Wojciech BOCHENEK, Zbigniew MOTYKA, Henryk PASSIA, Adam

WARSZTATY 2000 nt. Zagrożenia naturalne w górnictwie
____________________________________________________________________________
Mat. Symp. Warsztaty 2000
str. 211-225
Wojciech BOCHENEK, Zbigniew MOTYKA, Henryk PASSIA,
Adam SZADE
Główny Instytut Górnictwa, Katowice
Oddziaływanie wstrząsów górniczych na budynki na tle innych
dynamicznych zmian środowiska
Streszczenie
Ciągły monitoring długookresowych i nagłych zmian wychyleń konstrukcji budowlanych,
zlokalizowanych na obszarach górniczych charakteryzujących się różnorodnymi warunkami
geotektonicznymi oraz różnego typu eksploatacją podziemną, wskazuje również na wpływ
szeregu innych uwarunkowań. Spośród różnych możliwych czynników przedstawiono
przykłady wpływów klimatycznych, komunikacyjnych i hydrogeologicznych. Mogą być one
ustalone ze stosunkowo dużą wiarygodnością. Przedstawiono także zarejestrowane przykłady
nakładania się wpływu tych czynników na wychylenia budowli, podyktowane uwarunkowaniami górniczo-geologicznymi i geotektonicznymi. Poza wpływami środowiska istotne znaczenie odgrywają również uwarunkowania wynikające z rodzaju samych struktur budowlanych,
a także – w przypadku struktur przemysłowych – warunki techniczno-operacyjne ich eksploatacji. Wysokie obiekty, takie jak kominy, wieże wyciągowe, reagują w zasadniczo różny sposób od budowli zwartych lub rozciągłych, takich jak obiekty zabytkowe, czy bloki mieszkalne.
1. Laserowy czujnik wychyleń wraz z przystawką do pomiaru przyspieszeń
Budowa i zasada działania czujnika wychyleń opracowanego w GIG oraz jego parametry
techniczne były szeroko dyskutowane wcześniej (Szade i in. 1996, 1998, 1999; Patent Nr
151105). Rozszerzona wersja czujnika pozwala na trójosiowy pomiar przyspieszeń równolegle
z pomiarem wychyleń. Obie wersje czujnika przedstawiono na rysunku 1.1. Parametry pomiarowe zintegrowanej wersji czujnika:
- zakres pomiaru wychyleń + 5 mm/m (z możliwością dobrania zakresu od 2 do 50 mm/m),
rozdzielczość + 0,02 mm/m,
- częstotliwość mierzonych drgań < 10 Hz,
- zużycie mocy < 3W (bez rejestratora cyfrowego),
- rozmiary obudowy cylindrycznej: średnica 90 mm, wysokość 200 mm,
- zakres pomiaru przyspieszeń – do 5 g,
- czułość pomiaru przyspieszeń + 2 mg,
- górna granica liniowości charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowej 10 Hz,
- masa czujnika – ok. 2 kg.
Rejestrator cyfrowy współpracujący z czujnikiem samych wychyleń zapisuje jedynie
maksymalne i minimalne ich amplitudy odnotowywane w danej minucie. Programy narzędziowe czujnika wychyleń i przyspieszeń pozwalają na dodatkową rejestrację amplitudowo-fazową
_______________________________________________________________
211
W. BOCHENEK, Z. MOTYKA, H. PASSIA, A. SZADE - Oddziaływanie wstrząsów górniczych...
____________________________________________________________________________
Rys.1.1 Czujnik wychyleń (z lewej) oraz połączony czujnik wychyleń i przyspieszeń (z prawej). Ten
drugi jest nowym rozwiązaniem i stosowany jest w charakterze opcji urządzenia pomiarowego
przebiegu drgań, wyzwalaną automatycznie po przekroczeniu amplitudowego progu
wyzwalania.
System pomiarowy, stosowany do badań obiektów składa się z laserowego czujnika wychyleń
i (opcjonalnie) czujnika przyspieszeń, z układu wzmacniającego oraz rejestratora analogowego
lub cyfrowego. Do szczególnych zastosowań elementy pomiarowe dostarczane są w obudowie
pyło- i wodoszczelnej typu IP55. Zasada działania czujnika samych wychyleń oparta jest na
automatycznym wyznaczaniu odchylenia od pionu wiązki laserowej w wyniku odchylenia
czujnika wraz ze strukturą, na której został on sztywno zamontowany. Efekt odchylenia wiązki
laserowej od pionu mierzony jest w sposób pośredni, na drodze pomiaru odchylenia wiązki po
jej przejściu przez klin cieczowy. Należy zaznaczyć, że wyjściowa (płaskorównoległa)
_______________________________________________________________
212
WARSZTATY 2000 nt. Zagrożenia naturalne w górnictwie
____________________________________________________________________________
warstwa cieczy stanowi bezwzględny układ odniesienia do pionu w takim układzie
pomiarowym. W chwili rozpoczęcia pomiaru czujnik (wraz z wiązką laserową) zostaje
ustawiony w pionie. Od tej chwili dalsze wychylenia obiektu będą mierzone jako względne
odstępstwa od pozycji, jaką obiekt zajmował w chwili rozpoczęcia pomiarów. Znając
wyjściową wartość odchylenia badanego obiektu od pionu możemy mówić o rzeczywistej
wielkości takiego odchylenia w kolejnych chwilach. Pomiar bezwzględnego wychylenia
w czasie wymaga zatem wstępnego pomiaru odchylenia od pionu metodami geodezyjnymi. Po
przejściu przez warstwę cieczy wiązka lasera (o odpowiednio dobranej średnicy) pada na
powierzchnię detektora kwadrantowego. Porównanie amplitud sygnałów uzyskanych z każdej
ćwiartki takiego detektora pozwala na precyzyjną lokalizację środka geometrycznego plamki
laserowej na powierzchni detektora w każdej chwili czasu, a zatem – pośrednio – na określenie
odchylenia wiązki od pionu.
Po wstępnej elektronicznej analizie różnicowej sygnałów padających na parami przeciwległe kwadranty detektora (ustawionego wraz z czujnikiem wzdłuż kierunków N-S i E-W),
sygnały różnicowe wyprowadzane są do rejestratora cyfrowego na bazie komputera PC
wyposażonego w kartę analogowo-cyfrową.
Komputer dokonuje ich dalszego przetwarzania wybierając maksymalną i minimalną
wartość odebraną w danej minucie z każdego kanału pomiarowego (po jednym kanale dla
kierunku N-S i E-W). Wartości te zapisywane są do zbiorów danych na standardowej
dyskietce 1,44”. Umożliwia to nieprzerwaną rejestrację danych przez okres ponad 1 miesiąca
bez konieczności wymiany dyskietki. Dane na dyskietce mogą być przeglądane na miejscu lub
na innym stanowisku komputerowym przy użyciu oprogramowania zapewniającego między
innymi ich graficzne wyświetlanie w układzie dobowym. W ten sposób wyniki pomiarów
w formie wydruków graficznych zapewniają pełny wgląd w zachowanie się badanego obiektu
w zakresie wartości wychyleń, ich kierunku i czasu wystąpienia.
W zintegrowanym czujniku montowany jest moduł do pomiaru przyspieszeń, którego
„sercem” jest mikro-układowy, scalony czujnik przyspieszeń. Jego działanie polega na
różnicowym, pojemnościowym pomiarze przyspieszeń (Szade i in. 1999).
Rejestrator cyfrowy wyposażony jest wtedy w dwie stacje dysków, z których jedna
rejestruje przyspieszenia, a druga wychylenia.
Analiza danych zarejestrowanych przy użyciu tego systemu pomiarowego pozwala na
identyfikację czynników mających wpływ na stabilność obiektu i podejmowanie decyzji
o wprowadzeniu odpowiednich środków jego zabezpieczenia.
Dla wielu budowli i konstrukcji inżynieryjnych zlokalizowanych na obszarach aktywnych
sejsmicznie lub narażonych na wpływy eksploatacji górniczej, ciągły pomiar i rejestracja
amplitud i kierunków zmian ich wychyleń odegrać może kluczową rolę w prognozowaniu
zachowań się takich obiektów. Struktury takie położone w obrębie stref podlegających wpływom górniczym, narażone są na różnego typu deformacje. Nie muszą być one spowodowane
wyłącznie prowadzoną eksploatacją. Osiadanie terenu, wstrząsy i drgania mogą wynikać
z innych przyczyn. Najważniejsze z nich to: stosunki wodne (hydro-geologiczne), klimatyczne
(nasłonecznienie, wiatr, przemarzanie itp.) i ruchowo-eksploatacyjne (komunikacyjne, przemysłowe, maszynowe).
_______________________________________________________________
213
W. BOCHENEK, Z. MOTYKA, H. PASSIA, A. SZADE - Oddziaływanie wstrząsów górniczych...
____________________________________________________________________________
2. Przykłady zarejestrowanych wpływów środowiskowych na zachowanie się struktur
budowlanych na terenach objętych eksploatacją górniczą
Przedstawione poniżej przykłady prezentują zastosowanie laserowego czujnika drgań
i wychyleń w sytuacjach pomiarowych związanych z różnymi typami struktur budowlanych,
ale i różnorodnymi efektami wpływów środowiskowych.
Struktury takie można podzielić na kilka grup:
- bloki mieszkalne, szczególnie wieżowce i bloki z wielkiej płyty ( np. w Katowicach lub
Polkowicach),
- obiekty zabytkowe znajdujące się na obszarach podlegających wpływom górniczym (np.
XIV-wieczny zamek w Będzinie oraz XIX-wieczny kościół w Rydułtowach),
- wysokie struktury przemysłowe (np. wieże szybowe lub kominy elektrowni).
Ich lokalizacja w terenie, budowa i warunki środowiskowe będą powodowały często różną
reakcję na podobne czynniki środowiskowe.
Rys.2.1 Rejestracja wychylenia budynku w czasie silnego wstrząsu
Rysunek 2.1 przedstawia typową rejestrację silnego wstrząsu, a rys. 2.2 przykład zapisu
przejściowego wychylenia i wstrząsów uzyskany na X piętrze budynku mieszkalnego
z wielkiej płyty. W odróżnieniu od tego pierwszego, na rysunku 2.2 poza zarejestrowanymi
wstrząsami powodującymi znaczne, chwilowe wychylenia budynku, odnotowano również
przejściową, wielogodzinną zmianę wychylenia spowodowaną innymi czynnikami (prawdopodobnie koncentracją naprężeń w podłożu). Towarzyszy jej seria słabszych i mocniejszych wstrząsów, które utrzymują się także po powrocie budowli do położenia wyjściowego.
Istotne informacje o odpowiedzi budynku na wpływy ze strony środowiska można uzyskać,
instalując czujniki na wysokości fundamentów, w połowie wysokości i na szczycie budowli.
Oceniamy wtedy wpływy pochodzące od podłoża, oddzielając je zarazem od pozostałych.
Możemy ocenić również postać okresowych drgań budynku (najczęściej podstawową lub
pierwszą harmoniczną) oraz wzmocnienie (lub osłabienie) reakcji budynku na wstrząsy z jego
wysokością (rys. 2.3 i rys. 2.4).
Pierwszy obiekt drugiej grupy podlega wpływom głównie zjawisk poeksploatacyjnych.
Drugi podlega wpływom bieżącej, wieloetapowej eksploatacji podziemnej prowadzonej
bezpośrednio pod obiektem. Kolejne ilustracje przedstawiają różnorodne wpływy zaobserwowane dla tych dwóch obiektów. Łączy je to, iż są one obiektami zabytkowymi o wyższej
użyteczności społecznej. Rys. 2.5 przedstawia proces powstawania wyraźnego i trwałego
_______________________________________________________________
214
WARSZTATY 2000 nt. Zagrożenia naturalne w górnictwie
____________________________________________________________________________
Rys.2.2 Przykład rejestracji okresowej zmiany wychylenia i wstrząsów obiektu budowlanego (10 piętro
budynku mieszkalnego z wielkiej płyty)
Rys.2.3 Przykład rejestracji wstrząsu i jego wzmocnienia na kolejnych kondygnacjach budynku
mieszkalnego z układem 3 czujników (1 - X piętro, 2 – V piętro, 3 – piwnica)
_______________________________________________________________
215
W. BOCHENEK, Z. MOTYKA, H. PASSIA, A. SZADE - Oddziaływanie wstrząsów górniczych...
____________________________________________________________________________
Rys.2.4 Przykład rejestracji oddziaływania podłoża na fundamenty (piwnica) bez zmiany wychylenia
obiektu (piętro X) oraz wstrząsu zarejestrowanego jednocześnie na wskazanych kondygnacjach budynku
mieszkalnego (czujnik 1 - X piętro, czujnik 3 – piwnica)
Rys.2.5 Duże zmiany wychyleń będące wynikiem nawodnienia podłoża
_______________________________________________________________
216
WARSZTATY 2000 nt. Zagrożenia naturalne w górnictwie
____________________________________________________________________________
Rys. 2.6 Nagłe chwilowe zmiany wychyleń spowodowane tąpaniami oraz efekt nasłonecznienia
rozpoczynającego się po godz.11-tej
Rys.2.7 Przykład rejestracji na tym samym obiekcie w dwóch kolejnych dniach różnych czynników
środowiskowych, takich jak warunki pogodowe (wiatr, temperatura, słońce), wstrząsy, drgania
_______________________________________________________________
217
W. BOCHENEK, Z. MOTYKA, H. PASSIA, A. SZADE - Oddziaływanie wstrząsów górniczych...
____________________________________________________________________________
wychylenia, wywołanego długotrwałymi, intensywnymi opadami deszczu. Można przypuszczać, że ponowne szybkie nawodnienie pustek i triasowego podłoża, odwodnionego wcześniej
w wyniku uprzednich działań górniczych było bezpośrednią przyczyną tego zjawiska.
Warunki pogodowe, w szczególności różnice temperatur (np. w wyniku nasłonecznienia
jednej strony struktury, lub dobowe różnice temperatur) mogą powodować znaczne,
aczkolwiek okresowe zmiany wychyleń czy deformacji konstrukcji. Rys. 2.6 przedstawia
nagłe zmiany wychyleń, będące wynikiem wstrząsów, a nakładające się na obraz wywołany
efektem nasłonecznienia rozpoczynającego się po godz.11-tej. Rys. 2.7 dostarcza innego
przykładu wpływu warunków klimatycznych – wiatru na tę samą wieżę kościoła obciążoną
dzwonami, mechanizmem zegarowym i przekaźnikami telekomunikacyjnymi.
Zachowanie się innych wysokich obiektów pod wpływem wiatru omówione zostanie
w kolejnym paragrafie na przykładzie 200 m komina elektrowni.
3. Przykłady zarejestrowanych wpływów środowiskowych na zachowanie się wysokich
struktur na przykładzie komina elektrowni
Prezentowane wyżej przykłady wykazały, iż stosowanie czujników z automatyczną i ciągłą
rejestracją danych pomiarowych (drgań, wychyleń) pozwala na rozróżnienie i rozpoznanie
źródeł środowiskowych oddziaływań - ciągłych i nieciągłych, w tym dynamicznych - na
badane obiekty. Budynki mieszkalne, zamki, kościoły to duże, zwarte bryły o znacznym
dekremencie tłumienia drgań ( = 0,2 i większym). Inaczej wygląda sprawa w przypadku
smukłych, wysokich obiektów, takich jak kominy, wieże wodne, wieże wyciągowe, maszty,
itp. Należą one do konstrukcji podatnych na wiatr i deformacje, a niskie dekrementy tłumienia
drgań wymuszonych (na przykład wiatrem) powodują, iż istotnym problemem może być
pomiar okresu i postaci ich drgań (amplituda wychyleń, okres, tłumienie). Poniższy przykład to
badanie wpływu wiatru na wychylenia i drgania żelbetonowego komina z dwoma
wewnętrznymi przewodami spalinowymi.
Czujnik wychyleń z przystawką do pomiaru przyspieszeń umieszczony został po wewnętrznej stronie ściany 200 m komina elektrowni, na wysokości ostatniego podestu. Nieco wyżej na
galerii szczytowej zainstalowano anemometr ultradźwiękowy do pomiaru prędkości wiatru.
Wynosiła ona średnio 14,5 m/s. Rejestrowano drgania (wychylenia w czasie) komina
wywołane wiatrem. Zmiany te były na tyle długookresowe, że możliwa była ich rejestracja
przy użyciu samego czujnika wychyleń. Do rejestracji wykorzystano tym razem wielokanałowy rejestrator magnetyczny V-Store 24 firmy Racal Recorders, do którego podłączone zostały
poszczególne kanały pomiarowe laserowego czujnika drgań i wychyleń oraz kanał pomiarowy
anemometru ultradźwiękowego (rys. 3.1). Na rys. 3.2 przedstawione zostały przykładowe 5sekundowe odcinki sygnałów zarejestrowanych w kanałach (N-S, E-W, prędkość wiatru) oraz
analiza Fouriera tych odcinków sygnałów dla pierwszych dwóch kanałów. początku widma
częstotliwości wskazuje na dominującą częstotliwość 0,293 Hz. Najniższy diagram prezentuje
transformatę Fouriera zapisu E-W z markerem (na najniższym wykresie) wskazującym
częstotliwość 2,05 Hz.
Badania pozwoliły na wyznaczenie podstawowego okresu drgań T = 3,3 s, pierwszej
harmonicznej f1 = 2 Hz oraz dekrementu tłumienia  = 0,089. Są to podstawowe parametry,
które powinny figurować w metryce komina. Wyznaczenie ich przy pomocy klasycznych
metod geodezyjnych jest niezwykle pracochłonne, obarczone dużym błędem i drogie.
_______________________________________________________________
218
WARSZTATY 2000 nt. Zagrożenia naturalne w górnictwie
____________________________________________________________________________
Charakter oscylacji komina wymuszanych wiatrem, z dudnieniami dobrze ilustruje zapis
analogowy, taki jak na rys. 3.3.
Rys.3.1 Laserowy czujnik drgań i wychyleń zamontowany na wewnętrznej ścianie komina elektrowni na
wysokości 200 m (z lewej), anemometr ultradźwiękowy firmy Trollex (w środku) ustawiony na górnej
platformie komina oraz rejestrator magnetyczny V-Store 24 (z prawej)
Rys.3.2 5-sekundowe odcinki sygnałów zarejestrowanych w kanałach 1-3 (N-S, E-W, prędkość wiatru)
na kominie elektrowni i analiza Fouriera sygnałów z pierwszych dwóch kanałów (poniżej)
_______________________________________________________________
219
W. BOCHENEK, Z. MOTYKA, H. PASSIA, A. SZADE - Oddziaływanie wstrząsów górniczych...
____________________________________________________________________________
Rys.3.3 Fragment analogowego zapisu (1 mm/s) oscylacji komina z charakterystycznymi
zdudnieniami
4. Przykłady zarejestrowanych wpływów techniczno-eksploatacyjnych na zachowanie się
wież wyciągowych
Omówimy tu wpływ warunków techniczno-eksploatacyjnych na zachowanie się wież
wyciągowych
4.1 Wieża wyciągowa o konstrukcji stalowej
Przykłady wpływu eksploatacji ruchowej na zachowanie się wież szybowych odnotowaliśmy już podczas jednych z pierwszych serii pomiarów dla takich obiektów. Poniższy rysunek
(rys. 4.1) przedstawia występowanie efektu nasilania się wychyleń konstrukcji stalowej wieży
wyciągowej po podjęciu eksploatacji po dniu świątecznym.
Praktycznie płaska charakterystyka w dniu wolnym od pracy ulega postępującej deformacji
w miarę upływu kolejnych godzin wznowionej eksploatacji. Na deformacje krzywych obrazujących zmiany wychylenia nakładają się wibracje towarzyszące pracy maszyn wyciągowych.
Reprezentują je tu ich maksymalne i minimalne amplitudy odnotowane w trakcie każdej
kolejnej minuty. Przy tej formie zapisu rejestracja i analiza postaci samych drgań nie jest
możliwa. Zapewnia ją dopiero wykorzystanie pełnej wersji czujnika drgań i wychyleń
(z przystawką do pomiaru przyspieszeń).
4.2 Wieża wyciągowa o konstrukcji żelbetowej
Poniższe rysunki przedstawiają efekt oddziaływania pracy maszyn wyciągowych na
wysokie (100 m), żelbetowe konstrukcje wież wyciągowych. Hala maszyn z urządzeniami
wyciągowymi (silniki, koła napędowe, urządzenia sterowania, hamulce), znajduje się na
najwyższej kondygnacji takiej wieży. Obciążeniem statycznym są również urządzenia skipowe
dla transportu i wyładunku urobku. Obciążenia dynamiczne wieży są wynikiem pracy eksploatacyjnej tych urządzeń, a znaczne różnice w ciągu kolejnych 6-ciu dni są zilustrowane na
rys. 4.2 i rys.4.3. Istotna jest informacja, że 15 i 16 stycznia – to sobota i niedziela, a pozostałe
dni to piątek, poniedziałek, wtorek i środa.
_______________________________________________________________
220
WARSZTATY 2000 nt. Zagrożenia naturalne w górnictwie
____________________________________________________________________________
Rys.4.1 Porównanie zapisów dla stalowej konstrukcji wieży wyciągowej podczas dni wolnych od pracy
i dnia roboczego
Tabela 4.1
Okresy nasilania się wychyleń konstrukcji związane z podejmowaniem eksploatacji po przynajmniej
1-dobowej przerwie
Lp.
Okres przerwy w
eksploatacji
Okres nasilonych
wychyleń
Numery
diagramów
Opis okresu
przerwy
Maksymalna różnica
wychyleń [mm/m]
N-S
E-W
0
10.10.1999
11-12.10.1999
1
Niedziela
4,5
5
1
16-17.10.1999
18-19.10.1999
2-3
sob.-niedz.
6
4
2
11-14.11.1999
15-16.11.1999
12-13
od 11.11
do niedz.
3,5
3,5
3
21.11.1999
22.11.1999
14-15
Niedziela
4
3,5
4
27-28.11.1999
29-30.11.1999
16-17
sob.-niedz.
4
3,5
5
4-5.12.1999
6-7.12.1999
19-20
sob.-niedz.
3,5
2,5
6
19.12.1999
20-21.12.1999
24-25
sob.-niedz.
6
4
7
25-26.12.1999
27-28.12.1999
26-27
Boże Narodzenie
5,5
4
5,5
3
(sob.-niedz.)
8
28.12.1999-2.01.2000
2.01-4.01.2000
28-30
Nowy Rok
(sob.-niedz.)
9
15-16.01.2000
17-18.01.2000
33-34
sob.-niedz.
4,5
3,5
10
22-23.01.2000
25.01.2000
36
sob.-niedz.
4,5
4
11
5.02-6.02.2000
7.02.2000
40-41
sob.-niedz.
2
1,5
12
12-13.02.2000
14.02.2000
42-43
sob.-niedz.
4,5
3
_______________________________________________________________
221
W. BOCHENEK, Z. MOTYKA, H. PASSIA, A. SZADE - Oddziaływanie wstrząsów górniczych...
____________________________________________________________________________
14.01.2000
15.01.2000
16.01.2000
Rys.4.2 Dobowe zapisy dla wieży szybowej o konstrukcji żelbetowej z okresu 14-16.01.2000 ukazujące
wpływ wyłączenia maszyn wyciągowych (w dniu 15.01, w sobotę) na zachowanie się konstrukcji wieży.
Diagramy z prawej strony stanowią powiększenie zacieniowanych 1-godzinnych fragmentów diagramów
24-godzinnych z lewej części. Górne krzywe ilustrują przebieg maksymalnych, a dolne minimalnych
wartości wychyleń zarejestrowanych w danej minucie w każdym kanale N-S i E-W
_______________________________________________________________
222
WARSZTATY 2000 nt. Zagrożenia naturalne w górnictwie
____________________________________________________________________________
17.01.2000
18.01.2000
19.01.2000
Rys.4.3 Dobowe zapisy dla wieży szybowej o konstrukcji żelbetowej z okresu 17-19.01.2000 pokazujące
wpływ ponowienia eksploatacji maszyn wyciągowych (po 2-dniowym postoju) na zachowanie się
konstrukcji wieży. Diagramy z prawej strony stanowią powiększenie zacieniowanych 1-godzinnych
fragmentów diagramów 24-godzinnych z lewej części. Górne krzywe ilustrują przebieg maksymalnych,
a dolne - minimalnych wartości wychyleń zarejestrowanych w danej minucie w każdym kanale N-S
i E-W
_______________________________________________________________
223
W. BOCHENEK, Z. MOTYKA, H. PASSIA, A. SZADE - Oddziaływanie wstrząsów górniczych...
____________________________________________________________________________
Okna z prawej strony stanowią powiększenie zacieniowanych 1-godzinnych fragmentów
diagramów 24-godzinnych z lewej części. Górne krzywe ilustrują przebieg maksymalnych,
a dolne minimalnych wartości wychyleń zarejestrowanych w danej minucie w każdym
z kanałów, tzn. wychylenia w kierunku N-S i E-W odpowiednio.
Odnotowano stosunkowo regularne występowanie bardzo wyraźnego efektu nasilania się
wychyleń tej konstrukcji po podjęciu eksploatacji po okresie postoju związanym z takimi 1-2
dobowymi przerwami w pracy.
Okresy, w których efekt ten wystąpił w szczególnie wyraźny sposób, zebrano w tabeli
(tab. 4.1).
5. Wnioski
Przedstawiono przykłady ukazujące rozróżnianie reakcji budowli na wpływy pochodzące
od podziemnej eksploatacji górniczej, jak i reakcji na inne wpływy ze środowiska. Pomiary
ciągłych deformacji nie nastręczają na ogół trudności i mogą być wykonywane (weryfikowane)
za pomocą klasycznych metod geodezyjnych. Zastosowane oprzyrządowanie i metodologia
pozwalają jednak na analizowanie zjawisk dynamicznych (np. tąpań, czy też drgań wywołanych pracą maszyn i urządzeń), jak i okresowych, w tym nie wywołanych bezpośrednio bieżącą eksploatacją górniczą. Doświadczenie wskazuje, że najistotniejsze są wpływy klimatyczne
oraz osiadanie gruntu powodowane zmianami stosunków wodnych w podłożu.
Zintegrowany optoelektroniczny czujnik drgań i wychyleń konstrukcji Głównego Instytutu
Górnictwa pozwala także na badanie parametrów konstrukcyjnych, z uwzględnieniem postaci
drgań konstrukcji, dekrementu tłumienia, częstotliwości rezonansowych itd.
Literatura
[1] Szade A., Passia H., Lipowczan A., 1996: Laser sensors for continuous control of tilting of buildings
on mining-influenced and seismic areas; construction and field experience. Proc. SPIE, 2868, 500509.
[2] Patent UP RP Nr 151105: Urządzenie do ciągłego pomiaru wychyleń budowli.
[3] Szade A., Passia H., Lipowczan A., Bochenek W., 1998: Intrinsically-safe laser-based system for
continuous measurement of low-frequency vibration of mine shaft installations. Proc. SPIE, 3411,
275-281.
[4] Szade A., Passia H., Bochenek W., Pytlarz T., 1998” Ciągły, automatyczny pomiar wpływu
eksploatacji górniczej na obiekty na powierzchni z zastosowaniem laserowych czujników drgań
i wychyleń. IGSMiE PAN, Warsztaty' 98, Ustroń, 121-130.
[5] Szade A., Passia H., Bochenek W., 1999: Czujnik do ciągłych pomiarów niskoczęstotliwościowych
drgań i wychyleń budowli w trzech osiach współrzędnych. IGSMiE PAN, Warsztaty' 99, Jaworze,
193-201.
_______________________________________________________________
224
WARSZTATY 2000 nt. Zagrożenia naturalne w górnictwie
____________________________________________________________________________
Influence of mining-induced tremors on the buildings on the background
of other dynamic environmental changes
Continuous monitoring of long-term and sudden changes of tilt of building structures
located in the mining-affected areas, characterised by various geotectonic conditions and
various types of underground mining, points also at the influence of many other conditions.
From among different possible factors, the effects have been presented of climatic,
hydrogeological and traffic effects. These can be determined with a relatively high reliability.
Presented also are the recorded examples of overlapping of the influence of these factors on the
behaviour of the structures, resulting from mining-geological and geotectonic conditions. Apart
from the effects of the environment, important are also conditions being a result of the building
structures themselves, and, in the case of industrial structures, their technological-operational
conditions. High structures, such as chimneys, mine hoisting frames react in a principally
different way than the compact or extended structures, such as monumental structures or
apartment houses.
_______________________________________________________________
225