Kompleksowa metoda oceny skłonności do tąpań górotworu w

Kompleksowa metoda oceny skłonności do tąpań górotworu w

Kompleksowa metoda oceny
skłonności do tąpań górotworu
w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym
Praca zbiorowa pod redakcją
Mirosławy Bukowskiej
GŁÓWNY INSTYTUT GÓRNICTWA
Katowice 2009
3
SPIS TREŚCI
Słowo wstępne ............................................................................................................................ 9
Mirosława Bukowska
Wprowadzenie ......................................................................................................................... 11
Mirosława Bukowska
1. Tąpnięcie a zagrożenie tąpaniami..................................................................................... 13
1.1. Tąpnięcie, definicje .................................................................................................... 13
1.2. Tąpnięcie, jego sens fizyczny .................................................................................... 15
1.3. Zagrożenie tąpaniami ................................................................................................. 21
2. Ewolucja regulacji prawnych skłonności skał i górotworu karbońskiego do tąpań
i zagrożenia tąpaniami ....................................................................................................... 22
Mirosława Bukowska
2.1. Źródła górniczych regulacji prawnych na ziemiach polskich .................................... 22
Mirosława Bukowska
2.2. Zmiany stanu prawnego w zakresie oceny skłonności do tąpań i zagrożenia
tąpaniami od lat sześćdziesiątych XX wieku do 2003 roku ...................................... 22
Władysław Konopko
2.3. Proponowane nowelizacje przepisów prawa w zakresie oceny skłonności do
tąpań i zagrożenia tąpaniami ...................................................................................... 25
Mirosława Bukowska
3. Zagrożenie tąpaniami w górnictwie węgla kamiennego w Polsce .................................. 27
4. Górnośląskie Zagłębie Węglowe – budowa, poligony badawcze, właściwości skał ...... 31
Halina Kaziuk
4.1. Zarys budowy geologicznej Górnośląskiego Zagłębia Węglowego .......................... 31
4.1.1.
Geotektoniczne położenie GZW ............................................................................... 31
4.1.2.
Rozwój budowy geologicznej GZW ......................................................................... 32
4.1.3.
Tektonika utworów górnokarbońskich GZW ............................................................ 32
Mirosława Bukowska
4.2. Charakterystyka poligonów badawczych z poszczególnych grup pokładów ............. 35
Mirosława Bukowska
4.3. Charakterystyka niektórych właściwości geomechanicznych skał karbonu
produktywnego GZW ................................................................................................ 51
4.3.1.
Wytrzymałość na jednoosiowe ściskanie .................................................................. 54
4.3.2.
Moduł sprężystości podłużnej ................................................................................... 56
4.3.3.
Moduł pokrytyczny ................................................................................................... 58
Mirosława Bukowska
4.4. Charakterystyka węgli, pokładów i skał otaczających w poligonach
badawczych wytypowanych w obszarze GZW.......................................................... 60
5
Mirosława Bukowska
5. Metody oceny skłonności do tąpań i oceny zagrożenia tąpaniami ................................. 64
5.1. Metody analityczne i laboratoryjne oceny skłonności skał do tąpań
– przedzniszczeniowa charakterystyka naprężeniowo-odkształceniowa ................... 64
5.2. Wskaźnikowe metody oceny skłonności do tąpań – pełna charakterystyka
naprężeniowo-odkształceniowa ................................................................................. 65
5.3. Wskaźnikowe metody oceny skłonności górotworu do tąpań
z uwzględnieniem właściwości geomechanicznych środowiska skalnego,
energetycznych aspektów zjawiska tąpnięcia oraz struktury górotworu wraz
ze stanem powierzchni nieciągłości ........................................................................... 71
5.3.1.
Wskaźnik skłonności do tąpań górotworu wraz z klasyfikacją górotworu ................ 71
5.3.2.
Wskaźnik energii kinetycznej górotworu .................................................................. 77
5.4. Metody oceny stanu zagrożenia tąpaniami ................................................................ 88
Mirosława Bukowska
6. Wpływ defektów strukturalnych górotworu na właściwości wytrzymałościowe skał . 90
6.1. Badania in situ struktury i litologii górotworu ........................................................... 90
6.2. Poligony badawcze .................................................................................................... 93
6.3. Wyniki badań i obserwacji górotworu ....................................................................... 94
7. Wpływ stanów nasycenia wodą skał karbońskich na ich właściwości w aspekcie
skłonności górotworu do tąpań ......................................................................................... 99
Przemysław Bukowski
7.1. Charakterystyka niektórych elementów środowiska geologicznego w związku
ze zmianami zawodnienia górotworu......................................................................... 99
Mirosława Bukowska, Przemysław Bukowski, Iwona Augustyniak
7.2. Badania właściwości mechanicznych i hydrogeologicznych skał karbońskich ....... 101
Mirosława Bukowska, Przemysław Bukowski
7.3. Skłonność górotworu do tąpań w warunkach nasycenia skał wodą ........................ 108
8. Wpływ naprężeń tektonicznych na właściwości geomechaniczne skał karbońskich
GZW w aspekcie skłonności górotworu do tąpań ......................................................... 112
Halina Kaziuk
8.1. Wpływ naprężeń tektonicznych na powstawanie struktur tektonicznych GZW ...... 112
Mirosława Bukowska, Halina Kaziuk, Mariusz Wadas
8.2. Właściwości geomechaniczne skał w rejonach zróżnicowanych pól naprężeń
tektonicznych a skłonność górotworu do tąpań ....................................................... 113
Władysław Konopko
9. Destrukcja górotworu powodowana robotami górniczymi .......................................... 127
9.1. Zaciskanie wyrobisk (konwergencja wyrobisk)....................................................... 127
9.1.1.
Metody pomiarów konwergencji wyrobisk ............................................................. 127
9.1.2.
Dawny sposób pomiarów konwergencji wyrobisk ścianowych .............................. 129
9.2. Osiadanie stropu nad polami eksploatacji ścianowej ............................................... 134
9.2.1.
Metody pomiarów ................................................................................................... 134
9.2.2.
Uogólnione wyniki pomiarów ................................................................................. 137
6
9.3.
Destrukcja struktury podbieranego górotworu......................................................... 139
9.3.1.
Metody pomiarów ................................................................................................... 139
9.3.2.
9.3.3.
9.3.4.
Destrukcja górotworu spowodowana eksploatacją złoża na małej głębokości
(tzw. płytką eksploatacją) ........................................................................................ 141
Destrukcja górotworu spowodowana eksploatacją prowadzoną
na dużej głębokości ................................................................................................. 143
Ekwiwalentna wysokość wyrobisk ścianowych ...................................................... 150
Mirosława Bukowska
10. Wpływ destrukcji górotworu spowodowanej eksploatacją na właściwości
geomechaniczne skał karbońskich w GZW ................................................................... 153
11. Ocena skłonności do tąpań górotworu naruszonego eksploatacją górniczą ............... 156
Mirosława Bukowska
11.1. Zmiana oceny skłonności górotworu do tąpań w wytypowanych poligonach
badawczych pod wpływem dokonanej eksploatacji górniczej ................................. 157
Władysław Konopko, Mirosława Bukowska
11.2. Tg β jako miara stanu górotworu (Konopko, Bukowska 2007) ............................... 159
Władysław Konopko
11.3. Zwięzłość górotworu a zagrożenie tąpaniami .......................................................... 162
Mirosława Bukowska
11.4. System parametrycznej oceny warunków geologiczno-geomechanicznych
górotworu naruszonego eksploatacją ....................................................................... 170
Mirosława Bukowska
Podsumowanie ....................................................................................................................... 176
Literatura ............................................................................................................................... 182
Abstract .................................................................................................................................. 192
7