Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Możliwości zastosowania zdalnego systemu monitoringu wgłębnego i powierzchniowego osuwisk w kopalni odkrywkowej węgla brunatnego na podstawie badań wykonanych w KWB Bełchatów w ramach projektu UE RFCS Slopes

Bednarczyk Zbigniew

Przegląd Geologiczny

|

2021

|

Vol. 69, nr 12

785--799

EN

Landslides in Polish opencast lignite mines are a serious problem for the efficiency of exploitation. They can also pose a threat to adjacent areas and the environment, and in some cases even jeopardize the continuity of lignite supplies to power plants. Such phenomena are associated with a number of factors, the most important of which are the geological engineering structure, groundwater conditions, unfavourable strength parameters of clayey soils and their usually relatively steep slopes. Counteracting such a phenomena, caused by mining activity, is usually difficult because of large size of landslides and the depth of exploitation reaching in some cases over 300 m. The paper presents the first application of on-line monitoring in a Polish opencast lignite mine. Performed in the Bełchatów Mine, in situ monitoring was complemented by satellite radar interferometry (PSI), LiDAR airborne laser scanning, and terrestrial laser scanning. Research within the RFCS EU SLOPES project “Smarter Lignite Open Pit Engineering Solutions” was performed by an international consortium from six European countries. In Poland, the research was located mainly on the western slope of the Bełchatów Field. In this area, in the Polish open pit lignite mine, on-line inclinometer, and a pore pressure monitoring system were the first located at the levels of+42 : -58 m a.s.l. Geological engineering investigations included 100 m depth core drilling, index laboratory tests, IL oedometer tests, CIU, CID triaxial tests, and numerical modelling. The total amount of in situ displacement, during the period December 2016-July 2019, reached 290 mm. The largest displacements up to 250 mm were recorded: to a depth of 45 m in the direction of slope inclination, and smaller ones up to 50 mm to a depth of 72.5 m. The displacements were accompanied by a decre ase in pore pressure values by more than 200 kPa. In other parts of the mine and adjacent areas, the satellite radar interferometry detected displacements up to 60 mm/year on the outer slopes of the Szczerców dump. It also allowed identification of the landslide hazard in other areas. Data obtained from in-situ monitoring and laboratory tests on the western slope of the Bełchatów Field were included in numerical modelling using the shear strength reduction method and the limit equilibrium method. This should allow helping for better recognition and warning of the existing hazards in the investigated area.

2

Wstępna analiza zakresu badań geologicznoinżynierskich i problemów związanych z posadowieniem turbin wiatrowych na zwałowiskach nadkładu kopalń odkrywkowych węgla brunatnego - przegląd literatury

Bednarczyk Zbigniew

Górnictwo Odkrywkowe

|

2020

|

R. 61, nr 3

17--25

PL

W artykule przedstawiono wstępny przegląd pozycji literaturowych związanych z badaniami geologiczno-inżynierskimi dla celów posadowienia turbin wiatrowych z uwzględnieniem ich lokalizacji na gruntach zwałowych kopalni węgla brunatnego. Pracę zrealizowano w ramach projektu SUMAD „Zrównoważone wykorzystanie zwałowisk górniczych” finansowanego ze środków Funduszu Badawczego Węgla i Stali UE współfinansowanego przez Ministerstwo Edukacji i Nauki. W polskim prawie budowlanym brak jest norm dotyczących badań podłoża dla turbin wiatrowe. Są one tam określane, jako budowle nietypowe, niezależnie od złożoności warunków gruntowych, których wykonanie lub użytkowanie może stanowić poważne zagrożenie dla użytkowników lub konstrukcje zawierające nowe rozwiązania techniczne niewystępujące w przepisach i niesprawdzone w praktyce krajowej. Obiekty tak scharakteryzowane zaliczane są wg Prawa Geologicznego i Górniczego do trzeciej kategorii geotechnicznej, która wymaga szczegółowych badań geotechnicznych, dokumentacji geologiczno-inżynierskiej oraz projektowania geotechnicznego według norm PN-EN1997-1 EUROKOD 7 i PN-83/B-03020. Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z 2012 r. [11] przedstawia ogólny zakres badań geotechnicznych, które muszą być wykonywane przy projektowaniu fundamentów, w tym turbin wiatrowych. Warunkiem koniecznym tego typu posadowienia jest odpowiednia nośność podłoża, jego stateczność oraz zdolność do przyjmowania różnorodnych obciążeń statycznych i dynamicznych. Duże znaczenie ma również ograniczenie możliwości generowania geozagrożeń i negatywnego wpływu na środowisko. Zwałowiska kopalń odkrywkowych węgla brunatnego są zbudowane z gruntów antropogenicznych cechujących się dużą niejednorodnością i zmienną litologią. Są one zbudowane w przewadze z gruntów ilastych o niskiej wytrzymałości, a grunty piaszczyste o korzystnych parametrach występują podrzędnie. Grunty zwałowe posiadają domieszki substancji organicznych, są podatne na duże osiadanie i mają wysokie ryzyko generowania osuwisk i przemieszczeń, nawet przy małych obciążeniach. Grunty zwałowe o niskiej wytrzymałości nie nadają się do posadowienia turbin wiatrowych. Dlatego duże znaczenie mają reprezentatywne badania geologiczno-inżynierskie zawierające badania terenowe i laboratoryjne w tym testy in-situ i modelowanie, oraz ich korelacja i analiza przez inżyniera geotechnika i projektanta fundamentów w celu sprawdzenie możliwości posadowienia turbiny w określonym miejscu. Typowe badania powinny obejmować 1-2 otwory, około 20-50 m głębokości (w zależności od wysokości turbiny wiatrowej), 1-3 sondowania in-situ w celu określenia parametrów wytrzymałościowych gruntu CPTU, DMT, badanie presjometrem Menarda, sondowanie dynamiczne (w przypadku gruntów niespoistych), badania wytrzymałości na ścinanie, badania in-situ w celu określenia sztywności gruntów w przypadku małych odkształceń (SCPTU, SDMT); pobieranie próbek NNS do badań laboratoryjnych (testy podstawowych parametrów fizycznych gruntu, edometryczne, trójosiowe). Zaawansowane analizy stateczności powinny uwzględniać reprezentatywne parametry wytrzymałościowe gruntu oraz działające na niego siły. Kompleksowe analizy geotechniczne wymagają uwzględnienia geometrii konstrukcji, zmienności przekazywanych naprężeń w czasie, etapów procesu budowlanego oraz wieloaspektowego zachowania się gruntu. Złożoność konstrukcji turbiny wiatrowej i jej praca pod obciążeniami cyklicznymi wymaga przyjęcia reprezentatywnego modelu geotechnicznego gruntu o wiarygodnych parametrach. Przyjęte do analizy fundamentu parametry mechaniczne i odkształceniowe gruntu powinny realistycznie odzwierciedlać jego zachowanie przy zmiennych obciążeniach. Oszacowanie nośności gruntu powinno uwzględniać teorię równowagi granicznej. Znacznie bardziej skomplikowana analiza przemieszczeń konstrukcji turbiny wiatrowej wymaga zastosowania zaawansowanych metod modelowania. Podstawowym problemem projektanta posadowienia jest złożoność interakcji sił cyklicznych i dynamicznych przenoszonych przez fundament na podłoże gruntowe. Właściwie zaprojektowanie przez konstruktora fundamentu lub wzmocnienia podłoża gruntowego powinno gwarantować bezpieczne i ekonomiczne posadowienie. W każdym przypadku należy dokładnie rozważyć możliwość konkretnej lokalizacji w celu eliminacji niebezpiecznych miejsc. W innych konieczne może być podjęcie specjalnych działań w zakresie specjalnych metod posadowienia, wzmocnienia gruntu różnymi technikami lub usunięcia gruntu o niskich parametrach.

EN

he article presents a list of available literature items related to geological-engineering investigations for the foundation of wind turbines, taking into account their foundation on the spoil dumps after lignite mining. The work was carried out on order within the EU project RFCS SUMAD agreement 847227. The work was performed under the SUMAD project entitled: “Sustainable Use of Mining Waste Dumps” financed within Research Found for Coal and Steel and co-financed by Ministry of Education and Research. In Polish Construction Law there are no standards for geological engineering investigations for this type of facility. Wind turbines are referred there as atypical structures, regardless of the complexity of ground conditions, whose construction or use may pose a serious threat to users or structures containing new technical solutions not present in the regulations and not proven in national practice. The objects so characterized are classified, according to the Geological and Mining Law, in the third geotechnical category, which requires detailed geotechnical tests, geological-engineering documentation, and geotechnical design according to the standards PN-EN1997-1 EUROKOD 7 and PN - 83/B – 03020 [4-7]. The Regulation of the Minister of Transport, Construction and Maritime Economy of 2012 [11] presents the general scope of geotechnical tests that must be performed when designing foundations, including wind turbines. The necessary condition for this type of foundation is the representative bearing load capacity of the ground, its stability, and ability to take various static and dynamic loads, limiting the possibility of generating geo-hazards together with a negative impact on the environment. Lignite opencast mine spoil heaps are characterized by high heterogeneity and variable lithology. Apart from the sandy soils with favorable strength parameters, they are mostly built of low strength clayey soils. These soils are prone to high subsidence and have a high risk of generating displacement, even at low loads. Organic low-strength clayey soils are not suitable for the foundation of wind turbines. Therefore, representative geological-engineering studies, field and laboratory tests, and correlation of the obtained test results are very important to check the possibility of its foundation in the specified place. This is required by a geotechnical engineer and foundation designer. Typical investigations should include 1-2 boreholes, approximately 20-50 m depth (depending on the wind turbine height), 1-3 in-situ sounding to determine the strength and stiffness parameters of the soil (CPTU, DMT), dynamic sounding (for non-cohesive soils), vane undrained shear strength tests, in-situ testing to determine the stiffness of soils for small deformations (SCPTU, SDMT); NNS sampling for laboratory testing (index, oedometer, triaxial). Advanced stability analyses should take into account the representative strength parameters of the soil and the forces acting on it from the wind turbine. Complex geotechnical engineering analyses require taking into account the geometry of the structure, variability of transmitted stresses in time, stages of the construction process, and multi-aspect behaviour of the soil. The complexity of the wind turbine structure and its operation under cyclic loads requires the adoption of a representative geotechnical model of the ground with reliable soil parameters. The parameters describing the mechanical and deformation properties of the soil, adopted for the analysis of the foundation, should realistically reflect the behaviour of the soil during variable structural loading. The estimation of the bearing capacity of the soil by analytical methods is performed by civil engineer constructor according to the limit equilibrium theory as a standard. A much more complicated analysis of the wind turbine structure displacement requires the use of advanced modelling methods. The basic designer problem is the complexity of the interaction of cyclic and dynamic forces transmitted by the foundation to the subsoil. Properly designed reinforcement of the subsoil should guarantee the safe and economic foundation of the wind turbines. In each case, the possibility of a specific location should be carefully considered to eliminate dangerous sites. In other cases, it may be necessary to take special measures in terms of special methods of foundation, reinforcement of the soil with various techniques, or removal of soil dump soil with low parameters.

3

Zagrożenia osuwiskowe w polskich odkrywkowych kopalniach węgla brunatnego, przykłady przeciwdziałania oraz możliwości zastosowania zdalnego monitoringu w celu ograniczenia ryzyka

Bednarczyk Zbigniew

Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego

|

2019

|

nr 477

1--20

PL

Osuwiska w kopalniach odkrywkowych węgla brunatnego zmniejszają efektywność eksploatacji i mogą zagrażać środowisku. Przeciwdziałanie jest trudne ze względu na duże objętości osuwisk, prędkości przemieszczeń oraz głębokość eksploatacji. Szczególne znaczenie może mieć monitoring z wykorzystaniem nowoczesnych metod pomiarowych. W celu przedstawienia specyficznych uwarunkowań geologiczno-inżynierskich oraz skali występujących zagrożeń, w pierwszej części artykułu zaprezentowano przykłady osuwisk w największych polskich kopalniach węgla brunatnego oraz metody przeciwdziałania. W drugiej części zaprezentowano rezultaty badań w projekcie UE RFCS Slopes „Inteligentne metody inżynierskie w kopalniach odkrywkowych węgla brunatnego”. W ramach projektu, realizowanego w sześciu krajach europejskich, autor wykonał badania na zachodnim zboczu Pola Bełchatów. W grudniu 2016 r. zainstalowano tam pierwszy w polskiej kopalni odkrywkowej zdalny system monitoringu osuwisk. Zlokalizowana na poziomie 42 m n.p.m. stacja umożliwia monitoring do głębokości 100 m. W ciągu 2,5 roku zaobserwowano przemieszczenia 280 mm do głębokości 45 m. Prace obejmowały wiercenia rdzeniowe, badania podstawowych parametrów fizycznych i wytrzymałościowych gruntów oraz modelowanie numeryczne. Stwierdzono tam niskie wartości Fs = 0,83–1,14. Interferometria satelitarna PSI w wysokiej rozdzielczości wykryła przemieszczenia do 60 mm. Partnerzy projektu Slopes wykonali skanowanie lotnicze LiDAR z użyciem drona oraz naziemne skanowanie laserowe TLS. W podsumowaniu określono możliwości wczesnego ostrzegania oraz uwarunkowania dotyczące zastosowania poszczególnych rodzajów pomiarów monitoringowych.

EN

Landslides in opencast lignite mines reduce mining efficiency and may endanger the environment. It is difficult to counteract them due to its high volumes, the displacement speed and the depth of exploitation. Landslide monitoring with the use of modern measurement methods can be of particular importance. In order to present specific geological-engineering conditions and the scale of hazards, the first part of the paper presents examples of landslides in the largest Polish lignite opencast mines and counteraction methods. The second part describes the results of the EU RFCS Slopes “Smart lignite open-pit engineering solutions”. Within the framework of this project, carried out in six European countries, the author had opportunity to investigate the western slope of the Bełchatów Field. In December 2016, the first on-line landslide monitoring system in a Polish opencast mine was installed there. Located at 42 m a.s.l., the station enables monitoring up to a depth of 100 m. During 2.5 years, displacement of 280 mm to a depth of 45 m was observed. The works included core drillings, studies of basic physical and strength parameters of soils, and numerical modelling. Low values of Fs = 0.83–1.14 were found there. High-resolution PSI satellite interferometry detected displacements of up to 60 mm. Slopes project partners performed also LiDAR aerial drone scanning and TLS ground laser scanning. In summary, early warning capabilities and conditions for the usage of different types of monitoring techniques are presented.

4

Badania geologiczno-inżynierskie karpackich osuwisk fliszowych w rejonie Gorlic (Beskid Niski)

Bednarczyk Zbigniew

Geologos

|

2007

|

Vol. 11

333--346

PL

W artykule przedstawiono przykładowe badania geologiczno-inżynierskie osuwisk w rejonie Gorlic. W ramach projektu „System osłony przeciwosuwiskowej” finansowanego przez pożyczkę z Europejskiego Banku Inwestycyjnego wykonano dokumentacje geologiczno-inżynierskie 19 osuwisk w Karpatach oraz zainstalowano system monitoringu inklinometrycznego, osiadań, poziomu, ciśnienia porowego i temperatury wód gruntowych. Osuwisko w Sękowej niedaleko Gorlic spowodowało zagrożenie dla drogi powiatowej i cechowało się bardzo płytkim występowaniem wód gruntowych. Powstało ono w obrębie trzeciorzędowych gruntów ilastych z przewarstwieniami piaskowców (oligocen). Badania obejmowały wiercenia rdzeniowe z użyciem koronki diamentowej, podwójnym aparatem rdzeniowym, średnicą 132 mm, testy laboratoryjne (podstawowe cechy fizyczne gruntu, edometryczne badania ściśliwości i testy w aparacie skrzynkowym), pomiary geodezyjne GPS-RTK, profilowania georadarowe (GPR), instrumentację oraz projekt stabilizacji osuwiska. Projekt nie zawierał wykonywania monitoringu. Był on jednak na osuwisku w Sękowej (oraz na pozostałych 18 osuwiskach) prowadzony przez autora. Otrzymane wyniki pozwoliły na korektę głębokości występowania osuwiska, precyzyjne określenie powierzchni poślizgu, wielkości oraz kierunku przemieszczeń wgłębnych. Najważniejszym wynikiem tych badań było stwierdzenie, że aktywna powierzchnia poślizgu występuje znacznie płycej niż początkowo stwierdzono w dokumentacji. Dane otrzymane z pomiarów in- klinometrycznych, pomiarów ciśnienia porowego i piezometrycznego poziomu wód gruntowych, uzupełnione pomiarami meteorologicznymi, umożliwiły określenie zależności pomiędzy wartościami obserwowanych przemieszczeń a występującymi warunkami wodnymi i wielkościami opadów. Zostały użyte także do analiz stateczności zbocza i opracowania poprawionego projektu stabilizacji osuwiska, co umożliwiło znaczne ograniczenie kosztu prac stabilizacyjnych. Wykonywane pomiary i obserwacje dotyczyły w miarę suchego 2006 r., który z wyjątkiem rekordowych opadów w czerwcu, odbiegały, m.in. opadami, od normy wieloletniej. Z tego względu celowe jest prowadzenie dalszych pomiarów, przez wystarczająco długi okres (co najmniej 2-3 lata), co pozwoli na określenie związków między warunkami okresów bardziej wilgotnych i dynamiką wszystkich 19 osuwisk.

EN

In the paper exemplar landslide geotechnical investigation in Gorlice region are presented. Inside the Landslide Counteraction Project financed by the loan from European Investment Bank, geotechnical documentation and instrumentation on 19 landslides in Carpathian Mountains were performed. Monitoring network were consist of ground movement, settlement pore pressure, groundwater level and water temperature monitoring. Sękowa Landslide, near the city of Gorlice, caused threats for public and was characterized by the shallow groundwater level. Landslide is formed in trietiary flysch claystones and sandstone deposits. Investigations included 132 mm diameter core drillings, sampling, ground penetration radar scanning (GPR), laboratory tests (index, oedometer, direct shear tests), GPS-RTK profiling and landslide instrumentation. For Sękowa landslide and other landslides monitoring were not included in the project however was realized and financed by the author. Results of this investigations allowed sliding surface and observed ground movement detection. The most important finding was precise localization of the sliding zone which was found to be shallower than estimated by the drillings in geotechnical documentation. Inclinometer, water level and pore pressure monitoring allowed to were very useful for predicting the geodynamic activity and was used for landslide stabilization project. Project didn’t included monitoring measurements however on the Sękowa landslide and others 18 landslides measurements were be performed by the author. Results allowed landslide depth correction and precise detection of the sliding surfaces, ground movement rate and direction. The most important findings was that observed active geodynamic processes occurred shallow that it was described in geotechnical documentation. Inclinometer, pore pressure and groundwater level data together with meteorological monitoring allowed to find correlations between ground movements and groundwater conditions. Received data was included in slope stability analysis and revised landslide stabilization project what allowed for significantly reduction of counteraction costs. Monitoring measurements were during relatively dry period of the 2006 year except June when precipitation was very high. For these reasons it is recommended to perform future monitoring in enough long period of time (minimum 2-3 years) what should allow finding correlations between more humid periods and geodynamical processes on every from 19 landslides.