04Debkowski_Lason
Transkrypt
04Debkowski_Lason
mgr inż. Rafał DĘBKOWSKI KGHM CUPRUM, Wrocław mgr inż. Andrzej LASOŃ ZRGiW „AMC”, Kraków Nowe sposoby zabezpieczenia zabytkowych wyrobisk w KS „Wieliczka” w aspekcie występującego zagrożenia zawałowego wywołanego wietrzeniem skał płonnych STRESZCZENIE W artykule przedstawiono nowy sposób zabezpieczania odsłonięć skał płonnych w warunkach KS „Wieliczka”, z wykorzystaniem powłok membranowych oraz przykłady wykorzystania tej technologii. Jednym z ważniejszych zagrożeń naturalnych w warunkach zabytkowej kopalni soli „Wieliczka” jest zagrożenie zawałowe. Przyczyny tego zagrożenia są różne. Jedną z nich jest występowanie iłów mioceńskich, towarzyszących soli kamiennej, tak w utworach złoża bryłowego jak i pokładowego. Były one odsłaniane podczas wykonywania wyrobisk rozpoznawczo-przygotowawczych, zwłaszcza eksploatacyjnych, w wyniku braku możliwości pełnego rozpoznania budowy geologicznej, w minionych latach i wiekach. Charakteryzują się one dużą wrażliwością na zmiany wilgotności powietrza kopalnianego, a także zawilgoceniem spowodowanym wyciekami kopalnianymi. Iły te pod wpływem działania wilgoci pęcznieją, a następnie, w wyniku ich osuszania, wietrzeją. Pierwotna, średnia wytrzymałość iłów na ściskanie, wynosząca około 7 MPa, w wyniku tego procesu spada praktycznie do zera. Te właściwości iłów są najczęstszą przyczyną występowania lokalnych obwałów w wyrobiskach chodnikowych i komorach. W przypadku braku odpowiednich prac zabezpieczających w miejscu ich powstania, obwały te stopniowo i dość często przechodzą w wysokie zawały. Częstym przypadkiem występującym w procesie eksploatacji złoża bryłowego, było przerwanie ciągłości skorupy solnej odsłaniające iły, szczególnie w przewieszonych, południowych ociosach komór. W wyniku procesu konwergencji (zaciskania) wyrobisk powstawały szczeliny w stropowych (stropowo-ociosowych) utworach solnych, niekiedy o znacznym rozwarciu, umożliwiające migrację wilgotnego powietrza do otaczających je iłów. Przy cyklicznym występowaniu zmian wilgotności penetrującego powietrza, a także dopływu wód z wycieków kopalnianych, iły te traciły stopniowo swoje własności geomechaniczne, przechodząc w luźny nasyp, a w przypadku ich „kominowania” były przyczyną znaczących obciążeń statycznych, szczególnie niekorzystnie oddziaływujących zwłaszcza na niezabezpieczony strop lub mocno nachylony ocios, zdecydowanie przyspieszając destrukcję tych wyrobisk. Przyjmuje się m.in., że najbardziej prawdopodobną przyczyną rozległego zawału w komorze „Gołuchowski” był wyżej opisany proces, gdzie w wyniku obciążenia statycznego „kominujących” iłów, półka stropowa komory została rozerwana w płaszczyźnie prostopadłej do warstwowania bryły. Dotychczas stosowany, tradycyjny sposób zabezpieczania wychodni za pomocą drewnianej opinki nie likwidował przyczyn, lecz tylko skutki zjawiska. Dynamiczny rozwój w dziedzinie produkcji materiałów izolacyjnych oraz technik iniekcyjnych w ostatnich latach, w tym dla potrzeb budownictwa i górnictwa, umożliwił wykonanie zabezpieczeń odsłonięć iłowych w sposób eliminujący wpływ wilgoci tak z powietrza kopalnianego, jak i dopływów wód kopalnianych. Jednym z materiałów, przeznaczonych do wykonywania izolacji powierzchniowej, jest mineralno-organiczny torkret typu membranowego „Tekflex”, charakteryzujący się znaczną elastycznością powłoki (wzmocnionej przy tym włóknem szklanym) i niewielką jej grubością. Podstawowe parametry tego tworzywa są następujące: − gęstość : 1150 –1200 kg/²; − lepkość : 75000-150000 cP; − czas żelowania: 30-70 min; − wytrzymałość na rozerwanie po 24 godz.: > 2N/mm²; − wytrzymałość na rozerwanie po 28 dniach : 3 – 4 N/mm²; − wydłużenie przy rozerwaniu po 28 dniach : 20 – 40%. Sposób wykonania takiego zabezpieczenia jest szybki i prosty, aczkolwiek sama technologia nakładania membrany wymaga ścisłego przestrzegania wytycznych producenta. Powierzchnia odsłonięcia musi być oczyszczona. Proces nakładania membrany jest wielowarstwowy, aż do uzyskania jednolitej powłoki o grubości nie przekraczającej 5-6 mm. W zależności od warunków lokalnych i charakteru zabezpieczenia membrana może być wzmocniona jedną lub kilkoma warstwami siatki z włókien szklanych. Po związaniu membrana charakteryzuje się wystarczającą elastycznością przy jednoczesnej, stosunkowo dużej wytrzymałości na rozciąganie i w pełni izoluje powleczoną powierzchnię przed wilgocią pochodzącą z powietrza kopalnianego. W przypadku dopływów ze strony górotworu przed natryskiem membrany należy wykonać iniekcję metodą otworową, odcinającą dopływ do odsłonięcia iłowego. Dość istotną zaletą tego rozwiązania jest możliwość uzyskania tła zbliżonego do kolorystyki bezpośrednio sąsiadujących skał solnych (np. zabezpieczenie wychodni iłów w rejonie wlotu do Kaplicy św. Jana na poz. III). Zabezpieczenie przy zastosowaniu membrany daje najlepsze wyniki w przypadku niewielkich powierzchniowo odsłonięć iłowych (np. do 50 m2). W przypadku dużych odsłonięć, zwłaszcza stropu i przewieszonych ociosów, niezbędnym jest wcześniejsze opięcie wychodni siecią epoksydową lub nylonową. Natomiast w przypadku bardzo rozległych odsłonięć iłowych lub zubrowych, powstałych w wyniku odspojenia ociosu solnego, efekt izolacji przed wilgocią można uzyskać przy wypełnieniu kieszeni przyociosowej rumoszem skalnym zespolonym pianami cementowymi. Piany cementowe należą do grupy materiałów, dzięki którym powstała możliwość np. zastąpienia kasztów przyociosowych, odtworzenia lub poszerzenia filarów, wzmocnieniu osłabionych ociosów przy jednoczesnym izolowaniu odsłonięć iłowych od wpływu wilgoci. Jedno z pierwszych zabezpieczeń, z wykorzystaniem tej technologii, miało miejsce w komorze „Gołuchowskiego” na poz. III, w miejscu wybicia stropowego (zawału), przy uzasadnionej obawie o brak skuteczności zabezpieczenia tradycyjnego, z wykorzystaniem opinki drewnianej, przy możliwości dalszego wietrzenia iłów i zagrożeniu negatywnego ich oddziaływania na stateczność zabezpieczonej komory. Kolejnym przykładem może być zabezpieczenie wychodni iłów w rejonie wlotu do kaplicy św. Jana na poz. III. Początkowo ich zabezpieczenie projektowano w postaci obudowy osłonowej z profilowanych stropnic drewnianych, osadzanych w gniazdach i opinki z desek. Zastosowanie nowej technologii znacząco poprawiło efekt wizualny w komorze, niezależnie od zdecydowanie większej skuteczności tego zabiegu. Oprócz ww. przykładów technologię tą zastosowano już w kilku innych przypadkach. W najbliższej przyszłości planowane jest wykorzystanie membran natryskowych do zabezpieczenia odsłonięć iłowych w komorach Pistek Górny i Lill. Ze względu na wymogi konserwatorskie (m.in. przywrócenie dotychczasowej, historycznej postaci zabezpieczenia), odsłonięcia iłowe zabezpieczone membraną mogą być dodatkowo „przysłaniane” opinkami drewnianymi, wykonanymi w sposób praktykowany przez dawnych cieśli wielickich. Reasumując należy podkreślić, że: 1. Powłoka membranowa na bazie mineralno-organicznego torkretu (Tekflex) charakteryzuje się znaczną elastycznością powłoki, wzmocnionej przy tym włóknem szklanym i niewielką jej grubością. Dotychczas została wykorzystana m.in. do zabezpieczenia odsłonięć iłowych w komorze „Gołuchowski” (rozległe odsłonięcie w środkowej, podstropowej i w zachodniej części południowego ociosu komory), w komorze „Drozdowice IV” (lokalne odsłonięcia w ociosie północnym i południowym), w kaplicy św. Jana (pochyły strop na wlocie do komory oraz odsłonięcia przerostów pokładu soli spizowych w ociosie wschodnim), w komorze Drozdowice III (rozległe odsłonięcie w ociosie północnym, nad stropem komory) i w komorze Pistek Górny. 2. W najbliższym czasie planowane jest wykonanie zabezpieczenia wychodni iłowych, z zastosowaniem tej technologii, w komorze Lill, Kazanów, w Grotach Kryształowych i w komorze Vampe. 3. Dość istotną zaletą tego rozwiązania jest możliwość uzyskania tła zbliżonego do kolorystyki bezpośrednio sąsiadujących skał solnych (np. zabezpieczenie wychodni iłów w rejonie wlotu do Kaplicy św. Jana na poz. III). New ways of protecting historical excavations in “Wieliczka” Salt Mine with regard of roof fall hazard caused by weathering of waste rock The paper presents a new method of exposed waste rock protection in “Wieliczka” Salt Mine using the membrane coating as well as examples of applying this technology.