Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Przykład oddziaływania procesów geodynamicznych na stan konstrukcji budynku. Cz. 2. Model pomiarowy i obliczeniowy do analizy deformacji

Florkowska L., Gawałkiewicz R., Bryt-Nitarska I., Cygan J., Maj A.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2018

|

T. 20, nr 4

285--293

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań przeprowadzonych według własnej procedury analitycznej wykorzystującej model pomiarowy i obliczeniowy do oceny deformacji elementów konstrukcji. Obserwacji in situ podlegał obiekt kubaturowy o funkcji publicznej w konstrukcji, którego występowały silne uszkodzenia wskutek aktywacji ruchu osuwiskowego podłoża. Dla obiektu opracowano geodezyjny model pomiarowy, który tworzą siatka przestrzenna punktów geodezyjnych oraz zbiór liniowych baz obserwacyjnych wykorzystanych do pomiarów tensometrycznych. Na podstawie cyklicznych pomiarów zagęszczonej siatki punktów geodezyjnych uzyskano bazę danych o położeniu punktów w przestrzeni w trzech kolejnych pomiarach. Na tej podstawie po geometrycznej transformacji pomierzonych współrzędnych punktów do lokalnego układu kartezjańskiego, obliczono odkształcenia liniowe i odkształcenia kątowe w płaszczyznach ścian najbardziej wytężonego naroża budynku. W dalszej kolejności opracowano program rysujący mapy odkształceń liniowych i kątowych, ujawnionych w kolejnych cyklach pomiarowych na powierzchni ścian objętych obserwacją. Przedmiot badań, w sposób bezpośredni odnosi się do ustawowego wymogu przeciwdziałania skutkom ruchów masowych ziemi.

EN

The paper presents the results of studies conducted according to an in-house analytical procedure using a measurement and calculation model to assess the deformation of structural elements. A public utility building with severe damage to its structure caused by landslide ground movement activation was subjected to in-situ monitoring. A land surveying measurement model comprising a trig point network and a set of linear monitoring bases for tensometric measurements was developed for the building. Based on regular periodic measurements of the concentrated trig point network a database with information on point positions in space was obtained in three consecutive measurements. Based on this after completing a geometric transformation of the measured coordinate points to a local Cartesian coordinate system, linear and angular deformations in wall planes for the most critically stressed building corner were calculated. Then an application for drawing the maps of linear and angular deformations revealed in subsequent measurement cycles on the surface of walls subjected to monitoring was developed. The subject of the studies refers directly to the statutory requirement for counteracting the effects of mass earth movements.

2

Przykład oddziaływania procesów geodynamicznych na stan konstrukcji budynku. Cz. 1. Analiza stanu uszkodzeń

Florkowska L., Bryt-Nitarska I.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2017

|

T. 19, nr 1

19--24

PL

Posadowienie obiektu budowlanego na terenie objętym zagrożeniem uruchomienia procesów geodynamicznych prowadzić może do wystąpienia niebezpiecznych stanów w konstrukcji obiektu, łącznie z zagrożeniem jego bezpieczeństwa. Właściwe rozwiązania projektowe mogą zabezpieczyć budowlę przez niekorzystnym oddziaływaniem ruchów podłoża, jednak błędy poczynione na etapie rozpoznania geotechnicznego, projektowania i wykonania skutkują poważnymi, negatywnymi konsekwencjami. W pracy przedstawiono analizę wpływu ruchów masowych przypowierzchniowych warstw górotworu na stan konstrukcji wielosegmentowego budynku użyteczności publicznej. Stan budynku, w którym w wyniku uruchomienia procesów geodynamicznych powstały liczne uszkodzenia, poddany został monitorowaniu za pomocą dwóch niezależnych sieci obserwacyjnych. Praca zawiera wyniki obserwacji stanu kilkudziesięciu rys zinwentaryzowanych w budynku oraz wykonaną na ich podstawie analizę stanu obiektu. Celem prowadzonych badań było wyznaczenie głównych kierunków oddziaływań obciążających konstrukcję budynku, ocena charakteru pracy ustroju nośnego pod wpływem dodatkowych obciążeń oraz ocena dynamiki ujawniania się procesów deformacji i niszczenia konstrukcji.

EN

Placing a building on a landslide site may result in dangerous conditions in its construction; including the occurrence of a threat to the safety of the building. Appropriate design solutions can protect the structure from adverse effects of substrate movements, however, mistakes made in the geotechnical, design and performance phase result in serious negative consequences. The paper presents an analysis of the infl uence of mass movements of surface layers of rock mass on the state of multi-segment structure of mixed structure. The state of the building, where due to the start of geodynamic processes numerous damages have been caused was monitored by two independent observation networks. The work includes the results of observing the behavior of dozens of cracks in the inventory and the analysis of the condition of the object.

3

Zagadnienia szkód górniczych w kontekście Celów Zrównoważonego Rozwoju (SDGs)

Florkowska L.

Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN

|

2016

|

nr 94

105--117

PL

Wydobywanie złóż kopalin jest tą dziedziną działalności przemysłowej, która szczególnie wyraźnie oddziałuje na otoczenie. Dotyczy to nie tylko naturalnych ekosystemów, ale także zindustrializowanego otoczenia człowieka. Na obszarach górniczych budynki, infrastruktura techniczna i komunikacyjna oraz wszelkiego rodzaju urządzenia funkcjonujące dla zaspokajania podstawowych potrzeb człowieka podlegają przyspieszonemu zużyciu oraz uszkodzeniom i niszczeniu z powodu oddziaływania eksploatacji złóż. W warunkach polskich zagłębi wydobywczych (szczególnie Górnośląskiego Zagłębia Węglowego) deformacje powierzchni pochodzenia górniczego oddziałują na zabudowę aglomeracji miejskich wielokrotnie w ciągu technicznego okresu życia obiektów. Zjawiska te powodują wiele konsekwencji, które zostały wymienione i zwięźle scharakteryzowane w pracy. W artykule zawarto analizę zagadnień związanych z występowaniem szkód górniczych w aspekcie Celów Zrównoważonego Rozwoju ( Sustainable Development Goals – SDGs) przyjętych w najnowszym, głównym dokumencie strategicznym ONZ dotyczącym wprowadzania zasad zrównoważonego rozwoju. Omówiono również zarys polskiej polityki rozwoju wyszczególniając akty ustawowe oraz dokumenty strategiczne wprowadzające zasady zrównoważonego rozwoju w Polsce a także narzędzia monitorowania jego postępów. Spośród 17 głównych SDGs wskazano te, które mają bezpośredni związek z wdrażaniem zasad zrównoważonego rozwoju (ZR) na obszarach występowania szkód górniczych. Scharakteryzowano główne problemy wynikające z oddziaływania eksploatacji górniczej oraz wskazano narzędzia naukowe i techniczne wspomagające realizację zadań ZR.

EN

The exploitation of mineral deposits is an area of industrial activity, which has very evident effects on the environment. This applies not only to natural ecosystems, but also to the industrialized human environment. Buildings and transport as well as technical infrastructure which are located in the mining areas are subject to more rapid wear, damage and destruction due to the significant deformation of the substrate. Mining surface deformations influence on the development of urban agglomerations repeatedly during the technical lifetime of the objects in the conditions of the Polish mining basins (especially the Upper Silesian Coal Basin). These phenomena cause a series of consequences which have been briefly mentioned and characterized in the work. The article includes an analysis of the issues of mining damage in terms of the Sustainable Development Goals (SDGs) contained in the latest, main strategic document of the United Nations concerning the implementation of the principles of sustainable development. The paper discusses the outline of the Polish development policy specifying the act and strategic documents, which introduce the principles of sustainable development in Poland as well as tools to monitor its progress. Of all the 17 SDGs identified those that are directly linked to the implementation of the principles of sustainable development in areas with mining damage. It characterizes the main problems arising from the impact of mining and identifies the research tools and technical support tasks of sustainable development in this area.

4

Rozwój metod prognozowania górniczych deformacji terenu. Część 1

Cygan J., Florkowska L.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2016

|

T. 18, nr 2

53--61

PL

Poszukiwania skutecznych metod prognozowania górniczych deformacji terenu związane były z rozwojem górnictwa podziemnego na skalę przemysłową. Wynikały one bezpośrednio z konieczności ochrony najbardziej zurbanizowanych ośrodków przemysłowych przed szkodami wywoływanymi działalnością wydobywczą. Rozwój badań naukowych nad zachowaniem się naruszonego eksploatacją górotworu miał i ma wymiar aplikacyjny. Zagadnienia te z jednej strony charakteryzują się znaczą (fizyczną i matematyczną) złożonością z drugiej zaś ich praktyczne zastosowanie pociąga za sobą poważne konsekwencje. W pracy przedstawiony został rozwój naukowych metod predykcji wpływu podziemnej eksploatacji złóż. Metody te formułowane były zarówno na gruncie matematycznych metod mechaniki ciała stałego, jak też z wykorzystaniem teorii ośrodków stochastycznych. Najlepiej zweryfikowane pomiarowo okazały się, jak dotychczas, metody podające geometryczno-całkowe zależności pomiędzy parametrami eksploatacji i parametrami deformacji powierzchni (mowa tu przede wszystkim o teorii Budryka-Knothego). Rozwój numerycznych metod obliczeniowych przyniósł próby zastosowania ich również w rozwiązywaniu zagadnień związanych z oddziaływaniem górnictwa na stan masywu skalnego oraz powierzchni terenu. Postęp technologii informatycznej, pozwalający na prowadzenie zaawansowanych obliczeń, umożliwia wykorzystanie bardziej złożonych matematycznych opisów zachowania się górotworu. Dzięki temu możliwe stało się uwzględnienie właściwości plastycznych i reologicznych skał a także wyjście poza obszar mechaniki ośrodków ciągłych i wprowadzenie opisów kruchego niszczenia. Tworzone są także modele wykorzystujące właściwości sieci neuronowych. Część I artykułu przedstawia systematykę podziału oraz podstawy formalizmu opisu, na bazie wybranych metod prognozowania. Zagadnienia dotyczące wykorzystania nowoczesnych technik obliczeniowych zawarte zostały w II części artykułu.

EN

The search for effective methods of forecasting mining ground deformation were associated with the development of underground mining on an industrial scale. They resulted directly from the need to protect the most urbanized industrial centers against damage caused by mining activities. Research into the behavior of the rock mass, which has been disturbed by the exploitation was and is of application. These issues are on the one hand characterized by a mean (physical and mathematical) complexity on the other hand their practical application involves serious consequences. In this work the development of scientific methods for predicting the impact of underground mining has been presented. These methods were both formulated on the basis of mathematical methods of solid mechanics, as well as using the theory of stochastic media. The best verified by measurements proved, so far, the method of giving the geometric integral relationship between the operating parameters and parameters of surface deformation (we are talking mainly about the Budryk-Knothe theory). The development of numerical calculation methods brought attempts to apply them also in solving issues related to the impact of mining on the state of the rock mass and surface of land. The progress of information technology, which allows for advanced calculations, enables the use of more complex mathematical description of the behavior of the rock mass. This made it possible to include plastic and rheological properties of the rocks and go beyond the area of continuum mechanics and the use brittle damage descriptions. Models using the properties of neural networks are also created. Issues relating to the use of modern computational techniques were included in the second part of this article.

5

Analiza wsteczna przyczyn uszkodzeń budynku znajdującego się w zasięgu oddziaływania deformacji górniczych

Bryt-Nitarska I., Florkowska L.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2016

|

T. 18, nr 4

73--80

PL

Problematyka określenia wpływu podziemnej eksploatacji górniczej na obiekty budowlane wymaga często stosowania metod tzw. analizy wstecznej. Do zagadnień opierających się na tego typy metodach analitycznych należą m.in. problemy szkód powstających w budynkach w wyniku deformacji podłoża powodowanych eksploatacją surowców. Analiza wsteczna stanowi w tym przypadku narzędzie pozwalające oszacować, jaki zakres istniejących deformacji i uszkodzeń konstrukcji jest wynikiem oddziaływania robót górniczych. Praca zawiera wyniki badań, w których analiza wsteczna zastosowana została do ustalenia związku przyczynowo- skutkowego pomiędzy uszkodzeniami występującymi w obiekcie budowlanym i jego otoczeniu, a ruchem zakładu górniczego. W pracach tych wykorzystano metody wnioskowania oparte na rozpoznaniu warunków materiałowo- konstrukcyjnych obiektu i dokonanych oddziaływań górniczych oraz analizie aktualnego stanu uszkodzenia konstrukcji budynku.

EN

The problem of determining the impact of underground mining on buildings often requires the use of back analysis methods. Issues of this type are the problems of mining damages that occur as a result of mining in buildings. In this case, the analysis is a tool to assess what portion of the deformation and structural damage are caused by the impact mining exploitation. The work contains the results of studies in which back – analysis has been used to determine the relationship between the damage occurring in the building and and the mining plant operations. Inference methods based on the recognition of constructional and mining conditions and of the analysis of the building failure state have been used in work.

6

Key aspects of the proper formulation of the model in numerical analysis of the influence of mining exploitation on buildings

Florkowska L., Walaszczyk J.

Studia Geotechnica et Mechanica

|

2014

|

Vol. 36, nr 2

17--28

EN

Numerical modelling is an important tool used to analyse various aspects of the impact of underground mining on existing and planned buildings. The interaction between the building and the soil is a complex matter and in many cases a numerical simulation is the only way of making calculations which will take into consideration the co-existence of a number of factors which have a significant influence on the solution. The complexity of the matter also makes it a difficult task to elaborate a proper mathematical model – it requires both a thorough knowledge of geologic conditions of the subsoil and the structural characteristics of the building. This paper discusses the most important problems related to the construction of a mathematical model of a building–mining subsoil system. These problems have been collected on the basis of many years of experience the authors have in observing the surveying and tensometric deformations of the rock-mass and buildings as well as in mathematical and numerical modelling of the observed processes.

7

Numerical modelling for underground mining related geotechnical issues

Florkowska L.

Studia Geotechnica et Mechanica

|

2013

|

Vol. 35, nr 3

13--24

EN

Issues presented in this work relate to geotechnical problems that are specific to the mining areas. The paper discusses the methodology of mathematical and numerical modeling of these problems. Examples contained in the paper include: predicting the influence of mining exploitation on a detached building and evaluating the effectiveness of the building protection with the trench. Possible applications of numerical modeling as a tool to aid the continuous monitoring of the building state during the exploitation have also been discussed.

8

Example building damage caused by mining exploitation in disturbed rock mass

Florkowska L.

Studia Geotechnica et Mechanica

|

2013

|

Vol. 35, nr 2

19--38

EN

Issues concerning protection of buildings against the impact of underground coal mining pose significant scientific and engineering challenges. In Poland, where mining is a potent and prominent industry assuring domestic energy security, regions within reach of mining influences are plenty. Moreover, due to their industrial character they are also densely built-up areas. Because minerals have been extracted on an industrial scale in majority of those areas for many years, the rock mass structure has been significantly disturbed. Hence, exploitation of successive layers of multi-seam deposits might cause considerable damage – both in terms of surface and existing infrastructure networks. In the light of those facts, the means of mining and building prevention have to be improved on a regular basis. Moreover, they have to be underpinned by reliable analyses holistically capturing the comprehensive picture of the mining, geotechnical and constructional situation of structures. Scientific research conducted based on observations and measurements of mining-induced strain in buildings is deployed to do just that. Presented in this paper examples of damage sustained by buildings armed with protection against mining influences give an account of impact the mining exploitation in disturbed rock mass can have. This paper is based on analyses of mining damage to church and Nursing Home owned by Evangelical Augsburg Parish in Bytom–Miechowice. Neighbouring buildings differ in the date they were built, construction, building technology, geometry of the building body and fitted protection against mining damage. Both the buildings, however, have sustained lately significant deformation and damage caused by repeated mining exploitation. Selected damage has been discussed hereunder. The structures have been characterised, their current situation and mining history have been outlined, which have taken their toll on character and magnitude of damage. Description has been supplemented with photographic documentation.

9

Obserwacja oddziaływania wyrobisk na powierzchnię terenu w warunkach kopalń soli

Maj A., Florkowska L.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2013

|

Vol. 15, no. 3-4

107--113

PL

Praca służy wyłonieniu zasad, celów i sposobu obserwacji wpływów wyrobisk kopalń soli na powierzchnię terenu, wskazując że obok wyznaczenia obniżeń terenu, wyniki tych pomiarów wykorzystywane mogą być pośrednio do określania stanu górotworu w otoczeniu wyrobisk. Na podstawie przeanalizowanego materiału pomiarowego z szeregu polskich kopalń soli, wskazano na różnorodności oddziaływań wyrobisk na górotwór, które można identyfi kować poprzez obserwacje osiadań. Poddano systematyzacji warunki i sposób prowadzenia pomiarów. W wykształcających się nieckach osiadań wyróżniono kilka stref obniżeń terenu, zależnych od warunków geologiczno- górniczych, wskazując na celowość zróżnicowania w tych strefach gęstości punktów pomiarowych. Natomiast częstotliwość obserwacji powinna być powiązana z dokładnością pomiaru. Wynikają z tego warunki zakładania, badania zdolności obserwacyjnych sieci i jej podtrzymywania.

EN

This study concerns identification of the principles, objectives, and methods of observation of the influence of salt mine workings on the land surfaces, indicating that in addition to the determination of land subsidence inspections, the measurement results can be used directly to determine the rock mass condition around the workings. Based on the analysed measurement data originating from several Polish salt mines, the diversity of rock mass effects caused by workings were specified. They can be identified by subsidence observations. The measurement conditions and methods were also categorized. Several types subsidence zones were distinguished in developing troughs, depending on the geological and mining conditions, with specification of the justification of diverse density of measurement station placement. However, the frequency of observations should be associated with the accuracy of measurements. Those conclusions contribute to the assumptions for the network placement, network observation capacity examination, and network maintenance.

10

Istotne problemy modelowania numerycznego oddziaływania eksploatacji podziemnej na obiekty budowlane

Florkowska L., Walaszczyk J., Maj A., Cygan J.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2013

|

Vol. 15, no. 3-4

89--94

PL

Modelowanie matematyczne i numeryczne zagadnień związanych z oddziaływaniem podziemnej eksploatacji górniczej na obiekty budowlane jest, z uwagi na ogromną złożoność zawartych w nim zjawisk i procesów, zadaniem trudnym w realizacji. Zarówno budowa modelu, jak i prowadzenie obliczeń i interpretacja wyników wymagają szerokiej wiedzy oraz dużego doświadczenia. W pracy przedstawione zostały w sposób syntetyczny najistotniejsze problemy modelowania numerycznego powyższych zagadnień. Omówione zostały zarówno metody poznania, idealizacji jak i pozyskiwania danych niezbędnych do prawidłowego skonstruowania modelu oraz jego walidacji i ewaluacji.

EN

Numerical modelling has become an important tool allowing the impacts of mining exploitation on the existing and designed engineering structures to be thoroughly investigated. The interactions between engineering structures and subsiding grounds is are most complex phenomena and in some cases numerical simulation is the only available research method allowing the co-occurrence of a multitude of factors to be taken into account. Because of the complexity of this issue, the development of a full mathematical model is a difficult task, requiring the knowledge of the geological and mining conditions in the area as well as the constructional parameters of the engineering structure being erected. This paper addresses the major issues involved in development of a mathematical model of the engineering structure-ground system. These problems are summarised on the basis of the authors’ extensive experience in the field of monitoring of rock strata subsidence and structural deformation and in mathematical modelling and numerical simulations. Basing on the examples of buildings subjected to the impacts of mining exploitation, the authors identify the major determinants of the type and extent of structural damage and the key elements for model development.

11

Zdalna ocena odkształceń budynku spowodowanych podziemną eksploatacją górniczą

Florkowska L.

Inżynieria i Budownictwo

|

2013

|

R. 69, nr 3

154-156

PL

Omówiono zastosowanie automatycznego zdalnego systemu pomiarowego umożliwiającego obserwację odkształceń konstrukcji obiektów budowlanych narażonych na oddziaływanie górniczych deformacji terenu. Opisano działanie systemu oraz przykład jego zastosowania do obserwacji budynku na terenie Rudy Śląskiej. Omówiono warunki konstrukcyjne, geologiczne i górnicze budynku, podano charakterystykę zastosowanego systemu pomiarowego oraz przedstawiono uzyskane wyniki pomiarów.

EN

The paper discusses an application of the automatic, remote measuring system, which allows observation of deformation of structures exposed to mining terrain deformation. The principle of the system was described as well as an application of the system for observing a building in Ruda Śląska. The construction of the buiding, geological conditions of the subsoil, the mining conditions in the rock mass and finally some measurement results were presented in the paper too.

12

Analysis of the impact of longwall mining on sacred historic building

Florkowska L.

Architecture Civil Engineering Environment

|

2013

|

Vol. 6, no. 2

15--27

EN

This paper presents an analysis of the impact of longwall mining on the Saint Wawrzyniec and Antoni’s church, located in the area of Upper Silesia (Wirek - Ruda Śląska). That century old historical monument has been exposed to mining influences since it was erected. For 40 years the structure, its protective slab and nearby area have all been under geodetic observations. Based on data obtained over the course of those observations, an analysis was carried out of how mining the 133 longwall of the 413/2 seam did influence the church building, which was located above the mining panel’s corner. This paper explores how the body of the church behaved during mining exploitation, based on theoretical computations and analysis of geodetic observations data. The subsidence process and linear strain over time were studied. Registered subsidence and deformations were plotted against individual measuring points attached to structural members inside the building. Significance of identified influences for the building’s supporting structure was discussed.

PL

Praca poświęcona jest analizie wpływu podziemnej eksploatacji górniczej, prowadzonej system ścianowym, na budynek kościoła pw. św. Wawrzyńca i Antoniego w Wirku (Ruda Śląska). Ten stuletni, zabytkowy obiekt narażony był na oddziaływania górnicze niemal od początku swojego istnienia. Od 40 lat prowadzone są obserwacje geodezyjne budynku, płyty zabezpieczającej oraz terenu wokół kościoła. Na podstawie wyników tych pomiarów przeprowadzono analizę oddziaływania eksploatacji ściany 133 w pokładzie 413/2 na budynek kościoła, który zlokalizowany był nad narożem pola eksploatacyjnego. Praca zawiera studium zachowania się bryły kościoła w trakcie prowadzenia eksploatacji przeprowadzone w oparciu o obliczenia teoretyczne oraz analizę rezultatów obserwacji geodezyjnych. Rozważono przebieg procesu osiadania oraz zmiany odkształceń liniowych zachodzące w czasie. Przedstawiono wykresy zarejestrowanych wartości osiadań i odkształceń dla poszczególnych punktów i baz pomiarowych umieszczonych na elementach konstrukcyjnych wewnątrz budynku oraz omówiono znaczenie stwierdzonych oddziaływań dla ustroju nośnego obiektu.

13

Przepisy, odniesienia normowe oraz instrukcje dotyczące projektowania i realizacji budynków narażonych na górnicze oddziaływania deformacyjne

Florkowska L., Walaszczyk J., Cygan J.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2012

|

Vol. 14, no. 1-4

93--102

PL

W pracy zawarty został przegląd przepisów i wymagań odnoszących się do kwestii projektowania i wznoszenia budynków narażonych na oddziaływanie eksploatacji górniczej, znajdujących się w ustawach, rozporządzeniach oraz normach krajowych i Eurokodach. Przedstawione zostały odwołania dotyczące ustalania kategorii geotechnicznej obiektu, wyznaczania oddziaływań deformacyjnych, sprawdzania nośności i komfortu użytkowania budynków. Wymieniono także materiały pomocnicze do projektowania i oraz omówiono najważniejsze kwestie związane z przyjmowaniem warunków wstępnych do obliczeń.

EN

The paper contains an overview of the provisions contained in laws, orders, national standards and Eurocodes relating to a question of designing and erecting buildings exposed to mining exploitation effects. Presented references for determining geotechnical category of the object, determining the deformational influences, checking load capacity and comfort of using of buildings. Mentioned auxiliary materials for design and discusses the major issues associated with taking the initial conditions for calculations.

14

Building protection against the backdrop of current situation and growth perspectives for Polish mining industry

Florkowska L.

Archives of Mining Sciences

|

2012

|

Vol. 57, no. 3

645--655

EN

This paper discusses issues involved in protecting buildings and utilities infrastructure located on areas affected by mining exploration. They have been presented against the backdrop of current situation and growth perspectives for Polish mining. Characteristics of Polish mineral deposits have been determined and the scale of mining-induced impact has been given as an aggregate mining areas and regions. Current situation and growth perspectives have been evaluated through analysing geological concessions granted by Ministry of the Environment. The nature of mining influences induced by underground coal - black coal being the most intensively explored mineral in the country - mining has been discussed. Building protection issues have also been presented from three angles: forecasting of mining influences, designing protections and structural health monitoring.

PL

Ochrona powierzchni i obiektów budowlanych przed niekorzystnym wpływem eksploatacji górniczej stanowi w naszym kraju istotny problem naukowy i inżynierski. Sytuacja ta związana jest z licznymi zasobami złóż kopalin użytecznych oraz z istniejącą strukturą pozyskiwania energii, której źródłem w ponad 80% jest węgiel (Gospodarka paliwowo-energetyczna..., 2009; Energetyka…, 2010) (rys. 1). Artykuł odnosi się do zagadnień związanych z ochroną zabudowy i infrastruktury technicznej na terenach objętych wpływami eksploatacji górniczej. Problematyka ta przedstawiona została na tle sytuacji i perspektyw rozwoju górnictwa w Polsce. W pracy wymieniono najważniejsze złoża kopalin występujących na terenie kraju oraz podano zasięg oddziaływania prowadzonego wydobycia. Zestawienie polskich zasobów bilansowych wybranych kopalin opracowane na podstawie danych zawartych w dokumencie Bilans Zasobów Kopalin i Wód Podziemnych w Polsce wg stanu na 31 XII 2010 r. podano w tabeli 1. Zasięg oddziaływania eksploatacji górniczej charakteryzuje sumaryczna powierzchnia zajmowana przez obszary górnicze w Polsce. Stanowi ona ponad 2,6% powierzchni całego kraju. Powierzchnia terenów górniczych wynosi natomiast ok. 5,3% (Sektorowy program..., 2005). Jest to ponad 17 200 km2 powierzchni objętej potencjalnymi szkodami górniczymi. Największa koncentracja wydobycia ma miejsce na terenie Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, gdzie występuje ok. 79% udokumentowanych zasobów bilansowych polskich węgli kamiennych - pozostających najintensywniej eksploatowaną w Polsce kopaliną. Sytuacja bieżąca oraz perspektywy rozwoju górnictwa w Polsce ocenione zostały na podstawie analizy koncesji geologicznych wydawanych przez Ministerstwo Środowiska. Zestawienia koncesji na wydobywanie złóż węgla kamiennego oraz koncesji na poszukiwanie i rozpoznawanie złóż gazu łupkowego w Polsce, wg stanu na dzień 1 czerwca 2012 r., podano w tabelach 2 i 3. Prowadzenie eksploatacji górniczej w tak dużej skali powoduje liczne problemy wynikające z jej oddziaływania na środowisko. W przypadku górnictwa podziemnego oddziaływanie to wynika przede wszystkim z naruszenia naturalnej struktury górotworu, co pociąga za sobą szereg następstw klasyfikowanych jako bezpośrednie i pośrednie skutki eksploatacji górniczej (Kwiatek, 1997; Florkowska, 2010a). Najbardziej odczuwalne pozostają niewątpliwie zmiany morfologii terenu i przekształcenia hydrogeologiczne, które powodują szkody w infrastrukturze technicznej oraz zabudowie a także wstrząsy (Firek & Wodyński, 2012; Walaszczyk i in., 2009). Podstawą ochrony zabudowy jest znajomość rodzaju i wielkości oddziaływań wywołanych planowaną eksploatacją. Ważne jest zatem, by umiejętnie prognozować skutki projektowanych robót górniczych, szczególnie w zakresie deformacji przypowierzchniowych warstw górotworu. Prawidłowe zabezpieczenie budynku zagrożonego wystąpieniem szkód górniczych wymaga spełnienia dodatkowych rygorów konstrukcyjnych, wynikających z konieczności zabezpieczenia konstrukcji przed niekorzystnymi deformacjami podłoża (Kawulok, 2005). Deformacje te mają swe źródło zarówno w bezpośrednim oddziaływaniu prowadzonych robót wydobywczych, jak i w zmianach właściwości podłoża następujących wskutek wielokrotnie powtarzających się procesów kształtowania się niecki górniczej. Prawidłowe wyznaczenie wielkości oraz rozkładów czasowo-przestrzennych tych oddziaływań ma podstawowe znaczenie dla profilaktyki szkód górniczych, bowiem stanowi zarówno podstawę projektowania zabezpieczeń jak i sprawdzania nośności konstrukcji istniejących. W przypadku obiektów o szczególnym znaczeniu, których koszty realizacji są pokaźne, zaś ewentualna awaria przynieść może ogromne straty, wskazane jest dokonanie indywidualnej, szczegółowej analizy, uwzględniającej specyficzne warunki geotechniczne, górnicze i konstrukcyjne inwestycji. Dobrym narzędziem tego rodzaju analiz jest modelowanie numeryczne. Istotnym elementem profilaktyki jest również stały nadzór i obserwacja stanu obiektu w trakcie ujawniania się głównych wpływów eksploatacji. Monitoring automatyczny jest w tym przypadku użytecznym narzędziem wspomagania nadzoru technicznego. W Instytucie Mechaniki Górotworu PAN opracowywana jest metodyka, która, poprzez połączenie symulacji numerycznej z systemem pomiarowym, umożliwia bieżące i zdalne śledzenie zmian stanu konstrukcji w trakcie oddziaływania górniczych deformacji podłoża (Florkowska, 2010; Kanciruk, 2005). Problem ochrony obiektu budowlanego przed oddziaływaniami wywoływanymi eksploatacją górniczą należy niewątpliwie do klasy trudnych zagadnień geotechnicznych. Wymaga zarówno opracowania trafnej prognozy tych oddziaływań, jak i prawidłowego wyznaczenia wywołanych nimi naprężeń w konstrukcji obiektu oraz zaprojektowania i wykonania skutecznych zabezpieczeń. Warto zauważyć, że problem ten pozostaje aktualny także w przypadku ograniczenia bądź zaprzestania działalności wydobywczej. Zagospodarowanie tzw. terenów pogórniczych już dzisiaj wymaga podejmowania odpowiednich działań i stosowania rozwiązań chroniących powstające obiekty przed procesami deformacyjnymi, które zachodzić będą w silnie naruszonym górotworze jeszcze w długim okresie czasu. Koszty szkód powodowanych przez górnictwo w obiektach budowlanych są w skali kraju niebagatelne. W roku 2010 wyniosły one ponad 350 mln złotych (Raport GUS „Ochrona środowiska 2011“). Niestety, niemal całość nakładów skierowana była na naprawę powstałych uszkodzeń. Zabezpieczenia i profilaktyka to, według wspomnianego raportu, niecałe 8% wymienionej kwoty. Z całą pewnością nie są to dobre proporcje. Wydaje się, że należałoby skierować więcej wysiłków w stronę poprawy procedur profilaktyki oraz prowadzenia badań naukowych mających na celu opracowywanie odpowiednich narzędzi prognozowania i monitorowania oddziaływań górniczych w obiektach budowlanych.

15

Determining mechanical properties and material models of subsoil for buildings in mining areas

Florkowska L., Walaszczyk J., Maj A.

AGH Journal of Mining and Geoengineering

|

2012

|

Vol. 36, no. 1

165-178

EN

This paper discusses issues related to determining impact of mining exploitation on buildings - the analytical process supported by numerical modelling. Numerical simulation tools are used to analyze the interaction between buildings and deforming soil i.a. to accurately forecast the impact of mining work. In order to carry out those analyses correctly, mining, geological and construction conditions have to be investigated reliably. In this paper, issues related to modelling soil have been presented. Particularly in terms of determining mining influences, investigating foundation conditions and assuming a material model. Deformation processes taking place in soil and caused by mining exploitation have been characterized, and forecasting the impact of mining exploitation on surface has been generally discussed. Moreover, requirements concerning identification of subsoil beneath buildings founded on mining areas have been cited and the most important methods have been listed. Then, by concentrating on issues related to accurate analysis of mining influences, numerical modelling has been proposed as a tool to carry out such analysis. In that respect, examples of selecting constitutive equations and determining their values have been presented. Those examples concern two geologic materials: sandy loam and sandstone. Laboratory experiments were carried out for each. Their results and selected constitutive equations have been presented along with determined parameter values. The impact of basic mechanical parameters of soil: elastic modulus and Poisson's ratio on stress distribution beneath wall footing have also been presented.

PL

Zawarta w artykule problematyka związana jest z wyznaczaniem wpływu eksploatacji górniczej na obiekty budowlane przy zastosowaniu metod modelowania numerycznego. Narzędzia symulacji numerycznych stosowane są w analizie współpracy budynku z deformującym podłożem m.in. w celu opracowania szczegółowej prognozy oddziaływania robót górniczych. Warunkiem prawidłowego przeprowadzenia tego rodzaju analizy jest rzetelne rozpoznanie warunków górniczych, geologicznych i konstrukcyjnych. W pracy przedstawione zostały zagadnienia związane z modelowaniem podłoża obiektu w aspekcie wyznaczania oddziaływań górniczych, rozpoznania warunków posadowienia i przyjęcia modelu materiałowego. W tym zakresie scharakteryzowano procesy deformacyjne zachodzące w podłożu wskutek oddziaływania eksploatacji, omówiono ogólnie zagadnienie sporządzania prognozy wpływów eksploatacji górniczej na powierzchnię, przytoczono wymagania dotyczące rozpoznania podłoża obiektów posadowionych na terenach górniczych oraz wymieniono ważniejsze metody tego rodzaju rozpoznania. Koncentrując się następnie na zagadnieniach związanych z opracowaniem szczegółowej analizy oddziaływania eksploatacji zaproponowano zastosowanie modelowania numerycznego, jako narzędzia tego typu analiz. Pod tym kątem przedstawiono przykłady doboru prawa materiałowego podłoża oraz wyznaczenia wartości jego parametrów. Przykłady te dotyczą dwóch materiałów geologicznych: gliny piaszczystej oraz piaskowca. Dla każdego z nich omówiono zakres przeprowadzonych badań laboratoryjnych, przytoczono wyniki oraz przedstawiono wybrane prawo materiałowe z wyznaczonymi wartościami parametrów. Przedstawiona została także analiza wpływu wartości podstawowych parametrów mechanicznych podłoża: modułu sprężystości podłużnej, i współczynnika Poissona na rozkład naprężeń pod ławą fundamentową.

16

Dobór i kalibracja praw konstytutywnych dla podłoża obiektów budowlanych

Florkowska L., Walaszczyk J., Maj A.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2011

|

Vol. 13, no. 1-4

95--104

PL

W pracy przedstawiono metodykę doboru praw materiałowych dla podłoża budowlanego opracowaną pod kątem modelowania numerycznego. Zawarta w pracy problematyka związana jest z symulacją numeryczną oddziaływania podziemnej eksploatacji górniczej na obiekty budowlane. W zagadnieniach tego typu prawidłowe określenie właściwości podłoża ma szczególnie istotne znaczenie, z uwagi na fakt, że generowane przez procesy eksploatacji górniczej deformacje gruntu stanowią źródło dodatkowych obciążeń budowli. Dobór i kalibrację modelu materiałowego omówiono na dwóch przykładach – piaskowca oraz gliny piaszczystej. Przedstawiono także analizę wpływu wybranych wartości parametrów materiałowych na wyznaczanie stanu naprężenia w gruncie pod ławą fundamentową.

EN

The article describes the selection methods of material laws for a building foundation, developed with respect to numerical modelling. The issues presented concern the numerical simulation of the impact of underground mining activity on buildings. In such cases, it is particularly important to properly determine the properties of the foundation, due to the fact that soil deformations generated by the processes connected with mining activity cause further strain to building structures. The selection and calibration of the material model was discussed with regard to two examples, i.e. sandstone and sandy clay. Additionally, the paper provides an analysis of the effect of selected values of the material parameters on determining strain in the soil underneath the continuous footing.

17

Modelowanie numeryczne stanu naprężenia w sąsiedztwie przodka wyrobiska ścianowego z uwzględnieniem obecności metanu

Florkowska L., Walaszczyk J.

Górnictwo i Geoinżynieria

|

2011

|

R. 35, z. 2

225-233

PL

Znajomość stanu naprężenia górotworu w sąsiedztwie wyrobiska jest istotnym elementem planowania robót górniczych, zwłaszcza w warunkach występowania metanu, często towarzyszącego pokładom węgla kamiennego. Jednym ze sposobów rozwiązywania tego zagadnienia jest modelowanie numeryczne. W pracy zaprezentowano sposób wyznaczania zmian stanu naprężenia w otoczeniu wyrobiska ścianowego oparty na symulacji numerycznej MES. Zastosowany model matematyczny, traktujący węgiel jako ściśliwy ośrodek porowaty, uwzględnia obecność metanu w pokładzie oraz jego przepływ wywołany eksploatacją. Pozwala to na śledzenie zmian stanu naprężenia oraz zmian ciśnienia porowego metanu w pokładzie. Uzyskane wyniki obliczeń porównano z dostępnymi w literaturze wynikami pomiarów ciśnienia metanu.

EN

Knowing the state of stress within rock mass near the exploitation area is a crucial element of planning mining works, especially in areas containing methane, which often happens in case of coal exploitation. One of the solutions to this problem is numerical modeling. This paper presents a method of estimating the changes of the state of stress around long wall exploitation area, based on MES numerical simulation. Mathematical model used here, treating coal as porous compressible medium, considers the presence of methane within rock mass and its flow caused by exploitation. It allows to observe both the changes of the state of stress and of methane porous pressure within rock mass. The results obtained were compared to the results of methane pressure tests available in literature.

18

Analiza oddziaływania eksploatacji podziemnej na budynek kościoła pw. św. Wawrzyńca i Antoniego w Wirku(Ruda Śląska)

Florkowska L., Maj A., Cygan J., Walaszczyk J.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2010

|

Vol. 12, no. 1-4

67--78

PL

Prowadzenie podziemnej eksploatacji górniczej na obszarach miejskich wiąże się nie tylko z degradacją powierzchni, ale powoduje przede wszystkim szkody w istniejącej zabudowie i infrastrukturze technicznej. Uszkodzeniom ulegają także obiekty zabytkowe, które, ze względu na ich wartość historyczną, podlegają szczególnej ochronie. W wyniku eksploatowania kolejnych pokładów, znajdujące się na powierzchni obiekty budowlane narażone są na wielokrotne oddziaływania górnicze, co przy braku odpowiednich zabezpieczeń, prowadzi do systematycznego narastania uszkodzeń konstrukcji. Analiza historii oddziaływań górniczych jest niezbędnym elementem oceny stanu konstrukcji. Odtworzenie przebiegu obciążeń, jakim poddawany był obiekt wskutek deformacji podłoża stanowi podstawę analizy stanu naprężeń występujących w ustroju nośnym budynku. W powiązaniu z obserwacją obiektu analiza tego rodzaju stanowi również źródło wiedzy o zachowaniu się budowli poddanych wielokrotnym obciążeniom górniczym i deformacjom podłoża. W pracy zaprezentowano analizę oddziaływania eksploatacji podziemnej na zabytkowy budynek kościoła pw. św. Wawrzyńca i Antoniego, znajdujący się na terenie Rudy Śląskiej. Przedstawiono rezultaty pomiarów geodezyjnych prowadzonych na punktach obserwacyjnych zainstalowanych na filarach kościoła oraz na okalającej budowlę żelbetowej płycie zabezpieczającej. Materiał pomiarowy uzupełniono dokumentacją fotografi czną obiektu. Przeprowadzona analiza wykazała niekorzystny wpływ podziemnej eksploatacji górniczej na stan konstrukcji kościoła. Zauważono, że wykonany ustrój zabezpieczający w niewystarczającym stopniu chronił budowlę przed oddziaływaniem górniczych deformacji podłoża.

EN

Conducting an underground mining in urban areas is not only associated with the degradation of the surface. Primarily it causes damage to the existing buildings and technical infrastructure. Damage to the historical buildings is the subject of the special protection. As a result of subsequent exploitation of deposits, the buildings located on the surface are exposed to repeated impact of mining activities, which leads to a systematic accumulation of structural damage. The analysis of the history of the mining impacts is essential for assessing the condition of the structure. The reconstruction of the process of load is the basis for the analysis of stress in the structure of the building. The analysis of this type in conjunction with the observation of the object is also a source of knowledge about the behaviour of structure exposed to repeated mining loads. The paper presents the analysis of the impact of underground exploitation on the historic building of the Church of Sts. Lawrence and Anthony, located in Ruda Śląska.

19

Uszkodzenia budynków i deformacje terenu wywołane eksploatacją górniczą w silnie naruszonym górotworze w dzielnicy Wirek w Rudzie Śląskiej

Florkowska L.

Górnictwo i Geoinżynieria

|

2010

|

R. 34, z. 2

265-273

PL

Początki eksploatacji węgla na Górnym Śląsku sięgają XVIII w. Jedna z najstarszych kopalń Górnego Śląska - kopalnia Brandenburg - powstała na terenie dzisiejszej Rudy Śląskiej w 1752 r. Od tamtej pory, po dziś dzień pod miastem trwa wydobywanie węgla kamiennego. Z uwagi na silne naruszenie górotworu, opracowanie prognoz oddziaływania eksploatacji jest coraz trudniejsze. Jednocześnie projektowanie eksploatacji uwzględniać musi coraz ostrzejsze warunki, wynikające z konieczności ochrony powierzchni. Podczas wydobycia prowadzone są obserwacje geodezyjne ruchów powierzchni oraz nadzór budowlany nad obiektami szczególnie zagrożonymi. Zgromadzony dzięki tym pomiarom materiał badawczy, oprócz funkcji bieżącego monitorowania stanu powierzchni i budynków, stanowi źródło informacji o sposobie i wielkości oddziaływania eksploatacji na powierzchnię silnie naruszonego górotworu. Wiedza ta jest cenna zwłaszcza w aspekcie przewidywania skutków kolejnych, projektowanych prac wydobywczych. W artykule przedstawiono analizę wpływu eksploatacji podziemnej, prowadzonej w górotworze naruszonym, na powierzchnię oraz unikalną zabudowę dzielnicy Wirek w Rudzie Śląskiej. Analiza przeprowadzona została w oparciu o wyniki pomiarów geodezyjnych, prowadzonych przez służby miernicze KWK Pokój. Omówiono metodykę prowadzenia tych pomiarów oraz jej przydatność dla oceny oddziaływania eksploatacji.

EN

Mining operations in the Ruda Śląska region lasts from about 300 years. Therefore the surrounding rock mass are strongly affected. For this reason is very difficult to determine the effects of future exploitation. The paper describes the analysis of the influence of the underground exploitation on the land surface and the urban development. Analysis was related to the south area of the Wirek district. Considerations based on the results of geodesic surveys, in situ observations and photographical documentation of buildings. Geodesic measurements were carried out on the earth's measuring line and the points embedded in the walls of buildings. The analysis shows the large deformation of the surface and strong damage to buildings. The effects of the mining operation reached well above the forecast.

20

Komputerowa symulacja stanu naprężenia w sąsiedztwie wyrobiska górniczego z uwzględnieniem przepływu gazu

Walaszczyk J., Florkowska L.

Górnictwo i Geoinżynieria

|

2010

|

R. 34, z. 2

593-599

PL

W ostatnim czasie polskie górnictwo boryka się ze wzrostem zagrożeń naturalnych, do których należy również zagrożenie metanem. Jak podaje Główny Instytut Górnictwa, już ponad 80% węgla wydobywanych jest w Polsce w warunkach zagrożenia metanowego. Ma to związek zarówno ze zwiększaniem głębokości, jak i koncentracją eksploatacji. Profilaktyka metanowa, polegająca na wcześniejszym odgazowaniu pokładu, jest w warunkach niskiej przepuszczalności polskich węgli bardzo trudna. Dodatkowe zagrożenie stanowią zjawiska gazodynamiczne, w wyniku których zalegający pod dużym ciśnieniem metan może zostać wypchnięty do wyrobiska. Migracja gazu z warstw spągowych do pokładów pierwotnie nie zawierających metanu oraz do wyrobisk stanowi poważne zagrożenie bezpieczeństwa. Przedmiotem pracy było wyznaczenie stanu naprężenia w otoczeniu wyrobiska górniczego, z uwzględnieniem oddziaływania ciśnienia metanu oraz procesu migracji metanu poprzez szczeliny do warstw pierwotnie go nie zawierających. Istotą analizy była symulacja zjawisk zachodzących w masywie skalnym podczas eksploatacji węgla kamiennego, w sytuacji, kiedy możliwa jest migracja metanu z niżej zalegającego pokładu. Zagadnienie rozwiązywane było na drodze modelowania numerycznego, metodą elementów skończonych. Do obliczeń wykorzystano pakiet programów MES-Abaqus.

EN

One of the natural dangers in coal mining in Poland is methane migration between rock layers. The following paper discusses that issue. The main aim of the paper was to obtain stress distribution around mining excavation area, considering the influence of methane pressure and the process of methane migration through gaps into layers previously without it. In particular, the paper presents a simulation of processes occurring in rock mass during coal exploitation when the migration of methane from lower layers is possible. The issue was solved by numerical modelling, using the Finite Element Method. MES-Abaqus code was used for calculations.