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.