P O L S K I E J A K A D E M I I N A U K — K R A K Ó W
S TUDIA , R OZPRAWY , M ONOGRAFIE 184
Zenon Pilecki
UZDATNIENIE POD£O¯A AUTOSTRADY A-1 NA TERENACH POGÓRNICZYCH P£YTKIEJ EKSPLOATACJI RUD METALI
WYDAWNICTWO INSTYTUTU GOSPODARKI SUROWCAMI MINERALNYMI I ENERGI¥ PAN • KRAKÓW • 2014
KOMITET REDAKCYJNY
prof. dr hab. in¿. Eugeniusz Mokrzycki (redaktor naczelny serii) dr hab. in¿. Lidia Gawlik (sekretarz redakcji), prof. IGSMiE PAN
dr hab. in¿. Zenon Pilecki, prof. IGSMiE PAN dr hab. in¿. Wojciech Suwa³a, prof. IGSMiE PAN
dr hab. in¿. Alicja Uliasz-Bocheñczyk
RECENZENCI
prof. dr hab. in¿. Henryk Marcak prof. dr hab. in¿. Rafa³ Wiœniowski
Praca zrealizowana w ramach badañ statutowych Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energi¹ PAN
ADRES REDAKCJI
31-261 Kraków, ul. Józefa Wybickiego 7 tel. 12-632-33-00, fax 12-632-35-24
Redaktor Wydawnictwa: mgr Danuta Nikiel-Wroczyñska Redaktor techniczny: Barbara Sudo³
Opracowanie graficzne rysunków i fotografii: Szymon Cielesta
©
Copyright by Zenon Pilecki©
Copyright by Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energi¹ PANPrinted in Poland Kraków 2014 ISSN 1895-6823 ISBN 978-83-62922-29-1
Podstawowe pojêcia ... 5
1. Wprowadzenie ... 7
2. Ogólne informacje o autostradzie A-1 na odcinku od wêz³a Pyrzowice do wêz³a Maciejów .. 9
3. Charakterystyka warunków geologicznych ... 11
3.1. RzeŸba terenu ... 11
3.2. Hydrografia ... 11
3.3. Zagospodarowanie powierzchni ... 12
3.4. Budowa geologiczna ... 12
3.5. Tektonika i parametry przestrzenne masywu skalnego ... 13
3.6. Warunki hydrogeologiczne ... 13
4. Charakterystyka p³ytkiej eksploatacji z³ó¿ rud metali ... 16
4.1. Wprowadzenie ... 16
4.2. Charakterystyka p³ytkiej eksploatacji z³ó¿ rud metali ... 16
4.3. Ogólna charakterystyka zagro¿enia deformacjami nieci¹g³ymi na terenie p³ytkiej eksploatacji z³ó¿ rud metali w niecce bytomskiej ... 17
5. Analiza zagro¿enia deformacjami nieci¹g³ymi na terenie p³ytkiej eksploatacji rud metali dla potrzeb uzdatniania pod³o¿a autostrady A-1 ... 21
5.1. Wprowadzenie ... 21
5.2. Charakterystyka przyczyn i wielkoœci deformacji nieci¹g³ych na terenach eksploatacji rud metali ... 23
5.3. Analiza zagro¿enia powierzchni terenu deformacjami nieci¹g³ymi na terenach p³ytkiej eksploatacji rud metali ... 27
5.3.1. Informacja o katalogu deformacji nieci¹g³ych ... 27
5.3.2. Analiza zagro¿enia powierzchni terenu deformacjami nieci¹g³ymi archiwalnymi przed budow¹ autostrady A-1 ... 28
5.3.3. Analiza zagro¿enia powierzchni terenu deformacjami nieci¹g³ymi w czasie jej budowy i dotychczasowej eksploatacji ... 33
5.4. Klasyfikacja zagro¿enia deformacjami nieci¹g³ymi na terenach p³ytkiej eksploatacji z³ó¿ rud metali ... 36
6. Metodyka uzdatniania pod³o¿a na terenach p³ytkiej eksploatacji zagro¿onych deformacjami nieci¹g³ymi ... 41
6.1. Wprowadzenie ... 41
6.2. Wykonywanie otworów kontrolno-iniekcyjnych ... 43
6.3. Rozpoznanie pustek i stref rozluŸnieñ w s¹siedztwie otworu kontrolno-iniekcyjnego .. 45
6.3.1. Wprowadzenie ... 45
6.3.2. Rozpoznanie georadarem otworowym ... 46
6.3.3. Rozpoznanie kamer¹ otworow¹ ... 47
6.4. Metodyka uzdatnienia pod³o¿a metod¹ iniekcji otworowej ... 48
6.4.1. Podsadzanie pustek i stref rozluŸnieñ w górotworze w rejonie anomalii geofizycznej ... 48
6.4.2. Podsadzanie pustek i stref rozluŸnieñ w szybach i szybikach oraz likwidacja ujawnionych zapadlisk ... 54
6.4.3. Uzdatnienie pod³o¿a w rejonie obiektów mostowych oraz w strefach uskokowych ... 56
6.4.4. Dobór materia³ów podsadzkowych ... 56
6.4.5. Oszacowanie objêtoœci materia³u podsadzkowego ... 58
6.4.6. Inne sposoby uzdatniania pod³o¿a ... 59
6.4.7. Sposób kontroli jakoœci podsadzania pustek ... 59
6.4.8. Za³o¿enia projektu technologicznego uzdatniania pod³o¿a ... 60
6.4.9. Sposób opracowania dokumentacji powykonawczej ... 61
7. Za³o¿enia monitorowania zagro¿enia wyst¹pieniem deformacji nieci¹g³ych na autostradzie A-1 ... 62
7.1. Wprowadzenie ... 62
7.2. Za³o¿enia dla opracowania systemu monitorowania zagro¿enia deformacjami autostrady A-1 ... 63
7.3. Za³o¿enia dla systemu likwidacji awarii autostrady ... 66
8. Podsumowanie ... 69
Za³¹czniki ... 73
Literatura ... 111
Uzdatnienie pod³o¿a autostrady A-1 na terenach pogórniczych p³ytkiej eksploatacji rud metali – Streszczenie ... 113
The treatment of the A-1 motorway basement in post-mining areas of shallow metal ores exploitation – Abstract ... 115
Badania geofizyczne – badania metodami geofizycznymi – w pracy: grawimetryczn¹, georadarow¹, sejsmiczn¹ i elektrooporow¹ – maj¹ce na celu rozpoznanie procesów zapadliskowych oraz ocenê jakoœci wykonania podsadzenia.
Badania w³aœciwoœci technologicznych zaczynu – badania laboratoryjne parametrów za- czynów wi¹¿¹cych, maj¹cych decyduj¹cy wp³yw na jakoœæ i skutecznoœæ prac iniek- cyjnych [9].
Materia³y podsadzkowe – materia³y projektowane do podsadzenia pustek i stref rozluŸ- nieñ – zaczyny cementowo-popio³owe, œrodki chemiczne na bazie zwi¹zków organi- cznych poliuretanowych lub ¿ywic, kruszywo mineralne.
Otwór kontrolny lub kontrolno-iniekcyjny – otwór wykonany metod¹ wiertnicz¹, odpo- wiednio uzbrojony, umo¿liwiaj¹cy bezpieczne i skuteczne przeprowadzenie prac iniek- cyjnych i/lub uœciœlenia rozpoznania po³o¿enia pustek i stref rozluŸnieñ metod¹ geo- radaru otworowego i kamer¹ otworow¹.
P³ytka eksploatacja górnicza – eksploatacja górnicza na g³êbokoœci do 100 m.
Prace uzdatniaj¹ce – zespó³ czynnoœci, maj¹cych na celu uszczelnienie i wzmocnienie pod³o¿a budowlanego poprzez mo¿liwie szczelne wype³nienie wszystkich pustek i stref rozluŸnieñ stwierdzonych metodami geofizycznymi i otworami kontrolnymi przy zasto- sowaniu zaczynów wi¹¿¹cych i œrodków chemicznych lub likwidacjê dostêpnych z po- wierzchni terenu pustek materia³em zasypowym (kruszywem) wzmocnionym zaczynem wi¹¿¹cym lub w wyniku zastosowania dodatkowych metod: wibracyjnych, wybucho- wych lub zabudowy p³yt ¿elbetowych przykrywaj¹cych szyby i szybiki lub wzmocnienia pod³o¿a kolumnami ¿wirowymi.
Prace geodezyjne – wytyczenie metodami geodezyjnymi zaprojektowanych otworów kon- trolnych, punktów pomiarów geofizycznych oraz innych obiektów maj¹cych zwi¹zek z pracami uzdatniaj¹cymi pod³o¿e.
Prace iniekcyjne – mo¿liwie szczelne wype³nienie pustek i stref rozluŸnieñ w górotworze udostêpnionych otworami za pomoc¹ zaczynu wi¹¿¹cego lub œrodków chemicznych wt³aczanych pod ciœnieniem za pomoc¹ specjalnej instalacji [12].
Silna anomalia geofizyczna – anomalne zmiany pomierzonej wielkoœci geofizycznej wska- zuj¹ce na du¿e prawdopodobieñstwo wystêpowania pustek i stref rozluŸnieñ. Na ogó³ Ÿród³o anomalii jest rozpoznane co najmniej dwoma metodami geofizycznymi.
S³aba anomalia geofizyczna – anomalne zmiany pomierzonej wielkoœci geofizycznej wska- zuj¹ce na przypuszczaln¹ lokalizacjê pustek i stref rozluŸnieñ, lecz z uwagi na du¿¹ nie- pewnoœæ wyników pomiarów wymaga dodatkowej weryfikacji za pomoc¹ innej metody.
Strefa os³abienia – strefa os³abionych w³aœciwoœci górotworu zwi¹zana, w przypadku specyfiki deformacji nieci¹g³ych na terenach pogórniczych i górniczych, z wystêpo- waniem pustek i stref rozluŸnieñ pochodzenia górniczego.
WskaŸnik RQD – wskaŸnik spêkania rdzenia wiertniczego obliczony metod¹ Deere w odcinkach 1 m.
Wspó³czynnik wodny (w/s) – stosunek masy wody zarobowej do masy cementu i masy wype³niaczy.
Zat³aczanie grawitacyjne – zat³aczanie sporz¹dzanego zaczynu pod wp³ywem jego ciê¿aru.
Zat³aczanie ciœnieniowe – zat³aczanie sporz¹dzanego zaczynu pod dozwolonym ciœnieniem za pomoc¹ agregatu pompowego.
Zabiegi dot³aczaj¹ce – zat³aczanie uzupe³niaj¹ce zaczynu wi¹¿¹cego.
Zaczyn cementowo-popio³owy – mieszanina cementu, wody zarobowej i popio³ów lotnych lub fluidalnych, ewentualnie dodatków chemicznych lub mineralnych stabilizuj¹cych jego w³aœciwoœci, o ustalonym wspó³czynniku w/s, dobrze przet³aczanym w czasie, potrzebnym do wykonania zabiegu podsadzania, daj¹cym po stwardnieniu materia³ (tworzywo) nieprzepuszczalny o wytrzyma³oœci co najmniej 3 MPa.
6
W pracy omówiono problematykê uzdatnienia pod³o¿a na trasie autostrady A-1 na odcinku od wêz³a Pyrzowice do wêz³a Maciejów realizowanej w latach od sierpnia 2009 do czerwca 2012 (za³. 1, 2, 3). Tereny zajête pod autostradê na wielu odcinkach s¹ zagro¿one deformacjami nieci¹g³ymi w zwi¹zku z dokonan¹ p³ytk¹ eksploatacj¹ z³ó¿ rud metali i g³êbok¹ eksploatacj¹ pok³adów wêgla prowadzon¹ do chwili obecnej w kilku rejonach w pobli¿u Bytomia i Piekar Œl¹skich (za³. 4, 7).
G³ówn¹ przyczyn¹ zagro¿enia wyst¹pieniem deformacji nieci¹g³ych na powierzchni omawianego terenu jest p³ytka, historyczna dzia³alnoœæ górnicza na g³êbokoœci do kilku- dziesiêciu metrów, nie przekraczaj¹cej 70 m. Pozostawione w górotworze pustki i strefy rozluŸnieñ s¹ przyczyn¹ rozwoju procesów zapadliskowych w wyniku oddzia³ywania wielu czynników geologicznych, górniczych i antropogenicznych na powierzchni terenu.
Istotnym problemem w uzdatnieniu pod³o¿a jest efektywnoœæ rozpoznania stref z roz- winiêtymi procesami zapadliskowymi. W tym celu wykorzystywane s¹ ró¿ne metody ba- dawcze – geofizyczne i geologiczno-in¿ynierskie. Skutecznoœæ identyfikacji pustek i stref rozluŸnieñ w górotworze jest podstawowym warunkiem mo¿liwie skutecznej ich likwidacji.
Na ogó³ prace uzdatniaj¹ce realizowane s¹ metodami iniekcji otworowej, lecz w niektórych warunkach wykorzystuje siê innego rodzaju metody, takie jak: wibrowanie, ubijanie, odpa- lanie materia³ów wybuchowych, zasypywanie kruszywem mineralnym, czy przykrywanie p³ytami ¿elbetowymi w przypadku wylotów szybów i szybików.
G³ównym celem pracy jest przedstawienie metodyki uzdatnienia pod³o¿a na trudnych terenach zagro¿onych deformacjami nieci¹g³ymi na bazie doœwiadczeñ pozyskanych przy uzdatnieniu pod³o¿a autostrady A-1 (rozdz. 6). Metodyka ta mo¿e jednak znaleŸæ zastoso- wanie w podobnych warunkach geologiczno-in¿ynierskich i w najbardziej ogólnym ujêciu, sk³ada siê trzech podstawowych etapów:
— wykonania wierceñ kontrolnych w miejscach rozpoznanego zagro¿enia metodami geofizycznymi w celu okreœlenia po³o¿enia i wielkoœci pustek i stref rozluŸnieñ w górotworze,
— wype³nienia pustek i stref rozluŸnieñ metod¹ iniekcji otworowej w celu uszczelnienia i wzmocnienia górotworu lub w razie potrzeby inn¹ metod¹,
— kontroli jakoœci podsadzenia metodami geofizycznymi.
W pracy zebrano i uporz¹dkowano informacje o udokumentowanych deformacjach nieci¹g³ych, zaistnia³ych przed budow¹ autostrady (za³. 5), jak i w trakcie budowy (za³. 6),
w tym sprowokowanych przez prace profilaktyczne. Katalog ten zawieraj¹cy dane 178 zja- wisk jest cenn¹ statystyczn¹ informacj¹ o parametrach deformacji nieci¹g³ych w warunkach geologicznych i górniczych niecki bytomskiej (za³. 8, 9).
W rozdziale 4 przedstawiono now¹ klasyfikacjê typów deformacji nieci¹g³ych wystê- puj¹cych na terenie pogórniczym w niecce bytomskiej. Klasyfikacja ta zosta³a opracowana na podstawie zjawisk zarejestrowanych na etapie projektowym i realizacyjnym jak i do- tychczasowej eksploatacji autostrady A-1 oraz zebranych innych doœwiadczeñ [26].
Natomiast w rozdziale 5 zamieszczono klasyfikacjê zagro¿enia deformacjami nieci¹g-
³ymi na terenach p³ytkiej eksploatacji z³ó¿ rud metali lub pok³adów wêgla jako uzupe³nienie klasyfikacji opracowanej przez Pileckiego i Kotyrbê [7].
Praca powsta³a na podstawie dotychczasowych doœwiadczeñ autora zebranych w trakcie realizacji zadañ zwi¹zanych z uzdatnianiem pod³o¿a autostrady A-1 [6, 14, 15, 22, 23]
przy wspó³pracy z pracownikami takich instytucji naukowo-badawczych i firm jak Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energi¹ PAN, G³ówny Instytut Górnictwa, Aka- demia Górniczo-Hutnicza, Transprojekt Kraków – Sweco InfraProjekt, ComplexProjekt sp z o.o., Zak³ad In¿ynieryjny Georem, Geoprojekt Œl¹sk, PHU Geopol i BGG Geoservice, Geocarbon sp. z o.o., Geopartner sp. z o.o., Krystal, PPHU „GEO-WARM, BOG Bohr-und Umwelttechnik GmbH, Hups Mining sp. z o.o. i by³ych Zak³adów Górniczo-Hutniczych
„Orze³ Bia³y” oraz przy wspó³pracy z g³ównymi wykonawcami autostrady A-1: firmami Budimex SA i Dragados SA oraz inwestorem Generaln¹ Dyrekcj¹ Dróg Krajowych i Au- tostrad Oddzia³ w Katowicach oraz realizacji licznych projektów dotycz¹cych zagro¿enia deformacjami nieciag³ymi na terenach górniczych i pogórniczych [7, 10, 20, 21, 24, 25, 26].
8
na odcinku od wêz³a Pyrzowice do wêz³a Maciejów
Opis opracowano na podstawie informacji zamieszczonych w materia³ach do decyzji o œrodowiskowych uwarunkowaniach, czerwiec 2007 r. [6].
Odcinek autostrady A-1 od wêz³a „Pyrzowice” do wêz³a „Maciejów” na terenie woje- wództwa œl¹skiego jest fragmentem trasy Gdañsk–Toruñ–£ódŸ–Piotrków Trybunalski–
–Czêstochowa–Gliwice–Gorzyczki – granica pañstwa (Ostrawa). D³ugoœæ tego odcinka wynosi oko³o 35 km (za³. 1).
Stan prawny:
— wskazanie lokalizacyjne Ministra Spraw Wewnêtrznych i Administracji nr 9/99 z dn.
31.12.1999 r. odc. £ódŸ (Tuszyn)–Gorzyczki,
— decyzje lokalizacyjne Wojewody Œl¹skiego dla odcinków:
– WoŸniki–Piekary Œl. decyzja RR-AU.II/JH/5344/1-5/05 z dnia 27.09.2005 r.
– Piekary Œl.–Maciejów decyzja RR-AU.II/JH/5344/1-6/05 z dnia 27.09.2005 r.
Autostrada przebiega przez szeœæ jednostek administracyjnych woj. œl¹skiego:
— pow. bêdziñski gm. Bobrowniki,
— m. Piekary Œl¹skie (na prawach powiatu),
— m. Bytom (na prawach powiatu),
— pow. tarnogórski gm. Zbros³awice,
— m. Zabrze (na prawach powiatu),
— m. Gliwice (na prawach powiatu).
Podstawowe parametry autostrady A1 s¹ nastêpuj¹ce:
— prêdkoœæ projektowa: 120 km/h i 100 km/h w terenach zabudowanych,
— liczba pasów ruchu: 2 × 2,
— szerokoœæ pasa ruchu: 2 × 3,75 m,
— szerokoœæ pasa dziel¹cego: 12,50 m,
— szerokoœæ pasa awaryjnego: 3,00 m.
Autostrada jest poprowadzona przez tereny eksploatacji górniczej:
— Aktualna i historyczna eksploatacja g³êboka pok³adów wêgla – na ca³ej d³ugoœci odcinka przebiegaj¹cego przez miasta Piekary Œl¹skie i Bytom wystêpuj¹ obszary wp³ywów górniczych, objête eksploatacj¹ pok³adów wêgla kamiennego.
— Historyczna eksploatacja p³ytka rud metali – autostrada przebiega na odcinku oko³o 11,5 km przez tereny zagro¿one deformacjami nieci¹g³ymi, g³ównie w rejonie miasta
Bytomia i Piekar Œl¹skich i w mniejszym stopniu w rejonie miejscowoœci Mysz- kowice, Siemionia i Stolarzowice.
Na opisywanym odcinku autostrady wystêpuj¹ nastêpuj¹ce obszary chronione:
— stanowiska archeologiczne – œlady osadnictwa siêgaj¹ce okresu œredniowiecza, a na- wet epoki kamiennej, przeznaczone przez s³u¿by konserwatorskie czêœciowo do badañ sonda¿owych, czêœciowo do konsultacji z konserwatorem,
— tereny zabudowy mieszkaniowej – rozbiórki na terenie gminy Bobrowniki, w Pieka- rach Œl¹skich, w Bytomiu i na terenie gminy Zbros³awice – ogó³em oko³o 200 bu- dynków mieszkalnych i gospodarczych,
— lasy: Nadleœnictwo Œwierklaniec, Nadleœnictwo Brynek, Nadleœnictwo Brynek na d³ugoœci oko³o 7,5 km,
— Podziemia Tarnogórsko-Bytomskie – jest to obszar objêty europejskim systemem Natura 2000, znajduj¹cy siê pomiêdzy Bytomiem i Tarnowskimi Górami. Autostrada przecina ten teren dwukrotnie, w sumie na d³ugoœci oko³o 1,5 km. Jest to system unikalnych podziemnych wyrobisk, które powstawa³y od XII do XX wieku i s¹ pozosta³oœci¹ po trwaj¹cym przez kilka wieków górnictwie rud metali. W licznych sztolniach i szybach znalaz³o schronienie wiele gatunków nietoperzy. Zachowany obszar jest najbardziej rozleg³ym systemem podziemnym w Polsce. Wnêtrze charak- teryzuje siê zró¿nicowaniem mikroklimatycznym, wa¿nym dla hibernacji 10 ga- tunków nietoperzy. Podjête próby okreœlenia liczebnoœci zimuj¹cych tu nietoperzy pozwoli³y na stwierdzenie, ¿e wystêpuje tu ponad 6000 osobników. Stawia to ten system podziemny jako drugi pod wzglêdem liczebnoœci zimuj¹cych nietoperzy w Polsce. Jednoczeœnie jest to najwiêksze zimowisko gacka brunatnego. Autostrada A-1 przebiega po po³udniowych krañcach tego obszaru i w wystêpuj¹cych w tym rejonie szybach, zimowisk nietoperzy nie stwierdzono.
10
Opis przygotowano na podstawie informacji zamieszczonych w dokumentacjach ge- ologiczno-in¿ynierskich i hydrogeologicznych opracowanych przez „Geoprojekt Œl¹sk”, PHU „Geopol” i BGG „Geoservice” [6] oraz informacji zawartych w pracach [1, 2, 3, 11].
3.1. RzeŸba terenu
Omawiany odcinek autostrady A-1 przebiega przez prowincjê Wy¿yny Polskie oraz podprowincjê Wy¿yn Œl¹sko-Krakowskich. W obrêbie Wy¿yn Œl¹sko-Krakowskich trasa przebiega przez makroregion Wy¿yna Œl¹ska, w obrêbie której wyró¿niæ mo¿emy Garb Tarnogórski i Wy¿ynê Katowick¹. Na odcinku mezoregionu Garb Tarnogórski autostrada przebiega przez P³askowy¿ Twardowicki, nastêpnie Kotlinê Józefki, ponownie przez po³ud- niowo-zachodni¹ czêœæ P³askowy¿u Twardowickiego (Wzgórza Bobrownickie), nastêpnie trasa biegnie w obni¿eniu Szarleja–Brynicy, a na dalszym odcinku po obszarze podregionu Wy¿yny Katowickiej–P³askowy¿u Bytomsko-Katowickiego, w obrêbie tzw. Wy¿yny Mie- chowickiej.
3.2. Hydrografia
Omawiany obszar jest zlewni¹ rzeki Wis³y i rzeki Odry. Sieæ hydrograficzna zosta³a silnie przekszta³cona dzia³alnoœci¹ cz³owieka – wystêpuj¹ zaburzenia hydrograficzne spo- wodowane regulacj¹ koryt i dzia³alnoœci¹ górnicz¹. Obserwowane jest to zw³aszcza w ob- rêbie Bytomia (teren bezodp³ywowy zajmuje du¿¹ powierzchniê miasta), gdzie wytworzone s¹ zawodnione niecki.
Trasê autostrady przecina rzeka Brynica w dorzeczu rzeki Wis³y. Ciekiem drenuj¹cym rejon pó³nocnego Bytomia jest rzeka Szarlejka, której Ÿród³a znajduj¹ siê w lasach na zachód od osiedla Genera³a Ziêtka w Bytomiu. P³ynie dalej w kierunku pó³nocno-wschodnim, na terenie gminy Radzionków i Piekar Œl¹skich, gdzie uchodzi do Brynicy. Zlewnia Szarlejki le¿y na obszarze eksploatacji górniczej, co powoduje wystêpowanie podtopieñ i zmiany koryta.
W dorzeczu rzeki Odry odbiornikiem wód dla cieków z omawianego rejonu jest rzeka K³odnica, bêd¹ca jej prawobrze¿nym dop³ywem.
3.3. Zagospodarowanie powierzchni
Trasa autostrady jest bardzo zró¿nicowana – przebiega zarówno przez tereny wiejskie i niekiedy przez tereny niezagospodarowane, jak równie¿ przez obszary silnie zurbani- zowane i przemys³owe. Teren s¹siaduj¹cy z autostrad¹ jest u¿ytkowany rolniczo, a w rejonie Bytomia–Miechowic i Gliwic trasa biegnie przez tereny leœne. Na pozosta³ym odcinku trasa autostrady przebiega przez tereny przemys³owe (w rejonie miasta Bytomia i Zabrza).
Obszary te s¹ znacz¹co przekszta³cone przez górnictwo i przemys³.
3.4. Budowa geologiczna
Budowa geologiczna terenu jest bardzo z³o¿ona – wystêpuj¹ tu zarówno utwory karboñ- skie, triasowe, trzeciorzêdowe (neogenu), czwartorzêdowe oraz utwory antropogeniczne.
Utwory górnego karbonu – wystêpuj¹ w pod³o¿u osadów triasowych w postaci naprze- mianleg³ych warstw piaskowców, mu³owców i i³owców. Jedynie w rejonie miêdzy Dobieszowicami i Bobrownikami osady karbonu maj¹ wychodnie na powierzchni terenu lub wystêpuj¹ bardzo p³ytko.
Utwory triasowe – po³o¿one s¹ niezgodnie na powierzchni karbonu. Wystêpuj¹ na ogó³ osady triasu dolnego wykszta³cone w postaci i³ów, i³owców, piasków i ¿wirów oraz s³abo zwiêz³ych piaskowców (warstwy œwierklanieckie) oraz dolomitów, wapieni i margli (ret), a tak¿e triasu œrodkowego (wapieñ muszlowy). Spotyka siê tu wapienie komór- kowe, jamiste, krystaliczne, margliste, ³upki ilasto-piaszczyste oraz dolomity. W rejonie Tarnowskich Gór i Bytomia wystêpuj¹ tzw. dolomity kruszconoœne, zawieraj¹ce z³o¿a rud cynku, o³owiu, ¿elaza i srebra. Z³o¿a te by³y intensywnie eksploatowane. Osady triasowe ods³aniaj¹ siê na powierzchni terenu w rejonach miejscowoœci: Podmyszkowce, Dziewicza Góra, Siemonia–Góra Rêdzina, okolice Siemonia i Dobieszowic, od Dobie- szowic do doliny Brynicy w Bobrownikach, rejon Bobrownik, rejon Piekar Œl¹skich i Bytomia, Stolarzowice.
Osady neogenu – stwierdzono jedynie w zachodniej czêœæ obszaru. Zosta³y one wykszta³- cone w postaci i³ów piaszczystych i marglistych.
Utwory czwartorzêdowe – pokrywaj¹ powierzchniê terenu i reprezentowane s¹ przez gliny zwa³owe, gliny pylaste oraz piaski i ¿wiry wodnolodowcowe. Mi¹¿szoœæ tych utworów jest zmienna, nie przekracza na ogó³ 30–50 cm. Miejscami utwory te wystêpuje jedynie w postaci warstwy zwietrzeliny gliny zwa³owej niewielkiej mi¹¿szoœci. W dolinach cieków wystêpuj¹ holoceñskie osady rzeczne. W rejonach tych mi¹¿szoœæ osadów zmie- nia siê od 1 do oko³o 16 m. W zag³êbieniach bezodp³ywowych spotyka siê mu³ki i i³y zastoiskowe oraz torfy.
Grunty antropogeniczne zwi¹zane s¹ z wystêpowaniem ha³d pogórniczych, sk³adowisk innych odpadów oraz gruntów nasypowych. Grunty takie wystêpuj¹ g³ównie w rejonie Piekar Œl¹skich i Bytomia. Mi¹¿szoœæ tych utworów wynosi od kilkudziesiêciu cen- 12
tymetrów do oko³o kilkudziesiêciu metrów. Obszary wystêpowania gruntów antropo- genicznych nale¿¹ do najbardziej zagro¿onych powstawaniem osuwisk i zjawiskami nierównomiernego osiadania.
3.5. Tektonika i parametry przestrzenne masywu skalnego
Na obszarze niecki bytomskiej w rejonie trasy autostrady A-1 dominuj¹ dyslokacje orogenezy waryscyjskiej. W rejonie Bytomia i Piekar robotami górniczymi w kopalniach wêgla stwierdzono wiele uskoków w utworach karboñskich. Przecinaj¹ one warstwy skalne na dominuj¹cych kierunkach SW-NE i SE-NW. Niektóre z tych uskoków zosta³y odm³o- dzone w orogenezie alpejskiej i przecinaj¹ równie¿ m³odsze utwory triasu. Mapy struk- turalne GZW pokazuj¹, ¿e trasê autostrady przecinaj¹ cztery tego typu uskoki. S¹ one zlokalizowane w rejonie Miechowic (lasy miechowickie), Bytomia, Piekar (Brzozowice–
–Kamieñ) i Dobieszowic.
Po zdjêciu nadk³adu utworów pokrywowych i silniej zwietrza³ych warstw triasu w trak- cie budowy wêz³a Piekary Œl. przeprowadzono pomiary parametrów przestrzennych ma- sywu skalnego dolomitu (rys. 3.1). Dominuj¹cym na tym obszarze kierunkiem rozci¹g³oœci utworów triasu jest NW-SE, a w mniejszym stopniu wyró¿nia siê kierunek zbli¿ony do W-E (rys. 3.1g). Dominuj¹ce kierunki g³ównych pêkniêæ nie s¹ zgodne z kierunkiem rozci¹g³oœci uskoku radzionkowskiego (kierunek NNW-SSW), przebiegaj¹cego przez teren wêz³a Piekary Œl¹skie.
Wyznaczono równie¿ kierunki g³ównych pêkniêæ, wzd³u¿ których uk³ada siê wy- stêpowanie deformacji nieci¹g³ych, archiwalnych oraz ujawnionych w trakcie budowy wêz³a (za³. 7). S¹ one zgodne z kierunkami naturalnego systemu spêkañ górotworu (rys. 3.1a). System ten posiada cztery g³ówne kierunki pêkania oraz nieregularne. Jeden z g³ównych kierunków pokrywa siê z kierunkiem rozci¹g³oœci warstwowania (NE-SW) i jest w przybli¿eniu prostopad³y do rozci¹g³oœci uskoku radzionkowskiego. Generalnie warstwy dolomitu zalegaj¹ niemal poziomo, a dominuj¹ce k¹ty upadu warstwowania wynosz¹ kilka stopni.
Przyk³ad systemów spêkañ masywu skalnego pokazano w za³¹czniku 12 na rdzeniu z otworu odwierconego na terenie wêz³a Piekary w strefie mniej naruszonej p³ytk¹ eks- ploatacj¹ rud. Natomiast w za³¹czniku 13 pokazano fotografie z fragmentami kontaktów miêdzy dolomitem a wapieniem, sposób zniszczenia ska³ w strefie eksploatacji oraz ods³o- niêcie masywu dolomitu w wykopie ³¹cznicy wêz³a Piekary Œl¹skie.
3.6. Warunki hydrogeologiczne
Na omawianym obszarze wydzieliæ mo¿na nastêpuj¹ce piêtra wodonoœne: czwarto- rzêdowe, triasowe i karboñskie.
14
Rys. 3.1. Diagramy spêkañ masywu skalnego dolomitu w bezpoœrednim pod³o¿u wêz³a Piekary autostrady A-1;
a–c) parametry systemów spêkañ; d–f) parametry warstwowania;
g) kierunki rozci¹g³oœci g³ównych pêkniêæ zaznaczonych na za³¹czniku 7; Pszonka [W:] [6].
Lini¹ przerywan¹ zaznaczono kierunek rozci¹g³oœci uskoku radzionkowskiego
Fig. 3.1. Diagram of fracture system of dolomite rock mass in the Piekary junction of A-1 autoroute;
a–c) parameters of fracture system; d–f) parameters of stratification;
g) directions of main fissures marked in Fig. 7; Pszonka [W:] [6].
Direction of radzionkowski fault line is marked with dashed line
Czwartorzêdowy poziom wodonoœny zwi¹zany jest g³ównie z dolinami rzecznymi i utworami rzeczno-lodowcowymi. Mog¹ wystêpowaæ równie¿ wody zawieszone, tworz¹ce lokalne poziomy wodonoœne. Zasilanie tego poziomu z powierzchni terenu stwarza zagro¿enie zanieczyszczenia wód ró¿nymi substancjami. Utwory czwartorzêdowe zasilaj¹ lub izo- luj¹ ni¿ej wystêpuj¹ce piêtra wodonoœne. Wody wystêpuj¹ najwiêcej na trzech pozio- mach wodonoœnych. G³êbokoœæ wystêpowania pierwszego poziomu jest doœæ zró¿- nicowana i zale¿y od odleg³oœci od okolicznych rzek i potoków oraz wykszta³cenia litologicznego i waha siê od kilkudziesiêciu centymetrów do kilku metrów. Zazwyczaj jest to zwierciad³o swobodne. Zasilanie tego poziomu dokonuje siê przez infiltracjê wód opadowych.
Triasowy poziom wodonoœny wystêpuje w utworach pstrego piaskowca, retu i wapienia muszlowego. Poziomy wodonoœne wapienia muszlowego i retu zbudowane z wapieni i dolomitów wystêpuj¹ w oœrodku szczelinowo-porowym. Utwory triasu s¹ bardzo wy- dajne i tworz¹ g³ówny, u¿ytkowy poziom wodonoœny. Mi¹¿szoœæ utworów wodonoœnych triasu wynosi od kilkunastu do ponad 150 m. Wartoœæ wspó³czynnika filtracji zmienia siê od 0,1 do ponad 80 m/dobê. Zwierciad³o wody ma zazwyczaj charakter napiêty, z wy- j¹tkiem rejonów wychodni. Zwierciad³o wody wystêpuje na g³êbokoœci od kilkunastu do ponad l00 m. Znacz¹ce obni¿enie poziomu zwierciad³a wód podziemnych tego piêtra spowodowa³o miejscami wzmo¿on¹ infiltracjê z rzek. Zasilanie tego poziomu jest bez- poœrednie w rejonach wychodni oraz poœrednie przez utwory czwartorzêdowe.
Karboñski poziom wodonoœny zaznacza siê g³ównie w rejonie, gdzie utwory karbonu nie zosta³y przykryte nadk³adem ska³ triasowych.
4. Charakterystyka p³ytkiej eksploatacji z³ó¿ rud metali
4.1. Wprowadzenie
Charakterystykê p³ytkiej eksploatacji z³ó¿ rud metali opracowano na podstawie infor- macji zawartych w dokumentacji geologiczno-in¿ynierskiej, geofizycznej i geologiczno- -górniczej [6], sporz¹dzonych dla potrzeb projektowania autostrady A-1. Informacje te zosta³y opracowane g³ównie na podstawie dokumentacji mierniczo-geologicznej by³ych Zak³adów Górniczo-Hutniczych „Orze³ Bia³y” [8, 16, 28] oraz map górnoœl¹skiego gór- nictwa rudnego wydanych w latach 1909–1911 przez Urz¹d Górniczy we Wroc³awiu [13].
W za³¹czniku 4 przedstawiono fragment mapy z zaznaczonymi szybami i szybikami oraz projekcj¹ autostrady A-1 w rejonie najbardziej zagro¿onym deformacjami nieci¹g³ymi.
4.2. Charakterystyka p³ytkiej eksploatacji z³ó¿ rud metali
Pocz¹tki kopalnictwa rud metali na Górnym Œl¹sku siêgaj¹ odleg³ych czasów [19].
Kruszce pozyskiwano na Œl¹sku ju¿ oko³o 880–500 lat p.n.e. Eksploatowano ³atwo dostêpne rudy darniowe, z których w pierwszych wiekach naszej ery wytapiano ¿elazo w dymarkach.
Œwiadcz¹ o tym znaleziska ¿u¿li ¿elaznych z IV wieku w Rybnej. Z tego okresu pocho- dzi informacja o eksploatacji srebra w Strzybnicy. Pierwszym historycznym dokumentem o eksploatacji rud jest bulla papie¿a Innocentego II z roku 1136, w którym jest wzmianka o kopalnictwie rud srebra ko³o Bytomia.
Górnictwo rudne na terenie Górnego Œl¹ska – a zw³aszcza w rejonie Bytomia, Piekar Œl¹skich i Tarnowskich Gór – silnie rozwija siê od XVIII wieku w wyniku zastosowania maszyny parowej oraz w wyniku opracowania technologii uzyskiwania cynku. W wyniku wyczerpywania siê z³o¿a rud metali eksploatacja stopniowo zanika i w grudniu 1989 r.
zlikwidowano ostatni¹ kopalniê Orze³ Bia³y.
Pierwsze dostêpne mapy eksploatacji rudnej pochodz¹ z 1848 roku. Cennym Ÿród³em informacji o zasiêgu eksploatacji rud s¹ mapy górnoœl¹skiego górnictwa rudnego z 1911 r.
Mapy te dokumentuj¹ zasiêg eksploatacji z³o¿a galeny, blendy cynkowej, galmanu i ¿e- laziaka brunatnego.
Pierwotnie rozwinê³a siê eksploatacja galmanów w rejonie wychodni dolomitów krusz- conoœnych zarówno w skrzydle po³udniowym jak i pó³nocnym niecki bytomskiej. Na terenie
Piekar Œl¹skich eksploatacja galmanów prowadzona by³a od roku 1859 w rejonie na wschód od drogi do Bobrownik, od roku 1866 w rejonie dworca kolejowego Piekary Œl¹skie–Szarlej.
Od roku 1864 datuje siê eksploatacja galeny w rejonie obecnej zabudowy Miechowic oraz w rejonie ulic Kochanowskiego, Królowej Jadwigi, Reymonta i Brzeziñskiej w Bytomiu, nastêpnie eksploatacja zarówno z³ó¿ siarczkowych jak i tlenkowych prowadzona by³a na ca³ym obszarze od Miechowic do D¹brówki Wielkiej. W roku 1935 przyst¹piono do eksploatacji z³o¿a zalegaj¹cego w filarach ochronnych, stosuj¹c podsadzkê such¹. Od roku 1955 prowadzono równie¿ eksploatacjê z³o¿a naruszonego w zawa³ach pierwotnych wy- robisk. Od roku 1960 przy eksploatacji w filarach ochronnych do likwidacji wyrobisk u¿ywano podsadzki piaskowej i cementowej. Z³o¿e wybierano na g³êbokoœci od 20 m w rejonie wychodni dolomitów kruszconoœnych do 100 m w osi niecki bytomskiej w okoli- cach zak³adu Bolko. Gruboœæ wybieranego z³o¿a waha³a siê od 2 do 6 m, siêgaj¹c miejscami do 10 m, przy czym eksploatacjê prowadzono warstwami. W niektórych rejonach z³o¿e rudne wybierano w dwu ³awach, w dolnej oraz w górnej 15 m powy¿ej. W latach siedem- dziesi¹tych XX w. nast¹pi³ stopniowy zanik eksploatacji rudnej w niecce bytomskiej.
W roku 1975 zamkniêto kopalniê Nowy Dwór, a w roku 1981 zamkniêto kopalniê Waryñski, istniej¹c¹ od 1857 roku. W roku 1985 zamkniêto kopalniê Marchlewski. Od roku 1985 stopniowo likwidowana by³a kopalnia Orze³ Bia³y za³o¿ona w 1869 roku. Z uwagi na wyczerpanie siê z³ó¿ cynkowo-o³owiowych zakoñczenie eksploatacji rudnej nast¹pi³o 31 grudnia 1989 roku.
4.3. Ogólna charakterystyka zagro¿enia deformacjami nieci¹g³ymi na terenie p³ytkiej eksploatacji z³ó¿ rud metali w niecce bytomskiej
Zagro¿enie deformacjami nieci¹g³ymi zwi¹zane z dokonan¹ p³ytk¹ eksploatacj¹ z³ó¿
rud metali w niecce bytomskiej stwarza mo¿liwoœæ wystêpowania w górotworze pustek i stref rozluŸnieñ na niewielkiej g³êbokoœci. Pustki i strefy rozluŸnienia mog¹ byæ przy- czyn¹ uaktywnienia siê procesów zapadliskowych, maj¹cych zdolnoœæ propagacji ku powierzchni terenu. W niekorzystnych warunkach geologiczno-in¿ynierskich i górniczych procesy zapadliskowe mog¹ siê ujawniæ na powierzchni terenu, tworz¹c ró¿nego rodzaju deformacje o charakterze nieci¹g³ym. W warunkach niecki bytomskiej s¹ to najczêœciej formy nieckowe, tzw. zapadliska, leje, szczeliny oraz progi (tab. 4.1). Przedstawiona w tabeli 4.1 granica wielkoœci miêdzy lejem a zapadliskiem sto¿kowym (maksymalna œrednica 1,0 m) jest umowna, lecz ma istotne znaczenie praktyczne dla oddzielenia tych dwóch typów zjawisk. Nale¿y równie¿ podkreœliæ, ¿e wszystkie formy deformacji nie- ci¹g³ych o charakterze powierzchniowym, ze wzglêdu na mechanizm powstania nazywane s¹ zapadliskami.
Szersze informacje dotycz¹ce klasyfikacji deformacji nieci¹g³ych mo¿na znaleŸæ w pracy Popio³ka i Pileckiego (2005), a dotycz¹ce procesów zapadliskowych i sposobów ich iden- tyfikacji w pracach [4, 20, 21, 23, 25].
Tabela 4.1 Typy deformacji nieci¹g³ych wystêpuj¹cych na terenie pogórniczym w niecce bytomskiej
Table 4.1 Types of discontinuous deformations occurring in the post-mining area in Bytom basin
Rodzaj deformacji Opis Szkic Fotografia
Deformacje nieci¹g³e powierzchniowe (DP)
Lej (DPl)
forma zag³êbienia w kszta³cie zbli¿onym dookr¹g³ego lub eliptycznego napowierzchni
terenu, o niewielkiej maksymalnej œrednicy
do 1,0 i widocznym otworem ch³onnym o œrednicy do 50 cm
Lej kurzawkowy (DPlk)
otwór ch³onny na powierzchni terenu o niewielkiej œrednicy
do kilkudziesiêciu centymetrów z widocznym
wokó³ otworu materia³em kurzawkowym wyrzuconym
pod ciœnieniem
Zapadlisko sto¿kowe
(DPzs)
forma zag³êbienia terenu w kszta³cie zbli¿onym do okr¹g³ego lub eliptycznego
i w przekroju pionowym zbli¿onym do sto¿ka, o g³êbokoœci zazwyczaj porównywalnej z maksymaln¹
œrednic¹ wiêksz¹ od 1,0 m
Zapadlisko nieckowate (DPzn)
forma zwi¹zana z zapadniêciem siê powierzchni terenu wkszta³cie
zbli¿onym do okr¹g³ego lub eliptycznego, o g³êbokoœci
znacz¹co mniejszej od maksymalnej œrednicy
Zapadlisko pionowe
(DPzp)
forma zwi¹zana z zapadniêciem siê powierzchni terenu wkszta³cie
zbli¿onym do okr¹g³ego lub prostok¹tnego, ze œciankami zapadaj¹cymi pionowo. Wystêpuje na ogó³ w miejscu szybów i szybików
18
Tabela 4.1. cd.
Table 4.1. cont.
Rodzaj deformacji Opis Szkic Fotografia
Zapadlisko w kszta³cie dzwonu
(DPzd)
forma zwi¹zana z zapadniêciem siê powierzchni terenu z otworem
ch³onnym rozszerzaj¹cym siê z g³êbokoœci¹.
W kolejnym etapie rozwoju zapadliska, nale¿y siê liczyæ z jego poszerzeniem na
powierzchni terenu
Zapadlisko nieregularne
(DPzu)
forma zwi¹zana z zapadniêciem siê powierzchni terenu o nieregularnym kszta³cie
Deformacje nieci¹g³e liniowe (DL)
Pêkniêcie (DLp)
formy zwi¹zane z przerwaniem ci¹g³oœci powierzchni terenu
o rozstêpie mniejszym ni¿
1 cm, przy czym nie wystêpuje przemieszczenie pionowe
Szczelina (DLs)
formy zwi¹zane z przerwaniem ci¹g³oœci powierzchni terenu
o rozstêpie wiêkszym ni¿
1 cm, przy czym nie wystêpuje przemieszczenie pionowe
Progi (DLu)
formy zwi¹zane z przerwaniem ci¹g³oœci powierzchni terenu, na ogó³ z rozstêpem i wyraŸnie
widocznym przemieszczeniem pionowym œcianek szczeliny
Rów (DLr)
forma zwi¹zana z zapadniêciem siê powierzchni terenu o znacz¹co
wiêkszej d³ugoœci do szerokoœci
Trasa autostrady A-1 przebiega przez tereny, które objête by³y obszarami górniczymi Zak³adów Górniczo-Hutniczych „Orze³ Bia³y”. W archiwum Wy¿szego Urzêdu Górniczego znajduje siê dokumentacja mierniczo-geologiczna tej eksploatacji. Poza obszarami gór- niczymi ZGH „Orze³ Bia³y” historyczna eksploatacja rud zosta³a udokumentowana na mapach górnoœl¹skiego górnictwa rudnego w skali 1:10000.
W licznych opracowaniach archiwalnych ZGH „Orze³ Bia³y” wskazuje siê na tereny o najwiêkszym zagro¿eniu deformacjami nieci¹g³ymi. Nale¿y do nich zaliczyæ tereny w rejo- nie Bytomia i Piekar Œl¹skich zlokalizowane na pó³noc od trasy PKP Brzeziny Œl¹skie–
–Radzionków i na zachód od ulicy Bytomskiej, na zachód od szybu Drzewnego kopalni
„Orze³ Bia³y”, tereny na wschód od osiedla domków jednorodzinnych w Brzezinach Œl¹skich przy ulicy Biskupa Herberta Bednorza, rejon na po³udnie od szosy Brzeziny Œl¹skie–D¹brówka Wielka, w rejonie kolonii Do³ki, tereny rozprzestrzeniaj¹ce siê od osiedla Powstañców Œl¹skich i rzeki Brynicy w kierunku po³udniowym do szlaku PKP Brzeziny Œl¹skie–Z¹bkowice oraz rejon na po³udnie od ulicy Gagarina w D¹brówce Wielkiej.
W wyniku eksploatacji z³ó¿ rud metali pozosta³y bardzo liczne szyby i szybiki, które niew³aœciwie zlikwidowane s¹ Ÿród³em zagro¿enia dla powierzchni terenu do czasów obec- nych. W archiwum kopalni Orze³ Bia³y nie znaleziono jakiejkolwiek dokumentacji tech- nicznej likwidacji starych szybów i szybików. Na mapach archiwalnych przy niektórych szybach podano, ¿e s¹ zlikwidowane. Na podstawie dotychczasowych obserwacji mo¿na przyj¹æ, ¿e szyby by³y zasypywane do powierzchni, b¹dŸ wykonywano pomost na niez- nacznej g³êbokoœci, a nastêpnie zasypywano przestrzeñ nad pomostem. Zasadnicze zagro-
¿enie pochodzi od tego rodzaju likwidowanych szybów. Zniszczenie pomostu, niezale¿nie z jakiego materia³u by³ wykonany, powoduje przemieszczenie siê w g³¹b materia³u za- sypowego, czego nastêpstwem jest zapadlisko. Ponadto nale¿y zaznaczyæ, ¿e zagro¿enie terenu mo¿e byæ wiêksze od szybów wydr¹¿onych w ska³ach mocnych, natomiast mniejsze w szybach wykonanych na ca³ej swej d³ugoœci w utworach luŸnych i s³abo zwiêz³ych, w tym zwietrza³ych ska³ach. Te ostatnie prawdopodobnie uleg³y samopodsadzeniu na odcinkach niezlikwidowanych i z du¿ym prawdopodobieñstwem nale¿y przyj¹æ, ¿e nie powinny stwa- rzaæ zagro¿enia powierzchni terenu.
Zagro¿enie zapadliskowe ze strony wyrobisk chodnikowych jest efektem ich niepe³nej likwidacji w wyniku zastosowania wzmocnienia obudowy, co czêsto wynika³o z potrzeby profilaktyki przed wp³ywami eksploatacji g³êbiej po³o¿onych pok³adów wêgla. W s³abo udokumentowanej czêœci wyrobisk porudnych dokonano zabezpieczenia wytypowanych wyrobisk chodnikowych, g³ównie w filarach ochronnych, w celu niedopuszczenia do pow- stania zapadlisk. S¹ to wyrobiska w filarach ochronnych dla szlaku kolejowego PKP Brzeziny Œl¹skie–Z¹bkowice i dzielnicy D¹brówka Wielka.
Na podstawie map dokumentuj¹cych historyczne górnictwo rudne i zebranych informacji archiwalnych [6, 8, 10, 16, 17, 18, 19, 28] wyró¿niono odcinki projektowanej trasy auto- strady A-1, na których wystêpuje zagro¿enie powierzchni terenu deformacjami nieci¹g³ymi (za³. 1, 2, 3).
20
na terenie p³ytkiej eksploatacji rud metali dla potrzeb uzdatniania pod³o¿a
autostrady A-1
5.1. Wprowadzenie
Dla potrzeb analizy zagro¿enia deformacjami nieci¹g³ymi zebrano mo¿liwe szeroko informacje znajduj¹ce siê w archiwalnych dokumentacjach mierniczo-geologicznych ZGH
„Orze³ Bia³y” oraz inny dostêpnych dokumentacjach i publikacjach. Jednak zebrane dane nale¿y oceniæ jako skromne w porównaniu ze skal¹ wyst¹pienia deformacji nieci¹g³ych, o których wiadomo z ró¿nego rodzaju przekazów ustnych i medialnych.
W rejonie niecki bytomskiej najwiêkszy, bezpoœredni wp³yw na wystêpowanie defor- macji nieci¹g³ych na powierzchni terenu pogórniczego ma eksploatacja dokonana w strefie przypowierzchniowej do g³êbokoœci oko³o kilkudziesiêciu metrów. Na terenach projek- towanej autostrady eksploatacja w zasadzie nie przekracza³a g³êbokoœci oko³o 50 metrów, a sporadycznie oko³o 70 m. Niektóre wyrobiska szybowe osi¹gaj¹ w s¹siedztwie pro- jektowanej autostrady g³êbokoœæ oko³o 90 m, co wskazuje na mo¿liwe po³o¿enie wyrobisk chodnikowych do tej g³êbokoœci.
W strefie przypowierzchniowej wystêpuj¹ korzystne warunki rozwoju procesów zapad- liskowych w wyniku intensywnego wietrzenia, skomplikowane warunki wodne, jak równie¿
deformacje generowane przez g³êbok¹ eksploatacjê pok³adów wêgla.
W górotworze naruszonym eksploatacj¹, w którym nie prowadzi siê ju¿ robót górniczych, ze wzrostem g³êbokoœci po³o¿enia pustek poeksploatacyjnych prawdopodobieñstwo ujaw- nienia siê procesu zapadliskowego na powierzchni terenu wyraŸnie maleje. Œwiadcz¹ o tym obserwacje wystêpowania deformacji nieci¹g³ych w rejonach eksploatacji z³ó¿ monoklinalnie nachylonych z wychodniami po³o¿onymi blisko powierzchni terenu. Procesy zapadliskowe mog¹ byæ zatrzymywane przez samopodsadzenie siê pustek lub wype³nienie wod¹. G³êbiej po³o¿one wyrobiska, na ogó³ wykonane w mocniejszych ska³ach, zachowuj¹ d³ugotrwa³¹ statecznoœæ.
Odrêbnym zagadnieniem jest zagro¿enie zapadliskowe zwi¹zane z niew³aœciwie zlikwi- dowanymi szybami i szybikami. Skutki rozwoju procesu zapadliskowego nad takimi wy- robiskami mog¹ byæ szczególnie niebezpieczne, zw³aszcza w warunkach grubego nadk³adu luŸnego materia³u (za³. 11).
O typie deformacji i ich wymiarach decyduje zespó³ czynników geologiczno-górniczych, zw³aszcza zawodnienie oœrodka i zwi¹zany z nim proces sufozji (Popio³ek i Pilecki 2005).
Szczególnie niebezpieczny stan powstaje wówczas, gdy istnieje kontakt hydrauliczny miêdzy luŸnymi lub spêkanymi warstwami nadk³adu a utworami skalnymi z pustk¹. Wp³yw oddzia³ywania wody jest czêst¹ przyczyn¹ reaktywacji starych pustek w górotworze.
Dotyczy to tak¿e pustek czêœciowo lub nawet ca³kowicie podsadzonych materia³em drob- noziarnistym lub ilastym. Materia³ ten mo¿e ulegaæ wymywaniu wskutek migracji wód poprzez szczeliny górotworu i stare zroby. Wymywanie materia³u ze szczelin w górotworze, mo¿e byæ tak¿e przyczyn¹ aktywacji uskoków, a w efekcie tworzenia siê nieci¹g³ych deformacji na powierzchni terenu. Innym zagadnieniem, zwi¹zanym z oddzia³ywaniem wody jest zjawisko infiltracji wód w g³¹b górotworu poprzez szczeliny powsta³e nad eksploatacj¹ i propaguj¹ce ku powierzchni. W ten sposób nawet stosunkowo g³êboko prowadzona eksploatacja mo¿e byæ przyczyn¹ powstania pustki po³o¿onej znacznie wy¿ej od poziomu prowadzenia prac górniczych.
W ocenie zagro¿eñ deformacjami nieci¹g³ymi nale¿y zawsze braæ pod uwagê wp³yw eksploatacji g³êbokiej. Eksploatacja ta narusza górotwór, powoduj¹c trwa³e przerwania ci¹g³oœci warstw geologicznych i prowadzi do deformacji na powierzchni. Zagro¿enie takie jest szczególnie du¿e w rejonach historycznej, p³ytkiej eksploatacji, gdy¿ prowadzenie robót górniczych w s¹siedztwie starych pustek poeksploatacyjnych mo¿e byæ przyczyn¹ ich reaktywacji.
Aktywizacja starej istniej¹cej w górotworze pustki mo¿e tak¿e wyst¹piæ na skutek nadmiernych obci¹¿eñ statycznych oraz ró¿nego rodzaju obci¹¿eñ dynamicznych, np. drgañ sejsmicznych i parasejsmicznych.
W ogólnoœci do czynników aktywizuj¹cych proces powstania deformacji nieci¹g³ych nale¿y zaliczyæ:
— zmiany warunków hydrogeologicznych, zwi¹zanych z infiltracj¹ wód w g³¹b góro- tworu,
— os³abienie w³aœciwoœci górotworu w wyniku procesów wietrzenia i procesu reolo- gicznego,
— utratê statecznoœci starych, p³ytko wystêpuj¹cych wyrobisk,
— zniszczenie zabezpieczeñ i obudowy starych szybów i szybików,
— rozwój pustek w wyniku przemieszczenia materia³u zasypowego w niew³aœciwie zlikwidowanych szybach i szybikach,
— deformacje w górotworze generowane przez g³êbok¹ eksploatacjê pok³adów wêgla,
— dynamiczne obci¹¿anie górotworu drganiami komunikacyjnymi, wstrz¹sami gór- niczymi itp.,
— nadmierne obci¹¿enia statyczne terenu w naruszonej dzia³alnoœci¹ górnicz¹ strefie przypowierzchniowej.
22
5.2. Charakterystyka przyczyn i wielkoœci deformacji nieci¹g³ych na terenach eksploatacji rud metali
Rozdzia³ opracowano na podstawie informacji zamieszczonych w dokumentacjach mier- niczo-geologicznych by³ych ZGH „Orze³ Bia³y”, a zw³aszcza pracy pt. „Problematyka ochrony powierzchni terenu miasta Piekary Œl¹skie w zwi¹zku z likwidacj¹ kopalni rud cynku i o³owiu Orze³ Bia³y” opracowanej przez Zespó³ pod kierunkiem dr. in¿. T. Bratasza (1990).
Eksploatacja z³o¿a rud cynku i o³owiu zalegaj¹cego wœród mocnych, szarych dolomitów wskazuje na du¿e prawdopodobieñstwo zachowania d³ugotrwa³ej statecznoœci pustek po- eksploatacyjnych. Proces rozgniatania pozostawionych kostek górotworu spe³niaj¹cych funkcje podpory dla stropu przebiega bardzo powoli, a na powierzchni terenu przez dzie- si¹tki lat nie obserwuje siê istotnych deformacji. Proces niszczenia mo¿e zostaæ przys- pieszony przez deformacje górotworu wywo³ane eksploatacj¹ ni¿ej zalegaj¹cych pok³adów wêgla, zw³aszcza wybranych z zawa³em stropu. Istniej¹ przyk³ady na to, ¿e budynki usy- tuowane nad starymi zrobami rudnymi przez dziesi¹tki lat nie wykazywa³y uszkodzeñ, a dopiero po wybraniu pok³adów wêglowych wyst¹pi³y znacz¹ce szkody, których wielkoœæ i nasilenie przekroczy³y wartoœci przewidywane wskutek eksploatacji pok³adów wêgla (Bratasz 1990).
Potwierdzeniem przetrwania pustek w górotworze s¹ obserwacje poczynione przy udos- têpnianiu starych zrobów rudnych na obszarach górniczych zlikwidowanych kopalni wêgla kamiennego „Szombierki” i „Dymitrow”. Przed przyst¹pieniem do eksploatacji pok³adów wêgla, w filarze ochronnym dla centrum miasta Bytomia, udostêpniono stare zroby porudne w ³awie górnej zalegaj¹cej na g³êbokoœci od 40 do 65 m oraz w ³awie dolnej na g³êbokoœci 80 do 100 m. Stwierdzono, ¿e mimo up³ywu dziewiêædziesiêciu lat od zakoñczenia eks- ploatacji rud, nadal wiele wyrobisk by³o niezarabowanych, wzglêdnie zachowa³y siê pustki pod stropem zasadniczym.
Innym przyk³adem jest eksploatacja w filarze ochronnym dla zabudowañ przemy- s³owych huty i kopalni „Orze³ Bia³y” w Brzezinach Œl¹skich. W rejonie zabudowañ przemys³owych by³ej kopalni „Orze³ Bia³y” prowadzono w latach od 1865 do 1899 w ³awie górnej, zalegaj¹cej na g³êbokoœci oko³o 38 m, eksploatacjê galeny z zawa³em stropu.
W zwi¹zku z zamierzon¹ eksploatacj¹ blendy cynkowej w ³awie dolnej pod czynnymi wówczas obiektami przemys³owymi, udostêpniono w latach od 1963 do 1968 stare zro- by rudne w ³awie górnej. Stwierdzono wiele du¿ych rozmiarów zachowanych pustek w górotworze.
W latach 1886–1897 w rejonie zabudowañ przemys³owych huty „Orze³ Bia³y” pro- wadzona by³a eksploatacja z zawa³em stropu blendy cynkowej zalegaj¹cej w ³awie dolnej na g³êbokoœci oko³o 65 m. W latach 1925–1927 na tym terenie wybudowano hutê cynku.
W latach 1963–1968 w zwi¹zku z projektowan¹ eksploatacj¹ pok³adów wêgla, wyrobiska
„porudne” zosta³y udostêpnione. Stwierdzono wówczas du¿e iloœci pustek w górotworze.
Pustki zachowa³y siê równie¿ w rejonie krawêdzi eksploatacyjnych. Wystêpowanie pustek
stwierdzono w rejonach, w których eksploatacjê górnicz¹ zakoñczono osiemdziesi¹t lat wczeœniej.
Przy mniej mocnych ska³ach stropowych i prowadzeniu eksploatacji na g³êbokoœci co najmniej 70 m na wiêkszym obszarze, bez pozostawiania resztek calizny, nastêpuje pe³ny i szczelny zawa³ wyrobisk, a na powierzchni stwierdza siê obni¿enia o doœæ stromych nachyleniach. Potwierdzeniem tego s¹ obserwacje poczynione przy tak zwanej wtórnej eksploatacji prowadzonej w zawa³ach pierwotnych wyrobisk. Eksploatacja taka prowadzona by³a w ró¿nych odstêpach czasu od zakoñczenia pierwotnej eksploatacji. Najwczeœniej prowadzona by³a po up³ywie piêtnastu lat. Wówczas stwierdzono szczelny i pe³ny zawa³ wyrobisk bez zachowania siê pustek w ska³ach stropowych.
Wp³ywy eksploatacji wtórnej wygasaj¹ w krótkim czasie. Prowadzone obserwacje niwe- lacyjne nad eksploatacj¹ tym systemem stwierdza³y pe³ny zanik obni¿eñ po 4 do 5 latach.
Powodem tego jest fakt, ¿e eksploatacja wtórna prowadzona by³a w z³o¿u naruszonym, zalegaj¹cym w ska³ach zwietrza³ych o s³abych parametrach wytrzyma³oœciowych, wskutek czego wyrobiska górnicze ulegaj¹ szybkiemu zawa³owi. W rejonach eksploatacji wtórnej nie stwierdzono wystêpowania zapadlisk.
W odmienny sposób ujawniaj¹ siê wp³ywy eksploatacji rudnej we wschodniej czêœci obszarów górniczych ZGH „Orze³ Bia³y”. W rejonie tym z³o¿e o gruboœci oko³o 5,5 m zalega na g³êbokoœci oko³o 50 m i wystêpuje wœród czerwonych dolomitów, które s¹ zwietrza³e i rozkruszone, przypominaj¹ce brekcjê. Pod wzglêdem wytrzyma³oœciowym podobne s¹ do ska³ luŸnych. Nadk³ad stanowi¹ utwory czwartorzêdowe zbudowane z glin z przewar- stwieniami piasków o mi¹¿szoœci do 10 m. Eksploatacjê górnicz¹ prowadzono z zawa³em stropu systemem filarowo-komorowym z pozostawieniem kostek oporowych. W rejonie tym wyst¹pi³y liczne zapadliska, których wymiary w rzucie poziomym na powierzchni dochodzi³y do 8–10 m i g³êbokoœci do 5 m. Stwierdzono równie¿ zapadliska o g³êbokoœci siêgaj¹cej do wyrobisk rudnych. Zapadliska powstawa³y w sposób gwa³towny prawie niez- w³ocznie po ods³oniêciu stropu o wymiarach 10 × 10 m. Od 1977 roku na powierzchni 20 ha powsta³o oko³o 40 zapadlisk.
Bardzo niekorzystne warunki wystêpuj¹ w rejonach, w których piaszczyste utwory czwartorzêdowe posiadaj¹ znacz¹c¹ mi¹¿szoœæ i siêgaj¹ prawie do stropu wyrobisk rudnych.
W takich przypadkach – nawet przy ma³ym ods³oniêciu stropu – mog¹ powstaæ zapadliska nad wyrobiskami chodnikowymi. Kr¹¿¹ce podziemne wody zazwyczaj z opadów atmo- sferycznych, wzglêdnie z uszkodzonej sieci wodoci¹gowo-kanalizacyjnej, przemieszczaj¹ luŸne piaski do wyrobisk i w górotworze powstaj¹ pustki, które w miarê up³ywu czasu prze- mieszczaj¹ siê ku powierzchni terenu powoduj¹c powstanie zapadlisk. Zapadlisko tego typu powsta³o w czerwcu 1977 roku w rejonie ulicy Smolenia w Bytomiu nad skrzy¿owaniem chodników wydr¹¿onych na g³êbokoœci 45 m i czêœciowo podsadzonych podsadzk¹ p³ynn¹.
Do niepodsadzonych chodników przemieœci³y siê piaszczyste utwory czwartorzêdowe, a na powierzchni powsta³o zapadlisko. W tym rejonie utwory piaszczyste siêgaj¹ do kilku metrów nad stropem wyrobisk górniczych. Wymycia warstw triasowych i ich wype³nienie utworami czwartorzêdowymi wystêpuje we wschodniej czêœci obszaru górniczego, gdzie 24
piaski czwartorzêdowe siêgaj¹ niemal stropu wyrobisk górniczych. W rejonie tym obserwuje siê liczne zapadliska, których g³êbokoœæ siêga wyrobisk górniczych.
Zapadliska wystêpuj¹ w wyniku reaktywacji zrobów rudnych eksploatacj¹ poni¿ej zale- gaj¹cych pok³adów wêgla kamiennego. Wiêksze skupiska zapadlisk obserwuje siê w re- jonach nak³adaj¹cych siê krawêdzi eksploatacji z³o¿a rudnego i pok³adów wêglowych.
W rejonie Brzezin Œl¹skich wyst¹pi³y zapadliska w formie rowów o d³ugoœci 50–80 m oraz szerokoœci i g³êbokoœci od 0,5 do 1,0 m. Miejscami szerokoœæ powsta³ych zapadlisk wy- nosi³a do 3,0 m, a g³êbokoœæ siêga³a 4,0 m. Zapadliska te powsta³y w rejonie krawêdzi zrobów rudnych z lat 1944–1960 i krawêdziach pok³adów wêgla, przy czym jeden pok³ad wybrany zosta³ niemal równoczeœnie ze z³o¿em rud. Natomiast dwa nastêpne, które spo- wodowa³y wyst¹pienie zapadlisk, wyeksploatowane zosta³y w latach 1972–1976 na g³êbo- koœci od 540 do 400 m. Pok³ady wêglowe eksploatowane by³y z zawa³em stropu. Z³o¿e rud wystêpuje tutaj w zwietrza³ych, mocno spêkanych dolomitach tzw. czerwonych i ¿ó³tych.
Nadk³ad stanowi¹ gliny lekko piaszczyste o mi¹¿szoœci do 6 m.
Du¿e zagro¿enie powierzchni terenu wystêpuje ze strony starych szybów „rudnych”. Na ogó³ brak jest informacji dotycz¹cych sposobu dr¹¿enia szybów, ich obudowy i sposobu likwidacji. Na mapach podano jedynie g³êbokoœæ szybów i to nie dla wszystkich. Przy niektórych szybach podano, ¿e zosta³ zasypany. Z adnotacji tej jednak nie wynika, czy szyb zosta³ podsadzony na ca³ej swej g³êbokoœci, czy te¿ zosta³ zlikwidowany przez wybudo- wanie pomostu na g³êbokoœci kilku metrów, a nastêpnie zasypany do powierzchni terenu.
Typowym przyk³adem jest szyb Anna w Bytomiu. Na mapach archiwalnych umieszczono adnotacjê, ¿e szyb ten zosta³ zasypany, a tymczasem w rejonie tego szybu powsta³o jedno z najwiêkszych zapadlisk.
Obserwacje starych szybów „rudnych” prowadzone by³y tylko w obszarach górniczych Zak³adów Górniczo-Hutniczych „Orze³ Bia³y”, obejmuj¹cych po³udniowe rejony Piekar Œl¹skich i Bytomia. Na tych terenach zaobserwowano wiele przypadków wyst¹pienia za- padlisk w rejonie starych szybów. W trzech przypadkach stwierdzono, ¿e szyby by³y likwidowane za pomoc¹ pomostów wykonanych na g³êbokoœci kilku metrów, a nastêpnie zasypywane do powierzchni terenu. W piêciu szybach stwierdzono przemieszczenie siê materia³u w rurze szybowej, a zapadliska powsta³y po obrysie szybów, przy czym maksy- malna g³êbokoœæ zapadliska wynosi³a 8 m. W jednym przypadku powsta³o zapadlisko o wymiarach 3,5 × 3,7 m i g³êbokoœci 4,0 m w rejonie szybu, którego tarcza mia³a wymiary 2,0 × 2,4 m. Na podstawie przeprowadzonych oglêdzin nie mo¿na by³o stwierdziæ, czy szyb zosta³ zlikwidowany przez zabudowê pomostu, czy przez zasypanie ca³ej rury szybowej.
W przypadku nieznanego sposobu likwidacji, ka¿dy z szybów stwarza zagro¿enie dla powierzchni. Nale¿y podkreœliæ, ¿e szyby likwidowane przez za³o¿enie pomostów i nastêp- nie zasypywane do powierzchni terenu stanowi¹ najwiêksze zagro¿enie dla powierzchni.
W przypadku, gdy pomost ulegnie zniszczeniu, materia³ nasypu znajduj¹cy siê na tym pomoœcie przemieszcza siê w g³¹b szybu, a na powierzchni powstaje zapadlisko du¿ych rozmiarów. Zapadliska mog¹ powstaæ równie¿ w przypadku, gdy szyb zosta³ zasypany na ca³ej swej g³êbokoœci, ale posiada po³¹czenia z poziomymi, zachowuj¹cymi statecznoœæ
wyrobiskami górniczymi. Istnieje wówczas mo¿liwoœæ przemieszczenia siê materia³ów podsadzkowych do tych wyrobisk, co generuje pustki w szybie, a w nastêpstwie na po- wierzchni mog¹ wyst¹piæ zapadliska. Jest to proces zazwyczaj samoczynny, mo¿e byæ jednak przyspieszony dzia³alnoœci¹ wód, a na terenach górniczych dodatkowo eksploatacj¹ ni¿ej zalegaj¹cych pok³adów wêgla kamiennego, powoduj¹c¹ naruszenie górotworu.
Szyby wydr¹¿one w utworach czwartorzêdowych oraz w zwietrza³ych dolomitach nie maj¹ dogodnych warunków zachowania statecznoœci d³ugotrwa³ej. Zwietrza³e dolomity s¹ s³abo zwiêz³e, o ma³ej wytrzyma³oœci i wskutek obci¹¿enia przemieszczaj¹ siê do pustych przestrzeni. Istnieje du¿e prawdopodobieñstwo, ¿e szyby wydr¹¿one w tych ska³ach, uleg³y samopodsadzeniu. Odnosi siê to zw³aszcza do szybów udostêpniaj¹cych z³o¿e ¿ela- ziaka brunatnego i galmanu w rejonie wychodni dolomitów kruszconoœnych.
Szyby wydr¹¿one w mocnych ska³ach mog¹ zachowaæ statecznoœæ przez d³u¿szy czas.
S¹ to szyby zazwyczaj stosunkowo g³êbokie, wydr¹¿one w szarych dolomitach i wapie- niach, udostêpniaj¹ce z³o¿e blendy cynkowej i galeny. W szybach tych, nieprawid³owo zlikwidowanych, mog¹ wyst¹piæ pustki zagra¿aj¹ce powierzchni terenu. Niemal we wszyst- kich szybach, nad którymi ujawni³y siê zapadliska, stwierdzono mniej lub bardziej usz- kodzone rury szybowe.
Zaobserwowano równie¿ przypadki, gdzie dokonana eksploatacja z³o¿a rud ³agodzi wp³ywy eksploatacyjne pok³adów wêgla. Wiosn¹ 1966 roku po roztopach wiosennych powsta³o w rejonie na pó³noc od linii kolejowej PKP w Piekarach Œl¹skich wiele zapadlisk w formie rowów o d³ugoœci od 30 do 100 m i przekroju poprzecznym 6–8 m na powierzchni i oko³o 1,0 m na g³êbokoœci oko³o 8,0 m. Poni¿ej widoczna by³a w zwiêz³ych dolomitach rozwarta szczelina szerokoœci oko³o 1,0 m, do której stoczy³y siê warstwy nadk³adu zbu- dowane z glin i piasków czwartorzêdowych. Obsuniêty luŸny materia³ nadk³adu nie wy- starczy³ na wype³nienie utworzonej szczeliny. Sumaryczna objêtoœæ zapadlisk wynosi³a oko³o 6000 m3; taka iloœæ piasków i glin przemieœci³a siê w g³¹b szczeliny. Obliczono, ¿e g³êbokoœæ rozwartej szczeliny musia³a byæ wiêksza od 29 m. W przed³u¿eniu powsta³ych rowów wyst¹pi³y pojedyncze zapadliska w postaci g³êbokich lejów o wymiarach zbli¿onych do poprzecznego przekroju rowów.
W granicach obszarów górniczych Zak³adów Górniczo-Hutniczych „Orze³ Bia³y”
zinwentaryzowano na podstawie archiwalnych map 514 szybów i szybików o g³êbokoœci od 5,0 do 115,0 m. Na terenie miasta Bytomia usytuowanych jest 308 szybów, natomiast na terenie Piekar Œl¹skich 206 szybów. W latach 1973–1991 zosta³o zlikwidowanych 12 szybów na terenie Bytomia oraz 18 na terenie Piekar Œl¹skich. Przed przyst¹pieniem do ich likwidacji zdemontowano uzbrojenia, zaœ wyloty szybów odpowiednio zabezpie- czono tak, aby nie dopuœciæ do przemieszczenia siê materia³u podsadzkowego z szybu do wyrobisk korytarzowych. Przebieg zasypywania by³ stale kontrolowany. Prowadzone by³y równie¿ kontrole rejonów szybów po ich zasypaniu. Ze strony tych szybów wyklucza siê zagro¿enie dla powierzchni. Natomiast poza granicami obszarów górniczych Zak³adów Górniczo-Hutniczych „Orze³ Bia³y” znajduje siê oko³o 2500 szybów.
26
5.3. Analiza zagro¿enia powierzchni terenu deformacjami nieci¹g³ymi na terenach p³ytkiej eksploatacji rud metali
5.3.1. I n f o r m a c j a o k a t a l o g u d e f o r m a c j i n i e c i ¹ g ³ y c h
W za³¹czniku 5 zamieszczono informacje o wystêpowaniu archiwalnych deformacji nie- ci¹g³ych na terenach p³ytkiej eksploatacji rud metali na Górnym Œl¹sku w latach 1963–2007, zebrane na podstawie danych zamieszczonych w dokumentacjach ZGH „Orze³ Bia³y”, informacji przekazanych przez ró¿ne instytucje pañstwowe oraz notatek mgr. in¿. H. Moja – in¿yniera mierniczo-geologicznego ZGH „Orze³ Bia³y”. Przypuszczalnie nie s¹ to wszystkie deformacje nieci¹g³e jakie mog³y wyst¹piæ na tych terenach, gdy¿ informacja pochodzi z ró¿nych Ÿróde³, a nie z ewidencji, której nie odnaleziono w archiwach. Opracowany katalog liczy 78 pozycji i zawiera informacje o co najmniej 121 deformacjach nieci¹g³ych.
Dodatkowe 104 zapadliska i obiekty górnicze o nieznanych danych, rozpoznano w wyniku przeprowadzonego kartowania terenu na etapie projektowania w pasie zajêtoœci autostrady [6]. Niektóre z zapadlisk widoczne by³y równie¿ na fotografiach lotniczych (za³. 9). Szersze omówienie danych statystycznych zarejestrowanych deformacji nieci¹g³ych znajduje siê w rozdziale 5.3.2. W za³¹czniku 5 zamieszczono równie¿ szersze opisy deformacji nie- ci¹g³ych oraz informacje o ich wystêpowaniu na obszarach ZG „Piekary” – obszar górniczy
„Brzeziny Œl. V” w latach 1996–2007 oraz KW S.A. Oddzia³ KWK „Bobrek-Centrum”
Ruch Bobrek w latach 1998–2005.
W ramach prac dotycz¹cych zbierania informacji o wystêpowaniu archiwalnych defor- macji nieci¹g³ych zwrócono siê o udzielenie informacji do takich instytucji jak Okrêgowy Urz¹d Górniczy w Gliwicach, Kompania Wêglowa S.A., Urz¹d Gminy O¿arowice, Urz¹d Miasta w Piekarach Œl¹skich Wydz. Ochrony Œrodowiska, Urz¹d Miasta w Piekarach Œl¹skich Wydz. Architektury i Urbanistyki, Urz¹d Miejski w Zabrzu, Urz¹d Gminy w Bob- rownikach, Œl¹ski Wojewódzki Inspektor Nadzoru Budowlanego w Katowicach, Urz¹d Miasta Gliwice, Urz¹d Gminy Zbros³awice, Urz¹d Miejski w Bytomiu. Zebrane informacje w niewielkim stopniu poszerzy³y wiedzê o innych deformacjach nieci¹g³ych.
Natomiast w za³¹czniku 6 zamieszczono informacje o zaistnia³ych deformacjach nie- ci¹g³ych w pasie prowadzonych prac przy budowie autostrady A-1 oraz w czasie jej eksploatacji od sierpnia 2010 do listopada 2013 r. W sumie zarejestrowano 57 przypadków.
Ujawnienie siê tych deformacji mia³o ró¿ne przyczyny szerzej omówione w rozdziale 5.3.3.
W zdecydowanej wiêkszoœci deformacje nieci¹g³e wyst¹pi³y w wyniku prowadzonych prac profilaktycznych, maj¹cych na celu m.in. likwidacjê wiêkszych pustek w najbardziej zagro¿onym obszarze wêz³a Piekary Œl¹skie. W trakcie budowy autostrady, zdejmuj¹c nadk³ad na niektórych odcinkach, ods³oniêto relikty wyrobisk pionowych wraz z ich drew- nian¹ obudow¹ oraz ods³oniêto przekroje niektórych zapadlisk (za³. 11).
Informacjê o zaistnia³ych deformacjach nieci¹g³ych: archiwalnych (za³. 5) oraz w czasie budowy i dotychczasowej eksploatacji autostrady A-1 (za³. 6), rozdzielono z uwagi na ró¿ne przyczyny ich wyst¹pienia oraz nieporównywalne powierzchnie obszarów zagro¿onych.
5.3.2. A n a l i z a z a g r o ¿ e n i a p o w i e r z c h n i t e r e n u d e f o r m a c j a m i n i e c i ¹ g ³ y m i a r c h i w a l n y m i
p r z e d b u d o w ¹ a u t o s t r a d y A-1
Analizê wielkoœci i charakteru deformacji nieci¹g³ych przeprowadzono na zbiorze 121 zapadlisk udokumentowanych g³ównie w opracowaniach ZGH „Orze³ Bia³y” w latach 1963–2007. Zapadliska te wyst¹pi³y na terenach p³ytkiej eksploatacji rud metali w niecce bytomskiej. W analizie dokonano podzia³u na deformacje nieci¹g³e w szybach (i szybikach) i inne oraz na deformacje nieci¹g³e zwi¹zane z oddzia³ywaniem eksploatacji pok³adów wêgla i bez takiego oddzia³ywania.
Na rysunku 5.1 przedstawiono wystêpowanie deformacji nieci¹g³ych w latach 1963–
–2007. W latach 1978–1987 do ka¿dego roku dodano po cztery zapadliska, gdy¿ informacja Ÿród³owa dotyczy³a jedynie sumarycznej iloœci 40 zapadlisk zarejestrowanych w tym okresie i nie wiadomo, w jakiej czêœci obejmowa³a zapadliska w szybach. Od roku 2001 nie ma informacji o wystêpowaniu zapadlisk w szybach. Natomiast wyraŸnie informacje wskazuj¹ na wzrost deformacji nieci¹g³ych zwi¹zanych z oddzia³ywaniem eksploatacji pok³adów wêgla (rys. 5.2).
Analizuj¹c wymiary deformacji nieci¹g³ych na powierzchni terenu i ich g³êbokoœci, rozwa¿ano oddzielnie deformacje powierzchniowe, g³ównie w postaci zapadlisk oraz defor- macje liniowe w formie rowów i szczelin. Zapadliska na ogó³ przyjmowa³y kszta³t owalny 28
Rys 5.1. Wystêpowanie deformacji nieci¹g³ych na terenie niecki bytomskiej w latach 1963–2007 [22]
Fig. 5.1. Occurrence of discontinuous deformations in Bytom basin in the period 1963–2007 [22]
liczbadeformacjiniegi¹g³ych
lub zbli¿ony do prostok¹tnego w przypadku wystêpowania nad szybami i szybikami w kszta³cie prostok¹ta. Na rysunku 5.3 pokazano rozk³ad 54 zapadlisk w klasach ich d³ugoœci (najwiêkszego wymiaru na powierzchni) w przedzia³ach co 0,5 m. Generalnie najwiêcej zapadlisk posiada wymiary do 3,0 m, a najwiêcej wystêpuje w klasie od 2,5 do 3,0 m. Œrednia arytmetyczna d³ugoœæ zapadliska wynosi 5,0 m, minimalna 0,5 m, a maksymalna 17 m.
Przy przyjêciu d³ugoœci za najwiêkszy wymiar, a szerokoœci za najmniejszy w przypadku zapadliska mamy, ¿e œrednia szerokoœæ wynosi 3,6 m, minimalna szerokoœæ 0,3 m, a maksy- malna szerokoœæ – 12 m.
Analizuj¹c skupienia zapadlisk wed³ug d³ugoœci i szerokoœci nale¿y zauwa¿yæ, ¿e dla przyjêtego rozk³adu normalnego ich wielkoœci koncentruj¹ siê w przedzia³ach do 6,0 m d³ugoœci i szerokoœci. Na ogó³ kszta³t zapadlisk jest owalny, lecz statystycznie d¹¿y do ko³owego.
Dla analizy rozk³adu g³êbokoœci zapadlisk przyjêto 51 udokumentowanych zjawisk z lat 1963–2007. Na rysunku 5.5 pokazano, ¿e najwiêcej rejestruje siê zapadlisk do g³êbokoœci 2,0 m, co statystycznie stanowi oko³o 67% ca³ej populacji.
Œrednia g³êbokoœæ zapadliska wynosi 2,4 m, minimalna g³êbokoœæ: 0,2 m, a maksymalna g³êbokoœæ: 8,5 m. Dane zestawiono w tabeli 5.1.
Na rysunku 5.6 przedstawiono rozk³ad d³ugoœci liniowych deformacji nieci¹g³ych.
Analizowano stosunkowo niewielki zbiór deformacji sk³adaj¹cy siê z dziesiêciu zjawisk.
Rys. 5.2. Wystêpowanie deformacji nieci¹g³ych na terenie niecki bytomskiej z uwzglêdnieniem oddzia³ywania eksploatacji pok³adów wêgla kamiennego w latach 1963–2007 [22]
Fig. 5.2. Occurrence of discontinuous deformations in Bytom basin, including an influence of hard coal mining in the period 1963–2007 [22]
liczbadeformacjiniegi¹g³ych
30
Rys. 5.3. Rozk³ad liczby zapadlisk w klasach d³ugoœci z interwa³em co 0,5 m (aproksymacja rozk³adem lognormalnym) w latach 1963–2007 [22]
Fig. 5.3. Distribution of length-classified sinkholes with 0,5 m interval (approximated with lognormal distribution) in the period 1963–2007 [22]
Rys. 5.4. Wykres rozrzutu d³ugoœci i szerokoœci zapadlisk z zaznaczon¹ elips¹ dopasowania do rozk³adu normalnego na poziomie ufnoœci 0,95 [22]
Fig. 5.4. Distribution of length and width of sinkholes and distribution-fitting ellipse at 0,95 confidence level marked [22]
Rys. 5.5. Rozk³ad liczby zapadlisk w klasach g³êbokoœci z interwa³em co 1 m (aproksymacja rozk³adem wyk³adniczym) [22]
Fig. 5.5. Distribution of depth-classified sinkholes with 1 m interval (approximated with exponential distribution) [22]
Tabela 5.1 Zestawienie liczby zapadlisk w podziale na klasy g³êbokoœci z interwa³em co 1 m
oraz procentowym udziale w zbiorze analizowanych zapadlisk
Table 5.1 Specification of depth-classified sinkholes with 1 m interval and percentage share
in the set of analysed sinkhole cases
Klasa g³êbokoœci [m] Liczba zapadlisk Procentowy udzia³ klasy [%]
0–1 19 37,25
1–2 15 29,41
2–3 3 5,88
3–4 4 7,84
4–5 4 7,84
5–6 2 3,92
6–7 1 1,96
7–8 2 3,92
8–9 1 1,96
>9 0 0,0
32
Rys. 5.6. Rozk³ad liczby deformacji nieci¹g³ych liniowych (rowy lub szczeliny) w klasach d³ugoœci z interwa³em co 10 m
Fig. 5.6. Distribution of length-classified linear-discontinuous deformations (trenches or cracks) with 10 m interval
Tabela 5.2 Zestawienie liczby deformacji nieci¹g³ych liniowych (rowy lub szczeliny)
w klasach d³ugoœci z interwa³em co 10 m
Table 5.2 Specification of length-classified linear-discontinuous deformations (trenches or cracks)
with 10 m interval
Klasa d³ugoœci [m] Liczba zapadlisk Procentowy udzia³ klasy [%]
0–10 2 20
10–20 2 20
20–30 0 0
30–40 0 0
40–50 0 0
50–60 0 0
60–70 0 0
70–80 2 20
80–90 1 10
90–100 3 30
> 100 0 0
