Nowe wyniki z badań górotworu za obudową szybu metodą grawimetryczną

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ Seria: GÓRNICTWO z. 191

1990 Nr kcl. 1035

Zbigniew FA3KLEWICZ Krzysztof 3AKIEL

Międzyresortowy Instytut Geofizyki Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

NOWE WYNIKI Z BADAŃ GÓROTWORU ZA OBUDOWĄ SZYBU METODĄ GRAWIMETRYCZNĄ

Streszczenie. W pracy przedstawiono wyniki pionowych profilowań grawimetrycznych (PPGR) w szybie Nowy Wirek. Wykonane badanie po­

zwoliły na wyznaczenie ln aitu gęstości interwałowych warstw skal­

nych występujących za obudowę szybu oraz strefy wymyć, rozluźnień 1 niepodsadzonych zrobów.

1. WST^P

Badania grawimetryczne w szybie Nowy Wirek w KWK Nowy Wirek metodę pionowego profilowania (PPGR) wykonano latem 1988 r. Celem bacfr.ń było wyznaczenie rozkłsdu gęstości ośrodka skalnego orez ewentuelne wykrycie pustek, rozluźnień 1 kurzawek występujących bezpośrednio za obudowę szybu. Pomiary grawimetryczne stanowiły fragment badań grawimetryczno- -geologlcznych wykonanych w rejonie trzech szybów głównych kopalni dla określenia przyczyn uszkodzeń i deformacji wzniesionych tam obiektów budowlanych.

Tej problematyce poświęcono dotychczas dwie publikacje. Dotyczę one wyników badań grawimetrycznych wykonanych na powierzchni terenu w re­

jonie szybów 1 w szybie Wirek (Fajklewlcz 1 Inni, w druku a, b).

2. PODSTAWY FIZYCZNE BADAN GRAWIMETRYCZNYCH W SZYBACH

Pomiary metodę pionowego profilowania grawimetrycznego w szybie gór­

niczym polegaję na wyznaczeniu zmian siły ciężkości w kolejnych punktach obserwacyjnych leżęcych w plonie. Wartość zmian siły ciężkości jest pro­

porcjonalna do gęstości ośrodka skalnego o alęźszoścl ograniczonej kolej­

nymi punktami pomiarowymi.

Pełny przeględ literaturowy dotyczęcy szybowych badań grawiaotrycz- nych, podstaw fizycznych wraz z przykładami zastosowań, sposobu oblicza­

nia gęstoócl autorzy podali w pracy Fajklewlcz. Oaklal, Madej z 1988 r.b.

79. ______ . _____________________ Z. H J k l w ł c i , K. JłltUl

3. METODYKA BADAN, REDUKCJE OBSERWACJI GRAWIMETRYCZNYCH

Obserwacje w szybach wykonano grawiaotrea Worden-Haeter prod. USA, mierzęcya z dokładność 1* do 10 <u-Gal.

Pomiary wzdłuż oal azybu wykonano w odstępach 1-2-aet rowych do głę­

bokości lOO a od zrębu, głębiej w 4-metrowych przedziałach do głębokości ok. 680 n. Dodatkonto do głębokości ok, 30 a przeprowadzono poaiary w czte­

rech pionowych profilach pomocniczych. Położenie wzajaane profili grawi­

metrycznych w płaszczyźnie poziomej przedatawlono na tle azklcu tarczy

średnica szybu 5,5m

Rys. 1. Usytuowanie badań grawimetrycznych (PPGR) na tle tarczy szybu Nowy Wirek - KWK Nowy Wirek

0 - profil główny badań usytuowany w pobliZu osi pionowej azybu NW, NE, SE, SW - profile ponocnlcze, pierwsza litera oznacza klatkę (n - północ­

na, S - południowa)

Fig. 1. The position of vertical gravity logging profiles on horizontal cross section of Nowy Wirek shaft

0 - wain profile, NW. NE, SE. SW - auxiliary profiles

Nowe wyniki z badań górotworu... 71

Grawimetr podczas po«l a r ó w ustawiane na specjalnie skonstruowany« ru­

chomy« pomoście niezależnym od skipu. Pomost zawieszane w czaeia pomiaru na wybranych dźwigarach szybu. Taki tryb badań powodował, Za wskazań przy­

rządu nie zakłócały drgania naczyń wyciągowych.

¿radni błąd kwadratowy pojedynczej obserwacji wyniósł -14 ¿¿Gal. Zakła­

dając błąd maksymalny pojedynczej obserwacji równy trzykrotnej dokładności wskazań grawimetru, tj. -30 ¿¿Gal - błąd popełniany przy wyznaczeniu gęsto­

ści cztero- 1 jednometrowych kompleksów skalnych wynosił odpowiednio

¿90 kg m"3 i ¿360 kg m"3.

Pojęcie gęstości lntarwsłowej skał odnosi się do gęstości kompleksu skslnego ograniczonego w plonie położeniem kolejnych punktów pomiarowych.

Obserwowane wartości siły ciężkości w punktach pomiarowych w szybie sę podstawę do obliczania anomalii siły ciężkości w podwójnej redukcji Bouguera. Do wartości tych wprowadzono poprawkę górnlczę 1 poprawkę topo­

graficzne siły clęZkoścl (Hammer, 1950; Fajklewicz 1956, 1980; Fajklewicz, Jaklel, Madej, 1968; Fajklewicz, Dekiel, Madej, Radoalńeki, 1968).

Poprawka górnicza siły ciężkości ellalnuje w mierzonych wartościach składową plonowę przyciągania grawitacyjnego szybu. Jego obudowy, podszy- bll 1 Innych wyrobisk dochodzących do szybu.

Poprawka topograficzna siły ciężkości uwzględnia w punktach pomiaro­

wych składową pionowego przyciągania grawitacyjnego mas tworzących rzaZbę powierzchni terenu otaczającego szyb. Do jsj obliczenia uwzględniono zalany wysokości występujące w promieniu do 5 km od osi szybu. Na rysun­

kach 2 1 3 przedstawiono wyniki profilowań grawimetrycznych w postaci rozkładów anomalii siły ciężkości w redukcji Bouguera z odpowiadającymi im profilami litologicznymi i rozkładami gęstości interwałowych (densl- gr smarni).

4. GąSTOŚCI INTERWAŁOWE SKAŁ OTACZAOĄCYCH SZYB NOWY WIREK

Gęstość średnia kompleksu skalnego ograniczonego nejwyZej 1 najniżej położonymi punktami pomiarowymi w szybie, tj. komplakau skalnego o miąż­

szości 680 m wynosi (2,45 ¿0,0005) 103 kg m”3. Strefa znacznie obniżonych gęetości występuje od zrębu szybu do głębokości 20 m. Utwory antropoge­

nicznego nadkładu 1 gliny plelatoceńekie charakteryzują się gęstościami przeciętnymi poniżej 2,0 103 kg n-3 (rys. 2 1 rys. 3). Zgodnie z opisem litologicznym występuje tu żużel i zawodnione gliny. Głębiej zalegające warstwy obejmujące strop utworów karbonu, warstwy rudzkie zbudowane ze zwietrzałych piaskowców, iłołupków z wkładkami piaskowce, łupków 1 łupków z przerostami węgla do zrobów pokładu 405 cechują gęstości od 2,16 103 kg m-3 do 2>48 103 kg „-3^

W rozkładzie gęstości zwraca uwagę szczegółowo rozpoznana etrafa znacznla obniżonej gęetości (rys. 3) na głębokości od 68 m do 96 «.

7 2 Z. F a l k i e w i c z , K . D e k i e l

Rya. 2. Wyniki pionowego profilowanie grawimetrycznego w szybie Nowy Wirek KWK Nowy Wirek

11 - Iły, lp - łupek, pc - piaskowiec, wg - węgiel, ROS - średnia gęstość równe 2,45 103 kg m "3

Fig, 2, Results of gravity vertical logging made In the shaft Nowy Wirek In the Nowy wirek hard coal mine. Upper Silesia, Poland

lł - clay, lp - shala, pc - sandstone, wg - hard coal ROS - average density 2,45 103 kg a-3

N o w e w y n i k i z b a d e h g ó r o t w o r u . . 73

Rys.

Fig.

3. Wyniki szczegółowego pionowego profilowania grawinetrycznego w szybie Nowy Wirek KWK Nowy Wirek do głębokości 100 m

Oznaczenia Jak wyżej

3. Results of detail gravity vertical logging down to 100 a depth in the shaft Nowy Wirek in the Nowy Wirek hard coal mine

Notation eee Fig. 2 f.itiraj «Kiefinsf CHMtM faMfMTfi 9

M Lt 2.5

74 Z, Fłjfclficł. K. 3»kl«l

>•

i «.

3 I

í

I

U

U

* • '

!| L

r , * -

u S i

CK ® ii SLÍ k *

§ H I I "

« r . ¿

• ^ ï î ï

^ Î O 4#

S S ^ 5 5 S

4^ O 3 •

" "

2 5 5 o * « o: >»*4 g * ° S z z

.c o 4-* *- O H -H **-

rs ii

HI U *C f ŁU- X «9 *4

SSL £ c 5 2 2 *

5 2

! ^

I S k

i 5

•«ii L.

J* 4»

1

s s % ą m i s g p u s

71 T 1TT ► .• > - - _L f TH

. J i 3 _i I -- I J i_

:

U..L

:

1_j i Li

—

Urir n —TI

§2 S 2 ï § 5 S 5 ^ P | 5 S

— ---

n

r a c

S H 1 3 g g * g « j p | | =

i ! S | S s | S p n = i. i i i i i i i » i i i i i i i i i

Nowe wyniki z badań górotworu.. 75

Strefa w otoczeniu zrobów pokładu 405 na głębokości od 72 a do 76 a opl- eana gęstości? 1,6 103 kg m-3 świadczy o częściowym podsadzeniu zrobów tego pokładu. Lokalne wzmocnienie obudowy w tej strefie na głębokości od 72 n do 74,9 ra uwidocznione zostało w gęstości interwałowej 3,01 10”

kg m”3 . Skały otaczające tę strefę. Jak można sędzlć, mogły uczestniczyć w opadzie do zrobów p. 405. Stąd ich obniżenie gęstości interwełowej w stosunku do gęstości średniej. Gęstości warstw rudzkich 1 siodłowych wykształconych w postaci łupków 1 piaskowców leżące poniżej pokładu 406 zbliżone są do gęstości średniej badanego kompleksu skalnego (rys. 2).

Na rye. 4 przedstawiono rozkłady gęstości otrzymane z pomiarów w czte­

rech profilach pomocniczych. Zwraca uwagę rozwinięta strefa obniżonych gęstości w kierunku SW. Minimalna gęstość interwałowa 1,28 103 kg m-3 występuje ne głębokości od 8 m do 9 m. Niskie gęstości antropogenicznego nadkładu szczególnie do głębokości 13 m wskazuję na obecność za obudowę szybu luźnego materiału skalnego.

5. WNIOSKI

Przedstawione wyniki badań grawimetrycznych pozwoliły szczegółowo roz­

poznać gęstościowy stan górotworu za obudowę szybu. Rozpoznany został przestrzenny rozkład gęstości w antropogenicznym nadkładzie i w partii przystropowej utworów karbonu. Zwrócono uwagę na występowanie stref słabo wypełnionych materiałem skalnym, co miało istotne znaczenie dla prawidło­

wego zaprojektowanie prac zabezpieczających szyb.

LITERATURA

Fajklewicz Z., 1956, 0 podziemnych pomiarach grawimetrycznych w zastoso­

waniu do górnictwa węglowego. Wyniki prac w KWK "Miechowica*, Archiwum Górnictwa, t. i, z. 4, s. 324-355.

Fajklewicz Z., 1980, Mlkrograwimetria górnicza, Wyd. ślęsk, Katowice, s. 204-252.

Fajklewicz Z., Oaklel K . , Madej 0., 1986, Wykrywanie metodę grawimetrycz­

ną pustek powstających ze obudowę szybu 1 zagrożeń z nimi związanych, Zesz. Nauk. Pol. Sl., z. 900, Górnictwo, z. 149, s. 221-231.

Fajklewicz Z., Oaklel K . , Madej 0., 1988 a, Grawimetryczny pomiar gęsto­

ści skał otaczających szyb górniczy. Zesz. Nauk. AGH, 1218, Geof. Stos., z. 1, s. 245-255.

Fajklewicz Z., Oaklel K. , Madej 0.. 1988 b. Badania budowy geologicznej górotworu metodę pionowego profilowania grawimetrycznego. Zesz. Nauk.

Pol. Śl., z. 960, Górnictwo z. 172, s. 169-178.

Fajklewicz Z., Oaklel K. , Madej 0., Radomlńskl 0., 1988. Wyniki pionowego profilowania grawimetrycznego wykonanego w szybach Górnośląskich Kopalń Węgla Kamiennego "W. Pstrowski* 1 ’Miechowice*, Publs. Inst. Geophys.

Pol. Acad. Sc., M-10 (213), s. 17-33.

76 Z. Fajklewicz« K. Dekiel

Hirnner S., 1950, Density Determinations by Underground Gravity Measure­

ments. Geophysics. 15, s. 637-652.

Madej 0., 1968, fybrena problemy metodyki ooalarów grawimetrycznych, Zeez.

Nauk. AGH, 1218, Geof. Stce. z. 1, a. 169-278.

Falkiewicz Z., Dekiel K. , Kozub 3., Kulisz 3., Woźniak W., w druku, a, Badanie grawimetryczne, geologiczno-inżynierskie i hydrogeologiczne w otoczeniu ozybów głównych w KWK Nowy Wirek, Wyd. GIG.

Fejklewicz Z., Dekiel K . , Kozub 3., Kulisz 3., Woźniak W., w druku b.

Rozpoznanie grawimetryczne stref rozluźnień górotworu za obudowę ezybów i w antropogeniczny« nadkładzie w KWK Nowy Wirek, Bezpieczeństwo Pracy w Górnictwie.

Recenzent: Doc. dr hab. inź. Antoni Goszcz

HOBbffi PE3yJIbTATH H3 HCCHEHOBAHIffl rOPHHI nOPOH 3 A KPEHbJO CTBOJIA rPABHMETPHHECKHM MET OH CM

P e 3 » m e

B pad ore noKaaano pe3yzbia*H rpaBHMeipaiecKHx npoipHZHpoBaHHa

a a a xt e "Hobh Bh psk". 3aa onae hu HCcxeAOBaHHa xajiu bo3uoxhoctb n n j w y w i w » in situ khtep saj:bHHe m o ih o c ih CKaztHux cjtoeB BHciynaBqax 3a xpenefl CTBoxa a Taxxe sohh BioihiBaHHs, pa3ynpo<iHeHHa e He 3azoxeH ux c ta p n x BHpadoioic.

NEW RESULTS OF GRAVITY LOGGING EXPLORATION OF ROCKMASS BEHIND THE SHAFT-LINING

S u m m a r y

The results of the gravity vertical logging along vertical profiles made in shaft Nowy Wlrek in the Nowy Wirek hard coal mine are presented.

The interval densities of the surrounding rock medium were determined.

Wash out zones, 9oft-rock cavities and old working cavities were de­

tected.