Charakterystyka zmian właściwości skał karbońskich w strefach tektoniki nieciągłej w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym

• Autorzy: Bukowska M. , Ćmiel S.

Warianty tytułu

EN

The characteristic of changes of Carboniferous rocks properties in non-continuous tectonic zones in the Upper Silesian Coal Basin

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W rejonie stref uskokowych w GZW stwierdza się zmiany wartości wielu parametrów fizycznych, chemicznych i technologicznych węgli i skał otaczających pokłady, nawet na dużych głębokościach. Wtórne zmiany niektórych właściwości skał formacji węglonośnej górnego karbonu w strefach nieciągłości są wynikiem różnych procesów, w tym epigenetycznych jako wynik wietrzenia skał i przeobrażeń termicznych. Strefy dyslokacji tektonicznych, w wyniku udrożnienia górotworu, stają się drogą migracji wód i gazów, w składzie których, w strefach infiltracji, dominuje tlen i azot, które sprzyjają procesom wietrzenia skał. Znajomość zmian właściwości skał w strefach uskokowych jest istotna z uwagi na występowanie zagrożeń naturalnych w górotworze spowodowanych eksploatacją górniczą oraz z powodu trudności w utrzymaniu wyrobisk górniczych w tych strefach. Na przykładzie uskoku kłodnickiego i bytomskiego scharakteryzowano zmiany niektórych właściwości fizyko-mechanicznych węgla i skał płonnych w miarę zbliżania się do płaszczyzn uskokowych. Należą do nich: wytrzymałość na jednoosiowe ściskanie skał otaczających pokład 507 w KWK Bobrek-Centrum oraz pokład 416 w KWK Wujek oraz mikrotwardość i stopień spękania węgla. Wykazano zmiany piaskowców wyrażające się między innymi obniżeniem wytrzymałości na ściskanie w bliskim sąsiedztwie uskoków, w odległości do kilku metrów od powierzchni uskokowej, do kilkuset procent. W porównaniu ze skałami otaczającymi, degradacyjne zmiany parametrów jakościowych węgla, w tym mikrotwardości, stopnia spękania i gęstości występują na mniejszym odcinku od płaszczyzny uskoku, co wynika z właściwości węgli - ich struktury i tekstury. W płaszczyźnie uskoku mikrotwardość maleje w znacznym stopniu, natomiast stopień spękania poszczególnych ziaren kilkakrotnie rośnie. W artykule zwrócono uwagę, że problem destrukcji skał w strefach uskokowych i wpływu na zagrożenia naturalne w górotworze w aspekcie projektowania i prowadzenia bezpiecznej i jednocześnie racjonalnej eksploatacji nie jest uwzględniony wprost w przepisach wykonawczych do Prawa geologicznego i górniczego.

EN

Within fault zones in the USCB there can be noticed changes of values of numerous physical, chemical and technological parameters of coals and rocks surrounding beds, even at great depths. Secondary changes of some properties of rocks of carboniferous formation of the Upper Carboniferous within non-continuous zones are results of various processes including epigenetic ones resulting from rocks weathering and thermal modifications. Zones of tectonic dislocations become the routes of migration of water and gases containing oxygen and nitrogen in infiltration zones that are favorable to weathering processes, what is the result of rock mass unblocking. The knowledge of rocks properties in dislocation zones is essential because of existence of natural hazards in rock mass that result from exploitation as well as considering difficulties in maintenance of mine workings within such zones. Changes of some physical and chemical properties of coal and barren rocks with approaching to fault surface have been characterized on the basis of kłodnicki and bytomski faults. The characterized properties are as follows: uniaxial compression strength of rocks surrounding the bed 507 in the Bobrek-Centrum mine and bed 416 in the Wujek mine as well as micro-hardness and degree of coal fracturing. There are shown changes of sandstones consisting among others in decrease of compression strength in the vicinity of faults. The decrease equals to several hundred per cent in the distance of several meters from the fault surface. In comparison to surrounding rocks changes of qualitative parameters of coal including its micro-hardness, degree of fracturing and volumetric density occur at smaller distance from the fault surface what is the result of coals properties - their structure and texture. The micro-hardness decreases essentially within the fault surface and the degree of fracturing of each grain increases several times. In the article it is noticed that the issue of rocks destruction in fault zones and influence on natural hazards in a rock mass in the aspect of designing and conducting of safe and rational exploitation is not included straight in the executive regulations of the Geological and mining law.

Słowa kluczowe

PL

właściwości skał; GZW; skały; uskoki

EN

USCB; rocks; faults; properties of rocks

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Górnictwo i Geoinżynieria
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 35, z. 2
• Strony: 111--119
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Bukowska M.

• Zakład Tąpań i Mechaniki Górotworu, Główny Instytut Górnictwa, Katowice

autor

Ćmiel S.

• Zakład Geologii Złóż, Katedra Geologii Stosowanej, Wydział Nauk o Ziemi, Uniwersytet Śląski, Katowice

Bibliografia

• [1] Bukowska M.: Geomechanical Properties of Rocks from the Rockburst Hazard Point View. Archives of Mining Sciences, Vol. 47, No 2, 2002, s. 111-138
• [2] Bukowska M.: Mechanical Properties of Carboniferous Rocks in the Upper Silesian Coal Basin under Uniaxial and Triaxial Compression Tests. Journal of Mining Science. No. 2, vol. 41, 2005, s. 129-133
• [3] Bukowska M.: The Probability of Rockburst Occurrence in the Upper Silesian Coal Basin Area Dependent on Natural Mining Conditions. Journal of Mining Science, Volume 42, No. 6, 2006, s. 570-577
• [4] Bukowska M.: Charakterystyka niektórych właściwości geomechanicznych skał karbonu produktywnego GZW. s. 54. [w:] Bukowska M. (red.), Kompleksowa metoda oceny skłonności do tąpań górotworu w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. Wydawnictwo GIG, Katowice, 2009
• [5] Bukowska M.: Wpływ defektów strukturalnych górotworu na właściwości wytrzymałościowe skał. s. 90-98. [w:] Bukowska M. (red.), Kompleksowa metoda oceny skłonności do tąpań górotworu w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. Wydawnictwo GIG, Katowice, 2009
• [6] Bukowska M., Kidybiński A.: Wpływ czynników naturalnych masywu skalnego na jego wytrzymałość określoną metodami penetrometryczną i laboratoryjną. Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko nr 1, Katowice, 2002, s. 35-46
• [7] Bukowska M, Bukowski P., Augustyniak I.: Badania właściwości mechanicznych i hydrogeologicznych skał karbońskich. s. 101-108. [w:] Bukowska M. (red.), Kompleksowa metoda oceny skłonności do tąpań górotworu w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. Wydawnictwo GIG, Katowice, 2009
• [8] Bukowski P.: Determining of Safety Pillars in the Vicinity of Water Reservoirs in Mine Workings within Abandoned Mines in the Upper Silesian Coal Basin (USCB). Journal of Mining Science, Vol. 46, No. 3, 2010, s. 298-310
• [9] Bukowski P.: Prognozowanie zagrożenia wodnego związanego z zatapianiem wyrobisk górniczych kopalń węgla kamiennego. Prace Naukowe GIG Nr 882, Katowice, 2010
• [10] Ćmiel S.R., Idziak A.F.: Some Geomechanical Properties of Carboniferous Rocks Near the Fault. Documenta Geonica. The 2nd Czech-Polish Geomechanical Symposium. Praga:Academy od Sciences of Geonics Ostrava, DERES Publishers, 1999, s. 263-268
• [11] Ćmiel S.R., Jura D., Misz M.: Petrografia i jakość węgla oraz metan pokładu 404/4-405/1 przy uskokach w KWK Pniówek (GZW). [w]: 6. Czesko-Polska Konferencja „Geologia Zagłębia Górnośląskiego”. Red. A. Kozusnikova. Documenta Geonica, Ostrava, 2006, s. 33-39
• [12] Ćmiel S.R: Charakterystyka epigenetycznych zmian węgla w pokładach w strefach uskokowych Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego, Katowice, 2009.
• [13] Drzewiecki J.: Mechanizm powstawania rozwarstwień mocnych skał stropowych w świetle pomiarów in situ. Prace Naukowe GIG nr 804, Katowice, 1995
• [14] Dubiński J., Konopko W.: Tąpania - ocena, prognoza, zwalczanie. Wydawnictwo GIG, Katowice, 2000
• [15] Jura D.: Morfotektonika i ewolucja różnowiekowych niezgodności w stropie utworów karbonu Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego, Katowice, 2001
• [16] Kabiesz J.: Charakterystyka skojarzonych zagrożeń górniczych w aspekcie ich oceny oraz doboru metod prewencji. Prace Naukowe GIG nr 849, Katowice, 2002
• [17] Kidybiński A., Konopko W., Kabiesz J.: Analiza ryzyka wystąpienia tąpnięcia w wyrobisku korytarzowym kopalni węgla. Prace Naukowe GIG, Seria Konferencje nr 21, Katowice, 1997, s. 109-118
• [18] Nieć M.: Geologia kopalniana. Wydawnictwo Geologiczne, Warszawa, 1990
• [19] Lipiański I.: Pstre utwory jako wynik fosylnego wietrzenia i termicznego przeobrażenia utworów górnego karbonu w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. [w:] Materiały 24. Sympozjum „Geologia formacji węglonośnych Polski. Red. I. Lipiarski. Wydawnictwo AGH, Kraków, 2001, s. 53-58
• [20] Majcherczyk T, Małkowski P., Niedbalski Z.: Ruchy górotworu i reakcje obudowy w procesie niszczenia skał wokół wyrobisk korytarzowych na podstawie badań in situ. Wyd. AGH, Kraków, 2006
• [21] Muller K., Martinec P., Ptacek J., Konecny P., Fialova V., Kozusnikova A.: Geofyzikalni a geomechanicka charakteristika horskeho masivu. [w]: Geologie ceske casti hornoslezske panve. ed. M. Dopita , Min. Zivotniho Prostredi CR, Praha, 1997, s. 205-219
• [22] Probierz K, Lewandowska M.: Strefowość mineralizacji wód karbońskich w północno-zachodniej części GZW. [w:] Mat. 8. Konferencji „Problemy geologii w ekologii i górnictwie podziemnym”. Prace Naukowe GIG, Katowice, 2000, s. 173-182