Politechnika Wrocławska

Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii

Tąpania i wstrząsy w kopalniach

Temat:

Profilaktyka tąpaniowa

w kopalniach węgla kamiennego

- metody technologiczne

Wykonali: Owczarczyk Elżbieta Serwik Justyna

Prowadzący: Prof. J. Butra

Zagrożenie tąpaniami w kopalniach węgla kamiennego jest duże. W 2001 r. 28 z 42 czynnych kopalni w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym eksploatowało pokłady zaliczone do zagrożonych tąpaniami. Wydobycie węgla z pokładów tąpiących wyniosło ok. 37% ogólnego wydobycia. Dla przeciwdziałania narastającemu zagrożeniu tąpaniami następował intensywny rozwój metod pomiarowych w obszarze rozpoznawania i oceny zagrożenia tapaniami. Profilaktyka tąpaniowa powinna ograniczać przyczyny zagrożenia, jak również skutki tąpań zaistniałych.

Na profilaktykę tąpaniową składają się metody oceny stanu zagrożenia tąpaniami oraz metody zwalczania tąpań. Prawidłowo zaprojektowana profilaktyka tąpaniowa powinna składać się z następujących etapów:

• oceny przyczyn i źródeł zagrożenia,

• dobór metod zwalczania zagrożenia,

• realizacja przyjętych metod profilaktyki,

• kontrola skuteczności zastosowanej profilaktyki.

Metody profilaktyki tąpaniowej ze względu na ich istotę oraz możliwości wykorzystywania
w procesie produkcyjnym można podzielić następująco:

• metody długoterminowe

• kamienne udostępnienie pokładów

• kolejność, porządek i kierunek wybierania pokładów

• sposób kierowania stropem

• czysta eksploatacja i eksploatacyjne odprężenie pokładów

• minimalizacja liczby wyrobisk i ich lokalizacja

• parametry geometryczne ścian

• obudowa wyrobisk

• zaniechanie eksploatacji

• metody doraźne

• metody aktywne - destrukcja skał

• sposób urabiania calizny

• postępy przodków

• wzmacnianie obudowy i zdalne sterowanie maszynami i urządzeniami

• prowokowanie tąpań

• działania organizacyjne

• szkolenie załogi

• organizacja służb tąpaniowych

• badanie stanu zagrożenia

• ustalanie szczególnych rygorów

• czas wyczekiwania

• minimalizacja liczby pracowników

• wycofywanie ludzi

• wyłączanie wyrobisk z ruchu

Z doświadczeń praktycznych wynika, iż większość metod długoterminowych jest skuteczniejsza od pozostałych i najmniej koliduje z innymi zagrożeniami. Odpowiedni dobór systemu eksploatacji i sposób jej wykonania może mieć decydujący wpływ na zachowanie się górotworu. Wiąże się z tym ściśle sposób wykonania robót przygotowawczych, nie pozostawianie w zrobach wybieranego pokładu żadnych calizn węglowych, dobór odpowiedniego systemu eksploatacji i kierowania stropem wraz z obudową wyrobiska górniczego.

Generalną zasadą tej profilaktyki jest unikanie lub minimalizowanie stref koncentracji naprężeń oraz powstawania stref niestabilnych wokół wyrobisk, w których może nastąpić utrata stateczności. Długoterminowe metody zwalczania tąpań można podzielić na fazy:

1. Projektowanie eksploatacji

2. Obudowa wyrobisk

3. Zaniechanie eksploatacji

Przy projektowaniu eksploatacji należy ocenić czy lokalne warunki są w wystarczającym stopniu rozpoznane. Różnorodność warunków, w jakich prowadzone są roboty górnicze, powoduje to, że można tylko wskazać ogólne zasady, jakie powinny być spełnione
w projekcie eksploatacji. Przy czym będą to inne zasady, jeśli projektuje się eksploatację partii dziewiczej, a inne, gdy eksploatację projektuje się w rejonach, w których występują zaszłości eksploatacyjne. W rejonach jeszcze nieeksploatowanych, roboty górnicze należy projektować tak, aby stref, w których występuje koncentracja naprężeń było jak najmniej.
W tym celu ogranicza się ilość wyrobisk korytarzowych, stosuje się długie fronty eksploatacyjne, unika się tworzenia zbędnych krawędzi, pozostawiania resztek, filarów itd. Wybieranie „na czysto” jest szczególnie ważne przy eksploatacji złóż wielopokładowych, gdyż wszelkie krawędzie, resztki, filary itp., stanowią miejsca potencjalnego zagrożenia przy eksploatowaniu następnych pokładów.

Działania technologiczne zmniejszające zagrożenie tąpaniami

a) kamienne udostępnienie pokładów:

• minimalizować wyrobiska korytarzowe w pokładach węgla,

• lokalizować te wyrobiska w skałach płonnych.

b) kolejność, porządek i kierunek wybierania pokładów:

• wybierać pokłady głębiej zalegające w pierwszej kolejności,

• przy równoczesnej eksploatacji kilku pokładów regulować położenie frontów ścianowych tak, aby fronty pokładów tąpiących znalazły się w strefach (przynajmniej częściowo) innych pokładów,

• przy dużym zagrożeniu tąpaniami preferować wybieranie w pierwszej kolejności warstwy podstropowej z zawałem stropu,

• przy regularnym zaleganiu pokładu wybierać ściany zgodnie ze wzniosem lub zapadaniem pokładu,

• przy nieckowatym zaleganiu złoża rozpoczynać eksploatację od dna niecki
  i prowadzić ją z dołu do góry,

• dla szczególnie dużych zagrożeń tąpaniami stosować tzw. ściany otwierające lub zamykające.

c) sposób kierowania stropem:

• z zawałem stropu,

• z podsadzką hydrauliczną.

Obserwacje praktyczne i badania empiryczne, w kontekście zagrożenia tąpaniami, nie wskazują na zdecydowaną przewagę określonego sposobu kierowania stropem. W systemie zawałowym bardziej zagrożone są chodniki przyścianowe, natomiast w systemie
z podsadzką hydrauliczną przestrzeń ściany.

d) czysta eksploatacja i eksploatacyjne odprężanie pokładów:

• czysto wybierać warstwy węgla (następuje odprężanie danego pokładu jak
  i pokładów sąsiadujących),

• nie pozostawiać żadnych nie wybranych filarów, nóg i innych nawet drobnych części pokładów,

• jest to jedna z najskuteczniejszych sposobów zapobiegania tąpaniom.

e) minimalizacja liczby wyrobisk i ich lokalizacja:

• projektować tylko niezbędną liczbę wyrobisk,

• wyrobiska lokalizować poza strefami oddziaływań robót górniczych,

• niezbędne wyrobiska w strefach wpływów krawędzi i resztek lokalizować możliwie prostopadle do tych krawędzi.

f) parametry geometryczne ścian:

Większa długość ściany ogranicza zagrożenie tąpaniami przede wszystkim dzięki ograniczeniu liczby wyrobisk korytarzowych w pokładzie. Zwiększenie wysokości ściany do wartości zmniejszającej warunki usztywnienia warstwy wstrząsogennej powoduje zmniejszenie wartości generowanych przez nią wstrząsów górotworu, a tym samym prowadzić może do ograniczenia zagrożenia tąpaniami.

Obudowa wyrobisk również odgrywa swoją rolę przy zwalczaniu tąpań. Otóż wiadomo, że skutki zaistniałych tąpnięć są mniejsze. Zwiększenie odporności obudowy tylko do pewnej wartości siły tąpnięcia ogranicza jego skutki. Powyżej niej skutki tąpnięcia są większe niż przy ograniczonej nośności obudowy. Mała nośność obudowy stanowi słabe zabezpieczenie wyrobiska przed najczęściej występującymi wstrząsami górotworu o energii niszczącej rzędu 10³ ÷10⁴J. Stosowane obecnie w kopalniach obudowy zmechanizowane charakteryzują się wysoką odpornością i skutecznie zabezpieczają przestrzeń roboczą, przez co skutki nawet silnych tąpnięć w ścianach są na ogół ograniczone, zwłaszcza w ścianach zawałowych.

Odstąpienie od eksploatacji pokładu węgla z powodu silnego zagrożenia tąpaniami jest zawsze decyzją ostateczną i przynosi radykalne rozwiązanie problemu. Taka decyzja należy do trudnych i powinna być poparta wynikami wszechstronnej analizy wszystkich przesłanek za i konsekwencji, jakie przyniesie w przyszłości. Trzeba mieć świadomość, że zaniechanie eksploatacji może spowodować wzrost stanu zagrożenia w innych partiach złoża, choć doraźnie może być uzasadnione. Przy rezygnacji z wybierania złoża, w miarę możliwości należy stwarzać takie warunki, aby w przyszłości było możliwe ponowne bezpieczne podjęcie jego wybierania. Zaniechanie eksploatacji może być stosowane
w każdym etapie procesu wydobycia.

Zagadnienie zwalczania zagrożenia tąpaniami dotyczy prawie całego procesu wydobycia od fazy projektowania eksploatacji po fazę drążenia wyrobisk korytarzowych
i eksploatację złoża. Dobór metod profilaktyki tąpaniowej uzależniony jest od etapu zaawansowania procesu wydobycia, jednoczesnego występowania w konkretnych warunkach geologiczno - górniczych czynników determinujących rodzaj i poziom zagrożenia tąpaniami. Właściwie dobrana i prawidłowo realizowana profilaktyka powinna eliminować lub ograniczać poziom zagrożenia tąpaniami, minimalizować skutki tąpnięć.

Najskuteczniejszą profilaktykę tąpaniową i jednocześnie najtańszą stanowi właściwy projekt eksploatacji. Dalsza kolejność to odpowiednia technologia prowadzenia robót górniczych i aktywna profilaktyka z monitoringiem zmian stanu zagrożenia. W kopalniach węgla zagrożonych tąpaniami najbezpieczniejszym systemem jest system ścianowy,
z długim frontem, przemieszczającym się wolno ze stałą prędkością. Ze względów ekonomicznych technologicznych zalecany jest system z zawałem stropu. Eksploatacja
z zawałem w większym stopniu, niż podsadzkowa, powoduje powstawanie stref niestabilnych w stropie, stwarzających zagrożenie dla eksploatacji następnego pokładu.

Literatura:

[1] Krzyżowski A. „Profilaktyka tąpaniowa w kopalniach węgla kamiennego”, Międzynarodowe Sympozjum Naukowo-Techniczne „Tąpania 2002”, GIG, Katowice 2002

[2] Poradnik górnika t. 2, Wydawnictwo „Śląsk”

5

---