zarejestrowano wpływ wstrząsów górniczych i eksploatacji zostało przedstawione w formie tabelarycznej i graficznej.

Zbudowano system pomiarowy złożony z czujników optoelektronicznych i elektronicznych takich jak: laserowy czujnik wychyleń (prod. GIG), czujnik przyspieszenia i czujnik propagacji szczelin. Zapewniają one automatyczny precyzyjny pomiar z wielokanałową aktywizacją danych w rejestratorach cyfrowych oraz możliwością wizualizacji graficznej wszystkich wyników w formie wydruków przebiegów dobowych bądź charakterystyk drgań. Zestawy takie są instalowane na trzech obiektach znajdujących się w różnych punktach miasta Polkowice. Przedstawiono przykłady reakcji monitorowanych budynków na wpływy górnicze. Prezentacja jest jednocześnie relacją z realizacji Projektu Celowego.

Na przykładzie wybierania silnie zagrożonych tąpaniami pokładów w kopalniach "Anna", "Katowice" i "Wujek" przedstawiono zastosowane przy prowadzeniu wyrobisk ścianowych i chodnikowych metody i środki profilaktyczne. Podano również wyniki geofizycznej obserwacji stanu i zagrożenia oraz możliwość oceny skuteczności środków profilaktyki aktywnej i technologicznej.

Artykuł przedstawia wyniki obserwacji w KWK "Jas-Mos" przypadków współwystępowania zjawisk wstrząsów górniczych i wzrostu temperatury górotworu w otoczeniu przodków wyrobisk korytarzowych i ścianowych w pokładach słabo skłonnych lub nieskłonnych do tąpań. Przyrost temperatury następował po zaistniałych niskoenegetycznych wstrząsach górniczych, których ogniska lokalizowane były w niewielkiej odległości od wyrobiska. Anomalie temperatury górotworu w otoczeniu wyrobisk korytarzowych mogły wpłynąć na wyniki tygodniowych pomiarów temperatury powietrza wykonywanych przez pracowników wentylacji.

Praca została zaplanowana jako część pierwsza dwuczęściowego cyklu opisującego podstawy oraz wyniki stosowania najprostszych, klasycznych metod prognozy szeregów czasowych - w zagadnieniu bieżącej (sekwencyjnej, realizowanej co ?t, na przykład co godzinę) prognozy energii (AE + wstrząsów, dalej zwanej energią łączną) emitowanej z obserwowanego obszaru (S) górotworu. Część drugą stanowi towarzyszący tej pracy artykuł J. Kornowskiego (2002a, dalej określany jako "Cz. 2") gdzie przedstawiono wyniki stosowania opisanych tu metod.

Praca ta jest drugą częścią cyklu dotyczącego prognozy sejsmoakustycznej, .część pierwszą stanowi artykuł J. Kurzei (2002). Przedstawione wyniki uzyskano porównując szereg odmian zwanej prognozą liniową gdzie przyszłe wartości godzinowej log-energii łącznej (wstrząsów i impulsów AE) liczone są na podstawie ich minionych wartości wykorzystując związki korelacyjne. Wynikiem prognozy są parametry (średnia i wariancja) rozkładu log-energii łącznej w nadchodzącej godzinie. Obserwacje pochodzą z Zakładu Górniczego "Piekary".

Dla określenia pokrytycznych własności skał w trójosiowym stanie naprężenia prowadzono badania w sztywnej maszynie wytrzymałościowej MTS-81O NEW z serwomechanizmem, przy zastosowaniu komory ciśnieniowej 70 MPa. Przeprowadzono kompleksowe badania dla próbek typowych skał karbońskich (piaskowce, mułowce, iłowce, węgle), zwięzłych i spękanych, o gładkiej i szorstkiej powierzchni spękań. W eksperymentach stosowano różne wartości ciśnienia okólnego w zakresie O ÷ 70 MPa przy stałej prędkości odkształcenia podłużnego próbki skalnej, lub różne wartości prędkości odkształcenia w zakresie 10-5 ÷ 10-1 s-1 przy stałym ciśnieniu okólnym. W wybranych eksperymentach prowadzona była rejestracja emisji sejsmoakustycznej. Tak szeroki zakres badań umożliwia przeprowadzenie analizy wyników w zastosowaniu do zagadnień górniczych na różnych głębokościach i do zjawisk o charakterze statycznym lub dynamicznym.

Kształtowanie się niecki osiadania to proces rozciągnięty w czasie, któremu towarzyszą różne zjawiska fizyczne. Zmiany pewnych parametrów lub pól fizycznych lokalizują się w pobliżu miejsc, w których powstają niejednorodności, w stosunku do stanu początkowego, wywołane naprężeniami. Poprzez obserwacje pośrednie, np. metodami geofizycznymi, bada się rozkład pola naprężeń i wewnętrznych niejednorodności. W celu zbadania zachowania się skał deformowanego górotworu w wyniku kształtowania się niecki osiadania przeprowadzono badania polegające na czasowych pomiarach oporu pozornego przypowierzchniowych warstw górotworu, znajdujących się nad eksploatowaną ścianą węgla. Zastosowano metodę sondowania elektrooporowego.

Przedstawiono sposób wykorzystania techniki refrakcyjnej do oceny stanu spękanego ośrodka skalnego. Badania pozwoliły na wyznaczenie trzech stref o różnym stopniu spękania będącym wynikiem procesu wietrzenia. Dla potrzeb wzmocnienia ośrodka za pomocą kotwienia wskazano na optymalną długość kotew. Badania dostarczyły również istotnej informacji o obecności strefy uskokowej i jej przebiegu.

W pracy analizowano niejednorodności w budowle warstw przypowierzchniowych na terenie górniczym KWK "Jaworzno". Wyznaczono rozkłady prędkości fali P wokół otworu pomiarowego i w strefie międzyotworowej, rozkłady sąsiednich częstotliwości zarejestrowanych fal dla różnych głębokości oraz analizowano ruchy cząstek. W rejonie badań stwierdzono strefy o różnym stopniu konsolidacji w nadkładzie czwartorzędowym i podłożu karbońskim. Wyniki wskazują na potrzebę stosowania odpowiedniej geometrii układu pomiarowego i różnorodnej analizy zapisu sejsmicznego w celu uzyskania optymalnej informacji o rozkładzie niejednorodności w ośrodku.