Zabezpieczenie i monitoring zagrożenia osuwiskowego na filarze rzeki Nysy Łużyckiej oraz osuwiska "Świniec" na zwałowisku zewnętrznym przy granicy z Czechami

Streszczenie

W latach 1989-1990 na filarze granicznej rzeki Nysy Łużyckiej powstało zagrożenie osuwiskowe zachodniego zbocza odkrywki obejmując swym zasięgiem koryto rzeki. Artykuł opisuje podjętą akcję ratowniczą, stan obecny filara, prowadzony monitoring deformacji powierzchniowych i wgłębnych, pomiary ciśnień porowych oraz wyniki obliczeń stateczności. W drugiej części przedstawiono powstałe w 1994 roku osuwisko "Świniec" na zwałowisku zewnętrznym przy granicy z Republiką Czeską. Opisano wydarzenia poprzedzające akcję ratowniczą i jej przebieg oraz dalsze działania zabezpieczające i likwidację skutków osuwiska, a także stan obecny po zakończeniu rekultywacji i prowadzony monitoring.

1. Zagrożenie osuwiskowe na filarze rzeki Nysy Łużyckiej

1.1. Charakterystyka zaistniałego zagrożenia

Zachodnia granica eksploatacji złoża węgla brunatnego "Turów" wyznaczona jest przez filar ochronny rzeki Nysy Łużyckiej - granicę z Niemcami (Rys. 1). Pas ochronny między korytem rzeki a górną krawędzią wynosi od 240 do 160 m. W pasie tym na wale przeciwpowodziowym znajduje się droga państwowa Trzciniec-Sieniawka i ekran wodoszczelny. Konstrukcja filara zatwierdzona przez OUG w 1983 r. miała następujące parametry: generalny kąt nachylenia zbocza 19^o, poziomy o szerokości 50 m, wysokość zbocza 100 m (od powierzchni terenu +225 do dna wyrobiska +125).

Rys. 1. Lokalizacja osuwiska "Świniec" i zagrożenia osuwiskowego na filarze rzeki Nysy Łużyckiej.

W 1988 roku w czasie udostępniania poziomu +125 nacięty został spąg II pokładu węgla. W celu uporządkowania skarp i odwodnienia na poziom +125 przy filarze wprowadzono koparkę łańcuchową Rs-560 (K-21). Koparka wykonała szeroki i głęboki na ca 15 m rów odwadniający z zadaniem pełnienia drugiej funkcji - osadnika. Rów na długości 380 m przeciął spąg I pokładu węgla. W tym czasie nie stwierdzono jeszcze oznak zagrożenia. W dniu 29.09.1989 r. służby Głównego Inżyniera Górniczego i Zawiadowcy stwierdziły pojawienie się szczelin i spękań na skarpach oraz poziomach filara ochronnego i drogi państwowej Trzciniec-Sieniawka, a także wypiętrzenia dna wyrobiska. Pierwsza prognoza zagrożenia stateczności zbocza i filara w nawiązaniu do zaistniałych deformacji sprecyzowana była na posiedzeniu Zespołu Konsultacyjnego ds. Geotechnicznego Zabezpieczenia Eksploatacji Węgla Brunatnego w październiku 1989 roku [2]. Stwierdzono, że omawiany fragment zbocza znajduje się we wstępnym okresie rozwoju procesu osuwiskowego. Proces ten w końcowym etapie może przekształcić się w typowe osuwisko strukturalno-odprężeniowe [1].

Rozwój osuwiska, przerwanie koryta rzeki Nysy i wdarcie się wody do odkrywki spowodowałyby: unieruchomienie systemu odwodnienia powierzchniowego w wyniku przerwania trzech rurociągów tłocznych i zatopienie pompowni powierzchniowej T-I/3, zniszczenie około 550 m odcinka ekranu przeciwfiltracyjnego, kolejne zatapianie poziomów eksploatacyjnych z obiektami układu technologicznego (koparki, przenośniki taśmowe, urządzenia elektroenergetyczne), zatopienie systemu wyrobisk chodnikowych odwodnienia podziemnego. Zniszczeniu uległyby również obiekty zewnętrzne znajdujące się w rejonie osuwiska: koryto rzeki Nysy, droga państwowa Trzciniec-Sieniawka na odcinku około 650 m, napowietrzna linia energetyczna 6 kV, rurociąg wody pitnej zasilające miejscowości Sieniawka i Porajów, sieć telekomunikacyjna, tereny rolne po stronie Niemiec z miejscowością Drausendorf. Następstwem byłby brak lub niedostateczne zasilanie w wodę odbiorców przemysłowych (głównie elektrowni Hirschfelde, Turów, Hagenwerder) i komunalnych (z większych - miasta Görlitz i Zgorzelec) poniżej miejsca uszkodzenia [5].

Na rys. 2 przedstawiono prognozowany maksymalny zasięg osuwiska o powierzchni 480 ha, którego kubaturę szacowano na 12 mln m³.

Rys. 2. Zasięg zagrożenia osuwiskowego na filarze rzeki Nysy Łużyckiej podpartego przyporą.

1.2. Techniczne działania zabezpieczające

Techniczne działania zabezpieczające wykonywane były na podstawie planu akcji ratowniczej, bieżących ustaleń Sztabu Akcji Ratowniczej i zespołów specjalistycznych. Prognoza określająca wielkość potencjalnego osuwiska wykazywała, że skuteczne zahamowanie procesu osuwiskowego możliwe jest w wyniku podparcia filara blokiem mas ziemnych uformowanych w przyporę [2]. Te działania realizowano w dwóch etapach:

w etapie I - z technologicznego układu zasypowego z poziomu +125.
Wybudowano przenośnik przesuwny o długości 600 m i krótki przenośnik zrzutowy, tzw. "Rakietę", i odwrócono kierunek pracy o 180 stopni dwóch przenośników z frontu urabiania na poziomie +125. Przygotowano teren pod przyszłą przyporę i pryzmę. W tym celu ułożono drenaż o łącznej długości 560 m, usunięto luźny i zawodniony grunt oraz za pomocą koparek SchRs-1200, SchRs-650 i sprzętu pomocniczego usypano przyporę o kubaturze 144.000 m³. Wydajność tego układu była mała ok. (150.000 m³/m-c).

w etapie II - z technologicznego układu z zastosowaniem zwałowarki ARsP-6500.
Uruchomienie tego układu wymagało transportu zwałowarki i wózka zrzutowego z odkrywki "Turów II" do miejsca wykonywanej przypory w odkrywce "Turów I" - 9,5 km, budowę układu trzech przenośników taśmowych o łącznej długości 1.310 m na poziomie +145 filara Nysy. Układ pracował z koparką SchRs-1200 o wydajności 450.000 m³/m-c. Do końca czerwca 1990 r. usypano przyporę 3,75 mln m³. Zgodnie z wcześniej przeprowadzonymi obliczeniami przypora ta zagwarantowała stateczność zbocza.

1.3. Pomiary kontrolne deformacji górotworu

Zakres pomiarów dla kontroli stateczności zbocza w rejonie zagrożenia obejmował:

pomiary przemieszczeń powierzchniowych,
pomiarów par punktów na szczelinach,
niwelacyjne pomiary na zboczu i filarze,
pomiary przemieszczeń wgłębnych w otworach inklinometrycznych.

Sieć pomiarowa na zboczu i filarze złożona była z 59 punktów położonych na dnie odkrywki, na zboczu oraz na filarze po stronie polskiej i niemieckiej. Do końca maja 1990 roku wykonano 11 pomiarów składających się na 10 cykli. Pomiary przemieszczeń wgłębnych wykonywane były w 9 otworach inklinometrycznych przy pomocy sondy IN-80. Dynamika przemieszczeń poziomych punktów ulegała stopniowemu zmniejszaniu, począwszy od wartości około 100 mm/m-c w listopadzie 1989 roku do 20 mm/m-c w marcu 1990 roku i około 9 mm/m-c w maju. Wypadkowa przemieszczeń poziomych w większości przypadków zbliżona była do prostopadłej do zbocza. Dynamika przemieszczeń pionowych wykazała zmniejszanie się ich prędkości od około 70 mm/m-c w listopadzie 1989 roku do 0 mm/m-c w lutym i marcu 1990 roku, poszczególne punkty pomiarowe wykazywały okresowo wypiętrzenia. Wypadkowa przemieszczeń pionowych i poziomych nachylona była w kierunku dna wyrobiska pod kątem 5-20^o. Przemieszczenia poziome wzdłuż szczelin zachodziły z prędkością do 73 mm/m-c, pionowe zaś do 37 mm/m-c. Do lutego 1990 roku obserwowano zmniejszanie się prędkości, która wygasła na przełomie lutego i marca 1990 r. Począwszy od VII cyklu stwierdzono wyraźne zmniejszanie się prędkości deformacji w dolnej części zbocza wskutek wykonywanej przypory ziemnej.

Inklinometryczne pomiary deformacji wgłębnych wykazały:

w otworze IF/1 ścięcie na głębokości 53 m. Przemieszczenia wgłębne zachodziły z prędkością do 30 mm/m-c, a azymut wynosił 107^o,
w otworze IF/2 powierzchnię ścięcia na głębokości 45 m, przy czym inklinometr zachował drożność do głębokości 70 m. Przemieszczenie zachodziło z prędkością 10-40 mm/m-c.

1.4. Wyniki obliczeń stateczności

Obliczenia stateczności wykonano wg metod Janbu, Bishopa i Felleniusa dla wariantowo przyjętych zasięgów potencjalnej powierzchni ześlizgu (Rys. 3). Wartości parametrów wytrzymałościowych gruntów zostały oszacowane drogą obliczeń odwrotnych stateczności [2]. Obliczenia, a także obserwacje osuwiska prowadzą do stwierdzenia, iż niekorzystne dla stateczności zbocza powierzchnie poślizgu to kontakty spągu II i I pokładu z iłem. Trzecia powierzchnia przebiega w stropie lub w obrębie zwietrzelin skał krystalicznych o parametrach: c~0 kPa i f=8^o (dane niemieckie). Generalnie całe zbocze, tzn. dla wszystkich wariantów linii ześlizgu, nie posiadało wystarczającej stateczności; wartości wskaźników stateczności. W opracowaniach do analiz stateczności filara Nysy Łużyckiej dla kontaktu ił-węgiel przyjmowano c_obl.=21 kPa, Ø_obl.=8^o. Uformowanie przypory o objętości 3.755 tys. m³na poziomie od +125 do +145 oraz +145 do +160 z gruntu zwałowego o ciężarze objętościowym 1,8 kN/m³ w zasadniczy sposób wpłynęło na polepszenie warunków stateczności. Uzyskane z obliczeń wartości wskaźników stateczności w przypadku po uformowaniu przypory do poziomu +160 Ws_min=1,2-1,3 zagwarantowało wymaganą stateczność zbocza.

Rys. 3. Przekroje geologiczne przez filar rzeki Nysy Łużyckiej.

1.5. Wnioski

Bezpośrednią przyczyną uruchomienia procesu osuwiskowego na filarze rzeki Nysy było w 1988 r. w czasie udostępnienia poziomu +125, przecięcie piętrem +145/+125 spągu II pokładu węgla i wykonanie na poziomie +125 koparką łańcuchową Rs-560 głębokiego rowu przecinającego nachylony konsekwentnie do wyrobiska spąg II i I pokładu węgla, aż do zwietrzelin.
Mechanizm powstawania osuwisk strukturalno-odprężeniowych Dział GZ doświadczył i zabezpieczał w czasie eksploatacji do granic zbocza północnego, zawsze powstawały po nacięciu stref kontaktowych spągu I i II pokładu węgla - 6 takich osuwisk opisano w [17].
Pośrednimi przyczynami uznano:
1. budowę geologiczną, a szczególnie konsekwentne zapadnięcia warstw ilastych oraz zwietrzelin skał podłoża i osłabiające górotwór powierzchnie uskoków i spękań,
2. niskie parametry geotechniczne warstw zwietrzelin skał krystalicznego podłoża, wieloletni staż skarp, geometrię zbocza i rozwijające się procesy odprężeniowe,
3. infiltrację wód i ewentualne gromadzenie się ich w stropie zwietrzelin.
Skutecznym działaniem była właściwa organizacja wykonania przypory i wykorzystanie wyników badań geologiczno-inżynierskich, pomiarów powierzchniowych i wgłębnych deformacji górotworu.

1.6. Dalsze roboty eksploatacyjne w rejonie zagrożonego osuwiskiem odcinka filara

Po powstrzymaniu ruchu osuwiskowego kopalnia podjęła działania profilaktyczne mające na celu zabezpieczenia się na przyszłość przed ponownym zagrożeniem utraty stateczności zbocza filara rzeki Nysy. Do najważniejszych działań profilaktycznych należy zaliczyć:

zorganizowanie specjalnego systemu kontroli i obserwacji odkształceń zbocza,
prowadzenie systematycznych obserwacji hydrogeologicznych,
wprowadzenie stałego nadzoru geologiczno-inżynierskiego,
weryfikację konstrukcji zbocza i ustanowienie decyzją OUG w Wałbrzychu w 1991 roku nowego filara ochronnego rzeki Nysy Łużyckiej,
dostosowanie układu technologicznego do ewentualnych potrzeb szybkiego podparcia zbocza - zwałowanie wewnętrzne w rejonie filara.

Wykonane dotychczas pomiary i kontrole wykazały dostateczną stabilność zbocza filara. Okresowe przemieszczenia punktów pomiarowych mieszczą się w granicach dokładności pomiarów, tj. około 5 mm na miesiąc.

W ostatnich 20. latach służba geologiczno-inżynierska kopalni została wzmocniona kadrowo i wyposażona w odpowiedni sprzęt komputerowy i oprogramowanie. Prowadzony udoskonalony system monitoringu z własną obsługą geotechniczną pozwolił na wyeksploatowanie I pokładu węgla 100 m poniżej do poziomu +25 przypory, tj. 200 m od powierzchni terenu. Zachowano przy tym zmniejszony kąt nachylenia generalnego 10^o-12^o. Stan robót górniczych poniżej filara do poziomu +25 osiągnięto w 2005 roku (fot. 1). Uprzednio uformowano dwa zwałowiska wewnętrzne: północno- i południowo-zachodnie oparte o filar Nysy tylko częściowo podparły zagrożony odcinek filara.

Fot. 1. Stan filara Nysy w 2005 roku.

Obecny stan na marzec 2009 pokazany został na załączonej poniżej fot. 2. Filar dodatkowo podparty jest zwałowiskiem wewnętrznym formowanym w latach 2006-2009 od dna wyrobiska +25 do przypory na poziomie +125.

Fot. 2. Stan filara w marcu 2009 roku podparty od spągu +25
wyrobiska do przypory +125.

Widok obecny z filara na rzekę Nysę Łużycką.

2. Osuwisko "Świniec" na zwałowisku zewnętrznym

2.1. Zdarzenia poprzedzające powstanie osuwiska (rok 1993)

Wschodnie zbocze zwałowiska zewnętrznego graniczy z lasami państwowymi, a jego dolna krawędź znajduje się w odległości 150-300 m od granicy państwa z Republiką Czeską. Przedpolem rozpatrywanego rejonu zwałowiska był teren lokalnej doliny, która od wschodu ogranicza grzbiet wzniesienia Świniec.

W latach 70., w czasie formowania przez zwałowarkę Z-44 dolnych pięter zwału (rys. 4), doszło do zablokowania odpływu wspomnianych cieków i powstania zastoiska o powierzchni około 1 ha, a w następstwie do zatrzymania robót na tej części frontu zwałowego.

Rys. 4. Przekroje przez osuwisko "Świniec".

W roku 1985, mimo niepełnej likwidacji zastoiska i nie udrożnienia zasypanych odcinków cieków, zwałowarka Z-44 rozpoczęła budowę dwu następnych pięter, co w końcu tego roku doprowadziło do powstania osuwiska i ponownego zatrzymania frontu zwałowania.

Systematyczne zmniejszanie się frontu zwałowania na zwałowisku zewnętrznym KWB Turów spowodowały, że w 1991 roku kierownictwo kopalni podjęło decyzję dozwałowania ww. rejonu poosuwiskowego z 1985 r. W opracowaniach "Rozpoznanie warunków..." [5] wykazywano, że warunki w rejonie południowo-wschodnim zwałowiska zewnętrznego powstałe na skutek wcześniejszych rozpełznięć i osunięć zbocza są trudne do prowadzenia zwałowania, a grunty zwałowe w tym rejonie określono jako słabe. Za główne przyczyny tego stanu uznano wcześniejsze uruchomienie mas zwałowych oraz wchłonięcie dużych ilości wód opadowych wskutek ograniczonego spływu spowodowanego morfologią powierzchni jęzora rozpełznięcia. Pomimo trudnych warunków geotechnicznych oraz niedostatecznego rozpoznania hydrotechnicznego wg [10] pod koniec 1992 roku podjęto decyzję o przystąpieniu do zwałowania zwałowarką Z-43 w tym rejonie na poziomach +348 i +370 m w celu przygotowania przedpola dla zwałowarki Z-42. Nadzór geotechniczny zwałowania prowadzony był przez "Geosoft" w oparciu o ustalenia "Prognozy warunków geotechnicznych na zwałowisku zewnętrznym KWB Turów w latach 1994-1995". Pod koniec 1992 roku rozpoczęto sypanie zwału podpoziomowego i nadpoziomowego na czoło jęzora wzmacniając stopę rozpełzniętego zwału. Front zwałowy postępował od wschodu zza góry "Świniec" w kierunku zachodnim.

Popełniono jak się później okazało błąd - zrezygnowano z ostatniego etapu zwałowania czołowego na jęzorze. Wymagało to wydłużenia tylko ca 200 m przenośnika zwałowego tak, aby wykonać zaplanowany zakres zabezpieczających robót zwałowych, tj. połączenia się ze stabilnym układem skarp zbocza zwałowiska po zachodniej stronie powstałych tu później osuwisk w III kw. 1993 roku i katastrofalnego osuwiska "Świniec" z końca 1994 roku. Zwałowarka Z-43 przeszła na wyższe piętro sypiąc na poziomie +380 tzw. przyporę (w niewłaściwej lokalizacji [6,7]) na granicy dla wyższego frontu Z-42 pracującej na poziomie +415. Już
w III kwartale 1993 roku zarejestrowano wzmożone deformacje przedpola sypanych skarp (niżejległych poziomów) [6,7], a pomiędzy 14 a 15 sierpnia w rejonie pracy Z-43 (w północnej części przyszłego osuwiska z roku 1994) rozwinęło się osuwisko z poziomu +380 na poziom +320 sięgające istniejącej wówczas drogi i rowu odwadniającego. Wobec tego, że osuwisko nie miało poważniejszych następstw ograniczono się do zatrzymania tego frontu i doraźnego zabezpieczenia terenu osuwiska. Następnie wykonano serię badań geotechnicznych sondą geostatyczną oraz zainstalowano lokalną sieć geodezyjną do pomiarów odkształceń powierzchni zbocza. Pomiary prowadzono cyklicznie co 2 tygodnie. Dolna część zbocza znajdowała się w trakcie rekultywacji. Zakończone były roboty makroniwelacyjne i dokonano wstępnego zalesienia. Na ukończeniu były roboty hydrotechniczne.

2.2. Wydarzenia poprzedzające akcję ratowniczą i jej przebieg [8]

Pierwsze oznaki powstawania osuwiska stwierdzono w dniu 7.12.1994 r. na poziomie +415 m, gdzie pracowała zwałowarka A₂RsB-5500 (Z-42) [8]. W rejonie zwałowarki pracującej w odległości ok. 200 m od docelowej granicy zwałowanego piętra zaczął osiadać do 0,5 m niedawno uformowany poziom. W następnych godzinach osiadanie poziomu postępowało. Podjęto decyzję o wstrzymaniu dalszej pracy zwałowarki, a następnie wycofano ją poza obszar osiadania terenu.
W dniach 8-9.12.1994 r., po kolejnych oględzinach obszaru deformacji, stwierdzono deformację zbocza, aż do jego dolnej krawędzi oraz postęp osuwiska w kierunku na tereny leśne. Kierownik Ruchu Zakładu Górniczego w związku z postępującym zagrożeniem zwołał doraźny zespół kryzysowy z zadaniami szczegółowego analizowania sytuacji. W dniach 10-12.12.1994 r. przemieszenia czoła osuwiska uległy gwałtownemu przyspieszeniu i osiągnęły wartość dochodzącą do 25 m/dobę, zakończono inwentaryzację geodezyjną ob-
szaru deformacji. W związku z powyższym postanowiono podjąć inżynierskie prace przeciwdziałające dalszemu rozwojowi osuwiska. Postanowiono
o niedopuszczenie do naruszenia osuwiskiem granicy Państwa. Przyjęto rozwiązanie polegające na doraźnym wykonaniu przed czołem osuwiska ściany zaporowej z elementów stalowych typu Larsen o wysokości 4-5 m ponad powierzchnię terenu i zagłębioną w grunt na możliwie największą głębokość.

Fot. 3. Zerwa na poziomie roboczym Z-42 (poziom +415).

W dniu 13.12.1994 r. przemieszczenia czoła osuwiska w różnych punktach wynosiły 5-22 m/dobę. Dolna krawędź osuwiska zbliżyła się na odległość ok. 70 m od linii granicy państwa. Wbito w grunt pierwsze pale Larsena. Ekipy wykonawcze pracowały w ruchu ciągłym bez przerwy do 30 grudnia. Budowę prowadzono na trzech odcinkach jednocześnie, z ostatecznym zadaniem połączenia ich w jedną całość. W dniu 21.12.1994 r. napór osuwiska spowodował postępujące pochylanie się ściany oporowej. Wzmocniono ją specjalnymi dziesięcioma podporami z konstrukcji pali Larsena oraz staroużytecznych żelbetonowych płyt drogowych i prefabrykowanych elementów typu L. W następnym dniu po wykonaniu kolejnego dobowego cyklu pomiarów nie stwierdzono już istotnych przemieszczeń czoła osuwiska. Wykonane w następnych dniach podpory ściany Larsena zapobiegły dalszemu pochylaniu się ściany, powstrzymały proces dalszego przemieszczania się czoła osuwiska.

Fot. 4. Postęp jęzora osuwiska na tereny leśne. Budowa ściany oporowej z pali Larsena.

W dniu 28.12.1994 r. zakończono zabijanie ściany Larsena w projektowanym zakresie. Pomiary wykonane w kolejnych dniach do 2.01.1995 r. wykazały brak ruchu osuwiska wszystkich z mierzonych punktów. Sytuacja była na tyle opanowana, że dalsze prace postanowiono prowadzić tylko na I zmianie. W dniu 3.01.1995 r. Kierownik Ruchu Zakładu Górniczego po zapoznaniu się z aktualnymi wynikami pomiarów na naradzie z Zespołem postanowił odstąpić od prowadzenia dalszych działań w trybie akcji ratowniczej [8].

Stan obecny byłego osuwiska "Świniec".
Na dolnym zdjęciu widoczny słupek graniczny z Republiką Czeską.

2.3. Podsumowanie działań likwidacji zagrożenia

Przebieg osuwiska nie stwarzał zagrożenia dla ludzi, maszyn i sprzętu, a w potencjalnym zasięgu osuwiska nie było obiektów mieszkalnych oraz urządzeń użyteczności publicznej [8].

Charakterystyczne parametry osuwiska po zakończeniu akcji przedstawiały się w porównaniu z drugim największym osuwiskiem [11,13,14,15] następująco:

Charakterystyczne parametry	j.m.	Osuwisko "Świniec"	Osuwisko w rejonie płn.-zach. 1999 /2000 r.
Maksymalna długość osuwiska	m	1.375	800
Maksymalna szerokość osuwiska	m	750	850
Wysokość niszy (zrzutu) przy górnej krawędzi odspojenia	m	7-12	4-10
Maks. różnica wys. od górnej do dolnej krawędzi osuwiska	m	128	88
Powierzchnia osuwiska	ha	68	60
Maks. wielkość przemieszczenia dolnej krawędzi zbocza	m	170	-
Średnia wielkość przemieszczenia jeziora	m	92	15
Objętość przemieszczonych mas	m³	ok. 6 mln	ok. 5 mln
Max generalny kąt nachylenia zbocza	^o	6,5	8,5
Max generalny kąt po zejściu osuwiska	^o	5,5	7,1

W ramach akcji powstrzymywania rozwoju osuwiska wykonano następujące zadania:

Wykonano wycinkę lasu na powierzchni ok. 1 ha. Przygotowano teren pod budowę.
Wykonano ścianę oporową o długości 343 m z pali Larsena o długości 5,5-14 m zagłębionych w grunt na 3-11 m oraz dziesięć podpór stalowo-betonowych.
Wykonano trzy pionowe otwory odwadniające przed ścianą i czołem osuwiska w celu rozpoznania warunków geologiczno-inżynierskich i cztery otwory odprężeniowe z reperami inklinometrycznymi bezpośrednio przy linii granicy państwa.
Wykonano perforację w ścianie Larsena i wiązki igłofiltrów poprzez ścianę Larsena.
Po zakończeniu akcji ratowniczej kontynuowano prace zabezpieczające. Wykonano cały szereg działań mających na celu ostateczne zabezpieczenie obszaru poosuwiskowego i jego otoczenia oraz uporządkowanie gospodarki wodnej i rekultywację.
Doświadczenia z przeprowadzonej akcji pokazały, że na wypadek wystąpienia zagrożenia geotechnicznego na tak dużą skalę Kopalnia jest przygotowana do samodzielnego zorganizowania i podjęcia w krótkim czasie skutecznych działań ratowniczych i zapobiegających rozwojowi zagrożenia.

2.4. Przyczyny powstania osuwiska

Generalnym błędem była rezygnacja w pierwszej połowie 1993 roku z dalszego dozwałowania jęzora i połączenia się z stabilnym układem skarp po stronie zachodniej obszarów poosuwiskowych z lat 70. i 80. Wymagało to tylko wydłużenia 200 m przenośnika zwałowego. Tak wykonane przypory położone byłyby nad częścią asekwentnie nachylonego podłoża zbocza. Skutecznie wzmocniłyby stopę dawnego obszaru poosuwiskowego nie dopuszczając do powstania rozległych osuwisk z drugiej połowy 1993 roku i katastrofalnego osuwiska "Świniec" z końca 1994 roku.
Prowadzone w IV kwartale 1994 roku intensywne zwałowanie przez Z-42 [7]. Celem było wykonanie założonego planu ustanowienia w 1994 roku nowego rekordu zdejmowania nadkładu. Długoterminowa awaria konstrukcji bliźniaczej zwałowarki Z-41 spowodowała, że ilość tych mas była podwójnie dokładana.
Do istotnych czynników sprzyjających powstawaniu osuwisk na zwałowiskach na tak dużą skalę należy zaliczyć:
- niekorzystne właściwości gruntów spoistych budujących nadkład złoża i przeznaczonych do zwałowania, podatność do uplastyczniania i upłynniania,
- transportowanie zwałowanego materiału na duże odległości - średnio 15,5 km,
- losowy rozkład i bardzo duża zmienność właściwości i parametrów gruntów zwałowanych wahają się w dużych przedziałach c=10¸46 kPa i f=3,6¸28^o,
- niedostateczne odwodnienie podłoża zwałowiska w poprzednich latach,
- stosowanie wcześniej niewłaściwej technologii formowania zwałowiska, zwłaszcza sypanie zbyt wysokich - dochodzących niekiedy do 70 m - pięter podpoziomowych oraz powszechne stosowanie pięter nadpoziomowych,
- niedostateczne w przeszłości odwadnianie powierzchni pod kolejne piętra zwałowiska i dosyć powszechne usuwanie wody z zastoisk poprzez "wypychanie" jej sypanym nadkładem [6,7].
Wszystkie wymienione w pkt. 3 czynniki miały wpływ na warunki powstania deformacji i osuwiska zwałowania zewnętrznego, aż do jego zakończenia w 2006 roku - opisane zostały w [11,14,16,18].

2.5. Dalsze roboty zwałowe i monitorowanie rejonu obszaru poosuwiskiego "Świniec"

Osuwisko zostało wzmocnione przyporą żwirową i zrekultywowane. W latach 2000-2003 AGH Kraków z udziałem Działu Geotechnicznego (GZ) wykonali gruntowne badania geologiczno-inżynierskie obszaru poosuwiskowego "Świniec" i jego otoczenia pod kątem ustalenia granic planowanych do zwałowania wyższych pięter zwałowych. W świetle wykonanych analiz stateczności [13] nadsypanie dodatkowych wyższych poziomów zwału do rzędnej +465 wg "Projektu technologicznego formowania poziomów +440, +453 i +465 na zwałowisku zewnętrznym" nie spowodowało zagrożeń stateczności zbocza wschodniego zwałowiska zewnętrznego jako całości. Zbocze w tym rejonie monitorowane jest przez system kontroli deformacji powierzchniowych (SKP) i wgłębnych (inklinometry) [18].

Roboty zwałowe na zwałowisku zewnętrznym z końcem marca 2006 roku zostały zakończone [17]. Prowadzone są jedynie prace rekultywacyjne na jego wierzchowinie. Po zakończeniu tych prac monitoring jest i będzie jeszcze kontynuowany przez kilka lat na wybranych punktach obserwacyjnych i pomiarowych z mniejszą częstotliwością 2 razy na rok, zgodnie z corocznie sporządzanym planem obsługi geotechnicznej.

Fot. 5. Widok obszaru poosuwiskowego po zabezpieczeniu i rekultywacji.

3. Technologiczne perspektywy budowy systemów wczesnego ostrzegania przed wielkoprzestrzennymi zagrożeniami osuwiskowymi

Opisane dwa przypadki zagrożeń geotechnicznych były dużymi, wielkoskalowymi osuwiskami o katastrofalnych wręcz skutkach. Prawidłowo przeprowadzona akcja ratownicza zmniejszyła skalę zniszczeń i uchroniła przed istotnymi ograniczeniami produkcyjnymi, lecz likwidacja skutków tych osuwisk pochłonęła olbrzymie środki finansowe. Podstawowym zadaniem służb kopalnianych jest więc wczesne i jednoznaczne wykrywanie i identyfikowanie symptomów potencjalnych zagrożeń osuwiskowych, przede wszystkim tych o charakterze wielkoskalowym. Aktualnie w PGE KWB Turów S.A. zwałowanie nadkładu odbywa się jedynie wewnątrz wyrobiska odkrywkowego. Zwałowisko formowane jest w początkowej fazie i w bardzo skomplikowanych i niekorzystnych warunkach, sprzyjających powstawaniu zagrożeń nawet o charakterze katastrofalnym zarówno dla robót zwałowych jak i frontów wydobywczych oraz infrastruktury odkrywki (obiekty odwodnienia, pompownie, przenośniki, stacje napędowe i inne).

W celu bezpiecznego i prawidłowego formowania zwałowiska wewnętrznego konieczne jest posiadanie między innymi aktualnej wiedzy na temat zmian zachodzących na jego powierzchni. Zmiany takie pozwolą ocenić i wychwycić najmniejsze symptomy ruchów przestrzennych (deformacji), które mogą stanowić początek ruchów osuwiskowych.

Zbyt późne zdiagnozowanie takich zmian może uniemożliwić prowadzenie skutecznych działań zapobiegających wielkomasowym osuwiskom, które mogą stanowić poważne zagrożenie dla dolnych (głównie węglowych) frontów wydobywczych i infrastruktury technicznej odkrywki.

Dotychczasowe metody pomiarowe polegające na cyklicznych pomiarach punktów rozproszonych w naszych warunkach nie dają gwarancji odpowiednio wczesnego wychwycenia symptomów powstającego zagrożenia osuwiskowego. Wynika to z braku możliwości pomiaru w dostatecznie dużej ilości wszystkich punktów w jednym czasie i w miarę krótkich odstępach czasu.

Wyciągając wnioski z zaistniałych i opisanych wcześniej dwóch zdarzeń osuwiskowych oraz znajomość ograniczeń posiadanych technologii pomiarowych rodzi potrzebę posiadania nowoczesnego systemu wczesnego ostrzegania, który pozwoliłby na wczesne wykrycie podobnych zjawisk i umożliwiłoby podjęcie skutecznych działań profilaktycznych lub naprawczych.

System taki powinien opierać się na cyklicznych analizach różnicowych, wykonywanych na numerycznych modelach terenu NMT. Dokładność i jednoznaczność wyników analiz przestrzennych zależy głównie od dokładności wykonania numerycznego modelu terenu monitorowanej powierzchni.

Technologia naziemnego skaningu laserowego wydaje się być aktualnie optymalną i perspektywiczną metodą tworzenia dokładnego numerycznego modelu terenu. Skaning laserowy jest aktywnym systemem pozyskiwania danych przestrzennych, który pozwala na precyzyjne określenie położenia obiektów znajdujących się w jego zasięgu.

Podstawową zasadą, na której opiera się działanie skaningu, jest pomiar odległości za pomocą wiązki laserowej. Podkreślenia wymaga również fakt, że pomiar ten przebiega automatycznie i nie wymaga udziału operatora. Pozyskane za pomocą skanera dane określa się mianem chmury punktów. Każdy z elementów tworzących ją posiada współrzędne XYZ oraz wartość intensywności odbicia. Chmury punktów pozyskane z poszczególnych stanowisk można ze sobą łączyć stosując tzw. punkty wiążące. Pozwala to na uzyskanie pełnej przestrzennej informacji na dużych obszarach. Dzięki dużej gęstości zarejestrowanych punktów (ok. 1 pkt/cm²) skaner laserowy pozwala na tworzenie modeli terenu o nieosiągalnej dotychczas dokładności.

Rys. 5. Zasada monitoringu powierzchni zwałowiska wewnętrznego za pomocą technologii skaningu laserowego.

Główną zaletą technologii skaningu laserowego jest krótki czas wykonywanych pomiarów, co przekłada się na możliwość częstszych cyklów pomiarowych, większy poziom szczegółowości i jednoznaczność pomiarów. Dodatkową cechą tej technologii jest dokonywanie pomiarów w miejscach niedostępnych i niebezpiecznych.

Donat Milkowski
Jacek Nowak
Dział Geotechniczny
PGE KWB Turów S.A.

Artykuł ten dedykowany jest Profesorowi Stanisławowi Dmitrukowi w drugą rocznicę jego śmierci (29.03.1927-30.04.2007). Prof. Stanisław Dmitruk - pracownik naukowy, był Dziekanem Wydziału Górniczego Politechniki Wrocławskiej, nauczycielem i wychowawcą kilku pokoleń pracowników inżynieryjno-technicznych górnictwa, w tym wielu z kopalni Turów. Autor kilkunastu prac badawczych i ekspertyz naukowych dotyczących stateczności skarp i zboczy. Brał czynny udział w pracach sztabów prowadzonych akcji ratowniczych, które skutecznie powstrzymały zagrożenie osuwiskowe na filarze rzeki Nysy i osuwiska "Świniec" przy granicy z Czechami.

Literatura

[1] Dmitruk S., 1984. "Problemy odwzorowania procesów geologiczno-inżynierskich górnictwa odkrywkowego". Wyd. Geologiczne, Warszawa.

[2] Wspólnota Energetyki i Węgla Brunatnego, 1990. "Zagrożenie osuwiskowe filara rzeki Nysy Łużyckiej w Kopalni Węgla Brunatnego "Turów". Wyd. Zespól Prac Geologicznych przy Fundacji Uniwersytetu Wrocławskiego, Wrocław.

[3] Dmitruk S., 1988. "Rozpływ szczególny rodzaj zagrożenia odkrywek i powierzchni". Wyd. Górnictwo Odkrywkowe Nr 5/6.

[4] Geosoft sp. z o.o., 1995. "Wstępna analiza wykonanych sondowań CPT w rejonie zrekultywowanych skarp zbocza wschodniego zwałowiska nad Wigańcicami", Wrocław.

[5] COBPGO Poltegor, 1991. "Wytyczne geotechniczne do projektowania docelowego rozwoju przestrzennego zwałowiska zewnętrznego Kopalni "Turów", Wrocław.

[6] Rybicki S., Lenduszko P., 1995. "Opinia geotechniczna w sprawie osuwiska powstałego na południowo-wschodnim zboczu zwałowiska zewnętrznego KWB "Turów", AGH Kraków.

[7] Dmitruk S., 1995. "Analiza geotechniczna osuwiska na zboczu południowo-wschodnim zwałów zewnętrznych KWB "Turów" rejon zwałowarki Z-42", Wrocław.

[8] Szwarnowski A., Kaczarewski T. "Osuwisko "Świniec". Przebieg zagrożenia, akcja ratownicza i likwidacja skutków". Wyd. Miesięcznik WUG nr 8/97, str. 11-20.

[9] Przedsiębiorstwo Geologiczne we Wrocławiu "PROXIMA" S.A., 1995, "Dokumentacja Geologiczna Południowo-Wschodniej Części Zwałowiska Zewnętrznego KWB "Turów", Wrocław, str. 35-40.

[10] Wyższy Urząd Górniczy, Zespół do Spraw Analizy Prowadzenia Ruchu Zakładu Górniczego - Kopalni Węgla Brunatnego "Turów" w Bogatyni, 1995. "Opinia w sprawie prowadzenia ruchu zakładu górniczego - Kopalni Węgla Brunatnego "Turów" w Bogatyni ze szczególnym uwzględnieniem zagadnień zwałowania nadkładu i stateczności filara ochronnego dla rzeki Nysa Łużycka", Katowice, str. 21-25 i 47-51.

[11] Tschuschke W., Młynarek Z., Kaczarewski T., Milkowski D., 2003. "Application of cone penetration test for identification and predicting the range of landslides from overburden soils deposited on dumping grounds of brown coal mine "Turów" - XIII Europejska Konferencja Mechaniki Gruntów i Inżynierii Geotechnicznej, Praga. Tom I, str. 263-269.

[12] Kaczarewski T., Milkowski D., Żwirski T., 2003. "Zabezpieczenie Kopalni Węgla Brunatnego "Turów" przed zagrożeniami naturalnymi", Kraków. Wyd. IGSMiE PAN, str. 307-319.

[13] Rybicki S. + Zespół. Etap I-2001, II-2002, III-2003. Badania i ocena warunków geotechnicznych i stateczności zbocza wschodniego zwałowiska zewnętrznego" obszaru poosuwiskowego "Świniec". Wyd. AGH Kraków Katedra Geologii Inżynierskiej i Geotechniki Środowiska.

[14] Milkowski D., Dymarski J., Żwirski T., 2004. "Geotechniczne problemy formowania zwałowiska zewnętrznego w KWB Turów S.A.", Zakopane.

[15] Dymarski J., Górecka A., 2004. "Analiza geotechniczna możliwości formowania pięter +453/+440 i +465/+453 w rejonie północno-wschodnim zwałowiska zewnętrznego KWB "Turów" S.A.", Ustroń. XI Międzynarodowe Sympozjum "Geotechnika - Geotechnics 2004". Wyd. Katedra Geomechaniki i Budownictwa... Politechniki Śląskiej w Gliwicach. Zeszyt Specjalny.

[16] Kaczarewski T., Milkowski D., Dymarski J., Wójcicka-Milewska M., 2006. "Warunki końcowe formowania najwyższych pięter i wierzchowiny zwałowiska zewnętrznego BOT KWB Turów S.A.", Kraków. Wyd. IGSMiE PAN, str. 131-143.

[17] Milkowski D., Górecka A., Wójcicka-Milewska M., 2008. Zabezpieczenie i monitoring osuwisk powstałych na Zboczu Północnym wyrobiska odkrywkowego BOT KWB Turów S.A., Krynica, marzec 2008. Wyd. Kwartalnik AGH Rok 32 - Zeszyt 2 str. 247-257.

[18] Milkowski D., Górecka A., 2008. Jubileusz 10-lecia istnienia Działu Geotechnicznego (GZ) w BOT KWB Turów S.A., XIII Międzynarodowym Sympozjum "Geotechnika - Geotechnics 2008" Ustroń, październik. Wyd. Katedra Geomechaniki i Budownictwa... Politechniki Śląskiej w Gliwicach str. 37-55.


		Wtorek 7.02.2012 - Romualda, Ryszarda, Sulisława
szukaj na stronach >