Linear discontinuous deformations of the surface in the Upper Silesian Coal Basin

• Autorzy: Kowalski A. , Jędrzejec E. , Gruchlik P.

Warianty tytułu

PL

Liniowe nieciągłe deformacje powierzchni w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper, results of the research on discontinuities in the form of crevices and steps have been presented for exploitation processes carried out at medium and great depths in the Upper Silesian Coal Basin (the USCB). Local stocktaking encompasses about 400 discontinuities, including type and geometric data as well as geological-mining conditions in which discontinuities occurred. These are the results of the first research on discontinuities in the USCB, the basis of which was numerically significant data set. On the basis of the paper's results, possibility of their occurrence can be assessed, that is point out areas and occurrence possibility which allows to plan proper mining prevention in order to limit them.

PL

W referacie przedstawiono wyniki badań liniowych nieciągłych deformacji powierzchni (LNDP), występujących w formie szczelin i stopni, pod wpływem eksploatacji prowadzonych także na średnich i dużych głębokościach w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. Wyniki badań dotyczą około 400 zinwentaryzowanych nieciągłości, zawierają rodzaj i dane geometryczne oraz warunki geologiczno-górnicze w jakich wystąpiły. Na podstawie rezultatów pracy będzie można oceniać możliwość ich powstawania, to jest wskazać rejony i prawdopodobieństwo wystąpienia co daje możliwość projektowania odpowiedniej profilaktyki górniczej dla ich ograniczania. Dane o LNDP zebrano z 31. kopalń węgla kamiennego, czynnych w 2007 r. Dziewięć kopalń wykazało w przeprowadzonych ankietach, że na ich obszarach górniczych nie występują nieciągłości typu liniowego mające związek z eksploatacją górniczą. W całym zbiorze, 385 nieciągłości (93%) ma związek z koncentracją krawędzi eksploatacyjnych, a 29 (7%) dodatkowo z występowaniem dużych uskoków tektonicznych (o zrzucie większym od 40 m). Na rys. 1 przedstawiono natężenie występowania nieciągłości, wydzielając nieciągłości, które miały związek z oddziaływaniem eksploatacji górniczej i tektoniki (duże uskoki), rys. 2. Zarejestrowane najstarsze nieciągłości pochodzą z 1968 r., a ostatnie - z początku 2007 r. Z rys. 3 wynika, że na początku lat dziewięćdziesiątych ubiegłego stulecia w ciągu roku powstało kilka nieciągłości, a w obecnym stuleciu rocznie powstaje około 30-tu. Nie można wykluczyć, że przyrost nieciągłości w czasie ma związek ze wzrostem prędkości eksploatacji, która po 1990 roku wzrosła średnio dwu, a nawet trzykrotnie, względem lat wcześniejszych. Z uwagi na rodzaj, nieciągłości pierwotnych (zarejestrowanych w danym rejonie pierwszy raz) było 74% i wtórnych (aktywizowanych) 26%. Najwięcej nieciągłości około 53%, zostało zinwentaryzowanych na drogach, na terenach rolnych 25%, a na terenach zabudowanych 12%. Do oceny prawdopodobieństwa powstawania nieciągłości sprawdzano zastosowanie różnych rozkładów. Po przeprowadzeniu prób okazało się, że najlepsze będą rozkłady Poissona (dla dyskretnych zmiennych niezależnych) oraz dla pozostałych zależności, rozkład wykładniczy i ucięty rozkład normalny (ograniczony do nieujemnych wartości zmiennej losowej). Wyniki obliczeń dla założonych rozkładów prawdopodobieństwa wystąpienia nieciągłości w formie stopni terenowych w zależności od: liczby stopni przedstawiono na rys. 8, wysokości stopnia przedstawiono na rys. 9, długości stopnia przedstawiono na rys. 10. Z przeprowadzonego dopasowania rozkładów teoretycznych do wyników obserwacji stopni terenowych wynika, że jest ono bardzo dobre. Dla szczelin uzyskano małe wartości współczynników determinacji, co świadczy o złym dopasowaniu. Przypuszczalnie spowodowane to było małą liczbą nieciągłości i rozrzutem ich wartości. Z danych górniczych najlepsze dopasowania uzyskano dla liczby krotności eksploatacji (rys. 11), czasu […] (rys. 12), poziomego odkształcenia Esum dla nieciągłości pierwotnych (rys. 13), poziomego odkształcenia Ein dla nieciągłości pierwotnych (rys. 14), oraz poziomego odkształcenia Esum dla nieciągłości wtórnych (rys. 15). Największe wartości współczynników determinacji R2 dopasowania rozkładów teoretycznych do wyników są dla występowania nieciągłości w zależności od krotności eksploatowanych wcześniej pokładów (rys. 11) i odstępu czasu […] pomiędzy eksploatacją ostatniego pokładu który inicjuje wystąpienie nieciągłości, a eksploatacją wcześniejszego pokładu (rys. 12). Wynika z nich, że krotność wynosi głównie od 1 do 7, największy wzrost prawdopodobieństwa występuje do eksploatacji z kolei czwartego pokładu. Około 50% nieciągłości wystąpiło, kiedy odstęp wynosił 1 rok. Z rys. 13-15 wynika, że na wystąpienie nieciągłości zasadniczy wpływ mają sumaryczne odkształcenia poziome od dokonanych eksploatacji, przy czym współczynniki determinacji dla nieciągłości pierwotnych są znacznie mniejsze niż w przypadku eksploatacji pokładu inicjującego nieciągłość wtórną.

Słowa kluczowe

EN

mining exploitation; geomechanics; mining area; linear discontinuous deformations; assessment; method

PL

eksploatacja górnicza; geomechanika; teren górniczy; liniowe nieciągłe deformacje; ocena; metoda

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 55, no 2
• Strony: 331--346
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kowalski A.

autor

Jędrzejec E.

autor

Gruchlik P.

• Central Mining Institute, Pl. Gwarków 1, 40-166 Katowice, Poland

Bibliografia

• Grün E., 1995. Analyse und Prognose von Unsteitigkeiten als Folge bergbaubedingter Bodenbewegungen im linksniederrheinischen Steinkohlengebiet. Dissertation. RWTH. Aachen.
• Klenczar T., 1952. Szkody górnicze. PTW. Katowice.
• Knufinke P., 1996. Zur Entstehung von Erdstufen über Abbauflächen des Steinkohlenbergbau. Glückauf, 57, No. 4.
• Knufinke P., 2001. Über die Entwicklung von Unsteitigkeiten an der Oberfläche im linksrheinischen Steinkohlengebiet. Das Markscheidewesen, 108, No. 1.
• Knufinke P., 2002. Beobachtungen bei der Bildung einer Erdstufe. Das Markscheidewesen, 109, No. 1.
• Kotyrba A., 2002. Georadarowa diagnostyka podłoża górniczego z uwzględnieniem deformacji nieciągłych. Materiały II Konferencji nt. Szkody Górnicze w infrastrukturze kolejowej. SIiTK Oddział Katowice. Wisła.
• Kotyrba A., Kowalski A., 2009. Linear discontinuous deformation of A4 highway within mining area “Halemba”. Wydawnictwo IGSMiE PAN. Kraków, pp. 303-318.
• Kowalczyk Z., 1982. Der Einfluss tektonischer Sprünge auf Geländedrformationen in Gebieten mit bergmännischem Abbau. Das Markscheidewesen, 89, No 3.
• Kowalski A., 2004. Prediction of transient deformations of the surface including the rheological models in the Szkody 4.1 System. Archives of Mining Sciences, 49, 1. Kraków, pp. 3-28.
• Kowalski A., 2005. O liniowych nieciągłościach powierzchni. Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie. Miesięcznik Wyższego Urzędu Górniczego, No. 12, pp. 25-32.
• Kowalski A., Majcher M., Mielcarek Z., Wojtacha P. 2006. Doświadczenia z eksploatacji górniczej ZG „PIEKARY” pod dzielnicą BRZEZINY ŚLĄSKIE. Bezpieczeństwo pracy i ochrona środowiska w górnictwie. Miesięcznik WUG. Nr 11. Katowice, pp. 28-35.
• Kratzsch H., 1997. Bergschädenkunde. Deutscher Markscheider-Verein e.v., Bochum.
• Kwiatek J., 2002. Obiekty budowlane na terenach górniczych. Wydawnictwo Głównego Instytutu Górnictwa. Katowice.
• Palki J., 1981. Zakres, formy i przyczyny występowania deformacji nieciągłych ternu, w warunkach Rybnickiego Okręgu Węglowego. Ochrona Terenów Górniczych, No. 56.
• Pilecka E. et al., 2006. Związek lineamentów z sejsmicznością indukowaną na terenach górniczych Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Wyd. IGSMiE PAN. Kraków.
• Sroka A., 2003. Der Einfluss von Hochleistungsstreen auf das Gebirge und die Tagesoberfläche. Glückauf Forschugshefte, 64, Nr 3.
• Strzałkowski P., Piwowarczyk J., Łapajski K., 2006. Występowanie deformacji nieciągłych liniowych w świetle analiz warunków geologiczno-górniczych. Przegląd Górniczy, 5.
• Subsidence Engineers Handbook, 1975. National Coal Board. Mining Department.
• Tyrała A., 1980, Wpływ uskoków tektonicznych na zaburzenia obniżeń powierzchni wywołanych przez eksploatację górniczą. Główny Instytut Górnictwa. Katowice. (doctoral thesis – not published).