Budownictwo Górnicze i Tunelowe, 2015, nr 2

WYDAWNICTWO

2/2015

Adres Redakcji:

40-048 Katowice, ul. T. Kościuszki 30 tel.: (32) 428 87 19

fax: (32) 428 87 00

wydawnictwo@gornicza.com.pl www.portalgorniczy.pl

Kopanka w Muzeum Przemysłu Naftowego i Gazownictwa im. I. Łukasiewicza w Bóbrce Kopanka w Muzeum Przemysłu Naftowego

i Gazownictwa

im. I. Łukasiewicza w Bóbrce

Spis treści – Nr 2/2015

Katedrą Geomechaniki, Budownictwa Podziemnego i Zarządzania Ochroną Powierzchni, Wydział Górnictwa i Geologii Politechniki Śląskiej w Gliwicach

KOMITET REDAKCYJNY

Redaktor naczelny: prof. dr hab. inż. Andrzej Karbownik Zastępcy redaktora naczelnego:

prof. zw. dr hab. inż. Mirosław Chu dek, prof. dr hab. inż. Stanisław Duży Sekretarz redakcji: mgr Beata Legomińska

Redaktor wydawniczy: mgr Jacek Drabek

Redaktorzy działowi: dr inż. Wojciech Grodecki, mgr inż. Maciej Kosmalski, prof. dr hab. inż. Piotr Strzałkowski, prof. dr hab. inż. Andrzej Wichur, dr inż. Andrzej Wojtusiak, dr inż. Ryszard Ży liń ski WYDAJE:

WYDAWNICTWO GÓRNICZESp. z o.o.

we współpracy z

Skład i łamanie: Katarzyna Pacan tel.: (32) 428 87 20 kpacan@gornicza.com.pl Dział reklamy: Barbara Skrzyczek tel.: (32) 428 87 17 bskrzyczek@gornicza.com.pl

© Copyright by „Wydawnictwo Górnicze” Sp. z o.o., Katowice 2015 Wysokość nakładu nie przekracza 5000 egzemplarzy

Żaden tekst ani zdjęcie, publikowane na łamach „Budownictwa Górniczego i Tunelowego”, nie mogą być tłumaczone ani reprodukowane – w całości ani we fragmentach, w żadnej formie, włącznie z zapisem na nośnikach elektronicznych – bez pisemnej zgody Wydawnictwa.

1

18 30

41

Adresy Redakcji

Wydawnictwo Górrnicze Sp. z o.o., 40-048 Katowice, ul. T. Kościuszki 30, tel.: (32) 428 87 21, fax: (32) 428 87 00, www.gornicza.com.pl e-mail: blegominska@gornicza.com.pl jdrabek@gornicza.com.pl

Politechnika Śląska, 44-100 Gliwice, ul. Akademicka 2, tel.: (32) 237 13 14, www.polsl.pl, e-mail: rg4@polsl.pl, stanislaw.duzy@polsl.pl 35

PIERWOTNą WERSJą CZASOPISMA JEST WERSJA PAPIEROWA. ARTYKUŁY OPINIUJE DWóCH NIEZALEŻNYCH RECENZENTóW.

dr inż. Wojciech Preidl, dr hab. Andrzej J. Wójcik, prof. PAN, dr inż. Katarzyna Szafulera Zapadliska i deformacje powierzchni terenu

na obszarze płytkiej eksploatacji górniczej gipsu w Dzierżysławiu . . . . dr inż. Grzegorz Dyduch, mgr inż. Artur Czempas

Wykorzystanie techniki wizualnej do monitorowania przestrzeni wyrobiska

za tamami izolacyjnymi . . . . dr inż. Katarzyna Szafulera

Wpływ stanu deformacji górotworu na możliwość wystąpienia wstrząsów górniczych.

Część 1 . . . . prof. dr hab. inż. Piotr Strzałkowski

Płytkie pustki na terenach górniczych a możliwość powstania zapadlisk . . . dr hab. inż. Roman Ścigała

Określanie zmienności głębokości wyrobisk górniczych

do oceny zagrożenia zapadliskowego na powierzchni . . . dr inż. Ewa Strzałkowska

„Bóbrka” – pierwsza na świecie kopalnia ropy naftowej . . . . Z KRAJu

Konferencja Naukowa – Budownictwo i Górnictwo:

Wpływ eksploatacji górniczej na środowisko

Konferencja w ramach jubileuszu 70-lecia Politechniki Krakowskiej, Kraków, 24–26 czerwca 2015 r. . . . XL Jubileuszowa Konferencja Naukowo-Techniczna:

Automatyka –Telekomunikacja – Informatyka ATI, Szczyrk, 24–26 czerwca 2015 r. . . . Konferencja Naukowo-Techniczna:

VIII Szkoła Aerologii Górniczej, Jaworze k/Bielska, 13–16 września 2015 r.. . . . Z KRAJu ZE ŚWIATA

VIII Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna:

Transport Szybowy 2015

Zamek Kliczków k/Bolesławca, 21–23 września 2015 r.. . . . . Zdjęcie na pierwszej stronie okładki wykonała Ewa Strzałkowska

RADA NAuKOWA

Jan Butra, Politechnika Wrocławska; Juraj Ďurove, Technická Univerzita, Košice;

Eva Hrubešová, VŠB Technická Uniwerzita, Ostrava; Wiktor Krawiec, Politechnika Kijowska;

Tadeusz Majcherczyk, Akademia Górniczo-Hutnicza;

Anna Siemińska-Lewandowska, Politechnika Warszawska; Markus Thewes, Ruhr-Universität, Bochum 14

47 48 49

50

Wydawnictwo Górnicze Sp. z o.o.

założone w 1994 roku

Górnicza Trybuna

40-048 Katowice

ul. T. Kościuszki 30 www.portalgorniczy.pl

www.gornicza.com.pl tel.: (32) 428 87 19

fax: (32) 428 87 00

BUDOWNICTWO

GÓRNICZE

KWARTALNIK NAUKOWO-TECH NICZ NY

ROK XXI CZERWIEC 2015

NR 2

Adres do korespondencji:

e-mail: wojciech.preidl@polsl.pl

1. Lokalizacja i położenie geograficzne

Kopalnia gipsu w Dzierżysławiu zlokalizowana jest w województwie opolskim, na terenie gminy Kietrz, na północny-wschód od miejscowości Dzierżysław.

Pod względem geograficznym rejon ten przynależy do południowo-wschodniej części Płaskowyżu Głubczyckiego, w pobliżu jej granicy z Kotliną Raciborską, w stosunkowo niedużej odległości od Bramy Morawskiej (rys. 1 i 2).

2. Opis geologiczny złoża gipsu w rejonie Dzierżysławia

Zasięg i dane o występowaniu utworów mioceńskich na Śląsku zostały przedstawione, na podstawie informacji z licz- nych otworów wiertniczych, przez S. W. Aleksandrowicza [3].

dr inż. Wojciech Preidl

Politechnika Śląska, Gliwice

dr hab. Andrzej J. Wójcik, prof. PAN

Instytut Historii Nauki, Polska Akademia Nauk, Warszawa

dr inż. Katarzyna Szafulera

Politechnika Śląska, Gliwice

Zapadliska i deformacje powierzchni terenu na obszarze płytkiej eksploatacji górniczej gipsu w Dzierżysławiu

Utwory gipsowe zdecydowanie zalegają na dużych głę- bokościach, w niewielu tylko miejscach, występując na powierzchni (Dzierżysław, Czernica).

Miąższość serii osadów chemicznych wynosi w grani- cach 20÷100 m. Składa się z łupków ilastych, marglistych z wkładkami gipsów lub anhydrytów, anhydrytów, miej- scami z wkładkami soli kamiennej. Jedna z pierwszych map geologicznych regionu górnośląskiego, wykonana przez C. Oeynhausena już w 1819 r. [26], przedstawia zasięg występowania tych utworów na powierzchni terenu (rys. 3).

Tektonika tego obszaru jest skomplikowana. W torto- nie (dolny miocen) tworzyły się bowiem na przedpolu Kar- pat duże zapadliska. Osady wypełniają lokalne zapadlisko tektoniczne, o przebiegu wschód – zachód, zwane rowem Paczkowa-Kędzierzyna, które jest ograniczone uskokami o zrzutach rzędu 200÷400 m [3, 34]. Należy zaznaczyć, że F. Roemer, autor pierwszej monografii geologicznej Śląska [31], zakładał, że gipsy powstały w wyniku wtórnego

Rys. 1. Mapa powierzchni z naniesioną granicą obszaru górniczego kopalni w Dzierżysławiu (mapa topograficzna ark. 484.34 Krzanowice, układ „1965”, skala oryginału 1:25 000, pomniejszona)

Rys. 2. Panorama terenu kopalni. Widok z drogi wojewódzkiej nr 420 Kietrz – Pilszcz, w kierunku wschodnim (fot. Wojciech Preidl)

Rys. 3. Fragment mapy geologicznej przedstawiającej zasięg utworów gipsowych w rejonie Kietrza (1819 r.) [26]

nagromadzenia i zalegają w postaci wydłużonej soczewki na piaskowcu dolnego karbonu (kulmu), a który odsłania się w samym Dzierżysławiu (rys. 4) i był wówczas przed- miotem eksploatacji górniczej [30].

Złoże gipsu w Dzierżysławiu zalega w południowej, wyniesionej, części rowu. Znajduje się około 4 km na południe od Kietrza, na wschodnim brzegu rzeki Moraw- ka. Miąższość serii złożowej dochodzi do 60 m. W spągu zalegają szarozielone iły piaszczyste z glaukonitem oraz otoczakami skał karbońskich (kulm). Powyżej leżą gipsy grubokrystaliczne, które przechodzą ku górze w gipsy zbite z wkładkami margli i iłów. Nadkład stanowią iły i piaski. Średnia zawartość CaSO₄^. 2H₂O wynosi do 90 %, a główne odmiany gipsu to: gipsy grubokrystaliczne (ziar- niste), iły gipsowe i gipsy zbite płytowe (rys. 5). W kopalni opisywano także występowanie alabastrów i trzewiowców [1, 2, 11, 21, 36].

Parametry złoża pozabilansowego zostały określone ostatnio w 1995 r. i wynoszą [40]:

• powierzchnia złoża: 181,2 ha,

• głębokość spągu: 55,0 m,

• średnia miąższość złoża: 40,1 m,

• średnia grubość nadkładu: 20,7 m.

3. Dzieje kopalni w Dzierżysławiu

W literaturze, jak również w dokumentach archiwal- nych, zachowało się stosunkowo mało informacji dotyczą- cych historii eksploatacji gipsu w rejonie Dzierżysławia.

Sama kopalnia, jak i wpływ dawnej działalności górniczej na powierzchnię terenu, były pierwszy raz przedmiotem analiz przedstawionymi przez W. Preidl i A.J. Wójcika [29].

Należy zaznaczyć, że w zachowanych dokumentacjach geologicznych złoża [1, 33] podawany jest także 1812 r.

jako początek wydobycia gipsu. Kopalnia, przed II wojną światową, należała do Teodora Rudzińskiego, bogatego właściciela dóbr ziemskich [17]. W 1944 r. podjęto tu działania zmierzające do wykorzystania wyrobisk kopal- ni jako podziemnej fabryki Argus Motoren Gesellschaft m.b.H., o kryptonimie „Krabbe”, która miała produkować silniki odrzutowe do samolotów [32, 39].

Po II wojnie światowej, na podstawie zarządzenia Przewodniczącego Wojewódzkiej Komisji ds. Upaństwo- wienia Przedsiębiorstw w Katowicach z 29 marca 1947 r., kopalnia Teodora Rudzińskiego (wraz z torowiskami

Rys. 4. Fragment mapy geologicznej przedstawiającej zasięg utworów gipsowych i eksploatacji górniczą w rejonie Kietrza (1867 r.) [30]

Rys. 5. Przekrój geologiczny przez kopalnię gipsu [22, 34 – zmieniony]:

1 – podłoże (osady dolnego karbonu – kulm), 2 – iły gipsowe, 3 – gipsy grubokrystaliczne, 4 – gipsy zbite, 5 – iły i margle, 6 – piaski i żwiry (pleistocen)

prowadzącymi z kopalni do Kietrza oraz młynami i pie- cami do wypalania gipsu, znajdującymi się w Kietrzu) przeszła na skarb państwa na podstawie jednostronnie podpisanego w Dzierżysławiu protokołu sporządzonego w dniu 28 lutego 1947 r. przez przedstawicieli Zjedno- czenia Fabryk Cementu „Centrocement” z Sosnowca.

Rudziński, aż do swojej śmierci, nie przyjął tego proto- kołu, oficjalnie tłumacząc się, że nie może tego zrobić bez swojego adwokata. Osoba Teodora Rudzińskiego jest bardzo tajemnicza. Posługiwał się tytułem hrabiowskim, a w 1940 r. z Urzędu Górniczego we Wrocławiu (Obe- rbergamt Breslau) otrzymał na własność prawie 180 tys.

hektarów gruntów w okolicy Kietrza, które miały być prze- znaczone pod eksploatację gipsu, jak także pod uprawy rolne. Rudziński zmarł w Kietrzu w 1951 r., gdzie został pochowany na miejscowym cmentarzu [18].

W latach 1949–1950 Państwowe Przedsiębiorstwo Miernicze w Krakowie przeprowadziło po raz pierwszy szczegółowe pomiary kopalni – zwanej popularnie przez mieszkańców „Gipsownią” lub „Gipsulą”, które były realizowane wraz z odwierceniem 21 otworów poszuki- wawczych.

Ostateczne odwodnienie kopalni nastąpiło dopiero w 1951 r. Z tego też okresu pochodzą informacje o stanie wyrobisk. Wyrobiska na poziomie I i II były częściowo zawalone i zaszlamowane. Natomiast wyrobiska na po- ziomie III były tylko zaszlamowane. Na poziomie I, II, III zasoby gipsu zostały wyeksploatowane, a poziom IV był przygotowany do eksploatacji, natomiast poziom V służył jedynie za zbiornik wody. Wyrobiska były prowadzone bez obudowy.

W 1951 r. po połączeniu kopalni i gipsołomów w Czer- nicy powstała kopalnia gipsu „Czernica-Dzierżysław”.

Jak wynika, z bardzo szczątkowo zachowanych zesta- wień finansowych, na przykład w 1959 roku kopalnia zatrudniała 24 górników, dwóch strzałowych, dwóch wiertaczy, czterech budowaczy dołowych, dwóch cieśli i dwóch ciskaczy. W zestawieniu tym nie ujęto pracow- ników inżynieryjno-technicznych, administracyjnych i powierzchniowych [12, 18].

Z chwilą zatrzymania produkcji gipsu i likwidacji zakładu w Czernicy (30 czerwca 1961 r.) kopalnia w Dzierżysławiu została włączona do Cementowni

„Groszowice”. Eksploatacja gipsu w kopalni została zakończona definitywnie 31 grudnia 1973 r., a decyzją Ministra Ochrony Środowiska Zasobów Naturalnych i Leśnictwa z dnia 14 lipca 1997 r., zasoby zostały skre- ślone z ewidencji, a teren pokopalniany został przezna- czony na zbiornik retencyjno-kolmatacyjny, co zostało wprowadzone do planów przez Wojewódzki Zarząd Melioracji i Urządzeń Wodnych w Opolu [40]. Szacuje się także, że pozostawione w złożu zasoby gipsu wynoszą około 73 mln t [9, 10].

4. Systemy podziemnej eksploatacji gipsu w kopalni „Dzierżysław”

W kopalni „Dzierżysław” eksploatację prowadzono zapewne w pierwszym okresie odkrywkowo, systemem gospodarczym przez lokalnych właścicieli gruntów.

Występowanie skał gipsowych było bowiem już uwi- docznione w 1736 r. w nazewnictwie mapy autorstwa R. Hofrichtera [16]. Pierwsze wzmianki o eksploatacji systemem podziemnym z udostępnieniem złoża za po- mocą upadowych pochodzą z 1870 r. [2, 33]. W litera- turze wymieniane są trzy upadowe: „Anna”, „Ludwik”

i „Ferdynand”, które należały do prywatnych właścicieli.

W 1951 r., po znacjonalizowaniu kopalni, zachowały się tylko upadowe: „Anna”, zlokalizowana około 380 m na zachód od drogi powiatowej Ściborzyce Wielkie – Kietrz i oddalona od niej 230 m na północ upadowa „Ferdynand”.

Z zachowanych, materiałów archiwalnych wynika, że na terenie kopalni funkcjonowała jeszcze upadowa tzw.

schodowa, której ślady są jeszcze obecnie widoczne na powierzchni i upadowa zlokalizowana na zachód, około 160 m, od upadowej „Anna” oraz upadowa zlokalizowana około 240 m na południe od upadowej „Anna”. W lite- raturze wymieniana jest również upadowa „Feliks”, ale obecnie trudno jest ją odnaleźć w terenie.

Poziomy eksploatacji: I, II i częściowo III zostały wyeksploatowane do 1951 r., a poziom IV został czę- ściowo przygotowany do produkcji. Charakterystykę poszczególnych poziomów eksploatacyjnych wraz z zasobami i systemem wybierania złoża przedstawiono w tablicy 1.

Obecnie nie ma możliwości stwierdzenia, jak była prowadzona eksploatacja na poziomie I. Na poziomach II i III eksploatacja była prowadzona systemem szerokich chodników. Polegał on na wykonywaniu szerokich na 6 m chodników rozmieszczonych w kształcie kratki. W efekcie po wybraniu gipsu pozostawały filary bezpieczeństwa o przekroju kwadratowym i wymiarach boku 10÷11 m [1, 2, 15, 37]. Ten stosunkowo bezpieczny sposób eks- ploatacji, pozwalający na wybieranie tylko najbardziej wartościowego surowca, generował jednak bardzo duże straty w złożu dochodzące do 70 %.

W późniejszym okresie zastosowano do eksploatacji system komorowy, w którym komory były prowadzone w różnych kierunkach w zależności od zawartości czystego CaSO₄ ^. 2H₂O w złożu. W systemie tym szerokość komór dochodziła do 11 m, a ich wysokość nie przekraczała 5,5 m. Pomiędzy komorami pozostawiano filary oporowe o szerokości od 4 do 11 m. Pomiędzy poszczególnymi poziomami pozostawiano łatę niewybranego gipsu o gru- bości około 1,11 m. Pozwoliło to na ograniczenie strat w złożu do 55 %.

Na rysunku 6 przedstawiono system eksploatacji na poziomach II i III (tzw. szerokich chodników) natomiast na rysunku 7 przedstawiono system eksploatacji komorowo- -filarowy. Został on wdrożony do użycia dopiero podczas

eksploatacji poziomu V, co miało miejsce w 1952 r. Syste- mem tym prowadzono eksploatację również na poziomach niższych, tj.: VI , VII i VIII. Poziom IX w chwili likwidacji kopalni spełniał funkcję poziomu odwadniającego. Należy zaznaczyć, że woda dopływająca do wyrobisk kopalni w ilościach powyżej 3 m³/min była w całości odprowa- dzana do rzeki Morawka.

Rozwinięciem tego systemu, pozwalającym na zwięk- szenie wydajności pracy i porządkującym eksploatację, był system komorowo-filarowy, który stosowano aż do zamknięcia kopalni. System ten polegał na podzieleniu

Tablica 1. Charakterystyka poziomów eksploatacyjnych kopalni „Dzierżysław” [1, 32]

Nr poziomu

Wysokość spągu

m

Grubość półki skalnej

Zasoby geometryczne poziomu

tys. t

Planowany czas eksploatacji

lata Uwagi

I 234,50 brak danych brak danych brak danych System odkrywkowy

II 230,00 brak danych brak danych brak danych System szerokich chodników

III 226,55 5,1 ? brak danych brak danych System komorowy

IV 221,35 5,1 brak danych brak danych System komorowo-filarowy

V 213,80 7,55 2 558,00 7 System komorowo-filarowy

VI 206,30 7,5 2 582,00 7 System komorowo-filarowy

VII 198,80 7,5 2 850,00 8 System komorowo-filarowy

VIII 191,30 7,5 2 282,00 7 System komorowo-filarowy

IX 183,80 7,5 1 472,00 4 Nieeksploatowany

Rys. 6. System eksploatacji szerokimi chodnikami używany w kopalni podczas eksploatacji poziomów: II, III i IV [17]

pola eksploatacyjnego chodnikami przewozowymi na pasy o szerokości około 110 m, pomiędzy którymi wy- konywano komory eksploatacyjne o wymiarach przekroju poprzecznego 6,0 × 6,0 m i długości 110 m. Pomiędzy komorami pozostawiano filary oporowe o szerokości 4 m. W stropie pozostawiano łatę niewybranego gipsu o grubości co najmniej 1,5 m. Przy tym sposobie eks- ploatacji uzyskano zmniejszenie strat w złożu do 45 %.

Na rysunku 8 przedstawiono system komorowy eksploata- cji gipsu w odmianie: z przodkiem stropowo-stopniowym i przodkiem spągowo-stopniowym, które były stosowane w kopalni „Dzierżysław” [1, 2, 37].

Rys. 7. System filarowo-komorowy używany na kopalni w latach 1952-1971 podczas eksploatacji poziomów V, VI i VII [17].

5. Wpływ eksploatacji podziemnej na powierzchnię

Skutki eksploatacji podziemnej złoża gipsu są wyraź- nie widoczne w terenie. W rejonie lokalizacji upadowej

„Ferdynand” – starej, przedwojennej eksploatacji, na powierzchni terenu można stwierdzić liczne zapadliska i rowy. Część z nich, zwłaszcza formy zrębowe, należy wiązać z eksploatacją odkrywkową, prowadzoną syste- mem gospodarczym. Obecnie w tym rejonie utworzony jest rezerwat przyrody „Gipsowa Góra”, którego historia powstania rezerwatu zasługuje na osobną informację. Po raz pierwszy występującą tu specyficzną florę kseroter- miczną (murawy kserotermiczne Festuco-Brometea), już w 1927 r., opisał Richard Keilholz. Następnie powstał tu

rezerwat przyrody (1935 r.). Ponownie, w 1957 r., został w tym miejscu utworzony rezerwat przyrody w celu zachowania stanowisk roślinności stepowej [23, 35, 38].

Po 1945 r. ciężar eksploatacji przeniesiony został na południe od wzmiankowanego rejonu. Eksploatacja była prowadzona z upadowej „Anna” zlokalizowanej o około 380 m na południe od upadowej „Ferdynand”. Na pozio- mach: IV, V i VI wykonano wyrobiska eksploatacyjne, komory, za pomocą których eksploatowano złoże w partii pomiędzy upadowymi „Ferdynand” i „Anna”. Główna jednak eksploatacja prowadzona była w rejonie Gipso- wej Góry, przy południowej granicy obszaru górniczego (rys. 1).

W rejonie upadowych „Anna” i „Ferdynand” również można zaobserwować zapadliska o kształcie lejowym lub podłużnym. Charakteryzują się one większymi rozmiarami,

Rys. 8. Podłużny przekrój przez komorę z przodkiem:

a) stropowo-stopniowym, b) spągowo-stopniowym [2],

1 – chodnik przewozowy, 2 – początkowa przebitka, 3 – komora, 4 – przodek, 5 – strop, 6 – spąg, 7 – urobek b)

a)

a niektóre z nich są wypełnione wodą (rys. 9 i 10). Należy zaznaczyć, że zwłaszcza zapadlisko, przedstawione na rysunku 9, charakteryzuje się dużymi rozmiarami i ma około 30 m średnicy. Głębokość zapadliska, ze względu na wypełnienie wodą, nie została pomierzona.

Z map powierzchni terenu można przypuszczać, że jest ono zlokalizowane w miejscu upadowej „Anna” lub bardzo blisko miejsca jej wykonania. Proces powstawania deformacji nieciągłych na powierzchni terenu będzie narastał w czasie.

Ma to związek zarówno ze sposobem eksploatacji, wybrane komory nie były podsadzane, jak i z samymi właściwo- ściami geomechanicznymi gipsu, w którym prowadzono eksploatację. Analiza procesu deformacji ośrodka wokół płytkiej eksploatacji została szczegółowo przedstawiona między innymi w pracach [4, 7, 24, 25].

Rys. 9. Zapadlisko w kształcie leja:

średnica około 3 m, głębokość około 2,5 m (fot. Wojciech Preidl)

Rys. 10. Duże zapadlisko wypełnione wodą:

średnica około 30 m (fot. Wojciech Preidl)

5.1. Ocena zagrożenia powierzchni terenu wystąpieniem zapadlisk

Różnorodność czynników, mających wpływ na po- wstanie nieciągłych deformacji typu powierzchniowego, czyni zjawiska te trudne do przewidywania. Zasadniczą przyczyną występowania powierzchniowych deformacji nieciągłych są istniejące w górotworze pustki. Jednak o ich ujawnieniu się na powierzchni decyduje bardzo wiele różnorodnych czynników geologiczno-górniczych.

Od lat powszechnie uważa się, że zagrożenie po- wierzchni stwarza płytka eksploatacja górnicza. Na podstawie obserwacji przyjęto, że granica głębokości, przy której może dojść do powstania nieciągłości, nie przekracza 80 m [5, 6, 13, 19]. Potwierdzeniem tego są

również analizy zbiorów zaistniałych deformacji w obsza- rze Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, w których około 90 % wystąpienia zapadlisk notowano nad wyrobiskami zalegającymi na tej głębokości [14].

Sposób określenia głębokości krytycznej, poniżej której pustka nie stanowi zagrożenia, podany został przez Goszcza w 1996 r. [8]:

(1) gdzie:

h_n – miąższość nadkładu, m, a – grubość półki bezpieczeństwa,

przyjęta w opracowaniu: 5,0 m,

w_w – wysokość wyrobiska (pustki pogórniczej) m, g – grubość eksploatowanej warstwy, m, s – długość wybranej części pokładu, m, φ – kąt tarcia wewnętrznego skał, º.

M. Chudek i J. Arkuszewski, na podstawie obserwacji, badań teoretycznych i modelowych określili wpływ wielu czynników geologiczno-górniczych na proces tworzenia się nieciągłości powierzchniowych, dając tym samym podsta- wę do wstępnego oszacowania prawdopodobieństwa ich wystąpienia [5]. Rezultaty tych badań i obserwacji wska- zały, że im większa grubość luźnego nadkładu i większa grubość eksploatowanej warstwy, tym większe prawdopo- dobieństwo wystąpienia na powierzchni terenu zapadliska, a im dłuższy czas, jaki upłynął od zakończenia eksploatacji, tym większe szanse, że nieciągłość się nie pojawi.

Istotnym czynnikiem, decydującym o występowaniu deformacji nieciągłej, jest również prowadzony system eksploatacji. Z analiz opublikowanych w pracy M. Chudka i J. Arkuszewskiego wynika, że większość zapadlisk zosta- ła spowodowana eksploatacją złóż prowadzoną systemem komorowym i zabierkowym [5]. Natomiast A. Goszcz dowiódł, że znaczny wpływ na występowanie nieciągłego procesu deformacji ma zawodnienie ośrodka i związany z nim proces sufozji [13]. Wszyscy Autorzy podkreślają, że szczególnie niebezpieczny stan powstaje wówczas, gdy istnieje kontakt hydrauliczny między luźnymi lub spękanymi warstwami nadkładu, utworami skalnymi i pustką. Kiedy pustka zostaje wypełniona wodą, pełni ona rolę podsadzki, jeżeli pustka zostaje odwodniona, może zostać uruchomiony proces sufozji i postępujący proces zniszczenia górotworu.

Wpływ oddziaływania wody jest niejednokrotnie przyczyną reaktywacji starych pustek w górotworze.

Dotyczy to zwłaszcza pustek częściowo lub całkowicie podsadzonych materiałem drobnoziarnistym lub ilastym.

Materiał ten, na skutek migracji wód przez szczeliny gó- rotworu i stare zroby, może uleć wymyciu, pozostawiając w górotworze niepodsadzoną przestrzeń.

Zjawisko infiltracji wód w głąb górotworu przez szcze- liny powstałe nad eksploatacją może spowodować, że na- wet głęboko prowadzona eksploatacja stwarza możliwość

ϕ + ⋅

+ +

= 12 6 cos

2

s w g h a

H_{kr n w}

powstania pustki położonej znacznie wyżej od poziomu prowadzonych prac górniczych. Istotny wpływ na uak- tywnienie procesu deformacji powierzchni mają również nadmierne obciążenia statyczne, np. składowanie mate- riałów, wykonywanie nasypów itp. oraz różnego rodzaju obciążeń dynamicznych, np. wstrząsów sejsmicznych i parasejsmicznych, czy intensywnych i długotrwałych drgań komunikacyjnych [27].

Przedstawione tu czynniki geologiczno-górnicze dają jedynie możliwość oceny prawdopodobieństwa zagrożenia powierzchni w aspekcie występowania zapadlisk, jednak wszechstronne ich rozpoznanie może stanowić podstawę trafnej prognozy odnośnie do ich wystąpienia. Przykładem może być opracowana na podstawie analizy wpływu czyn- ników geologiczno-górniczych klasyfikacja możliwości wystąpienia na powierzchni deformacji nieciągłej [20].

Głównym warunkiem wystąpienia na powierzchni terenu zapadliska jest przemieszczenie skał w kierunku wyrobiska (pustki) oraz powstanie strefy zawału lub/i strefy spękań. Kiedy jedna z tych stref sięga powierzchni, możemy spodziewać się powstania zapadlisk. Kluczowym punktem odniesienia w analitycznym określeniu stopnia zagrożenia jest określenie wysokości stref: zawału (h_z) oraz spękań (h_s).

Metody analitycznego prognozowania deformacji nieciągłych (metoda Chudka-Olszowskiego i Janusza-Ja- rosza, metoda Fenka, Sachsa-Zakolskiego-Skinderewicza), oparte są na założeniach fizyko-mechanicznych i geome- trycznych. Metoda Chudka-Olaszowskiego powstała na podstawie bogatego materiału doświadczalnego pochodzą- cego z inwentaryzacji blisko 1 800 deformacji nieciągłych z terenu Górnośląskiego Zagłębia Węglowego [6].

Autorzy metody zaproponowali formuły na maksy- malną wysokość strefy zawału (w_zmax) oraz maksymalną wysokość strefy spękań (w_smax), wartość wskaźnika z oraz wielkość prawdopodobieństwa P. Wskaźnik z, który obrazuje wielkość grubości pokładu lub wielkości pustki, odnoszący się do grubości górotworu zwięzłego, obliczany jest ze wzoru:

(2) gdzie:

g – wysokość wyrobiska (pustki pierwotnej), m, H – głębokość eksploatacji wyrobiska, m, h – grubość nadkładu, m.

Dla zwiększenia praktycznego znaczenia wyników metody w pracy [4, 41] przedstawiono rozkład prawdopo- dobieństwa P (3) w zależności od wielkości wskaźnika z.

Przy założeniach, że wysokość strefy zawału (w_zmax) jest w przybliżeniu równa 10 g, a (w_s) w przybliżeniu równa 10 g – 50 g, to prawdopodobieństwo P, w zależności od bezwymiarowego wskaźnika z, można obliczyć za pomocą wzoru:

P₁ = 1,34 – 0,036 · z + 0,00019 · z² (3) g

h z= H−

W praktycznych obliczeniach proponuje się do zwięk- szenia granicy bezpieczeństwa przy prognozowaniu moż- liwości występowania zapadlisk przyjmować, że (w_smax) jest w przybliżeniu równa 50 g. Przypadki takie zachodzą sporadycznie, w warunkach istnienia silnie rozwiniętej sieci spękań w górotworze zasadniczym, jednak przyjęcie tak wysokich stref zawału i spękań pozwala podwyższyć bezpieczeństwo wykonania trafnej prognozy.

5.2. Charakterystyka zagrożenia powierzchni ze strony płytkich pustek w obszarze byłej kopalni gipsu w Dzierżysławiu

Spośród różnych czynników, mających wpływ na zja- wisko powstawania zapadlisk [14], wymienia się zmiany gabarytów istniejącej pustki, zmiany stanu naprężenia w górotworze wokół pustki, a przede wszystkim zmiany parametrów fizyko-mechanicznych skał wokół pustki.

W przypadku gipsu, zwłaszcza woda i czas, mogą być czynnikami przyspieszającymi omawiane procesy. Gips jako skała charakteryzuje się małą odpornością na działa- nie wody. Jest to uwarunkowane od jego formy skupienia.

Gipsy drobnokrystaliczne zailone lub też zapiaszczone charakteryzują się mniejszą odpornością na działanie wody niż gipsy grubokrystaliczne. Wizja lokalna prze- prowadzona w kopalni, przed jej ponownym uruchomie- niem [2], wykazała, że mimo kilkuletniego (1945–1949) wypełnienia przez wodę wyrobisk zlokalizowanych na poziomach I – III, że stan ich jest dobry. Stwierdzono tylko ich częściowe wypełnienie szlamem iłowym. Po odwodnieniu i oczyszczeniu ze szlamu nadawały się do ponownego wykorzystania i kopalnia mogła wznowić wydobycie. Jednakże znaczne wyeksploatowanie złoża na tych poziomach spowodowało, że ich eksploatacja stała się nierentowna i w związku z tym kopalnia przystą- piła do rozbudowy poziomu IV i zaplanowano rozcinkę

na poziomach VI, VII i VIII. Rabunkowa gospodarka złożem, polegająca na wybieraniu tylko najbardziej war- tościowego surowca, spowodowała z jednej strony duże straty, ale z drugiej strony uchroniła wyrobiska na tych po- ziomach przed zawaleniem się na wskutek oddziaływania wody. Wyrobiska były prowadzone w mocnych gipsach o dużej zawartości czystego gipsu dochodzącej do 90 %, a więc w miarę odpornego na działanie wody.

Proces samolikwidacji przez zawalenie komór powsta- łych po wybraniu gipsu, które są zlokalizowane w sumie na dziewięciu poziomach eksploatacyjnych, będzie w miarę upływu czasu intensyfikował się. Woda wypełniająca zalane wyrobiska powoduje uplastycznienie skał ocio- sowych i spadek ich wytrzymałości. Wystąpi zjawisko rozgniatania filarów międzykomorowych. Natomiast naprężenia rozciągające w stropie komory będą wzrastać, powodując przyrost strefy spękań w ławie rozdzielającej poszczególne poziomy eksploatacyjne, a w konsekwencji jej przerwanie i w efekcie zawalenie się komory. Zjawisko to zostało szczegółowo opisane w pracach [4, 14]. Proces samopodsadzania się komór może przebiegać aż do po- wierzchni, powodując powstanie zapadlisk, o których tu wspomniano. Korzystając z zależności analitycznej przy znanych parametrach geometrycznych pustki i właści- wościach fizyko-mechaniczne luźnego nadkładu, można wyznaczyć teoretycznie największy możliwy zasięg zapa- dliska na powierzchni terenu (4) [28, 41, 42, 44]:

R_zapadliska ≅ htan(90° – φ) + l (4) gdzie:

R_zapadliska – przewidywany promień zapadliska, m, h – grubość luźnego nadkładu, m,

φ – kąt tarcia wewnętrznego utworów luźnego nadkładu, °,

l/2 – szerokość wyrobiska/pustki, m.

Tablica 2. Wskaźnik z oraz prawdopodobieństwo P wystąpienia zapadliska przy wykorzystaniu metody Chudka-Olszowskiego

Numer poziomu Głębokość m

Grubość nadkładu

m

Wysokość potencjalnej pustki

m

z P

I 19,5 4 – 5 3,1 – 0,99 –

II 23,0 4 – 5 3,8 – 0,99 –

III 28,1 4 20,7 5 4,83 1,49 0,99 0,9

IV 35,7 4 20,7 5 6,34 3 0,99 0,99

V 43,2 4 20,7 5 7,84 4,5 0,99 0,99

VI 50,7 4 20,7 5 9,34 6 0,99 0,99

VII 58,2 4 20,7 5 10,84 7,5 0,97 0,99

VIII 65,7 4 20,7 5 12,34 9 0,92 0,99

IX 70,7 4 20,7 5 13,34 10 0,89 0,99

W celu określenia prawdopodobieństwo P wystąpienia zapadliska w analizowanym obszarze przy wykorzysta- niu metody Chudka-Olszowskiego, obliczono najpierw wskaźnik z (wzór 2), a następnie, korzystając ze wzoru 3, obliczono prawdopodobieństwo. Wyniki obliczeń prze- stawiono w tablicy 2.

Wyniki obliczeń, przedstawione w tablicy 2, dla róż- nych poziomów wydobywczych uzyskano na podstawie założenia, że pustki nie wpływają na siebie. Wartość liczby wskaźnikowej z oraz prawdopodobieństwa P obliczono dla pojedynczych pustek przy założeniu niezależności eksploatowanych poziomów. Dla takich założeń wartość prawdopodobieństwa nieznacznie maleje. Im większa odległość stropu pustki od powierzchni terenu, tym mniej- sze zagrożenie powstaniem zapadliska. W rzeczywistości jednak należy wziąć pod uwagę prowadzony system eks- ploatacji. Pustki poszczególnych poziomów zlokalizowane pod sobą oddzielone są półką skalną o miąższości około od 1,5 m do 2,5 m. W przypadku samorabowania stropu komór wysokość pustki wzrasta, a tym samym prawdopo- dobieństwo powstania zapadlisk na powierzchnie terenu będzie większe.

W odniesieniu do uzyskanych wyników obliczeń, wartość liczby wskaźnikowej z dla praktycznie wszystkich poziomów klasyfikuje rejon objęty analizą jako teren kategorii A.

Na terenie takim występuje bardzo duże prawdopo- dobieństwo wystąpienia na powierzchni zapadliska, co potwierdza również wartość oszacowanego prawdopodo- bieństwa P. W warunkach tych na powierzchni można spo- dziewać się zapadlisk o dużych rozmiarach. Na podstawie zależności (4) przy założeniu grubości luźnego nadkładu od około 4 m do około 20,7 m i średnim efektywnym kącie tarcia wewnętrznego φ = 18° [43], jak i szerokości wyro- biska od około 6 m do około 11 m obliczony teoretyczny promień zapadliska sięga od około 15,3 m (przy h = 4 m, l = 6 m) do około 69,2 m (przy h = 20,7 m, l = 11 m).

W celu bardziej precyzyjnej prognozy ze względów skąpej dokumentacji geologiczno-górniczej wymagane są dalsze badania geofizyczne przy użyciu specjalistycznego sprzętu. Z analiz, niekompletnych materiałów dotyczących eksploatacji złoża, wynika jednoznaczny wniosek, że na obszarze objętym eksploatacją górniczą istnieje bardzo duże zagrożenie wystąpienia deformacji nieciągłych na powierzchni terenu.

6. Podsumowanie i wnioski

Teren objęty wpływami eksploatacyjnymi w aktualnej sytuacji, dużego ryzyka wystąpienia nowych deformacji nieciągłych, w żadnym wypadku nie nadaje się do wyko- rzystania pod cele inwestycyjne, np. zabudowę. W planach zagospodarowania przestrzennego Gminy Kietrz jest on

przewidziany pod działalność rolniczą. Przemawia za tym rolniczy charakter gminy, jak i żyzne ziemie lesso- we. Zachodnie stoki garbu, którego kulminacją jest Góra Gipsowa, objęte wpływami eksploatacji, ze względu na jego nachylenie nie nadaje się do wykorzystania rolniczego [23, 38].

W obecnej sytuacji istnieją następujące możliwości użytkowania tego terenu:

• rozszerzenie granic rezerwatu przyrody „Gipsowa Góra”, tak by objął cały obszar ujawniania się wpły- wów eksploatacji na powierzchnię terenu,

• budowa zbiornika retencyjno-kolmatacyjnego, według planów opracowanych przez Wojewódzki Zarząd Me- lioracji i Urządzeń Wodnych w Opolu,

• wznowienie eksploatacji złoża gipsu, gdzie pozostało jeszcze niewybrane 73 mln t kopaliny, a działaniami tymi jest zainteresowana, między innymi, polsko- -niemiecka firma Silex-Kwarc Sp. z o.o. (grupa Wolff

& Müller), która starała się o koncesję na wydobycie gipsów i anhydrytów,

• nie podejmowanie jakichkolwiek działań i pozosta- wienie dotychczasowego status quo.

Niepodejmowanie jakichkolwiek działań spowoduje degradację terenu polegającą na jego samorekultywacji przez roślinność typu krzaczastego, co w połączeniu z pozostawionymi ruinami dawnych zabudowań kopalni (rys. 11, 12 i 13) stwarza mało estetyczne wrażenie i na pewno nie przyczyni się do uatrakcyjnienia turystycznego terenu [29].

Najbardziej celowym wydaje się rozwiązanie, polega- jące na rozszerzeniu obszaru rezerwatu poprzez włączenie w jego granice zachodnich zboczy Gipsowej Góry, rejonu aktywacji pustek poeksploatacyjnych. Działanie takie musiałoby być poprzedzone zabiegami polegającymi na stworzeniu warunków do rozwoju roślinności kseroter- micznej, która jest objęta ochroną na terenie rezerwatu.

Wycięcie nadmiernie rozprzestrzenionych zarośli typu krzaczastego z jednej strony stworzyłoby warunki do rozwoju muraw kserotermicznych i odsłoniłoby, obecnie zasłonięte gęstymi krzakami, liczne deformacje nieciągłe związane z eksploatacją gipsów.

LITERATURA

1. Adamiakowski L.: Dokumentacja geologiczna złoża gipsu w miejscowości Dzierżysław w kategorii A+B+C₁+C₂. Centr.

Arch. Geolog., Warszawa, sygn. DOK/SŁ/D III/32 i 4826/83 (10772)

2. Adamiakowski L., Hromek B.: Eksploatacja kamienia gipsowego. „Cement-Wapno-Gips” 1951, nr 3, s. 51–53

3. Aleksandrowicz S.W.: Stratygrafia osadów mioceńskich w Zagłębiu Górnośląskim. Pr. Inst. Geol. 1963, t. XXXIX

4. Chudek M.: Geomechanika z podstawami ochrony śro- dowiska górniczego i powierzchni terenu. Wydaw. Pol. Śl., Gliwice 2002

5. Chudek M., Arkuszewski J.: Identyfikacja deformacji zapadliskowych w obszarach dawnej i płytkiej eksploatacji górniczej na terenie Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego.

Budownictwo Węglowe 1980, nr 4, s. 3–11

6. Chudek M., Janusz W., Zych J.: Studium dotyczące stanu rozpoznania tworzenia się i prognozowania deformacji niecią- głych pod wpływem podziemnej eksploatacji złóż. Zesz. Nauk.

Pol. Śl. 1988, ser. Górnictwo, z. 141

7. Fajklewicz Z., Mikoś T., Radomiński J., Stewarski E.:

Własności fizyczne górotworu w sąsiedztwie pustek i ich gra- wimetryczne rozpoznanie. Pr. Nauk. Inst. Geotech. i Hydrotech.

Pol. Wrocław 2001, nr 73, ser. Konferencje nr 40, s. 163–172 8. Fajklewicz Z., Piwowarski W., Radomiński J., Stewarski E., Tajduś A.: Badania zmian deformacyjnych w górotworze w celu odtwarzania wartości budowlanej terenów pogórniczych. Agen- cja Wydaw. Poligraf. Art-Tekst, Kraków 2004

Rys. 11. Ruiny zabudowań kopalni

(fot. Wojciech Preidl) Rys. 12. Pozostałości żelbetowej konstrukcji (fot. Wojciech Preidl)

Rys. 13. Widok na teren zakładu głównego dawnej kopalni gipsu (fot. Wojciech Preidl, 2015)

9. Gabzdyl W.: Geologia i kopaliny Górnego Śląska. Zesz.

Nauk. Pol. Śl. 1997, nr 1361

10. Gabzdyl W., Hanak B.: Surowce mineralne Górnoślą- skiego Zagłębia Węglowego i obszarów przyległych. Przegląd Geologiczny 2005, nr 9, s. 726–733

11. Gaweł A.: Złoża gipsu w Polsce południowej. Cement- -Wapno-Gips 1955, nr 6, s. 117–122

12. Gipsołomy „Czernica” w Czernicy 1946–1954. Arch.

Państw., Opole, sygn. 2871

13. Goszcz A.: Powstawanie zapadlisk i innych deformacji nieciągłych powierzchni na obszarach płytkiej eksploatacji gór- niczej. Mater. Konf. Szkoły Eksploatacji Podziemnej. Wydaw.

CPPGSMiE PAN, Kraków 1996, s. 119–137

14. Goszcz A., Surowiec Z., Kotyrba A., Foryś T.: Analiza metod i możliwości oceny oraz sposoby zwalczania zagrożenia ze strony płytko zalegających pustek. Prace GIG 1991, Komu- nikat nr 763

15. Grzymek J.: Ogólne wiadomości o historii i rodzajach budowlanych materiałów wiążących. Cement-Wapno-Gips 1954, nr 5, s. 90–98

16. Halmer D.: Płaskowyż Głubczycki na mapach Wyższego Urzędu Górniczego we Wrocławiu. Górnik Polski 2008, nr 2, s. 127–143

17. Kopalnia gipsu „Czernica-Dzierżysław” w Czernicy 1947–1961. Arch. Państw. Opole, sygn. 2872

18. Kopalnia gipsu „Dzierżysław” 1949–1951. Arch.

Państw., Opole, sygn. 384

19. Kotyrba A.: Zagrożenie i ryzyka zapadliskowe terenów Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Wiadomości Górnicze 2005, nr 7–8, s. 348–358

20. Kotyrba A., Tyrała A., Michalak J.: Płytka eksploatacja złóż węgla kamiennego i rud cynkowo-ołowiowych oraz meto- dy eliminacji jej wpływu na warunki geologiczno-inżynierskie województwa katowickiego. Prace Nauk. GIG 1998, ser. Kon- ferencje, nr 24, s. 311–326

21. Krach W.: Orzeczenie geologiczne. [W:] Adamiakow- ski L.: Dokumentacja geologiczna złoża gipsu w miejscowości Dzierżysław w kategorii A+B+C₁+C₂. Centr. Arch. Geolog., Warszawa 1952, sygn. DOK/SŁ/D III/32 i 4826/83 (10772), zał. 10, s. 1–11

22. Kwiatkowski S.: Złoża gipsów mioceńskich Polski południowej. Biuletyn Instytutu Geologicznego 1974, t. VII, s. 299–339

23. Lewandowski W.: Czynna ochrona zbiorowisk roślinnych rezerwatu przyrody „Góra Gipsowa” na Opolszczyźnie. Przegląd Przyrodniczy 2012, nr 3, s. 153–160

24. Mikoś T., Piwowarski W., Stewarski E.: Geomechaniczna analiza procesu deformacji ośrodka w otoczeniu dawnej płytkiej eksploatacji górniczej z wykorzystaniem obserwacji geodezyj- nych. Prace Nauk. Inst. Geotech. i Hydrotech. Pol. Wrocław 2001, nr 73, ser. Konferencje nr 40, s. 377–384

25. Ochrona środowiska w Górnośląskim i Donieckim Zagłębiu Węglowym. Pr. zbior., red. Chudek M., Sapicki K.F., Wydaw. Pol. Śl., Gliwice 2004

26. Oeynhausen C.A.L.: Geognostische Karte von Ober- -Schlesien und den angränzenden Ländern. Skala 1:286 000.

Litografia F.A. Motta, Köln 1819

27. Pilecki Z., Kotyrba A.: Problematyka rozpoznania deformacji nieciągłych dla potrzeb projektowania konstrukcji drogowych na terenach płytkiej eksploatacji rud metali. Prace Nauk. GIG 2007, ser. Górnictwo i Środowisko, wyd. specjalne

28. Pilecki Z., Baranowski A.: Estimation of Dimension of a Regular-Type Sinkhole Activated by Abandoned Shafts.

Publications of the Institute of Geophysics, Polish Academy of Sciences M-29 (395) Mining and Environmental Geophysics.

Warszawa 2006, s. 271–279

29. Preidl W., Wójcik A.J.: Wpływ płytkiej eksploatacji na powierzchnię na przykładzie kopalni gipsu w Dzierżysławiu.

Zesz. Nauk. Pol. Śl. 2007, nr 1751, Górnictwo, z. 276, s. 139–149 30. Roemer F.: Geognostische Karte von Oberschlesien und den angrenzenden Gebieten in 12 Blattern im Auftrage des Konigl. Preussischen Handelsministeriums unter Mitwirkung des Königlichen Oberbergamts zu Breslau und unter besonderer Beihulfe des O. Degenhardt, A. Halfar, H. Eck, A. Dondorff und J. Janik. Section Troppau. Skala: 1;100 000. Verlag der Landkartenhandlung von J.H. Neumann, Berliner Lithograph.

Inst., Berlin 1867

31. Roemer F.: Geologie von Oberschlesien. Eine Erläute- rung zur der im Auftrage des köngl. Preuss. Handels-Ministe- riums von dem Verfasser bearbeitetes geologischen karte von Oberschlesien in 12 Sektionen, nebst Von königl. Oberbergrapth Dr. Runge in Breslau verfassten das Vorkommen und die Ge- winnung der nutzbaren Fossilien oberschlesiens betreffenden Anhange, Mit einem Atlas von 50 Tafeln, die bezeichneten Versteinerungen der einzelnen Ablagerungen Oberschlesien darstellenden, lithographierten Tafeln und einer Mappe mit Karten und Profilen. L. Kolber’s Hofbuchhandlung. Druck von R. Nischkowsky, Breslau 1870

32. Rudzinski T.: Grube Anna in Dirschel, Kreis Leobschütz, Gipsgrube. Bundesarchiv Koblencja, sygn. R 3101/30649

33. Sikora J., Trembecki A., Hromek B.: Dokumentacja części złoża i projekt inwestycji dla 2-letniej eksploatacji kopalni gipsu

„Dzierżysław” w Dzierżysławiu k/Kietrza. Centr. Arch. Geol., Warszawa, sygn. DOK/SŁ/D III/37

34. Surowce mineralne województwa opolskiego. Pr. zbior., red. Kozłowski S., Wydaw. Geol., Warszawa 1979

35. Syniawa M.: Richard Keilholz. „Przyroda Górnego Śląska” 2009, nr 57, s. 13–15

36. Trembecki A.: Geochemia gipsowych złóż mioceńskich w Polsce. Cement-Wapno-Gips 1951, nr 8, s. 166–170

37. Trembecki A., Hromek B.: Podziemna czy odkryw- kowa eksploatacja gipsu. Cement-Wapno-Gips 1951, nr 12, s. 253–255

38. Tyc A., Kulpiński K., Salsa-Orpych A.: Dokumentacja przyrodnicza na potrzeby planu ochrony rezerwatu przyrody

„Gipsowa Góra”. Arch. Regional. Dyrekcji Ochr. Środow., Opole 2011

39. Wichert H.W.: Decknamenverzeichnis deutscher unte- rirdischer Bauten des zweiten Weltkrieges. Druck und Verlag:

Druckerei J. Schulte 1999

40. Woliński W.: Weryfikacja bazy zasobowej gipsów i anhydrytów pod kątem wartości surowcowej złóż i ochrony środowiska. Centr. Arch. Geol., Warszawa 1996

41. Zagrożenie deformacjami nieciągłymi na obszarze gór- niczym Jaworzno III. Pr. zbior. pod red. nauk. Pilecki Z. Wydaw.

IGSMiE PAN, Kraków 2012

42. Bell F.G.: Land development. State of the art. in the location of old mine shafts. Bull. of Int. Ass. of Eng. Geology 1988, 37, pp. 91–98

43. Kwaśniewski M.: Ocena stateczności masywu skalnego w sąsiedztwie uskoków poddanych wpływom eksploatacji górni- czej (na przykładzie uskoku III i IV w KWK „Pokój” i „Polska Wi- rek”. [W:] w pracy pod kier. M. Chudka. Gliwice 1996 [niepublik.]

44. Strzałkowski P.: Mathematical model of forecasting the formation of sinkhole using Salustowicz’s theory. Archives of Mining Science 2015, t. 60, z. 1

Adres do korespondencji:

e-mail: grzegorz.dyduch@polsl.pl

1. Wstęp

W górnictwie podziemnym od wielu lat wykorzystuje się metody wizualne z zastosowaniem analogowych, a obecnie również cyfrowych urządzeń do podglądu i rejestracji obrazu. Służą one m.in. do monitorowania pracy maszyn i urządzeń, monitorowania ruchu załogi, ale również do oceny jakości masywu skalnego w otoczeniu wyrobisk korytarzowych (metoda endoskopowa) [1, 3, 4, 5, 6]. W zależności od zakresu stosowania, systemy wizyjne cechują się zróżnicowanymi parametrami i kon- strukcją [7, 8, 12, 13].

Rozwój techniki wizualnej otwiera również nowe możliwości jej wykorzystania w górnictwie podziemnym, w szczególności w obszarze poprawy bezpieczeństwa pracy przy jednoczesnym niewielkim nakładzie kosztów.

Przykładem wymienionego zastosowania metody wizu- alnej jest monitorowanie przestrzeni wyrobisk za tamami izolacyjnymi, co ułatwia podjęcie decyzji o otwarciu otamowanego wyrobiska i jego dalszej, bezpiecznej penetracji.

2. Tamy izolacyjne

Tamy wentylacyjne to przegrody zbudowane w po- przek wyrobisk górniczych, przeznaczone do oddzielenia prądów powietrza, odizolowania wyrobisk wentylacyj- nie czynnych od wyrobisk wentylacyjnie nieczynnych (np. zrobów), lub do regulacji rozpływu powietrza w bocz- nicach kopalnianej sieci wentylacyjnej.

W przypadku konieczności odcięcia wyrobisk wen- tylacyjnych nieczynnych (np. starych zrobów), czasowo zatrzymanych wyrobisk górniczych od wyrobisk czynnych lub izolowania pól pożarowych zabudowuje się tamy izolacyjne [2, 9, 10, 11]. W celu uniknięcia powstania po- żarów endogenicznych w zrobach otamowanych tamami izolacyjnymi oraz do uniknięcia wypływu gazów z tych zrobów, tamy izolacyjne powinny być szczelne.

dr inż. Grzegorz Dyduch mgr inż. Artur Czempas

Politechnika Śląska, Gliwice

Wykorzystanie techniki wizualnej

do monitorowania przestrzeni wyrobiska za tamami izolacyjnymi

Do umożliwienia pobrania próbek powietrza z otamo- wanego pola pożarowego oraz pomiaru jego temperatury i ciśnienia za tamą izolacyjną, w tamie tej należy zabu- dować co najmniej jedną rurkę metalową z odpowiednim zaworem.

Otwarcie wyrobiska, przewietrzenie jego przestrzeni oraz dalsza penetracja musi odbywać się na zasadach akcji ratowniczej, przy zapewnieniu pełnego bezpieczeństwa ludzi i rejonu. Poza zagrożeniem gazowym i pożarowym w chodnikach otamowanych istnieje również zagrożenie związane ze złym stanem technicznym obudowy wyrobi- ska oraz jakością przestrzeni za tamą izolacyjną.

Wykonanie wstępnych oględzin stanu technicznego obudowy wyrobiska oraz przestrzeni za tamą izolacyjną ułatwia podjęcie decyzji o otwarciu otamowanego chodni- ka, wykonaniu jego przewietrzenia i dalszej, bezpiecznej penetracji na zasadach akcji ratowniczej.

3. Charakterystyka rejonu tamy izolacyjnej

W celu oceny możliwości wykorzystania techniki wizualnej w przedmiotowym zakresie, przeprowadzono badania przestrzeni wyrobiska za tamą izolacyjną wyko- naną w chodniku zlokalizowanym na głębokości 850 m.

Odcinek wyrobiska w rejonie tamy wykonano w obudowie ŁP10/V32/A. Tama o konstrukcji murowej została wyko- nana w 2010 r. Rejon chodnika pod względem zagrożeń naturalnych zaklasyfikowano w sposób następujący:

• zagrożenie metanowe: II kategoria,

• zagrożenie tąpaniami: niezagrożony,

• zagrożenie wodne: ZW-I,

• zagrożenie radiacyjne: nie występuje,

• zagrożenie klimatyczne: niezagrożone.

Uzyskanie niezbędnych informacji o warunkach pa- nujących za tamą izolacyjną przy wykorzystaniu metody wizualnej uznano za sposób najbardziej bezpieczny przy jednoczesnym, minimalnym nakładzie kosztów. Badania takie można wykonać w dowolnym momencie w stosunko- wo krótkim czasie, bez ingerencji w system wentylacyjny

wyrobisk, nie powodując utrudnień ruchowych w są- siedztwie otamowanego rejonu. Uzyskane w ten sposób informacje są (poza danymi wentylacyjnymi) jednym z istotnych czynników ułatwiających podjęcie dalszych decyzji, dotyczących ewentualnego otwarcia tamy i dalszej penetracji wyrobiska.

4. Opis aparatury pomiarowej

Urządzeniem, pozwalającym na wykonanie oględzin przestrzeni wyrobiska za tamą izolacyjną, jest system in- spekcyjny VIS 350 z obrotowo-uchylną głowicą o średnicy 40 mm w zakresie 360°/180° (rys. 1). System inspekcyjny jest umieszczony w zwartej obudowie (walizce) i składa się z:

• monitora LCD TFT 16:9 z dwumetrowym kablem przyłączeniowym,

• głowicy kamery o średnicy 40 mm V2, obrotowo-uchylnej w zakresie 360°/180°,

• drążka giętkiego GFK o długości 30 m i średnicy 6,5 mm,

• dwóch akumulatorów zasilających o całkowitym czasie pracy do około 4 godzin.

Kamera inspekcyjna daje możliwość nagrywania obrazu o rozdzielczości 640 × 480 (VGA) / max. 30 fps w formacie ASF (MPEG4) oraz robienia zdjęć. Obro- towo-uchylną głowicę kamery o kącie patrzenia 120°

i obiektywie f = 2,3 mm, F = 2,5 wyposażono w 12 białych diod LED. Głowicę wykonano w stopniu ochrony IP67 (urządzenie całkowicie szczelne, nieprzepuszczające wody nawet przy pełnym zanurzeniu).

5. Przebieg i sposób wykonania oględzin

Z uwagi na wykonaną w wyrobisku szczelną tamę izolacyjną, oględzin stanu technicznego obudowy wy- robiska oraz przestrzeni za tamą izolacyjną dokonano poprzez wprowadzenie głowicy kamery do odizolowanej części chodnika przez zabudowaną w tamie metalową rurę kontrolną o średnicy Ø 100 i długości 6 m. Przed wykonaniem badania przeprowadzono pomiary składu

atmosfery przed tamą i na wylocie rurociągu przy użyciu przenośnego analizatora gazowego, określając stężenie takich gazów, jak: tlen (O₂), tlenek i dwutlenek węgla (CO i CO₂) oraz metan (CH₄), obecnych w powietrzu kopal- nianym. Pomiary prowadzono w sposób ciągły w trakcie wykonywania oględzin. Skład atmosfery nie przekraczał wartości dopuszczalnych, podanych w obowiązujących przepisach.

Przejście przez rurę kontrolną wymagało zastosowa- nia specjalnie skonstruowanego systemu prowadzenia głowicy oraz tyczek przedłużających.

Z uwagi na warunki panujące za tamą izolacyjną, ograniczony zasięg kamery i ograniczone możliwości doświetlenia przestrzeni wyrobiska, przeprowadzone oględziny objęły około 10 m wybiegu chodnika.

Wyniki oględzin zarejestrowano na karcie SD w for- macie ASF. Możliwość regulowania ostrości obiektywu oraz obrotowo-uchylna głowica kamery pozwoliły na szczegółową ocenę elementów obudowy oraz przestrzeni wyrobiska.

Po zakończeniu oględzin głowicę kamery wycofano, a wylot rurociągu kontrolnego został odpowiednio zabez- pieczony przez służby wentylacyjne kopalni.

6. Ocena stanu technicznego obudowy wyrobiska

Na podstawie obrazu z kamery widocznego na ekranie systemu inspekcyjnego bezpośrednio podczas wykonywa- nia oględzin oraz zarejestrowanego materiału filmowego, dokonano oceny stanu technicznego obudowy wyrobiska oraz przestrzeni za tamą izolacyjną.

Fragmenty zarejestrowanego podczas oględzin obrazu obudowy wyrobiska pokazano na rysunku 2.

Na podstawie oględzin można stwierdzić, że na wybie- gu około 10 m za tamą izolacyjną obudowa wyrobiska nie wykazuje widocznych deformacji i uszkodzeń. Na odcinku wyrobiska w zasięgu widoczności kamery inspekcyjnej nie stwierdzono zawodnienia, obwałów skał stropowych czy widocznego wypiętrzenia spągu.

Rys. 1. Schemat obrotowo-uchylnej głowicy kamery inspekcyjnej MC-VIS 350

Analiza zarejestrowanego materiału filmowego wy- kazała, że stan techniczny obudowy wyrobiska w zasięgu widoczności kamery jest dobry i nie odbiega w sposób znaczący od obudowy przed tamą izolacyjną. Na tej pod- stawie podjęto decyzję o otwarciu otamowanego chodnika, wykonaniu jego przewietrzenia i dalszej, bezpiecznej penetracji na zasadach akcji ratowniczej.

7. Wnioski

Rozwój technik wizualnych pozwala na ich coraz szersze wykorzystywanie w górnictwie podziemnym, m.in. do monitorowania przestrzeni wyrobisk za tamami izolacyjnymi. W celu potwierdzenia przydatności metody wizualnej w przedmiotowym zakresie przeprowadzono badania w rejonie murowej tamy izolacyjnej wykonanej w chodniku zlokalizowanym na głębokości 850 m.

Oględzin dokonano przy użyciu systemu inspekcyj- nego VIS 350 z obrotowo-uchylną głowicą o średnicy 40 mm. Obraz uzyskany z kamery inspekcyjnej pozwolił na określenie stanu technicznego obudowy wyrobiska oraz przestrzeni za tamą izolacyjną na wybiegu około 10 m.

W zasięgu widoczności kamery inspekcyjnej nie stwierdzono zawodnienia wyrobiska, obwałów skał stro- powych czy widocznego wypiętrzenia spągu.

Wykonane oględziny wykazały, że stan techniczny obudowy wyrobiska jest dobry i nie odbiega w sposób znaczący od obudowy przed tamą izolacyjną. Badania, a w szczególności jakość otrzymanego materiału filmo- wego, potwierdziły przydatność metody wizualnej do monitorowania przestrzeni wyrobisk za tamami izolacyj- nymi. Jej zaletą jest możliwość stosowania w dowolnym momencie, przy niewielkim nakładzie kosztów, bez in- gerencji w system wentylacyjny kopalni, nie powodując utrudnień ruchowych w sąsiedztwie otamowanego rejonu.

Ocena taka przyczynia się do poprawy bezpieczeństwa pracy i ułatwia podjęcie decyzji o czasie otwarcia otamo- wanego wyrobiska.

LITERATURA

1. Bryk M.: System monitorowania i raportowania procesów produkcyjnych w kopalniach węgla kamiennego – SZYK2/

MRPP. Materiały XVII Szkoły Eksploatacji Podziemnej, Szczyrk, 25–29 lutego 2008 r.

Rys. 2. Przykładowy widok przestrzeni wyrobiska i fragmentów obudowy za tamą izolacyjną:

a) ocios północny, b ÷ c) ocios południowy, d) strop

a) b)

c) d)

2. Centralna Stacja Ratownictwa Górniczego SA w Bytomiu:

Sposoby wykonywania tam izolacyjnych przeciwwybuchowych.

Bytom, kwiecień 2008 r.

3. Dubrowski J., Maźnio S, Wrasidło M.: Monitorowanie środ- ków transportowych jako element zintegrowanego systemu mo- nitorowania i wizualizacji procesów technologicznych DEMKop na przykładzie Zakładu Górniczego „Sobieski”. Materiały XXII Szkoły Eksploatacji Podziemnej, Kraków, 18–22 lutego 2013 r.

4. Kabiesz J., Patyńska R.: Badania zasięgu i intensywności strefy spękań wokół chodnikowych wyrobisk korytarzowych.

Górnictwo i Geoinżynieria 2009, z. 1

5. Kidybiński A: Podstawy geotechniki kopalnianej. Wydaw- nictwo „Śląsk”, Katowice 1982

6. Majcherczyk T., Małkowski P., Niedbalski Z.: Badania

„in situ” dla oceny wpływu czasu na zasięg strefy spękań oraz rozwarstwienie skał stropowych w wybranych wyrobiskach korytarzowych. Materiały XVI Szkoły Eksploatacji Podziemnej, Szczyrk, 19–23 lutego 2007 r.

7. PN-EN 13018:2004. Badania nieniszczące. Badania wi- zualne. Zasady ogólne

8. PN-EN 13927:2009. Badania nieniszczące. Badania wizualne. Wyposażenie

9. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 12 czerwca 2002 r. w sprawie ratownictwa górniczego. DzU z 2002, nr 94, poz. 838

10. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpoża- rowego w podziemnych zakładach górniczych. DzU z 2002, nr 139, poz. 1169

11. Rozporządzenie Ministra Przemysłu i Handlu z dnia 8 lutego 1995 r. w sprawie organizacji, zadań i wyposażenia ratownictwa górniczego przedsiębiorcy i podmiotu zawodowo trudniącego się ratownictwem górniczym oraz prowadzenia akcji ratowniczych. DzU z 1995, nr 33, poz. 162

12. Stachera J.: Podział systemów wizyjnych. Control Engineering Polska 2014, nr 5

13. www.coig.pl/dokumenty/materialy/szyk2.pdf

14. www.somar.com.pl/oferta/gornictwo-weglowe/system- -smok,2,2,89,35,23

WARUNKI PRENUMERATY KWARTALNIKA

„Budownictwo Górnicze i Tunelowe”

Zamówienie prosimy składać pod adresem:

„Wydawnictwo Górnicze” Sp. z o.o.

40-048 Katowice, ul. T. Kościuszki 30

Można również dokonać wpłat w bankach lub urzędach pocztowych

na ogólnie dostępnych blankietach, przekazując środki do „Wydawnictwa Górniczego”

na konto: ING – Bank Śląski SA nr 90 1050 1214 1000 0007 0002 1686 Na blankiecie wpłaty należy czytelnie podać tytuł zamówionego czasopisma,

liczbę egzemplarzy, okres prenumeraty oraz własny adres.

Cena prenumeraty na cały rok wynosi 184,00 zł

Styczeñ ^■ 2015 ^■ Grudzieñ

Styczeñ ^■ 2015 ^■ Grudzieñ

Adres do korespondencji:

e-mail: katarzyna.szafulera@polsl.pl

1. Wprowadzenie

Jedną z cech polskich kopalń węgla kamiennego jest występowanie zagrożeń naturalnych, wśród których należy wymienić wstrząsy górotworu. Obserwacje wskazują, że eksploatacji górniczej w kopalniach podziemnych prowadzonej na coraz większych głębokościach towa- rzyszy wzrost stopnia występowania tego zagrożenia.

Wstrząsy górotworu są zjawiskami dynamicznymi, bę- dącymi następstwem podziemnej eksploatacji górniczej.

Powstają one w wyniku gwałtownego przemieszczania się, bądź pękania i załamywania się warstw górotworu.

W Górnośląskim Zagłębiu Węglowym (GZW) można rozróżnić wstrząsy eksploatacyjne, związane bezpośrednio z postępem eksploatacji w danej parceli eksploatacyjnej oraz wstrząsy regionalne, które mają bezpośredni związek ze stopniem koncentracji eksploatacji górniczej w skali większego rejonu jednej lub kilku kopalń oraz z istnie- niem dużych uskoków lub innych struktur geologicznych w rejonie eksploatacji [7, 8, 16, 18, 19].

Obserwację sejsmologiczne prowadzone w Górno- śląskim Zagłębiu Węglowym wskazują, że działalność górnicza, która wywołuje powstanie określonych stanów deformacyjno-naprężeniowych w górotworze, prowadzi do tzw. niestabilności określonych fragmentów górotworu, czego konsekwencją jest gwałtowne wyzwolenie energii sejsmicznej w postaci wstrząsu górotworu. Ponadto obser- wacje wskazują, że o poziomie sejsmiczności górotworu, charakteryzującym się liczbą wstrząsów i ich energią, bardzo wyraźnie decydują warunki geologiczno-górnicze i własności górotworu. Oznacza to, że istnieje relacja pomię- dzy sejsmicznością górotworu a warunkami geologiczno- -górniczymi: większą głębokością eksploatacji, charak- terystyczną litologią (występowaniem warstw wstrzą- sogennych), tektoniką złoża oraz lokalnymi warunkami deformacyjnymi kształtowanymi przez eksploatację [6].

dr inż. Katarzyna Szafulera

Politechnika Śląska, Gliwice

Wpływ stanu deformacji górotworu

na możliwość wystąpienia wstrząsów górniczych.

Część 1

Poszukiwania związku sejsmiczności z warunkami geologiczno-górniczymi stanowią treść wielu prac badaw- czych. Przykładem prac, w których łączono rejestrowaną aktywność sejsmiczną z procesami deformacyjnymi za- chodzącymi w górotworze, są m.in. publikacje: P. Bańki [1], J. Białka, A. Jaworskiego oraz B. Drzęźli [2, 3, 4].

Pewną wskazówką do celowości podjętych analiz była praca [5], w której Autor ocenia stan zagrożenia tąpaniami i wstrząsami górniczymi na podstawie obliczonych eks- tremalnych w czasie naprężeń górotworu.

Celem badań, których wyniki przedstawiono w niniej- szym artykule, były poszukiwania zależności pomiędzy stanem odkształcenia górotworu wywołanym dokonaną eksploatacją górniczą, a miejscem i czasem wystąpienia wstrząsu górniczego.

2. Charakterystyka analizowanego obszaru

2.1. Ogólne dane geologiczno-górnicze kopalni Analiza warunków geologiczno-górniczych prowadzo- na była na obszarze górniczym kopalni „R-A”. Kopalnia ta położona jest w zachodniej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Górotwór w obrębie tego obszaru zbudowany jest z nadkładu i karbonu produktywnego [9].

Nadkład zbudowany jest z utworów czwartorzędu, trzeciorzędu i triasu. Czwartorzęd zalegający na całym obszarze ma zmienną miąższość wynoszącą od 2 m do 50 m. Tworzą go piaski drobnoziarniste i średnioziarniste występujące w dolinach rzecznych oraz gliny morenowe i piaski ze żwirami. Trzeciorzęd tworzą mioceńskie iły pylaste, piaszczyste i margliste z niewielkimi wkładkami piasków i gipsów, które mają zmienną miąższość wyno- szącą od 2 m do 20 m. Miąższość osadów mioceńskich jest zmienna i wynosi od 0 m w partii macierzystej do 500 m w części północno-zachodniej Ruchu I, a nawet 800 m w części zachodniej Ruchu II.

Trias występuje na zerodowanej powierzchni karbonu w północnej części Ruchu I i reprezentowany jest przez drobnoziarniste i średnioziarniste piaskowce i iłowce pstrego piaskowca. Maksymalna miąższość triasu wynosi około 70 m.