Assessment of rock mass stability in the historic area of levels IV-V of the "Wieliczka" Salt Mine

• Autorzy: d'Obyrn K. , Hydzik-Wiśniewska J.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amsc-2017-0014

Warianty tytułu

PL

Ocena stabilności górotworu w strefie zabytkowej poziomów IV-V w Kopalni Soli Wieliczka

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

As a result, of more than 700 years of exploitation in the Wieliczka Salt Mine, a network of underground workings spreading over eleven levels was created. All mine workings of significant historic and natural qualities and the majority of functional mine workings designated to be preserved are located on levels I to V. The most precious of them, available to tourists, are located in the central part of the Mine on levels I-III. The Mine is not anticipating to make levels IV, Kołobrzeg and V available for a wider range of visitors, even though there are historically and naturally precious workings in those areas as well. The most valuable of the mine workings come from the eighteenth and nineteenth centuries and were exploited mainly in a bed of fore-shaft salt, Spiza salt and the oldest ones. The characteristic feature of these excavations, distinguish them from the chambers located on the levels I-III, is the room-and-pillar system that had been used there. Mine workings exploited in this system measure up to 100 metres in length, and the unsupported pillars standing between the chambers measuring 4-10 metres in width were remained. The described above levels, including levels of VI-IX are to provide a stable support for the workings located higher up. The remaining part of the mine, with the exception of the function workings, is designated for liquidation by backfilling. The article presents an assessment of stability of the mine workings, located on levels IV-V, and their impact on the surrounding rock mass and the land surface. The analysis was based on geodetic measurements and numerical calculations for strain state of rock mass surrounding the mine workings, in actual conditions and after partial backfilling, and forecast of the rock stability factor after the end of backfilling. The assessment stability factor in the vicinity of excavations at levels IV-V was based on the results of spatial numerical analysis covering the entire central area of the mine from the surface to level V. Numerical calculations were performed using FLAC programme based on the finite difference method, allowing to observe the mechanisms and processes of destruction and deformation. The calculations were performed for the elastic-plastic medium with the Mohr-Coulomb failure criterium. The choice of this computational model was dictated by a very diverse geological structure of the Wieliczka rock mass and a complex system of excavations.

PL

W Kopalni Soli Wieliczka, po ponad siedemsetletniej eksploatacji, wydobycie soli zostało całkowicie zakończone w roku 1996. W kwietniu 1976 roku kopalnię wpisano na Krajową Listę Zabytków, a we wrzeniu 1978 roku na Listę Światowego Dziedzictwa Kulturowego i Przyrodniczego UNESCO. Pod koniec lat 70 ubiegłego wieku podjęto decyzję, że do stabilizacji górotworu oraz utworzenia mocnego podparcia najważniejszych i najbardziej cennych dla kopalni poziomów, niezbędne jest wypełnianie podsadzką wyrobisk górniczych położonych poniżej, tj. na poziomach VI-IX oraz niezabytkowych rejonów poziomów wyższych. Wszystkie wyrobiska o znaczących walorach zabytkowych i przyrodniczych oraz zdecydowana większość wyrobisk funkcyjnych, przewidzianych do zachowania, zlokalizowane są na poziomach od I do V. Najcenniejsze z nich, udostępnione dla turystów, usytuowane są w centralnej części kopalni na poziomach I-III. Poziomy IV, Kołobrzeg i V stanowić mają stabilną podporę dla wyżej położonych wyrobisk. W artykule przedstawiono ocenę stateczności wyrobisk zlokalizowanych na poziomach IV-V oraz ich wpływ na wyrobiska nadległe, zarówno obecnie, jak i po częściowym podsadzeniu oraz prognozę stanu wytężenia górotworu po zakończeniu podsadzania. Podstawą do oceny wytężenia górotworu w wokół wyrobisk na poziomach IV-V były wyniki przestrzennych analiz numerycznych obejmujących cały centralny rejon kopalni od powierzchni do poziomu V. Obliczenia numeryczne zostały wykonane przy użyciu programu FLAC bazującego na metodzie różnic skończonych umożliwiającego obserwację mechanizmów oraz przebiegu procesów zniszczenia i deformacji. Obliczenia zostały przeprowadzone dla ośrodka sprężysto-plastycznego z warunkiem wytrzymałościowym Coulomba-Mohra. Wybór tego modelu obliczeniowego podyktowany został bardzo zróżnicowaną budową geologiczną górotworu wielickiego oraz skomplikowanym układem wyrobisk.

Słowa kluczowe

EN

salt mine; backfilling; geomechanical analysis; stabilization of the rock mass

PL

kopalnia soli; podsadzanie wyrobisk; analiza geomechaniczna; stabilizacja górotworu

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 62, no. 1
• Strony: 189--202
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

d'Obyrn K.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Geology, Geophysics and Environmental Protection, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Hydzik-Wiśniewska J.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining and Geoengineering, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Berest P., Brouard B., Feuga B., Karimi-Jafari M., 2008. The 1873 collapse of the Saint-Maximilien panel at the Varangeville salt mine. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 45, 1025-1043.
• [2] Bérest P., 2013. The mechanical behavior of salt and salt caverns. Mechanics for Resources, Energy and Environment – Kwaśniewski & Łydżba (eds), Taylor & Francis Group, London.
• [3] Brudnik K., Czop M., Motyka J., d’Obyrn K., Rogoż M., Witczak St., 2010. The complex hydrogeology of the unique Wieliczka Salt Mine. Przegląd Geologiczny, 58, 9/1, 787-796.
• [4] Brudnik K., Szybist A., 1995. Przekrój geologiczny A-A (rejon poprzeczni Mina). Mazurkiewicz M. (edit.), Kompleksowa koncepcja zabezpieczenia zabytkowej kopalni soli Wieliczka przed zagrożeniem wodnym. Studium możliwości likwidacji zagrożenia wodnego dla zabytkowej kopalni soli Wieliczka za pomocą bariery drenażowej lub ekranu izolującego, PBZ 066-01, Katedra Geologii Złożowej i Górniczej AGH, unpublished.
• [5] Cała M., Flisiak J., Betlej M., Kowalski M., Stopkowicz A., 2012. Kompleksowa makroanaliza geomechaniczna wyrobisk zabytkowych Kopalni Soli „Wieliczka” S.A. KGHM Cuprum sp. z o.o. – CBR, Wrocław, Archives of the Wieliczka Salt Mine S.A., unpublished.
• [6] d’Obyrn K., 2011. Możliwości zabezpieczenia komór Jakubowice w Kopalni Soli Wieliczka. Górnictwo i Geoinżynieria, Kwartalnik AGH, 2, 171-182.
• [7] d’Obyrn K., 2012. The analysis of destructive water infiltration into the Wieliczka Salt Mine – a unique UNESCO site, Geological Quarterly, 56 (1), 85-94.
• [8] d’Obyrn K., Brudnik K., 2011. Wyniki monitoringu hydrogeologicznego w kopalni soli „Wieliczka” po zamknięciu dopływu wody w poprzeczni Mina na poz. IV. Przegląd Górniczy, 6, 90-96.
• [9] d’Obyrn K., Brudnik K., 2012. Ograniczenie zagrożenia wodnego poprzez stabilizację górotworu w centralnym rejonie Kopalni „Wieliczka”. Górnictwo i Geologia, 7, 4, 59-69.
• [10] d’Obyrn K., Hydzik – Wiśniewska J., 2013. Selected aspects of numerical modelling of the salt rock mass: the case of the “Wieliczka” Salt Mine. Arch. Min. Sci. 58, 1, 73-88.
• [11] d’Obyrn K., Przybyło J., 2010. Rozpoznanie geologiczne złoża soli kamiennej Wieliczka do 1945 roku. Przegląd Górniczy, 3-4, 110-121.
• [12] Fahland S., Heusermann S., Eickemeier R., Nipp H.-K., 2007. Three-dimensional geomechanical modelling of old mining rooms in the central part of the Bartensleben salt mine. The Mechanical Behavior of Salt – Understanding of THMC Processes in Salt. Wallner, Lux, Minkley&Hardy, Jr. (eds). Taylor&Francis Group, London.
• [13] Gaweł A., 1962. Budowa złoża solnego Wieliczki. Workd vol. XXX, part. III. Wyd. Instytut Geologiczny, Warszawa.
• [14] Itasca, 2009. FLAC 3D Manual. Minneapolis: Itasca Consulting Group Inc.
• [15] Jaworski W., Kurowski P., Kurowski R., 1984. Charakterystyka zabytkowych wyrobisk Kopalni Soli w Wieliczce. Studia i Materiały do Dziejów Żup Solnych w Polsce, XIII. Wyd. Muzeum Żup Krakowskich – Wieliczka.
• [16] Maj A., Kortas G., Ulmaniec P., 2012. Ground uplift after the closure of water leaks in the Mina drift of the Wieliczka Salt Mine. Geology, Geophysics & Environment, 38, 1, 9-22.
• [17] Markowski I., 1978. Zarys rozwoju przestrzennego kopalni wielickiej Uwagi wstępne. Studia i Materiały do Dziejów Żup Solnych w Polsce, VII. Wyd. Muzeum Żup Krakowskich – Wieliczka.
• [18] Oszczypko N., Krzywiec P., Popadyuk I., Peryt T., 2006. Carpathian Foredeep Basin (Poland and Ukraine) – its sedimentary, structural and geodynamic evolution. [in]: Picha F, Golonka J (eds.), The Carpathians and Their Foreland: Geology and Hydrocarbon Resources, AAPG Memoir 84, 293-350.
• [19] Szewczyk J., 2011. Interpretacja badań deformacji powierzchni i górotworu w rejonie centralnym kopalni w aspekcie ochrony powierzchni i wyrobisk, prowadzonego podsadzania oraz zagrożenia wodnego. Archiwum Kopalni Soli „Wieliczka”, unpublished.
• [20] Szybist A., 2011. Aktualizacja obrazu budowy geologicznej i warunków hydrogeologicznych złoża Wieliczka dla potrzeb projektowania otworów piezometrycznych na północnym przedpolu Kopalni), Archiwum Kopalni Soli „Wieliczka”, unpublished.
• [21] Walczy Ł., 2002. Rozwój przestrzenny i przemiany w technice eksploatacji w kopalni wielickiej w latach 1810-1918. Studia i Materiały do Dziejów Żup Solnych w Polsce, XXII. Wyd. Muzeum Żup Krakowskich – Wieliczka.
• [22] Zhu C., Pouya A., Arson C., 2015. Micro-Macro Analysis and Phenomenological Modelling of Salt Viscous Damage and Application to Salt Caverns. Rock Mechanics and Rock Engineering, 48, 6, 2567-2580.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)