Artur KAWALA* Waldemar SOBASZEK*, Wojciech BOCHENEK

WARSZTATY 2003 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
Mat. Symp. str. 217 – 229
Artur KAWALA* Waldemar SOBASZEK*, Wojciech BOCHENEK**,
Henryk PASSIA**, Adam SZADE**
*KWK „Wieczorek”, Katowicki Holding Węglowy S.A.,
**Główny Instytut Górnictwa, Katowice
Przykład ciągłego monitoringu drgań i wychyleń budynku poddanego
bezpośrednim wpływom eksploatacji ścianowej
Streszczenie
Przedmiotem niniejszego artykułu jest analiza oddziaływania wpływów eksploatacji górniczej na wielokondygnacyjną zabudowę mieszkaniową.
W ramach projektowanej zgodnie z zatwierdzonym Planem Ruchu eksploatacji górniczej,
Kopalnia „Wieczorek” zakończyła wybieranie ściany, której wpływy osiągnęły rejon lokalizacji jedenastokondygnacyjnego budynku na osiedlu mieszkalnym jednej z dzielnic Katowic.
Prowadzenie cyklicznych pomiarów geodezyjnych oraz ciągłych – automatycznych pomiarów z zastosowaniem czujników: wychyleń i przyspieszeń - pozwoliło na optymalny nadzór
nad wpływem eksploatacji na dwusegmentowy, jedenastokondygnacyjny budynek mieszkalny
z „wielkiej płyty”.
1. Charakterystyka warunków geologiczno-górniczych
Stratygrafia i litologia
Eksploatacja prowadzona była w zachodniej partii pokładu 510. W górotworze zalegającym w tej partii występują dwie formacje geologiczne tj. czwartorzęd i karbon.
Czwartorzęd wykształcony został w postaci piasków, mułów, iłów i glin. Średnia
miąższość nadkładu wynosi około 5 m.
Karbon reprezentowany jest przez warstwy orzeskie, rudzkie, siodłowe i porębskie.
Bezpośrednio pod czwartorzędowym nadkładem występuje około 2 m warstwa zwietrzeliny
karbońskiej, stanowiąca formację przejściową pomiędzy czwartorzędem a karbonem. Budują
ją utwory piaszczyste z okruchami łupków karbońskich.
Warstwy orzeskie w omawianym rejonie osiągają grubość około 250 m. Zbudowane są
z łupków ilastych oraz z piaskowców drobno i średnioziarnistych o lepiszczu ilastokrzemionkowym. Charakterystyczną warstwą tej formacji jest ława piaskowca o miąższości
około 35 m zalegająca na głębokości od 40 do 75 m. Warstwy orzeskie charakteryzują się dużą
ilością udokumentowanych pokładów węgla o bardzo zmiennej grubości i zmiennej jakości
nieregularnie zalegających. W profilu litologicznym utwory iłowcowe mają nieznaczną
przewagę nad piaskowcami.
Warstwy rudzkie posiadają miąższość również około 250 m. W budowie tych warstw
wyróżnić można dwie serie. Seria górnorudzka o miąższości około 120 m wykształcona jest
jako ilasta, gdyż piaskowce występują tutaj w zdecydowanej mniejszości w postaci
____________________________________________________________________________
217
A. KAWALA, W. SOBASZEK, W. BOCHENEK, H. PASSIA, A. SZADE – Przykład ciągłego...
____________________________________________________________________________
pojedynczych ław i soczewek o grubości do 10 m. oraz seria dolnorudzka zbudowana głównie
z piaskowców. W warstwach rudzkich udokumentowano 12 pokładów węgla o grubości od
0,9 do 3,5 m.
Warstwy siodłowe wykształcone są w postaci osadów piaskowcowo-ilastych o grubości
około 30 m z dwoma grubymi pokładami węgla w tym pokładu 510.
Warstwy porębskie stanowią najniższe ogniwo stratygraficzne karbonu, które zostało
rozpoznane w tym rejonie, zbudowane są z piaskowców i łupków ilastych lub piaszczystych.
Występują tutaj trzy pokłady węgla.
Tektonika
Omawiana partia górotworu położona jest na południowym skrzydle siodła głównego.
Rozciągłość warstw karbońskich posiada kierunek NW-SE. Warstwy zapadają w kierunku
południowo-zachodnim, a upad jest zmienny i waha się w granicach od 4° do 8°.
W analizowanym rejonie nie występują większe dyslokacje tektoniczne.
Charakterystyka dokonanej oraz projektowanej eksploatacji górniczej
W partii zachodniej kopalnia „Wieczorek” prowadziła eksploatację górniczą łącznie 10
pokładów węgla. W latach 1870 – 1946 prowadzona była eksploatacja dwóch pokładów głównie
grupy rudzkiej i grupy siodłowej. Pozostałe pokłady tych grup łącznie z orzeskimi i porębskimi
eksploatowane były już w latach późniejszych na głębokościach dochodzących do 750 m.
W omawianym rejonie kopalnia „Wieczorek” systematycznie prowadziła oraz w dalszym
ciągu zamierza prowadzić eksploatację górniczą w pokładzie 510. Pokład ten zalega na
głębokościach od 430 do 630 m i charakteryzuje się miąższością 10 – 11 m. Na przestrzeni
ostatnich kilku lat eksploatacja pokładu 510 w tym rejonie prowadzona była systemem
ścianowym na podsadzkę hydrauliczną na trzy warstwy. Dotychczasowa eksploatacja
I warstwy (przyspągowej) w latach 1975 – 1978, II warstwy w latach 1976 – 1987 oraz
III warstwy pokładu 510 w latach 1977 – 1989, prowadzona była na zachód od osiedla
mieszkaniowego. Eksploatacja pokładu 510 systematycznie zbliżała się do granic pola od
strony zachodniej.
Dopiero w latach 2002 – 2003 eksploatacja znalazła się bezpośrednio pod zabudową
zachodniej części osiedla. Przedmiotem tej eksploatacji była ściana 293. Ściana ta prowadzona
była w III-ciej warstwie pokładu 510. Miąższość pokładu 510 w tym rejonie wynosiła 11 m,
nachylenie pokładu 3 – 6º, nachylenie podłużne ściany 0 – 2º. Wysokość ściany wynosiła 3 m.
Na początkowym wybiegu około 60 m długość ściany wynosiła około 65 m, a następnie uległa
wydłużeniu do długości około 225 m i o takiej długości ściana prowadzona była do końca
wybiegu (rys. 1.1). Całkowity wybieg ściany wyniósł około 520 m. Ściana zalegała na
głębokości 570 m.
Tablica 1.1.
Dane dotyczące eksploatacji
Table 1.1.
Data of the process of mining
Pokład
Miąższość wybierania
Głębokość zalegania
System eksploatacji
Okres eksploatacji
510
3,0 m
550 – 585 m
podsadzka hydrauliczna
Marzec 2002–marzec 2003
____________________________________________________________________________
218
WARSZTATY 2003 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
Rys. 1.1. Lokalizacja monitorowanego obiektu względem pola eksploatacji
Fig. 1.1. Location of the monitored structure in relation to the mining panel
Charakterystyka terenu objętego wpływami eksploatacji górniczej
zachodniej partii pokładu 510
W rejonie wpływów zakończonej eksploatacji zlokalizowane jest Osiedle charakteryzujące
się zabudową mieszkaniową, którą stanowią budynki wielorodzinne: dwu-, pięcio- i jedenastokondygnacyjne jak i budynki jedno- i dwurodzinne - jednokondygnacyjne.
Wschodnia część Osiedla zbudowana została z końcem lat siedemdziesiątych i na początku
osiemdziesiątych. Budynki wchodzące w skład tej zabudowy składają się z segmentów,
w których konstrukcje wykonane zostały z elementów prefabrykowanych systemu „FABUD
T” oraz z segmentów o konstrukcji tradycyjnej ulepszonej, wykonanych z cegły i bloczków
PGS. Segmenty systemu „FABUD T” posiadają zagospodarowanie przyziemia oraz 5 kondygnacji nadziemnych. W segmentach o konstrukcji tradycyjnej występuje 6 kondygnacji
nadziemnych, w częściach przyziemia zlokalizowane są przejścia dla pieszych. Wzdłuż
jednego z budynków mieszkalnych usytuowany jest pawilon handlowo-usługowy. Jest to
obiekt parterowy niepodpiwniczony składający się z 5 segmentów. Pawilon ten posiada
żelbetową konstrukcję szkieletową wykonaną z elementów prefabrykowanych.
Również we wschodniej części osiedla zlokalizowany jest inny obiekt użyteczności
publicznej a mianowicie budynek przedszkola. Jest to budynek o konstrukcji tradycyjnej
ulepszonej składający się z dwóch wydzielonych dylatacją dwukondygnacyjnych segmentów,
z których jeden jest podpiwniczony.
W centralnej części Osiedla zlokalizowana jest luźna zabudowa mieszkaniowa składająca
się głównie z wolnostojących budynków jedno i dwurodzinnych zbudowanych w latach
pięćdziesiątych. Są to budynki o tradycyjnej konstrukcji nośnej. Budynki te są całkowicie
podpiwniczone, posiadają jedną kondygnację naziemną i częściowo wykorzystywane poddasze
dla celów mieszkalnych.
____________________________________________________________________________
219
A. KAWALA, W. SOBASZEK, W. BOCHENEK, H. PASSIA, A. SZADE – Przykład ciągłego...
____________________________________________________________________________
W obrębie tej części Osiedla usytuowane są 4 jednopiętrowe budynki wielorodzinne
zbudowane w latach 60-tych, zarówno jedno jak i dwusegmentowe. Są one w pełni
podpiwniczone i posiadają konstrukcję tradycyjną ulepszoną.
W północnej części osiedla znajduje się wielorodzinny budynek mieszkalny składający się
z 6 segmentów o 5 kondygnacjach nadziemnych i usytuowanych między nimi 4 przewiązek
komunikacyjnych. Segmenty mieszkalne są konstrukcji tradycyjnej ulepszonej. Ściany nośne
wykonane są z cegły a ściany drugorzędne z bloczków PGS. Segmenty te są podpiwniczone,
a ściany piwnic wykonane są z żelbetu.
Na południe od w/w budynku usytuowany jest zespół sześciu dwurodzinnych budynków
szeregowych zbudowany z końcem lat 60 tych. Początkowo były to budynki jednokondygnacyjne, w których w późniejszym czasie nadbudowano kondygnację pierwszego piętra.
Na skraju osiedla budynków jednorodzinnych, od jego zachodniej strony wzniesione
zostały w latach siedemdziesiątych dwa budynki wielokondygnacyjne. Budynki te zmontowane zostały z elementów wielkopłytowych systemu NRD. Jeden z nich składa się z 6 tworzących jeden ciąg segmentów 5 kondygnacyjnych. Drugi budynek składa się z dwóch
segmentów 11 kondygnacyjnych i jest najwyższym obiektem na osiedlu (rys. 1.2). Z uwagi na
powyższe budynek ten stał się przedmiotem ciągłych obserwacji oraz niniejszej analizy
oddziaływania bezpośrednio pod nim prowadzonej eksploatacji górniczej.
Charakterystyka konstrukcyjna i ocena stanu technicznego monitorowanego budynku.
Aktualnie kopalnia zakończyła eksploatację prowadzoną bezpośrednio pod jedenastokondygnacyjnym budynkiem. Usytuowanie parceli eksploatacyjnej względem tego budynku
przedstawiono za rysunku 1.1.
Przed rozpoczęciem eksploatacji dokonano prognozy deformacji powierzchni, oceniono
stan techniczny i odporność obiektu na wpływy eksploatacyjne. Odporność tę określa zdolność
obiektu do przejmowania górniczych deformacji podłoża przy założeniu, że nie wystąpią
w nim uszkodzenia zagrażające bezpiecznej pracy konstrukcji i bezpieczeństwu użytkowników. Ponieważ dopuszcza się przy tym możliwość wystąpienia drobnych uszkodzeń, które
można usunąć w ramach bieżących napraw i zabiegów konserwacyjnych przy okazji oceny
możliwości przejęcia spodziewanych deformacji powierzchni przez konstrukcję budynku
dokonano również oceny możliwości wystąpienia w nim uszkodzeń.. Zgodnie z przyjętą
zasadą odporność obiektów zabezpieczonych przed szkodami górniczymi określa kategoria
terenu górniczego na jaką zabezpieczenia konstrukcyjne obiektu zostały zaprojektowane.
Jedenastokondygnacyjny budynek będący przedmiotem monitoringu posadowiony jest na
skrzyni fundamentowej składającej się z płyty fundamentowej, żelbetowych ścian kondygnacji
piwnicznej i żelbetowego stropu tej kondygnacji. Segmenty są od siebie oddylatowane
szczeliną o szerokości 16 cm. Dylatacja wypełniona jest styropianem i osłonięta blachami
osłonowymi. Niezależną konstrukcję tworzą przylegające do budynku żelbetowe schody
wejściowe i ich zadaszenia.
Na podstawie przeprowadzonej inwentaryzacji budynek ten zasadniczo zaliczono do
drugiej kategorii odporności oraz pierwszej kategorii w przypadku wystąpienia w jego podłożu
odkształceń ściskających. Generalnie w obszarze prognozowanych wpływów odkształcenia
poziome, krzywizny, nachylenia będą kształtowały się w zakresie I kategorii.
____________________________________________________________________________
220
WARSZTATY 2003 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
Rys. 1.2. Widok budynku
Fig. 1.2. View of the building
Uwzględniając wymogi ochrony obiektów budowlanych na terenach objętych wpływami
eksploatacji stwierdza się, iż roboty górnicze zostały zaprojektowane w taki sposób by
deformacje powierzchni wynikające z eksploatacji nie przekraczały wartości wskaźników
deformacji dopuszczalnych dla istniejących obiektów.
W celu rejestracji skutków eksploatacji budynek ten został objęty również ciągłym
monitoringiem geodezyjnym drgań i wychyleń przy pomocy laserowego czujnika wychyleń
i czujnika przyśpieszeń – konstrukcje Głównego Instytutu Górnictwa.
2. Ciągły monitoring – laserowe czujniki drgań i wychyleń
Czujnik wychyleń
Sposób ciągłego pomiaru wychyleń budynków jest ściśle związany z budową i zasadą
działania laserowego czujnika drgań i wychyleń .
Laserowy czujnik drgań i wychyleń budowli pozwala na dokładny i ciągły pomiar
wielkości wychyleń obiektu, zapewniając automatyzację pomiarów. Wynik w formie graficznego wydruku komputerowego (lub zapisu na taśmie rejestratora ) daje pełny obraz zmian
zarówno co do wartości wychyleń (w mm wychylenia na każdy metr wysokości [mm/m]) ich
kierunków (np. względem stron świata) jak i czasu w którym wystąpiły. Zasada pomiaru oparta
jest na rejestrowaniu odchylenia wiązki laserowej od jej wyjściowego – pionowego położenia
zerowego – po przejściu przez klin cieczowy (Szade 2002).
Poziom cieczy jest bezwzględnym pomiarowym układem odniesienia. Na fotodetektorze,
w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach, jest dokonywany bezpośrednio pomiar
przemieszczenia plamki świetlnej. Wartość przemieszczenia plamki jest funkcją kąta tworzonego przez ciecz, współczynnika załamania światła w cieczy i w szklanej płytce płasko
____________________________________________________________________________
221
A. KAWALA, W. SOBASZEK, W. BOCHENEK, H. PASSIA, A. SZADE – Przykład ciągłego...
____________________________________________________________________________
równoległej. Kąt pomiędzy normalną do powierzchni cieczy, a osią czujnika, jest kątem
wychylenia czujnika i obiektu, na którym jest on zainstalowany. Sygnał z każdej części
krzemowego fotodetektora jest funkcją oświetlonej powierzchni. Wzmocniony wprowadzany
jest przy pomocy karty A/D do komputera, gdzie następuje programowa analiza i rejestracja
sygnału.
Parametry pomiarowe i charakterystyka techniczna czujnika:
– zakres pomiaru + 5 mm/m (z możliwością przestrajania od 2 do 50 mm/m),
– rozdzielczość + 0,02 mm/m,
– częstotliwość drgań < 10 Hz,
– napięcie zasilania urządzenia 220 V AC, 50/60 Hz,
– pobór mocy układu pomiarowego < 2 W.
Układ do pomiaru przyspieszeń
W metodzie pomiaru przyspieszeń w zakresie bardzo niskich częstości (<30 Hz) zastosowano scalony czujnik przyspieszeń stałych i zmiennych ADXL 05 firmy Analog Device.
Charakteryzuje się on bardzo małymi rozmiarami, co spowodowało łatwość jego wbudowania
do istniejącej konstrukcji, nowoczesnością rozwiązań oraz łatwością przetwarzania sygnału.
Pomiar możliwy jest tylko dla jednego wyróżnionego kierunku. Jest on wykonany
w postaci mikromechanicznych układów kondensatorowych, których pojemność zmienia się
pod wpływem oddziaływującego przyspieszenia.
Zakres pomiarowy czujnika ADXL 05
wynosi + 5g przy rozdzielczości 5 mg,
a pasmo częstotliwości mierzonych przyspieszeń 0 – 1 kHz. Parametry te można modyfikować za pomocą zewnętrznych elementów
(Szade A. i in. 1999; Bochenek W. i in. 2000).
Dla zastosowań ujętych w niniejszym
opracowaniu przyjęto następujące parametry:
– zakres pomiarowy + 0,5 g (możliwość regulacji do + 5g),
– poziom szumów 2 mg pasmo,
– częstotliwości pomiaru 0 – 12 Hz,
– napięcie wyjściowe dla pełnego zakresu: + 5 V.
Czujnik przyspieszeń wykonany dla dwóch
osi (X- EW, Y- NS) wraz z towarzyszącą
elektroniką najczęściej jest związany mechanicznie z korpusem czujnika wychyleń, tak jak
na rysunku 2.1.
Rys. 2.1. Mikroukładowy czujnik przyspieszeń
zamontowany na czujniku wychyleń
Fig. 2.1. Micro-chip acceleration sensor
assembled with laser tilt sensor
____________________________________________________________________________
222
WARSZTATY 2003 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
Program akwizycji danych
Program CHAN8GD.exe służy do wczytywania danych z karty ADC-2043 i ich akwizycji
na dyskietce i twardym dysku. Program Wykres.exe zapewnia możliwość bezpośredniego
numerycznego i graficznego podglądu zapisanych danych.
Montaż urządzenia, rozpoczęcie pomiarów
W okresie marzec 2001 – październik 2002 prowadzony był ciągły monitoring wychyleń
jednozastrzałowej wieży wyciągowej Szybu Wschodniego KWK „Wieczorek” przy pomocy
czujnika w wersji iskrobezpiecznej. Po rektyfikacji wieży w dniu 6 lipca 2002 i trzymiesięcznej kontroli podjęto decyzję o przeniesieniu czujnika na jedenastokondygnacyjny budynek
mieszkalny znajdujący się w strefie wpływów bezpośrednich związanych z przechodzeniem
frontu eksploatacji podziemnej z kierunku południowo-zachodniego, po zachodniej stronie
obiektu, tak jak opisano wyżej.
Czujnik wychyleń i rejestrator cyfrowy w stalowych, zamykanych obudowach został
zainstalowany na 10-tym piętrze w ostatniej – północnej klatce schodowej (rys. 2.2) w dniu
9 października 2002 r. Obecnie w jednej skrzynce pomiarowej znajduje się czujnik wychyleń
oraz czujnik przyspieszeń (zainstalowany w lutym 2003), a w drugiej rejestrator cyfrowy (rys. 2.3).
Kierunki pomiarowe zarówno czujnika wychyleń, jak i czujnika przyspieszeń zostały
zorientowane i opisane w układzie kartograficznym zgodnie z kierunkami stron świata.
Oś główna – podłużna budynku odbiega o 150 od osi geograficznej północ-południe na
zachód (azymut 345).
Rys. 2.2. Miejsce zainstalowania czujników
Fig. 2.2. Locations of sensor instalation
Rys. 2.3. Czujniki pomiarowe i rejestrator
Fig. 2.3. Measuring sensors and recorder
3. Wyniki pomiarów
Dział Mierniczo-Geologiczny KWK „Wieczorek” prowadził systematyczny nadzór
geodezyjny nad budynkiem obejmujący pomiar osiadania na wysokości fundamentu i wychyleń górnych naroży. Lokalizację reperów pomiarowych na fundamencie przedstawiono na
rysunku 3.1.
____________________________________________________________________________
223
A. KAWALA, W. SOBASZEK, W. BOCHENEK, H. PASSIA, A. SZADE – Przykład ciągłego...
____________________________________________________________________________
Wychylenie szczytowych naroży – N-E nad punktem Rp59 i S-E nad punktem Rp56
mierzono metodą rzutowania bezpośredniego na podstawę.
Sytuację wyjściową ilustrują wyniki pomiaru wychylenia budynku z dn. 31.03.2002, tak
jak na rysunku 3.2, położenie wektorów wychyleń w trakcie przechodzenia ściany pod
budynkiem przedstawiono na rysunku 3.3, a ilustrację wypadkowych wektorów wychyleń
w końcowej fazie wybiegu ściany na rysunku 3.4.
Wyniki pomiarów wychyleń w funkcji czasu i postępu ściany przedstawiono w tablicy 3.1.
Przedstawia ona wartości składowe wektorów wychylenia – przeliczone na kierunki związane
z głównymi kierunkami kartograficznymi – dla pomiarów geodezyjnych oraz odpowiadające
im wartości pomiarowe z automatycznego czujnika wychyleń.
Tablica 3.1.
Zmiany w wychyleniu budynku
Table.3.1.
Variations of tilt of the building
Odledłość
budynekściana
data
Zmiana wychylenia
czujnik wychyleń-10p.
wychylenia-narożnik N-E
wychylenia-narożnik S-E
L
E-W
N-S
E-W
N-S
E-W
N-S
x100 [m]
Wx[mm/m]
Wy[mm/m]
Wx[mm/m]
Wy[mm/m]
Wx[mm/m]
Wy[mm/m]
30.06.02
-1,85
0
0
0
0
31.07.02
-1,4
-0,33
0,23
0,2
0,3
16.9.02
-0,6
-0,43
0,1
-0,4
1,8
9.10.02
-0,3
0
0
31.10.02
0
-0,63
0,23
18.11.02
0,2
-0,3
0,42
-0,6
0,4
-0,5
2,1
29.11.02
0,3
-1,22
0,31
16.12.02
0,7
-2,13
-0,65
-1,13
0,53
-1
1,1
31.12.02
0,9
-2,86
-0,87
16.01.03
1,2
-1,8
0,57
-1,5
0,8
31.01.03
1,4
-3,87
-1,23
17.02.03
1,6
-3,91
-0,87
-2,2
0,4
-1,9
1
11.03.02
1,75
-2,5
0,5
-2,2
1,2
18.03.03
1,8
-4,1
-0,8
Laserowy czujnik wychyleń umożliwiał prowadzenie kontroli zmian wychylenia w każdej
minucie kolejnych dób, dzięki oprogramowaniu do graficznej wizualizacji danych. Ekran
monitora ilustruje rysunek 3.5.
Czujnik wychyleń ułatwia kontrolę wpływu eksploatacji na obiekty na powierzchni.
Graficzna analiza danych zapewnia wysoką czytelności zaistniałych zmian, przedstawionych
w formie np.: wydruku wartości wychyleń wypadkowych w kolejnych dniach października
i listopada 2002 r. (rys. 3.6 – wykres słupkowy ilustrujący wychylenie wypadkowe w kierunkach N-S i W-E), czyli w momencie przechodzenia ściany pod badanym obiektem oraz
dokonywanie długookresowych analiz dla składowych wychylenia wypadkowego (W-E, N-S)
w całym analizowanym okresie (rys. 3.7 i rys. 3.8).
____________________________________________________________________________
224
WARSZTATY 2003 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
Rys. 3.1. Lokalizacja punktów pomiarowych
Fig. 3.1. Location of measuring points
Rys. 3.3. Wychylenie w trakcie przechodzenia
eksploatacji pod budynkiem
Fig. 3.3. Tilt change in the course of passage of the
Longwall under the building
Rys. 3.2. Wychylenie przed eksploatacją
Fig. 3.2. Tilt befor mining
Rys. 3.4. Wychylenie w końcowej fazie
Fig. 3.4. Tilt value in the final phase
____________________________________________________________________________
225
A. KAWALA, W. SOBASZEK, W. BOCHENEK, H. PASSIA, A. SZADE – Przykład ciągłego...
____________________________________________________________________________
Rys. 3.5. Ekran monitora – analiza zmian dobowych
Fig. 3.5. Monitor screen – analyses of daily variations
Rys. 3.6. Zmiany wychylenia budynku w trakcie przechodzenia eksploatacji pod budynkiem (.10-11.2002)
Fig. 3.6. Changes of tilt of the building in the course of passage of the longwall under the building
____________________________________________________________________________
226
WARSZTATY 2003 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
Rys. 3.7. Wychylenia budynku w funkcji postępu ściany – składowa N-S
Fig. 3.7. Tilt of building vs. longwall advance – N-S component
Rys. 3.8. Wychylenia budynku w funkcji postępu ściany – składowa E-W
Fig. 3.8. Tilt of building vs. Longwall advance – E-W component
____________________________________________________________________________
227
A. KAWALA, W. SOBASZEK, W. BOCHENEK, H. PASSIA, A. SZADE – Przykład ciągłego...
____________________________________________________________________________
4. Analiza wyników pomiarów
Wszystkie metody pomiaru wykazują zmianę wychylenia budynku z postępem ściany, ze
zdecydowanym wzrostem wartości składowej na kierunku zachodnim wektora wypadkowego
(od 1,8 mm/m na poziomie fundamentów do 4 mm/m na ostatnim piętrze – czujnik).
Wyraźnie większy postęp wychylenia nastąpił w grudniu 2002 roku, czyli w miesiąc po
przejściu ściany pod budynkiem – gdy znajdowała się ona w odległości od 40 do 90 m za
budynkiem.
Analizy zestawione na rysunkach 3.7 i 3.8 wykazują natomiast, że druga składowa wektora
wychylenia (N-S) zmieniała znak i wartość wraz z położeniem eksploatacji względem
budynku.
Laserowy czujnik z ciągłą rejestracją danych pozwolił precyzyjnie stwierdzić, że do czasu
wejścia ściany pod budynek (do 31.10.02) następował niewielki wzrost wypadkowego
wychylenia w kierunku północno-zachodnim. W czasie przejścia frontu pod budynkiem i do
20 m wybiegu za nim okresowo zmienił się zwrot wektora z kierunku północno-zachodniego
na kierunek północno-wschodni. Od 20 listopada do 31.01.2003 (ściana 130 m za budynkiem)
obserwowano stałą zmianę wychylenia w kierunku południowo-zachodnim (rys. 3.6). Dopiero
w lutym i marcu, gdy ściana zbliża się do końca swojego wybiegu, następuje zdecydowana
zmiana kierunku wychylenia z południowo-zachodniego na północno-zachodni.
Zjawiska dynamiczne zarejestrowane przez czujnik wychyleń i czujnik przyspieszeń
odnotowały kilka reakcji budynku na wstrząsy (E4, E5) o amplitudach wychylenia nie
przekraczających 1,5 mm/m i przy przyspieszeniach niższych od 250 mm/s2.
5. Podsumowanie
Wpływy omówionej eksploatacji górniczej wystąpiły pod postacią ciągłych deformacji
powierzchni terenu i wynikały z kształtowania się niecki obniżeniowej. Ujawniającym się
deformacjom towarzyszyły drgania podłoża gruntowego budynku wywołane sejsmicznymi
wstrząsami górniczymi.
Całokształt wyżej wymienionych oddziaływań nie spowodował trwałych zmian w konstrukcji obiektu, a tym samym obniżenia jego wytrzymałości, jak również walorów użytkowych.
Ciągły minitoring drgań i wychyleń budynku będący przedmiotem niniejszego artykułu
oraz okresowe pomiary konstrukcji metodami geodezyjnymi stanowiły korzystne połączenie,
pozwalające na uzyskanie pełnego obrazu skutków eksploatacji ujawniających się w obserwowanym obiekcie.
Pomiary wykazały m.in., że przejście ściany pod budynkiem usytuowanym blisko krawędzi
eksploatacji, spowodowało różne reakcje jego segmentów, szczególnie w kierunku zgodnym
z wybiegiem ściany.
Największy wzrost wychylenia nastąpił w kierunku zachodnim, czyli poprzecznym do osi
głównej budynku. Jednocześnie większe kąty wychylenia na ostatnim piętrze budynku,
odnotowane przez czujnik i pomiary wychyleń górnych naroży, w odniesieniu do niwelacji na
fundamentach, mogą świadczyć o niewielkim odkształceniu postaciowym budynku – rosnącym z wysokością.
____________________________________________________________________________
228
WARSZTATY 2003 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
Literatura
[1] Szade A. 2002: Aktualny stan techniki laserowej w górnictwie – możliwości rozwoju i zastosowań,
Przegląd Górniczy, 7-8,53.
[2] Bochenek W., Motyka Z., Passia H., Szade A. 2002: Laserowy monitoring obiektów na terenach
górniczych, Prac. Nauk. GIG, seria Konferencje nr 41, Katowice, 21.
An example of continuous monitoring of vibration and tilt of an
appartment building subjected to direct effects of lonwall mining
The subject of this paper is an analysis of the effects of underground mining on multistorey building developement. Within the framework of planned mining, approved by the
mine’s Operation Plan, the „Wieczorek” mine stopped extraction of the longwall whose effects
reached the location area of the 11-story appartament building at a housing estate at a district of
Katowice city. The cyclic measurements, both conventional surveying and automatic with the
use of tilt and acceleration sensors, enabled to perform optimal supervision of the influence of
mining on the two-segment, 11-storey large-panel appartament building.
Przekazano: 26 marca 2003 r.
____________________________________________________________________________
229