PROCESY GEODYNAMICZNE indukowane działalnością

górniczą w kopalni odkrywkowej

D

zi

a

ła

ln

o

ś

ć

g

ó

rn

ic

za

P

ro

c

e

s

y

i

n

ży

n

ie

rs

k

o

-

g

e

o

lo

g

ic

zn

e

Ty

p

p

rz

e

m

ie

s

zc

ze

ń

Odwodnienie

Wykonanie wkopu

i zwałowiska

Wstrząsy związane z eksploatacją

kopalni i elektrowni

Ruch wody

podziemnej

Zmiany stanu naprężeń w górotworze

Sufozja

Kras

Współczesne ruchy

tektoniczne

Wstrząsy

sejsmiczne

Odkształcenia

wywołane krasem

i sufozją

Przemieszczenia mas gruntu

w sąsiedztwie wkopu i zwałowiska

Odkształcenia wywołane

odciążeniem i obciążeniem

masywu gruntowego

Odkształcenia spowodowane

zdjęciem siły wyporu

wody podziemnej

Odkształcenia wywołane

energią fal sejsmicznych

Wielkoobszarowe ruchy

skorupy ziemskiej

Zasięg przestrzenny procesów

lokalny

regionalny

Źródło:P.Dobak - Zmianyodkształcalności gruntów wywołane procesami inżyniersko-geologicznymi w rejonie KWB Bełchatów, 1986

Sposoby oceny odkształcalności
odwadnianego masywu gruntowego:

Analiza czasowo – przestrzenna zależności:

depresja zwierciadła wód podziemnych s - osiadanie
powierzchni terenu h

Modelowanie procesu na podstawie fizycznych
założeń dotyczących

- wzrostu naprężeń
- charakterystyk: naprężenie - ściśliwość jednoosiowa
gruntu

- teorii konsolidacji

-Ocena odkształcalności masywu ma podstawie modelu
fizycznego, w którym charakterystyki odkształcalności
tarowane są poprzez rozwiązanie tzw. „zadania
odwrotnego”

kinematycz
ny

MODEL

fizyczny

fizyczno -

-
kinematycz
ny

N

Z

S

0

5

10

15

1

9

7

6

1

9

7

7

1

9

7

8

1

9

7

9

1

9

8

0

1

9

8

1

1

9

8

3

1

9

8

5

1

9

8

7

1

9

8

9

1

9

9

3

0

5

10

15

20

25

1

9

7

6

1

9

7

7

1

9

7

8

1

9

7

9

1

9

8

0

1

9

8

1

1

9

8

3

1

9

8

5

1

9

8

7

1

9

8

9

1

9

9

3

0

5

10

1

9

7

6

1

9

7

7

1

9

7

8

1

9

7

9

1

9

8

0

1

9

8

1

1

9

8

3

1

9

8

5

1

9

8

7

1

9

8

9

1

9

9

3

osiadanie [mm]

depresja z.w.g.

[m]

Zmienność w czasie
wskaźnika:

[

o

/

oo

]

FIZYCZNY MODEL PRZYROSTU NAPRĘŻENIA

Efekty
depresji
zwg
wyrażone
w wartości
przyrostu
naprężenia

NIE

maleją

z
głębokości
ą

?

ZANIKANIE

OSIADAŃ

SPOWODOWANE

JEST :

 

• wzrostem
sztywności gruntu

M = A 

B

• zmniejszaniem się
stosunku
 /’

głębokość
oddziaływań:

z = s / (  /’)

Charakterystyki ściśliwości przyjęte do modelowych

obliczeń osiadań analizowanych profili

Pozycja stratygraficzno-facjalna

Nr serii

Parametry

ściśliwości M=A 

B

[ gdy

 w kPa]

A

B

Czwartorz

ęd

Osady

aluwialne

wodnolodowco

we

i zastoiskowe

Piasek drobny

I

7 500

0,17

Piasek średni

II

8 500

0,17

Piasek gruby i

żwir

III

9 500

0,17

Osady

zastoiskowe

Zlodowacenie

Warty

IV

160

0,64

Zlodowacenie

Odry

V

100

0,86

Zlodowacenie

Sanu i Nidy

VI

730

0,51

Osady glacjalne

Zlodowacenie

Warty

VII

200

0,77

Zlodowacenie

Odry

VIII

42

0,96

Zlodowacenie

Sanu i Nidy

IX

73

0,89

Neogen

Iły nadwęglone

X

225

0,64

Zwietrzeliny ilaste podłoża

mezozoicznego

XI

550

0,45

Estymacja charakterystyk
materiałowych dla „zadania
odwrotnego”

Zależność między liczbą zdarzeń

sejsmicznych w latach 1979 - 1983

a ich maksymalną magnitudą

0

1

2

3

4

5

0

10

20

30

40

50

liczba zdarzen sejsmicznych w okresach

rocznych

m

ag

n

it

u

d

a

m

ax

.

w

st

rz

ąs

ó

w

w

s

ka

li

R

ic

h

te

ra

1979 r

1980 r

1982 r

1981 r

1983 r

Współczynnik  Gutenberga – Richtera określa

nachylenie linii prostej spadku liczby zdarzeń ze
wzrostem magnitudy

Kierunek
eksploata
cji

wysad

solny

Dębiny

us

ko

k F

olw

ark

u

U

s

k

o

k

W

id

a

w

k

i

GEOLOGICZNO – EKSPLOATACYJNE UWARUNKOWANIA

LOKALIZACJI EPICENTRUM WSTRZĄSÓW

mechanizm “spustowych
wstrząsów”

Większość pól gazowych w

północnej części Holandii

usytuowana jest poniżej

grubej solnej warstwy

cechsztynu.

Właściwości mas solnych, a
szczególnie ich

lepkość

są

szczególnie ważne dla
resdystrybucji naprężeń i
powstawania deformacji, nawet
poza bezpośrednimi obszarami
wpływu eksploatacji gazu

redystr

ybucja n

aprężeń

- gwałt

owne,

ślizgow

e przes

unięcia

wzdłuż

uskokó

w

Obliczenia
modelowe

–

możliwość wzbudzania
wstrząsów:
 na głębokości 1,5
km
 w odległości > 10
km

od zbiornika

.

PIONOWE PRZEMIESZCZENIA MASYWU
SPOWODOWANE EKSPLOATACJĄ GAZU (wyniki
obliczeń modelowych)

przemieszczenia w
cm

ANALIZA WSTRZĄSÓW SEJSMICZNYCH:

Prognozowane : 2,2 do 2,9 w skali Richtera

Rejestrowane – do 3,3 w skali Richtera
wzbudzone w odl. 10 km od zbiornika
(Hooghalen i Assen)

Parametry:

 moduł ścinania

5 do 10 GPa
 powierzchnia
ścięcia:

0,05 – 0,15 km

2

 maksymalne
dynamiczne
przesunięcie

1 – 2
cm

Zakładana
lepkość:

10

16

– 10

18

Ns/m

2

warunkuje

czas trwania
przemieszczeń od
100 do 10 000 lat

Przyszłość Kopalni Węgla

Przyszłość Kopalni Węgla

Brunatnego „Bełchatów”

Brunatnego „Bełchatów”

• 2008 r. – wydobycie pierwszych ton węgla

brunatnego z Pola „Szczerców”

• 2012 r. – zwałowanie nadkładu na zwałowisku

wewnętrznym odkrywki Szczerców

• 2019 r. – koniec eksploatacji węgla z odkrywki

„Bełchatów”

• 2038 r. – koniec eksploatacji węgla z odkrywki

„Szczerców”

• 2050 r. – zakończenie robót górniczych związanych

z wypłycaniem wyrobisk poeksploatacyjnych

• 2100 r. – zakończenie rekultywacji wyrobisk w

kierunku wodnym

SCHEMAT ZAGOSPODAROWANIA

WYROBISK KOŃCOWYCH

Z w a ³o w is k o w e w n ê tr z n e

Z w a ³o w is k o w e w n ê tr z n e

W

y

s

a

d

s

o

ln

y

D

ê

b

in

a

+ 1 7 4 m n p m

- 1 0 0 m n p m

+ 1 0 5 m n p m

~ + 2 0 0 m n p m

+ 8 5 m n p m

- 7 0 - - 8 0 m n p m

+ 1 2 0 m n p m

+ 1 2 0 m n p m

W

E

W y p ³y c e n ie w y r o b is k a

W y p ³y c e n ie w y r o b is k a

Z b io r n ik w o d n y V = 1 . 1 m ld m

Z b io r n ik w o d n y V = 1 . 4 m ld m

3

3

O /S z c z e r c ó w

O /B e ³c h a tó w

( d o 2 0 3 6 )

+ 4 5 - - 1 5 m n p m

G ³ê b o k o œæ

[m e tr y ]

3 6 0

2 0 0

2 4 0

2 8 0

3 2 0

8 0

1 2 0

1 6 0

4 0

0

0

1 0 0 0 m

4 0 0

( d o 2 0 3 0 )

- 1 5 - + 2 5 m n p m

+ 1 2 0

+ 1 5 0

• końcowa powierzchnia zbiorników – około

33 km

2

• końcowa głębokość zbiorników – około

100 m
• końcowa pojemność zbiorników – około

2.4 mld m

3

Prognozowanie ewolucji strefy brzegowej zboczy nowo
wybudowanych zbiorników wodnych. Obejmuje obliczenie
ostatecznej szerokości przekształconego zbocza - S, czyli zbocza
zniszczonego działaniem procesów brzegowych (S według
uproszczonego wzoru):

]

)

(

)

[(





ctg

h

h

ctg

h

h

A

W

S

w

b

w

r















W

— Współczynnik zależny od rodzaju gruntów i wskazujący, jaka

część platformy brzegowej powstanie wskutek rozmycia

gruntów (dla piasków W = 0,5, dla glin W = 0,6,

A — amplituda wahań zw. wody w zbiorniku,

h

r

— głębokość, do której sięga rozmywające działanie fali,

h

w

— wysokość napływania fali,

 — kąt nachylenia platformy brzegowej,

h

b

— wysokość nowo utworzonego zbocza,

 — kąt nachylenia nowo utworzonego zbocza w równowadze

granicznej.

gdzie:

Przykładowo dla wysokości fali h

f

< 0,5 m kąt nachylenia platformy

brzegowej α wynosi dla:

•iłu, α = 4°,

•gliny piaszczystej, α = 9°,

•piasku drobnego i średniego, α = 13°.
Odpowiednio kąt nachylenia powierzchni nowo utworzonego
zbocza β wynosi najczęściej dla:

•iłu, β = 5-30°,

•gliny piaszczystej, β = 42-48°,

•piasku drobnego i średniego, β = 35-40°.

Czynnikiem

mobilizujący

m aktywność

procesów

brzegowych

jest energia
fal, które są

wzbudzane

przez wiatr

.

KIERUNKI REKULTYWACJI

PÓL BEŁCHATÓW I SZCZERCÓW