Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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

d'Obyrn K., Hydzik-Wiśniewska J.

Archives of Mining Sciences

|

2017

|

Vol. 62, no. 1

189--202

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.

2

Zabezpieczenie komory Ferdynad d´Este jako działanie ograniczające zagrożenie wodne przy północnej granicy wielickiego złoża soli

Obyrn K. d', Kucharz J.

Przegląd Górniczy

|

2014

|

T. 70, nr 7

44--50

PL

W artykule przedstawiono sposób zabezpieczenia jednej z komór w Kopalni Soli ‘Wieliczka”. Komora Ferdynand d´Este znajduje się w rejonie zaliczonym do III stopnia zagrożenia wodnego, przy północnej granicy złoża. Kopalnia Soli „Wieliczka” prowadzi systematyczne prace ograniczające zagrożenie wodne i zawałowe szczególnie przy północnej granicy złoża, poprzez zabezpieczenie lub likwidację komór w celu stabilizacji górotworu. W przypadku komór zabytkowych, których nie można zlikwidować wykonywana jest analiza geomechaniczna i hydrogeologiczna, a na ich podstawie powstaje projekt zabezpieczenia komory. Zabezpieczenie komory Ferdynand d´Este jest przykładem planowanych prac obejmujących zarówno obudowę kotwiową, obudowę podporową oraz szczelną likwidację, co stanowi przykład kompleksowego podejścia do występujących problemów hydrogeologiczno-górniczych w zabytkowej kopalni soli.

EN

This paper presents a procedure for securing one of the chambers of the “Wieliczka” Salt Mine. The Franz Ferdinand Chamber is located in a third degree water hazard zone at the northern boundary of the Wieliczka salt deposit. The “Wieliczka” Salt Mine conducts systematic works limiting water and cave-in hazards especially at the northern boundary of the salt deposit securing and liquidating chambers for the purpose of stabilizing the rock mass. Geomechanical and hydrogeology analyses are performed in the case of historic chambers that cannot be liquidated. Chamber-securing procedures are developed on the basis of the analyses results. Securing the Franz Ferdinand Chamber is an example of planned works including rockbolt supporting, chock supporting and tight-sealed liquidation being an example of a comprehensive approach to hydrogeology and mining problems that may arise in historic salt mines.

3

Ograniczanie zagrożenia wodnego przez stabilizację górotworu w centralnym rejonie kopalni „Wieliczka”

Obyrn K., Brudnik K.

Górnictwo i Geologia

|

2012

|

T. 7, z. 4

59--69

PL

W Kopalni Soli „Wieliczka” zagrożenie wodne jest związane z występującymi po północnej stronie złoża solnego piaszczystymi utworami warstw chodenickich. Z utworów tych wystąpiły wszystkie dotychczasowe zjawiska wdarcia się wody do kopalni. Jednym z nich było wystąpienie w 1992 roku awaryjnego dopływu wody do poprzeczni Mina na poziomie IV kopalni. Od 1993 roku prowadzono roboty likwidacyjne w centralnym rejonie kopalni dla uzyskania stabilizacji górotworu i zabezpieczenia kopalni przed nowymi dopływami awaryjnymi.

EN

Water hazard in the Wieliczka mine is associated with sandy formations of the Chodenice layers existing on the northern side of the salt deposit. Up until now, all water penetrations of the mine originated at these formations. One of these was the occurrence of a sudden water inflow to the Mina traverse at Level IV of the mine in 1992. Since 1993 liquidation works are performed in the central area of the mine targeted at achieving orogen stabilisation and securing the mine from new sudden inflows.

4

Problemy hydrogeologiczne i geotechniczne związane z zawodnieniem zabytkowych szybów Kopalni Soli Wieliczka na przykładzie szybu Górsko

Obyrn K. d', Przybyło J.

Geology, Geophysics and Environment

|

2012

|

Vol. 38, no. 1

23-34

PL

Szyb Górsko został zgłębiony do głębokości poziomu I w pierwszej połowie XVII wieku i ukończono go prawdopodobnie w 1622 roku. W XIX wieku szyb pogłębiano, a w 1954 roku został zasypany do głębokości około 6 m p.p.t. Na podszybiach szybu oraz w pobliskiej komorze Fryderyk August rejestrowano wycieki solanek oraz okresowo wynoszony materiał skalny w postaci iłów pylastych. Teren wokół szybu systematycznie osiada, a rejestrowane średnie obniżenia terenu wynoszą ok. 13 mm/rok. W grudniu 2002 roku tempo osiadań wzrosło, powodując spękania budynku nadszybia. W lutym 2011 r. został opracowany projekt techniczny doszczelnienia szybu. Zaprojektowano 83 otwory doszczelniające otaczające szyb, o głębokości 18 m oraz trzy otwory kontrolne w tarczy szybu. Prace cementacyjne zaplanowano w czterech strefach głębokościowych przy użyciu zaczynów cementowych, a realizację projektu rozpoczęto w grudniu 2011 r.

EN

The Górsko Shaft was excavated to the depth of Level I in the first half of the seventeenth century, and was probably completed in 1622. in the nineteenth century, the shaft was extended. in 1954, the Górsko Shaft was filled up to a depth of approximately 6 meters below the ground. Infl ows out of the Górsko Shaft were first observed in the shaft bottom and in Fryderyk August chamber. Through suffusion and leaching salt formations, migratory waters caused soil settling and structural damage to the shaft top building. In February 2011, a technical design for the sealing of the Górsko Shaft was developed, which calls for cementing work and the elimination of surface water infl ow through the shaft into the mine workings. Engineering work related to the restriction of the flow of water into the Górsko Shaft began in December 2011.

5

The stabilization of the rock mass of the Wieliczka salt mine through the backfilling of the Witos chamber with the use of injection methods

d'Obyrn K.

Archives of Mining Sciences

|

2012

|

Vol. 57, no. 1

93--105

EN

The Wieliczka Salt Mine is the most famous and the most visited mining industry monument in the world and it requires modern methods to ensure rock mass stability and tourists’ security. Both for conservation and tourism organization reasons, the group of Warszawa-Wisla-Budryk-Lebzeltern-Upper Witos Chambers (Photo. 1, 2. 3) located the Kazanów mid-level at a depth of 117 m underground is extremely important. Discontinuous deformation occurring in this Chamber complex was eliminated by comprehensive securing work with anchor housing, but their final securing and stability is conditioned by further backfilling and sealing the Witos Chambers situated directly beneath. In the 1940s and 1950s, the Witos Chamber was backfilled with slag from the mine boilerhouse. However, slags with 80% compressibility are not backfilling material which would ensure the stability of the rock mass. The chambers were exploited in the early nineteenth century in the Spizit salts of the central part of the layered deposit. The condition of the Upper Witos, Wisla, Warszawa, Budryk, and Lebzeltern Chambers is generally good. The western part if the Lebzeltern Chamber (Fig. 1), which was threatened with collapse, was backfilled with sand. In all the chambers of the Witos complex, local deformation of ceiling rock of varying intensity is observed as well as significant destruction of the side walls of pillars between chambers. No hydrogeological phenomena are observed in the chambers. It has been attempted to solve the problem of stability of the rock mass in this region of the mine by extracting the slag and backfilling with sand, erecting concrete supporting pillars, backfilling the voids with sand, anchoring the ceiling and the side walls, the use of the pillar housing. The methods have either not been applied or hale been proved insufficient to properly protect the excavation situated above. In order to select the optimal securing method, a geomechanical analysis was conducted in order to determine the condition of the chambers with particular emphasis on the pillars between the chambers. The analysis demonstrated the need to backfilling the Witos Chambers in order to improve the strength parameters of the pillars and the cross-level ledge. The next step consisted of selecting the sealing mix and testing how the additional burden and improving the slag strength parameters shall affect the stability of the excavations of the Kazanów mid-level. In order to determine the optimal composition of the backfilling mixtures, formulas of sealing brine slurries have been developed. Laboratory tests were also conducted concerning the strain parameters specifications of slags extracted from the Witos Chamber. Taking into account the slurry tests, and in particular, the density, strength and strain parameters, the optima composition of the sealing mix was selected. The analysis of the results of numerical recalculations demonstrate that even the use of highest-density mixtures, backfilling(sealing) of the Witos Chambers should not cause significant disturbance of the current tension in the surrounding rock mass. The longterm impact of sealing should lead to improvement of the strain levels on the ledges between Level III and Kazanów mid-level chambers. The positive results of applying in the Mine of injection slurries for sealing and stabilizing the rock mass and the construction of the injection node on the surface of the Kosciuszko shaft area have allowed resuming work in the Witos Chambers. The main injection over 1,000 m long pipeline was constructed from the injection node through the Kosciuszko Shaft and along Level III of the mine. The sealing of the Witos Chambers complex was divided into three areas (Fig. 2) separated by backfilling dams. Each region was connected to an injection and venting pipeline, and areas of possible injection material off-flow from backfilling locations were secured. Once that the Chambers are sealed with the use of the pipeline seven bore holes will be drilled from excavations situated above through which the sealing slurry will be administered. The operation will serve to eliminate any voids and re-seal the slag, and it will be conducted until pressures of approximately 0.5 MPa on the bore hole collar is achieved. As past experience indicates, injection slurry formula can be regularly adjusted adequately to the changing geomechanical parameters and the type of sealing work at the Wieliczka Mine. Once that the backfilling and sealing process in the Witos Chambers complex is completed, it shall be necessary to conduct monitoring activities in order to determine the processes occurring in the rock mass after the backfilling. The properties of sealing mixtures qualify those for use in the environment both of salt mines and other mineral ore mines to stabilize the rock mass in the mining-geomechanical context precluding the possibility of weakening the rock mass strength parameters and at the same time sealing the rock mass and the loose material deposited in the excavation.

PL

Kopalnia Soli „Wieliczka” będąca najbardziej znanym i najliczniej odwiedzanym zabytkiem górniczym na świecie wymaga najnowocześniejszych metod zapewniających stabilność górotworu i bezpieczeństwo zwiedzających. Niezwykle ważny ze względów konserwatorskich jak i organizacji ruchu turystycznego jest zespół komór Warszawa-Wisła-Budryk-Lebzeltern-Witos Górny (Fot. 1-3) zlokalizowany na międzypoziomie Kazanów na głębokości 117 m p.p.t. Występujące w tym zespole komór deformacje nieciągłe zniwelowane zostały poprzez kompleksowe zabezpieczenie ich obudową kotwową jednak ich docelowe zabezpieczenie i stabilność warunkowana jest dosadzeniem i doszczelnieniem leżących bezpośrednio pod nimi komór Witos. Zespół komór Witos został w latach 40 i 50. XX wieku podsadzony żużlem z kotłowni kopalnianej. Żużle o ściśliwości 80% nie stanowią podsadzki, która zapewniałaby stabilizację górotworu. Komory zostały wyeksploatowane na początku XIX wieku w solach spizowych łuski centralnej złoża pokładowego. Stan komór Witos Górny, Wisła, Warszawa, Budryk, Lebzeltern jest na ogół dobry. Zachodnia część komory Lebzeltern (Rys. 1) była w stanie zawałowym i z tego względu została podsadzona piaskiem. We wszystkich komorach zespołu Witos obserwuje się lokalne deformacje skał stropowych o różnym natężeniu oraz znaczne niszczenie ociosów filarów międzykomorowych. W komorach nie występują zjawiska hydrogeologiczne. Problem stabilizacji górotworu w tym rejonie kopalni starano się rozwiązać poprzez wybranie żużla i podsadzenie piaskiem, budową podporowych słupów betonowych, dosadzenie pustek piaskiem, kotwienia stropu i ociosów, zastosowanie obudowy podporowej. Metod tych nie zastosowano lub okazały się nieskuteczne dla prawidłowego zabezpieczenia wyrobisk nadległych. W celu wyboru optymalnej metody posłużono się analizą geomechaniczną, której celem było określenie stanu komór ze szczególnym uwzględnieniem filarów międzykomorowych. Na tej postawie stwierdzono konieczność wypełnienia komór Witos w celu poprawy parametrów wytrzymałościowych filarów i półki międzypoziomowej. Kolejnym krokiem był dobór mieszaniny doszczelniającej i sprowadzenie jak dodatkowe obciążenie i poprawa parametrów wytrzymałościowych żużli wpłynie na stateczność wyrobisk międzypoziomu Kazanów. W celu określenia optymalnego składu mieszanin podsadzkowych opracowano receptury solankowych zaczynów doszczelniających. Przeprowadzono również badania laboratoryjne własności parametrów odkształceniowych żużli pobranych z komór „Witos”. Biorąc pod uwagę badania zaczynów, a w szczególności gęstość oraz parametry odkształceniowe i wytrzymałościowe wybrano optymalny skład mieszaniny doszczelniającej. Z analizy wyników ponownych obliczeń numerycznych wynika, że nawet w przypadku stosowania mieszanin o największej gęstości podsadzenie (doszczelnienie) komór Witos nie powinno spowodować istotnego zaburzenia stanu naprężenia panującego w górotworze otaczającym. W dłuższej perspektywie czasowej wpływ doszczelnienia powinien przejawiać się w poprawie stanu naprężenia w półkach pomiędzy poziomem III a komorami międzypoziomu Kazanów. Pozytywne wyniki stosowania w Kopalni zaczynów iniekcyjnych wykorzystywanych do uszczelniania i stabilizacji górotworu oraz budowa na powierzchni w rejonie szybu Kościuszko węzła iniekcyjnego stworzyły warunki do ponownego podjęcia prac w komorach Witos. Od węzła iniekcyjnego poprzez szyb Kościuszko oraz III poziomem kopalni został doprowadzony główny rurociąg iniekcyjny o długości ponad 1000 m. Doszczelniany zespół komór Witos podzielono na trzy pola (Rys. 2) oddzielone tamami posadzkowymi. Do poszczególnych pól doprowadzono rurociągi iniekcyjne i odpowietrzające oraz zabezpieczono miejsca możliwego odpływu iniektu z pól podsadzkowych. Po doszczelnieniu komór rurociągami odwiercone zostanie z wyrobisk nadległych siedem otworów przez które również będzie podawany zaczyn uszczelniający. Podawanie zaczynu otworami będzie miało na celu likwidację ewentualnych pustek i ponowne doszczelnienie żużli, a prowadzone będzie do osiągnięcia ciśnienia ok. 0,5 MPa. Jak wynika z dotychczasowych doświadczeń, receptury zaczynów iniekcyjnych mogą być na bieżąco korygowane adekwatnie do zmiennych w warunkach KS „Wieliczka” parametrów geomechanicznych i rodzaju prac doszczelniających. Po zakończeniu procesów podsadzkowo-doszczelniających w zespole komór „Witos” konieczne jest prowadzenie monitoringu w celu określenia procesów zachodzących w górotworze po zakończeniu podsadzania. Właściwości mieszanin doszczelniających predysponują je do wykorzystania w warunkach kopalni soli jak i innych kopalniach surowców mineralnych celem zarówno stabilizacji górotworu w warunkach górniczo-geomechanicznych wykluczających możliwość osłabienia parametrów wytrzymałościowych górotworu jak i równoczesnego doszczelniania górotworu oraz materiału luźnego zalegającego wyrobiska.