___________________________________________________________________
Badania zachowania si
ę
górotworu podczas
do
ś
wiadczalnej eksploatacji systemem
ś
cianowym
w ubierce A5/1 O/ZG Polkowice-Sieroszowice
Butra Jan
1), D
ę
bkowski Rafał
1), Matusz Czesław
2), Serafin Mariusz
2)KGHM CUPRUM sp. z o.o. – Centrum Badawczo-Rozwojowe, Wrocław r.debkowski@cuprum.wroc.pl
KGHM Polska Miedź S.A. O/ZG Polkowice-Sieroszowice, Kaźmierzów Streszczenie
W artykule przedstawiono problematykę eksploatacji cienkiego złoża rud miedzi w kopalni Polkowice-Sieroszowice. Na tle warunków geologiczno-górniczych w piętrze A5 pola A kopal-ni przedstawiono analizę wyników badań i obserwacji zachowania się górotworu podczas doświadczalnej eksploatacji złoża o miąższości do 2 m systemem ścianowym, z zastosowa-niem mechanicznego urabiania złoża w ubierce A5/1, w okresie od marca 2013 r. do paź -dziernika 2014 r.
Słowa kluczowe: górnictwo, mechaniczne urabianie złoża, badania zachowania się górotworu
Studies on rock-mass behavior during experimental mining using
long-wall system in A5/1 open end of Polkowice-Sieroszowice
mine
Abstract
The paper discusses the issue of thin copper ore deposit mining in Polkowice-Sieroszowice mine. Taking into consideration the geological and mining conditions in A5 level of A field, the analysis of results of tests and monitoring the rock-mass behavior during the experimental mining of up to 2 m thick deposit using long-wall system with the mechanical breaking in A5/1 open end from March 2013 to October 2014, was presented.
Key words:mining, mechanical breaking of deposit, studies on rock-mass behavior
Wprowadzenie
Poligonem doświadczalnym, w zakresie doboru efektywnych sposobów (systemów) wybierania złoża rud miedzi w warunkach kopalń, zlokalizowanych w Legnicko- -Głogowskim Okręgu Miedziowym (LGOM), był oddział doświadczalny, usytuowany w polu B, we wschodnim rejonie kopalni Lubin.
Pierwsze próby eksploatacji złoża w LGOM bazowały na doświadczeniach ko-palni Konrad i innych koko-palniach tzw. starego zagłębia miedziowego (Lena, Nowy Kościół i Konrad). Eksploatację w tych kopalniach prowadzono systemami ś ciano-wymi. Urabianie złoża odbywało się za pomocą materiałów wybuchowych. Obudowę ścian stanowiła obudowa stalowo-członowa, a do ładowania i odstawy urobku
wyko-rzystywano ładowarki zgarniakowe. Były to systemy z zawałem lub ugięciem stropu i z podsadzką płynną [3]. Odmienność warunków geologiczno-górniczych złoża między Lubinem i Sieroszowicami, w stosunku do innych złóż eksploatowanych w latach 60. XX wieku w Polsce, wymagała zastosowania wydajnych rozwiązań i kompleksowego spojrzenia na zagospodarowanie tego złoża. Brak możliwości zastosowania mechanicznego urabiania złoża i uzyskiwane w związku z tym niskie wskaźniki techniczno-ekonomiczne w systemie ścianowym zadecydowały wówczas o wdrożeniu systemu komorowo-filarowego w kopalniach LGOM.
Technologia wybierania w kopalniach KGHM Polska Miedź S.A. bazuje od tego czasu na wypracowanych własnych rozwiązaniach systemu komorowo-filarowego oraz światowych osiągnięciach technicznych, łącząc zaawansowane technicznie podstawowe elementy technologii, tj. urabianie, ładowanie i transport, obudowa wyrobisk, oparte na samojezdnych maszynach górniczych z napędem spalinowym, wyposażonych w odpowiednie układy robocze [1]. Takie czynniki, jak duża zmienność wykształcenia złoża, w tym jego miąższości oraz właściwości górotworu, a także możliwość stosowania pełnej mechanizacji robót, sprzyjają osiąganiu wysokiej wy-dajności pracy. W tej sytuacji systemy komorowo-filarowe nadal są preferowane przy eksploatacji złoża o średniej i dużej miąższości.
W złożu o małej miąższości (poniżej 2,0 m) systemy komorowo-filarowe generują duże zubożenie rudy, gdyż minimalna furta eksploatacyjna ograniczona jest wyso-kością maszyn samojezdnych. Natomiast zastosowanie rozdzielczego urabiania w furcie eksploatacyjnej skutkuje komplikacjami w organizacji robót i wzrostem kosz-tów, a także zwiększonym zubożeniem w stosunku do eksploatacji tymi systemami złoża rud miedzi o średniej i dużej miąższości w kopalniach LGOM.
Postęp techniczny w zakresie możliwości mechanicznego urabiania złoża, jaki dokonany został w ostatnich latach, wskazuje, że eksploatacja ścianowa w kopal-niach rud może być efektywna i konkurencyjna w stosunku do systemu komorowo- -filarowego, szczególnie w zakresie wybierania złoża o małej miąższości. Istotnymi kwestiami techniczno-technologicznymi w tym przypadku jest dobór optymalnych parametrów ściany i sposobu kierowania stropem oraz wypracowanie odpowiednich metod profilaktyki tąpaniowej.
Eksperyment z zastosowaniem systemu ścianowego (ubierkowego), z mecha-nicznym urabianiem złoża, zlokalizowany został w rejonie piętra A5 kopalni Polkowi-ce-Sieroszowice. System ten, po potwierdzeniu przyjętych rozwiązań górniczych, geomechanicznych i mechaniczno-energetycznych, w trakcie ruchu próbnego, sta-nowić będzie nową technologię eksploatacji złoża rud o małej miąższości.
1. Budowa geologiczna pi
ę
tra eksploatacji próbnej
Złoże w piętrze A5 występuje w spągowej części serii skał węglanowych cechsztynu i obejmuje: łupek miedzionośny ilasty i dolomityczno-ilasty o miąższości do 0,4 m, dolomit ilasty szary i ciemnoszary o miąższości do 0,5 m, dolomit smugowany ciem-noszary o miąższości do 1,0 m oraz dolomit wapnisty szary o miąższości do 0,8 m. Okruszcowanie w analizowanym rejonie jest zmienne. W polu istnieją obszary, gdzie okruszcowany bilansowo jest tylko łupek miedzionośny lub dolomit smugowany i dolomit wapnisty. Lokalnie występują zaniki złoża bilansowego. Sumaryczna miąż -szość złoża bilansowego wynosi od 0,0 do 2,4 m.
Strop złoża stanowią skały serii węglanowej miąższości około 18 m, powyżej se-rii węglanowej zalegają anhydryty o sumarycznej miąższości 180 m.
Spąg złoża stanowią szare piaskowce kwarcowe o spoiwie węglanowym, wę gla-nowo-ilastym i ilastym, czerwonego spągowca o miąższości około 3,0 m. Ilość spoi-wa i udział w nim substancji węglanowej wzrasta w kierunku stropu piaskowca, co powoduje wzrost jego twardości.
Rozciągłość złoża NW-SE, upad 2-4° na NE. Górotwór jest słabo zaang ażowany tektonicznie. Nie stwierdzono występowania uskoków. Występują natomiast liczne spękania pionowe i skośne wypełnione gipsem i kalcytem, lokalnie występują ślizgi tektoniczne o płaszczyznach ścięcia około 30°. Złoże zalega na głębokości około 800 m.
2. Technologia eksploatacji zło
ż
a o małej mi
ąż
szo
ś
ci w
ś
cianie A5/1,
z mechanicznym urabianiem calizny
W piętrze A5 projektowane jest uzbrojenie kilku ścian w układzie poprzecznym. Eksploatacja złoża w pierwszej ścianie (ubierce) A5/1, w której prowadzony był ruch próbny, rozpoczęła się w marcu 2013 r. i została zakończona w październiku 2014 r. Zakończono również roboty związane z demontażem jej uzbrojenia.
Ściana A5/1 miała długość około 50 m (w osi wyrobisk przyścianowych), nato-miast długość kolejnych ścian wynosić będzie około 100 m. Pochylnia A-5D stanowi-ła wyrobisko podścianowe o wysokości około 3,8 m, a jego spąg zlokalizowany był około 1,3 m poniżej spągu wyrobiska ścianowego. Wyrobisko nadścianowe stanowi-ła pochylnia A-5C o wysokości około 2,0 m, a jego spąg znajdował się na wysokości spągu wyrobiska ścianowego. Strop wyrobisk przyścianowych zabudowano kotwami rozprężnymi o długości 1,6 m, w siatce 1,5×1,5 m.
Ściana wyposażona była w 23 zestawy obudowy zmechanizowanej, w tym 12 sekcji wyposażonych w stropnice odzawałowe (tylne) i 11 sekcji bez tych stropnic oraz kompleks ścianowy ACT (kombajn i przenośnik płytowy) – rys.1, odstawiający urobek na przenośnik taśmowy w wyrobisku podścianowym [2]. Uruchomienie ś cia-ny nastąpiło z przecinki ścianowej, wykonanej w obudowie kotwowej. Podczas ruchu próbnego ściany A5/1 wyrobiska przyścianowe utrzymywane były za frontem ściany. Z uwagi na konstrukcję kompleksu ścianowego ACT oraz hydraulicznej obudowy zmechanizowanej ściany, odległość od czoła ściany do linii zrobów wynosi około 10 m.
Kierowanie stropem realizowane było przez ugięcie warstw stropowych na pod-porach nierabowanych, tj. kasztach systemu drewnianej obudowy kasztowej LINK- -N-LOCK.
Roboty eksploatacyjne prowadzono według następujących zasad [2]:
− maksymalny zabiór 0,2 m (w ramach prób dopuszczalne było eksperymentalne urabianie zabiorem do 0,4 m);
− maksymalny dobowy postęp ściany – 6 m;
− odtwarzanie ociosów pochylni A-5C i A-5D od strony zrobów ściany A5/1 za pomocą stosów podporowych, za postępem prowadzonych robót;
− zabudowa nierabowalnych, sztucznych filarów zrobowych, za postępem prowadzonych robót, w podziałce 1 podpora na 28 m2 odsłoniętego stropu, w celu złagodzenia procesu uginania się warstw stropowych w pobliżu strefy roboczej i w zrobach;
− wyłączanie z ruchu wyrobisk równoległych do ubierki na jej wybiegu (przecinki wentylacyjne), po zbliżeniu się do nich frontu na odległość 100 m; − sposób wzmocnienia stropu ww. przecinek (wraz ze skrzyżowaniami
z wyrobiskami przyścianowymi), znajdujących się na wybiegu frontu eksploatacyjnego, obejmował:
• wzmocnienie obudową linową o długości 5 m, w siatce 3×3 m,
• zabudowanie co najmniej 4 kasztów podporowych przy każdym ociosie przecinki.
Rys. 1. Schemat uzbrojenia ściany pilotowej [2]
3. Program bada
ń
zachowania si
ę
górotworu
Ściana doświadczalna objęta była całodobowym monitoringiem sejsmologicznym. Podstawą oceny stateczności stropu w wyrobiskach przyścianowych ściany do-świadczalnej były regularne obserwacje wizualne obudowy stanu stropu oraz ocio-sów i spągu, wykonywane raz w ciągu doby. Obserwacje takie prowadzono również w odniesieniu do stropu oraz czoła ściany A5/1. Oprócz obserwacji wizualnych za-chowania się górotworu prowadzone były również [2]:
− pomiary konwergencji w wyrobiskach przyścianowych typowymi konwergometrami mechanicznymi, co najmniej 2 razy w tygodniu;
− czujnikami CKN w zrobach i w przecinkach na wybiegu frontu, co najmniej 2 razy w tygodniu;
− pomiary geodezyjne obniżenia (niwelacja) stropu w wyrobisku podścianowym, z częstotliwością raz w miesiącu;
− pomiary prędkości deformowania się skał otaczających wyrobiska górnicze czujnikiem DLN – 2 razy w tygodniu;
− badania endoskopowe stropu w wyrobiskach przyścianowych; − ciągłe monitorowanie pracy wszystkich sekcji obudowy podporowej.
4. Analiza dotychczasowej eksploatacji – wyniki bada
ń
i obserwacji
zachowania si
ę
górotworu
4.1. Ciągłe obserwacje sejsmiczne
W analizowanym okresie, tj. od marca 2013 r. do października 2014 r., w rejonie ściany A5/1 w piętrze A5 aktywność sejsmiczna kształtowała się na bardzo niskim poziomie. W okresie tym zarejestrowano tylko jedno zjawisko sejsmiczne, wstrząs górotworu, o energii E≥103 J. 22 grudnia 2013 r. wystąpił wstrząs o energii
3,2×103 J, a jego epicentrum zlokalizowano w odległości około 760 m od czoła
fron-tu ścianowego – rys. 2. Wstrząs nie spowodował żadnych skutków w obszarze próbnej eksploatacji ścianowej. Prawdopodobną przyczyną jego zaistnienia była relaksacja naprężeń wywołanych zakończoną eksploatacją w piętrze A4.
Rys. 2. Lokalizacja wstrząsu w piętrze A5 22.12.2013 r.
4.2. Obserwacje wizualne stanu górotworu w przestrzeni roboczej
oraz w wyrobiskach przyścianowych
Roboty w ścianie wykonywane były zgodnie z zatwierdzoną technologią. Zmiany, które zachodziły, dotyczyły zmiany układu zabudowy kasztów w części zrobowej oraz zabudowy dodatkowego rzędu kasztów, odcinających część zrobową od wyro-biska podścianowego (pochylnia A-5D).
Generalnie, w całym okresie urabiania ściany A5/1 eksploatacja przebiegała bez większych zakłóceń od strony geomechanicznej. W tym okresie wystąpiło sześć samoistnych zawałów stropów w części zrobowej. Występowanie zawałów skał stropowych było przewidywane na etapie projektowania eksploatacji. Poprzedzone one były wyraźnymi efektami akustycznymi (dźwięcznością górotworu oraz trzaska-mi kasztów, zabudowanych w części zrobowej ściany) i ich rozgniataniem, a także prószeniem i odspajaniem się skał stropowych w zrobach. Takie przejawy ciśnienia górotworu pozwalały na wcześniejsze wycofanie załogi ze strefy roboczej.
27.08.2013 r. zaistniał w zrobach I samoistny zawał stropu. Obszar zawalonego stropu obejmował zroby własne i lokalnie przestrzeń nad stropnicami sekcji obudo-wy zmechanizowanej (sekcje 3 do 13), nie doszło jednak do wdarcia się skał w ob-ręb przestrzeni roboczej. Zastosowane zabezpieczenia wyrobisk nadścianowego i podścianowego, wygradzanych przy zrobach, były wystarczające do utrzymania ich stateczności. Kolejne zawały: II – 27.02.2014 r. i III – 13.03.2014 r. charakteryzowa-ły się tym, że występowały po znacznym postępie ściany (rys. 3), natomiast symp-tomy ich wystąpienia i zawałów kolejnych były analogiczne jak przy I zawale.
Rys. 3. Zawały stropu w części zrobowej do 13.03.2014 r.
Kolejne trzy samoistne zawały stropu w zrobach nie występowały, tak jak po-przednie, po istotnym postępie ściany, lecz były już konsekwencją ostatniego tego typu zjawiska zaistniałego 13.03.2014 r. (rys. 4). Należy przy tym podkreślić, że zrobowe stosy podporowe (kaszty) powodowały, że zawały te nie zachodziły w spo-sób dynamiczny.
W przypadku IV samoistnego zawału stropu w zrobach, zaistniałego 25.03.2014 r., w odróżnieniu od pozostałych zawałów, po raz pierwszy (i jak do tej pory jedyny) zostały naruszone warstwy stropowe, znajdujące się bezpośrednio nad strefą roboczą kompleksu ścianowego ACT, w centralnej części urabianej ściany.
Zawał ten, o szerokości około 6 m, objął środkowe sekcje obudowy hydraulicznej ściany (od nr. 10 do nr. 14). Jego długość, od czoła ściany do granicy samoistnego zawału stropu z 13.03.2014 r., który zainicjował omawianą sytuację, wynosiła około 16,5 m.
Rys. 4. Zawały stropu w części zrobowej w całym okresie badań i obserwacji
Uważa się, że powodem wystąpienia omawianego zawału stropu mógł być weekendowy przestój kompleksu ścianowego, poprzedzony dość intensywnym ura-bianiem ściany. Zawał ten, z 25.03.2014 r., bezpośrednio nad strefą roboczą nie wyrządził większych uszkodzeń. Po uporządkowaniu strefy między czołem ściany a sekcjami hydraulicznymi wznowiono jej urabianie. W trakcie dalszej eksploatacji 9.04.2014 r. miało miejsce następne opadnięcie warstw stropowych (związane z zawałem IV), które poszerzyło szerokość istniejącego zawału w strefie zrobowej do około 21 m. Kolejne zawały stropu w zrobach V i VI były również konsekwencją zjawiska zaistniałego 13.03.2014 r.
Przestoje kompleksu ścianowego powodowały również pojawianie się przejawów ciśnienia górotworu w postaci łuszczenia, kruszenia i odspajania się warstw skal-nych, zwłaszcza w czole ściany, w wyniku czego podczas jej urabiania powstawały nadgabaryty, niekiedy o znacznych rozmiarach.
Urabianie złoża w ścianie miało istotny wpływ na stan wyrobisk przyścianowych. Ze względu na zaburzenia występujące w stropie (ślizgi, spękania, przewarstwienia i płaszczyzny podzielności płytowej, wypełnionej substancją ilastą) ulegały one de-gradacji. Szczególnie widoczne było to w wyrobisku podścianowym (pochylnia A-5D). Lokalne zaburzenia stropu na bieżąco zabezpieczane były dodatkową obu-dową podporową oraz siatką „MM”. Po zakończeniu eksploatacji w ścianie A5/1 strop wyrobiska podścianowego, na całej długości, jest zdegradowany tak, że w przyszłości to wyrobisko nie będzie się nadawało do ponownego wykorzystania.
Istotny wpływ ciśnienia górotworu stwierdzono również w wyrobisku nadś ciano-wym. Choć degradacja stropu była w nim mniejsza niż w wyrobisku podścianowym, spowodowała wypiętrzenie się spągu na wysokość, która utrudnia poruszanie się po tym wyrobisku.
Reasumując, wpływ ciśnienia górotworu w wyrobiskach przyścianowych przed ścianą i w jej bezpośrednim sąsiedztwie był stosunkowo niewielki, natomiast po przejściu ściany zaczynała się stopniowa, postępująca degradacja tych wyrobisk. Jest ona na tyle duża, że uniemożliwia bezpieczne ich użytkowanie w przyszłości.
Dla wyeliminowania skutków zawałów, jak w przypadku IV samoistnego zawału, podjęto decyzję o dodatkowym zabezpieczeniu stropu stojakami indywidualnymi, budowanymimiędzy czołem ściany a stropnicami obudowy zmechanizowanej, pod-czas wszelkich przestojów kompleksu ścianowego. Ten zabieg technologiczny spo-wodował, że podczas kontynuacji wybierania złoża w ścianie występujące ciśnienie górotworu nie osłabiało stropu nad przestrzenią roboczą, powodując samoistny opad warstw stropowych do jej przestrzeni roboczej. Wszystkie inne zawały stropu w części zrobowej były spodziewane i nie wyrządziły znacznych szkód w części roboczej.
Mając na uwadze doświadczenia z zachowaniem się stropu podczas eksploatacji złoża systemami komorowo-filarowymi oraz minimalne wymiary dostępnej prze-strzeni pod stropnicami czołowymi od strony przenośnika ścianowego, założono, że tunelem komunikacyjnym będzie przestrzeń pod stropnicami odzawałowymi obudo-wy zmechanizowanej ściany. Analiza skutków zaistniałych, samoistnych zawałów w zrobowej części ściany pozwala na konkluzję, że poruszanie się po ścianie jest bezpieczniejsze pod stropnicami sekcji hydraulicznej od strony ściany. Zdarzało się bowiem, po samoistnych zawałach stropu w części zrobowej, że do tunelu komuni-kacyjnego wdarły się luźne stropowe bryły skalne. W pojedynczych przypadkach obserwowano również uchylanie się stropnic odzawałowych pod obciążeniem od-spojonego stropu bezpośredniego.
Uzyskane doświadczenia pozwalają na sformułowanie kilku istotnych sugestii, dotyczących konstrukcji sekcji obudowy zmechanizowanej ściany. Między innymi, podjęto decyzje o maksymalnym wydłużeniu stopnicy czołowej oraz zabudowie stropnicy odzawałowej na każdej sekcji tej obudowy podczas kontynuacji ekspery-mentalnego urabiania złoża w warunkach kopalni Polkowice-Sieroszowice.
4.3. Pomiary konwergencji w wyrobiskach przyścianowych oraz w zrobach
Przed uruchomieniem eksploatacji, z wykorzystaniem kompleksu ścianowego ACT, w marcu 2013 r., w wyrobiskach przyścianowych zamontowano punkty pomiaru konwergencji. Ponadto pomiary te prowadzono również w środkowej części ubierki (3 punkty, w tym dwa zlokalizowane w strefie zrobowej i jeden w przecince 2), z wykorzystaniem czujników typu CKN-2000.
Rozmieszczenie początkowe punktów pomiaru konwergencji było następujące: − wyrobisko nadścianowe (pochylnia A-5C – 6 punktów pomiarowych
– rys. 5),
− wyrobisko podścianowe (pochylnia A-5D – 13 punktów pomiarowych – rys. 6),
Punkty pomiaru konwergencji w wyrobisku podścianowym były zlokalizo-wane w tych samych miejscach, co punkty niwelacyjne. Odległość między za-budowanymi punktami w wyrobiskach przyścianowych wynosiła około 30 m.
Rys. 5. Lokalizacja punktów pomiaru konwergencji w wyrobisku nadścianowym
Rys.7. Lokalizacja konwergometrów CKN
Pomiary konwergencji w wyrobiskach przyścianowych rozpoczęto w marcu 2013 r. Pierwszy znaczący przyrost konwergencji zaobserwowano, gdy kompleks ścianowy wykonał około 4,5 m postępu, w trybie ciągłego urabiania złoża, a całkowi-ty postęp od początku eksploatacji wynosił około 10 m. Zmiany zanotowano na dwóch punktach zlokalizowanych najbliżej czoła ściany (punkt 2 – wyrobisko pod-ścianowe i punkt 15 – wyrobisko nadścianowe). Wraz z postępem ściany stwierdzo-no stopniowy przyrost konwergencji w ww. punktach pomiarowych oraz pierwsze przyrosty konwergencji w kolejnych punktach 2-3 stanowisk pomiarowych, zlokali-zowanych najbliżej przemieszczającego się frontu ścianowego.
Na podstawie analizy wyników dalszych pomiarów stwierdzono, że istotny przy-rost konwergencji występuje dopiero przy zbliżeniu się czoła ściany do punktów pomiarowych i utrzymuje się aż do czasu ich minięcia przez ścianę. Konieczność przemieszczania urządzeń zasilających mediami uzbrojenie ściany spowodowała uszkodzenie kilku stanowisk pomiarowych w wyrobisku podścianowym (poch. A-5D), co uniemożliwiło kontynuację pomiarów w tych miejscach. Ponadto, z uwagi na wystąpienie pogorszonych warunków stropowych w wyrobisku nadścianowym (poch. A-5C), również zaniechano dalszych pomiarów w kilku punktach pomiaro-wych. Mając na uwadze, że istotne przyrosty konwergencji występują dopiero po zbliżeniu się czoła ściany do stanowiska pomiarowego, zdecydowano o sukcesyw-nym zabudowywaniu kolejnych konwergometrów, przy zachowaniu wcześniej usta-lonego odstępu między nimi, tj. około 30 m. Na 30.10.2014 r., kończącym sesje pomiarowe w ścianie A5/1, największy przyrost konwergencji w chodnikach przy-ścianowych wykazywały:
− w pochylni A-5C – punkt nr 16 (138 mm od początku pomiarów) oraz punkt nr 15 (101 mm);
− w pochylni A-5D punkt nr 9 (68 mm od początku pomiarów do jego znisz-czenia).
Zmiany konwergencji w poszczególnych punktach pomiarowych w wyrobiskach przyścianowych od początku pomiarów przedstawiono na rys. 8 i 9.
Rys. 8. Zmiana konwergencji w punktach pomiarowych w wyrobisku nadścianowym
Pomiary konwergencji prowadzono również w części zrobowej oraz w przecinkach przed ścianą, za pomocą konwergometrów typu CKN. Pomiar wy-konywano na 10 stanowiskach. Rozmieszczenie punktów pomiarowych przedsta-wiono na rys. 10. Dodatkowe stanowiska, w odniesieniu do przedstawionych na rys. 7, instalowano w środku długości ściany, bezpośrednio spod stropnic odzawa-łowych zmechanizowanej obudowy podporowej ściany.
Rys.10. Rozmieszczenie punktów pomiaru konwergencji w części zrobowej i w przecince nr 3, przed ścianą A5/1
Pomiary konwergencji w zrobach ściany oraz przecinkach na wybiegu frontu w analizowanym okresie charakteryzują się dużą zmiennością uzyskanych wyników: − Średniodobowe przyrosty konwergencji na stanowiskach badawczych,
funk-cjonujących w zrobach dłuższy czas (co najmniej dwa tygodnie), wahały się w granicach od 2,50 do 5,96 mm/d. Maksymalne, pomierzone wartości przy-rostu konwergencji wahały się odpowiednio w granicach od 101 do 470 mm. − Najmniejsze przyrosty wartości konwergencji (całkowite i średniodobowe, tj. 87 mm i 0,64 mm/d) zarejestrowano na konwergometrze zabudowanym w odległości około 3 m od ociosu przecinki startowej P-1. Takie małe warto-ści konwergencji uzasadnione są bliskim sąsiedztwem dużej kostki calizny na linii rozruchu ściany.
Wyniki obserwacji wizualnych wskazują, że głównym czynnikiem, wpływającym na wielkość konwergencji w punktach pomiaru w zrobach, jest wypiętrzenie się spą -gów. Przebieg konwergencji dla wyżej omawianych punktów przedstawiono na rys. 11.
Rys. 11. Zmiana konwergencji w punktach pomiarowych w zrobach wraz z postępem ściany A5/1
4.4. Pomiary geodezyjne obniżenia stropu w wyrobisku podścianowym
Pomiary geodezyjne obniżenia (niwelacja) stropu prowadzone były z częstotliwością raz na miesiąc w wyrobisku podścianowym, w miejscach wykazanych na rys. 6. Ponieważ część punktów pomiarowych została uszkodzona podczas przemieszcza-nia urządzeń funkcyjnych w wyrobisku podścianowym, w dłuższym okresie pomiary wykonywane były w 10 stanowiskach pomiarowych. Jako repery stosowane były podkładki kotew linowych.
Ostatnie pomiary niwelacji wykonano 19.09.2014 r. Największe „okresowe” obni-żenie stropu wynosi 25 mm (bazą był pomiar z 8.10.2013 r.) i zostało stwierdzone w punkcie pomiarowym Ł, około 10 m za ścianą. W pozostałych punktach pomiaro-wych strop był stabilny, a zanotowane wskazania pomiędzy pomiarami nie wykazują znaczących zmian i mieszczą się w granicach błędów pomiaru (rys. 12).
Rys. 12. Różnica między pomiarami niwelacyjnymi stropu w chodniku podścianowym (pochylnia A-5D)
4.5. Pomiary prędkości deformowania się skał otaczających wyrobiska górnicze czujnikiem DLN
Prowadzone pomiary (2 razy w tygodniu) prędkości deformowania się skał otaczają -cych wyrobiska górnicze czujnikiem DLN nie wskazywały na zmiany w górotworze, mogące świadczyć o koncentracji naprężeń i wzrostu zagrożenia tąpaniami. Wraz z postępem ściany likwidacji uległy czujniki znajdujące się w pierwszym i drugim filarze wielkogabarytowym na wybiegu ściany. Pomiary te, prowadzone w trzecim urabianym filarze (czujnik 1702 – rys. 13) do zakończenia eksploatacji w ścianie A5/1, również nie wskazywały na zmiany w górotworze, mogące świadczyć o kon-centracji naprężeń i wzrostu zagrożenia tąpaniami.
4.6. Badania endoskopowe w wyrobiskach przyścianowych
Po zaistniałym samoistnym zawale skał stropowych w części zrobowej ściany 27.08.2013 r. oraz po przeprowadzonej 28.08.2013 r. kontroli stanu wyrobisk przy-ścianowych rozpoczęto wykonywanie badań endoskopowych w wyrobiskach przy-ścianowych. Lokalizację otworów endoskopowych przedstawiono na rys. 14.
Rys. 13. Wartości wskaźnika WSG w otworze nr 1702
Rys. 14. Lokalizacja otworów endoskopowych
Badania otworów w wyrobisku nadścianowym (pochylnia A-5C) wykazały, że je-dynie w dwóch pierwszych otworach zlokalizowanych najbliżej ściany występują minimalne nieciągłości warstw stropowych (łączne rozwarstwienia do około 5 mm), które jednak w żaden sposób nie wpływały na bezpieczeństwo prowadzenia robót oraz stateczność stropu. Reszta otworów endoskopowych nie miała cech, które mogłyby świadczyć o negatywnym wpływie eksploatacji na badany strop. Po po-nownych badaniach endoskopowych w tym wyrobisku stwierdzono, że pojawiały się dodatkowe nieciągłości w badanych otworach, zlokalizowanych w tym czasie najbli-żej ściany. Oznacza to, że urabianie ściany ma wpływ na strop wyrobiska nadś cia-nowego tylko w bezpośrednim jej sąsiedztwie. Stwierdzono przy tym, że nie miało to wpływu na bezpieczeństwo prowadzenia robót oraz stateczność stropu w badanym rejonie wyrobiska.
Pierwsze badania otworów w wyrobisku podścianowym (pochylnia A-5D) wyka-zały, że znaczne nieciągłości do wysokości 1,3 m w stropie znajdują się w pierw-szym otworze – około 70 m od przecinki P-1 (przy czym nie stwierdzono rozwar-stwień stropu) i w otworze odwierconym na skrzyżowaniu z przecinką P-3 (łączne rozwarstwienie stropu do około 32 mm) oraz do wysokości 1,9 m w otworze odwier-conym na skrzyżowaniu z przecinką P-4 (łączne rozwarstwienie stropu do około 3-4 mm). W innych otworach nieciągłość stropu zdarzała się do wysokości około 20 cm lub nie występowała w ogóle. Ponowne badanie otworów endoskopowych wykazało pojawienie się dodatkowych nieciągłości stropu do wysokości około 0,6 m. Znaczny wzrost nieciągłości, do wysokości około 2,4 m, stwierdzono w otworze na skrzyżowaniu z przecinką P-3, który podczas badania znajdował się przed ścianą. Dodatkowe badanie w wyrobisku podścianowym wykonano 28.09.2013 r. w nowo odwierconych dwóch otworach endoskopowych, w sąsiedztwie ściany w odległości około 64 m od przecinki P-1 oraz 6 m przed pierwszym otworem. Badania wykazały, że płaszczyzny podzielności płytowej wypełnione substancją ilastą otworzyły się, a nieciągłości stropu pojawiły się do wysokości 2 m – w pierwszym otworze (łączne rozwarstwienie stropu do około 20 mm), a w drugim nawet do 4 m (łączne rozwar-stwienie stropu do około 24 mm).
W trakcie dalszego urabiania złoża w ścianie A5/1 wykonywano cykliczne bada-nia wziernikowabada-nia stropu w wyrobiskach przyścianowych z częstotliwością raz na miesiąc, wykonując kontrolne badania w dwóch otworach endoskopowych, zlokali-zowanych w danej chwili najbliżej przed lub równo ze ścianą. Ostatnie badanie wy-konano na skrzyżowaniach wyrobisk przyścianowych z przecinką P-3. W otworze oznaczonym jako A5C/3 (wyrobisko nadścianowe) oraz A5D/4 (wyrobisko podś cia-nowe) nie stwierdzono nowych nieciągłości stropu w porównaniu z badaniami endo-skopowych przeprowadzonych w poprzednim miesiącu.
Z badań endoskopowych wynika, że zdecydowanie bardziej zdegradowane jest wyrobisko podścianowe, w którym stwierdzono więcej nieciągłości stropu, o wię k-szym sumarycznym rozwarstwieniu i o większym zasięgu pionowym. Ich wyniki jed-noznacznie wskazują na istotny wpływ urabiania ściany na stateczność stroputego wyrobiska. Powoduje to, że nie jest możliwe przyszłe jego użytkowanie podczas wybierania złoża w kolejnej ścianie piętra A5.
Analogiczny wpływ stwierdzono w odniesieniu do wyrobiska nadścianowego, ale jedynie w bezpośrednim sąsiedztwie jego skrzyżowania ze ścianą. Zastosowanie dodatkowego zabezpieczenia stropu siatką typu „MM” miało istotny wpływ na sta-teczność stropu oraz bezpieczeństwo prowadzenia robót w rejonie tego skrzyż owa-nia i w większości skutecznie uniemożliwiało opadnięcie luźnych łat i brył stropo-wych do wyrobiska.
4.7. Ciągłe monitorowanie pracy wszystkich sekcji obudowy podporowej
HRS 1220
Na podstawie prowadzonych obserwacji i wskazań przy monitorowaniu pracy obu-dowy hydraulicznej generalnie stwierdzono ustabilizowany poziom ciśnienia w sek-cjach obudowy na poziomie około 250 barów. Od początku urabiania ściany stwier-dzono tylko jeden przypadek przejawu wzmożonego ciśnienia górotworu – 07.05.2014 r., który spowodował zwiększenie tego ciśnienia do 390 barów.
Konsekwencją tego było stwierdzenie pojawienia się 21.05.2014 r. za sekcjami hy-draulicznymi w środkowej części zrobowej zwiększonej ilości spękań w stropie.
Podsumowanie
Oceniając stan frontu eksploatacyjnego i wyrobisk przyścianowych oraz wyniki pro-wadzonych pomiarów, badań i obserwacji zachowania się górotworu w trakcie prób-nej eksploatacji, stwierdzić należy, że dotychczas nie wystąpiły symptomy wzrostu stanu zagrożenia tąpaniami, a zastosowana technologia zapewnia bezpieczeństwo oraz statecznośćściany i chodników przyścianowych.
Znacząca degradacja, głównie stropu wyrobisk przyścianowych (zwłaszcza pod-ścianowego) na wysokości zrobów, pojawiająca się już w trakcie urabiania pierw-szej, eksperymentalnej ściany, powoduje brak możliwości ich wykorzystywania pod-czas kontynuacji eksperymentu wybierania złoża systemem ścianowym. W tej sytu-acji kontynuacja ta powinna uwzględniać sugestie, wynikające z przeprowadzonych badań i obserwacji zachowania się górotworu podczas eksploatacji ściany A5/1, tj. aby w przyszłości zastosowany został dwunitkowy system wyrobisk konturujących wyrobisko ścianowe.
W trakcie eksperymentalnego urabiania złoża w ścianie A5/1 wprowadzono sze-reg zmian, w odniesieniu do przyjętych założeń technologicznych, tj. m.in.:
− Po zaistniałym samoistnym zawale w zrobach, z 27.08.2013 r., dokonano zmiany siatki stosów podporowych w zrobach, co poprawiło stateczność stropu w części zrobowej. Mimo występującego ciśnienia górotworu stosy podporowe nie ulegają widocznym zniszczeniom, tak jak to miało miejsce przed tym zawałem.
− W celu dodatkowego zabezpieczenia stropu i poprawienia bezpieczeństwa w wyrobisku podścianowym (pochylnia A-5D) budowano podwójny rząd kasztów, odcinających część zrobową od tego wyrobiska.
− Dodatkowo, w celu bezpiecznego wykonywania prac remontowo- -montażowych, głównie nad napędem głównym w pochylni A-5D, doraźnie zabezpieczano strop dodatkową hydrauliczną obudową podporową, drew-nianymi odrzwiami lub stropnicami.
Należy też podkreślić, że wszystkie prace wykonywane w przestrzeni roboczej ściany (m.in. usuwanie nadgabarytów skalnych ze ścieżki kombajnowej i przenoś ni-ka ścianowego) odbywały się pod stropem zabezpieczonym obudową tymczasową. Doświadczenia, uzyskane podczas eksperymentalnego urabiania złoża w ścianie A5/1, pozwalają również na sformułowanie kilku istotnych sugestii, dotyczących konstrukcji sekcji obudowy zmechanizowanej ściany. Między innymi podjęto decyzję o maksymalnym wydłużeniu stopnicy czołowej oraz zabudowie stropnicy odzawało-wej na każdej sekcji tej obudowy podczas kontynuacji eksperymentalnego urabiania złoża w warunkach kopalni Polkowice-Sieroszowice.
Bibliografia
[1] Butra J., 2010, Eksploatacja złoża rud miedzi w warunkach zagrożenia zawałami i tąpa-niami, Wydawnictwo KGHM CUPRUM sp. z o.o., CBR, Wrocław.
[2] Butra J. i in., 2010-2014, Opracowanie koncepcji i projektu eksploatacji złoża rudy mie-dzi o małej i średniej miąższości z mechanicznym urabianiem calizny na podstawie za-łożeń przedstawionych przez O/ZG Polkowice-Sieroszowice oraz udział w próbach eks-ploatacyjnych z kompleksem urabiającym. Etap I, II i III, Praca niepublikowana CBPM CUPRUM sp. z o.o., Wrocław.
[3] Piestrzyński A. i in., 2007, Monografia KGHM Polska Miedź S.A., Praca zbiorowa CBPM CUPRUM sp. z o.o., Wrocław.
