Zabezpieczenie wyrobiska odkrywkowego

W sytuacji projektowania i wykonywania wykopów czy nasypów, należy przewidzieć wszystkie możliwe zagrożenia wynikające z realizacji zamierzonego projektu. Do zabezpieczania skarp i zboczy stosuje się środki przeciwosuwiskowe, które polegają na usunięciu przyczyn bezpośrednio wywołujących zjawisko osuwiska. Wymagają one znajomości czynników wpływających na powstanie i rozwoju osuwisk, do których zalicza się (Choi i in., 2013; Kansas Geological Survey, 1999; Kowalski, 1988):

 czynniki wynikające z procesów geodynamicznych oraz wynikające z prowadzenia robót inżynierskich i oddziaływania istniejących obiektów budowlanych: może to być podcięcie zbocza przez erozję, albo głębokie zwietrzenie i rozluźnienie warstw tworzących zbocze lub przeciążenie zbocza wodą pochodzącą z opadów deszczowych albo śniegiem,

 czynniki związane z działalnością człowieka, szczególnie budowlaną. Są to m.in. obciążenia dynamiczne zbocza spowodowane pracą maszyn, robotami strzałowymi, ruchem pociągów i pojazdów mechanicznych, wbijaniem pali, ścianek szczelnych,

podcięciem dolnej części zbocza przez wykop fundamentowy lub drogowy, obciążeniem budowlą terenu powyżej górnej krawędzi zbocza.

Często wszystkie te czynniki współdziałają razem. Mogą też działać takie czynniki naturalne jak trzęsienie ziemi, współczesne ruchy skorupy ziemskiej. Najczęściej główną, bezpośrednią przyczyna powstawania osuwisk bądź zagrożenia stateczności skarpy i zbocza są nieuregulowane stosunki wodne panujące w gruntach budujących zbocze, skarpy. Ogólne środki przeciwdziałania osuwiskom podzielić można na dwie grupy (Rogers, 2014; Kowalski, 1988):

 środki bierne (ochronne) polegają na niedopuszczaniu do pogorszenia aktualnego stanu zbocza. Składają się one z wielu zakazów np. zraszania upraw rolnych na zboczu, podcinania skarp skłonnych do przemieszczenia, stosowania materiałów wybuchowych czy prowadzenia robót górniczych itd. Zastosowanie biernych środków nie wymaga znacznych kosztów materialnych, ale należy zauważyć, że ich zastosowanie może się odbić na efektywności ekonomicznej innych inwestycji np. zakaz stosowania materiałów wybuchowych na kosztach eksploatacji górniczej itd.;  czynne środki wymagające bardziej szczegółowego rozpoznania warunków

inżyniersko-geologicznych. Jako czynne środki przeciwdziałania ruchom skarp i zboczy stosuje się przede wszystkim:

 sposoby zmierzające do wyeliminowania bądź też osłabienia procesów bezpośrednio wywołujących powstawanie osuwisk: rekultywacja (zalesienie, zwałowisko zewnętrzne), drenaże wgłębne, drenaże powierzchniowe,

 sposoby mające na celu zmniejszenie naprężeń lub zwiększenie wytrzymałości za pomocą podpór przeciwstawiających się przemieszczeniu skarp i zboczy: przebudowanie zbocza, zmiana kształtu zbocza, budowa ścian i murów oporowych, wzmocnienie palami, szpilkami i kotwami,

 sposoby zmierzające do zmiany stanu fizycznego utworów tworzących zbocze: elektrochemiczne wzmacniania gruntów, elektroosmotyczne odwodnienie, cementacja i mrożenie jako zabezpieczenie tymczasowe.

Monitoring

Podstawowym zadaniem monitoringu jest wczesne i jednoznaczne wykrywanie oraz identyfikowanie możliwości wystąpienia potencjalnych zagrożeń osuwiskowych, przede wszystkim tych o charakterze wielkoskalowym. Zbyt późne zdiagnozowanie uniemożliwia skuteczne działanie zapobiegające osuwiskom, które mogą stanowić poważne zagrożenie dla dolnych frontów wydobywczych i infrastruktury technicznej odkrywki (Marr, 2013; Dunnicliff i in., 2012; Eberhardt i Stead, 2011).

Wyciągane wnioski z zaistniałych i opisanych wielu zdarzeń osuwiskowych oraz znajomość obecnych technologii pomiarowych wskazują na potrzebę posiadania nowoczesnego systemu wczesnego ostrzegania, który pozwoliłby na wykrycie podobnych zjawisk i umożliwiłoby podjęcie skutecznych działań profilaktycznych lub naprawczych w odpowiednim czasie. Monitoring zawierający systemy wczesnego ostrzegania przed wielkoprzestrzennymi zagrożeniami osuwiskowymi jest, więc jednym z niezbędnych elementów technologicznych pozyskiwania surowców metodą odkrywkową.

W projektowaniu skarp i zboczy monitoring jako ważny składnik procesu technologicznego posiada następujące zadania:

 utrzymanie bezpieczeństwa procesu wydobywczego

 dostarczanie ostrzeżeń o poziomie zagrożenia utraty stateczności,

 dostarczenie dodatkowych informacji geotechnicznych dotyczących zachowania skarp i zboczy.

W ramach monitoringu osuwisk powinny być uwzględniane (www.pgi.gov.pl)  powierzchnia terenu i zjawiska geologiczne,

 analiza przemieszczeń osuwisk - np. monitoring przemieszczenia leżącego głęboko za pomocą otworów wiertniczych może bezpośrednio pokazać właściwość deformacji wielowarstwowych,

 ciśnienie wód gruntowych i właściwości hydrochemiczne wód - większość osuwisk jest w zamkniętym układzie związanym z wpływem wód gruntowych. Dane z monitoringu ciśnienia wód gruntowych, zawartości wody w gruntach i w szczelinach

 rejestrowanie drgań sejsmicznych - mierzy intensywność i właściwości sygnału fal zwalniających przez deformację i zniszczenia górotworu,

 stan naprężenia - pokazuje intensywność deformacji i ułatwia analizy w rozwoju deformacji wraz z danymi innego monitoringu,

 woda powierzchniowa z opadów deszczowych i rzek lub potoków – zmienia poziomu wody powierzchniowej i poziom wody podziemnej. W wielu przypadkach woda była głównym powodem doprowadzenia do wystąpienia osuwisk,

 czynniki meteorologiczne - dotyczy opadów deszczu, śniegu, wytopienie śniegu, temperatura powietrza i parowanie wody. Dane są wykorzystane do wczesnego ostrzegania,

 działalność człowieka - konstrukcje inżynierskie, produkcja i działalność mają wpływ na środowisko takie jak zmiana poziomu wód przez zużycie wody, przeciek wody i wypływ wody odpadowej itd.

Monitoring osuwisk obejmuje (Widzyk-Capehart i in., 2016; Read i in., 2013; Dunnicliff i in., 2012; Dunnicliff, 2012):

 zwykłą obserwację zjawisk geologicznych na powierzchni - dzięki kontroli zmian na powierzchni terenu takich jak występowanie i rozwój szczelin w ziemi, pochylenie domów i drzew, zmiany wypływu źródeł wody można śledzić różne objawy rozwoju osuwisk,

 monitoring powierzchniowy - oparty jest na systemie punktów geodezyjnych rozmieszczonych na osuwisku, dla których wykonuje się cykliczne pomiary GPS. Inne nowoczesne narzędzia monitoringu powierzchniowego to: metody teledetekcyjne, w tym interferometria satelitarna oraz naziemny i lotniczy skaning laserowy. Otrzymane w wyniku laserowego skanowania lotniczego zdjęcia służą do opracowywania Numerycznego Modelu Pokrycia Terenu i Numerycznego Modelu Terenu (Espinoza i in., 2014; Raghu i in., 2006; Mawell, 2014; Hawley i in., 2009). Szczególnie cenny dla specjalistów jest ten ostatni, gdyż przedstawia powierzchnię ziemi bez pokrycia roślinnością i infrastrukturą, stąd możliwa jest dokładna analiza najmniejszych pofałdowań gruntu i tworzących się szczelin, które mogą świadczyć o dynamice ruchów masowych. Powtórzenie skaningu lotniczego pozwoli na ocenę tempa rozwoju osuwiska i znacznie skróci badania

wykonywanych pomiarów, co przekłada się na możliwość częstszych cyklów pomiarowych, większy poziom szczegółowości i jednoznaczność pomiarów. Dodatkową cechą tej technologii jest dokonywanie pomiarów w miejscach niedostępnych i niebezpiecznych,

 monitoring wgłębny - bazuje na pomiarach wykonywanych sondą inklinometryczną w otworach wiertniczych na różnych głębokościach (rys. 4.4). Wspomagany jest pomiarami głębokości zwierciadła wody gruntowej w otworach piezometrycznych. Wyniki monitoringu dostarczają przede wszystkim informacji o aktualnej aktywności osuwiska oraz wielkości przemieszczeń na powierzchni terenu i w głębi. Na podstawie danych z monitoringu oraz badań geofizycznych otrzymujemy model budowy geologicznej osuwiska z aktywnymi i nieaktywnymi powierzchniami poślizgu, miąższością koluwiów oraz poziomem zwierciadła wód gruntowych (Maghsoudi i Kalantari, 2014; Wanik, 2012; Machan i Bennett, 2008; Stark i Choi, 2007).

Rysunek 4.4. Przykładowy schemat i zasada wykonywania pomiaru w kolumnie inklinometrycznej (Wanik, 2012)

Aby monitoring osuwiska dostarczał rzetelnych i wiarygodnych informacji konieczne są: odpowiedni dobór metod pomiarowych, odpowiednie rozmieszczenie punktów pomiarowych oraz właściwa analiza otrzymanych wyników. Poprawna analiza danych uzyskanych z monitoringu powierzchniowego i wgłębnego wsparta informacją o wielkości

górniczych jest nierozłącznie związane z prognozowaniem możliwości wystąpienia osuwisk. Jednak całkowite wyeliminowanie osuwisk na zboczach i skarpach jest praktycznie niemożliwe ze względu na niedoskonałość prognozowania zagrożeń i uwarunkowania technologiczne. Należy skorzystać z zebranych doświadczeń, wytycznych, koncepcji naukowych oraz możliwych nowoczesnych technologii najpierw, do rozpoznania i prognozowania a potem, do zapobiegania i likwidacji zagrożeń by ograniczyć skutki strat.

4.3. Udostępnienie złoża węgla kamiennego dla eksploatacji podziemnej