P r o j e k t č ZÁVĚREČNÁ SOUHRNNÁ ZPRÁVA O VÝSLEDCÍCH ŘEŠENÍ PROGRAMU VÝZKUMU A VÝVOJE. ČESKÉHO BÁŇSKÉHO ÚŘADU PROJEKTU č.

Transkript

1 P r o j e k t č ZÁVĚREČNÁ SOUHRNNÁ ZPRÁVA O VÝSLEDCÍCH ŘEŠENÍ PROGRAMU VÝZKUMU A VÝVOJE ČESKÉHO BÁŇSKÉHO ÚŘADU PROJEKTU č SNIŽOVÁNÍ RIZIKA OHROŽENÍ NEMOVITOSTÍ PŘED ÚČINKY TRHACÍCH PRACÍ VELKÉHO ROZSAHU PŘI HORNICKÉ ČINNOSTI Listopad 2007

2 Z Á V Ě R E Č N Á S O U H R N N Á Z P R Á V A o výsledcích řešení Programu výzkumu a vývoje Zvýšení úrovně bezpečnosti práce v dolech a eliminace nebezpečí od unikajícího metanu z uzavřených důlních prostor Projekt č Snižování rizika ohrožení nemovitostí před účinky trhacích prací velkého rozsahu (Souhrnná závěrečná zpráva) Zpracovali: HaE Projekt s.r.o., Ostrava: Odpovědný řešitel: Koordinátor projektu: Ing. Tomáš Cigánek Ing. Josef Bartoš Ing. Josef Bartoš Ing. Tomáš Cigánek Listopad

3 OBSAH 1. ÚVOD PŘEDMĚT ZÁVĚREČNÉ SOUHRNNÉ ZPRÁVY KONCEPCE ŘEŠENÍ ČLENĚNÍ PROJEKTU, ŘEŠENÍ, HLAVNÍ TEZE A OBSAH JEDNOTLIVÝCH ETAP...6 Etapa Etapa Etapa Etapa Etapa Etapa Etapa Etapa Etapa Etapa Etapa Etapa KONTROLA POSTUPU ŘEŠENÍ PRINCIPY, ZPŮSOBY A FORMY ŘEŠENÍ JEDNOTLIVÝCH DÍLČÍCH ETAP A ZÍSKANÉ POZNATKY ETAPA 1 REŠERŠE A SHRNUTÍ DOSAVADNÍCH ZNALOSTÍ O ROZPOJOVÁNÍ HORNIN CHEMICKOU DETONAČNÍ PŘEMĚNOU VÝBUŠNIN PŘI TRHACÍCH PRACÍCH VELKÉHO ROZSAHU PŘI HORNICKÉ ČINNOSTI SE ZAHRNUTÍM I POZNATKŮ Z OBDOBNÝCH PODMÍNEK V ZAHRANIČÍ ETAPA 2 ANALÝZA REGISTROVANÝCH PŘÍPADŮ MIMOŘÁDNÝCH UDÁLOSTÍ PŘI TRHACÍCH PRACÍCH VELKÉHO ROZSAHU V UPLYNULÝCH NEJMÉNĚ DESETI LETECH. ZHODNOCENÍ PŘÍČIN JEJICH VZNIKU, PROJEVŮ A PRŮBĚHU A PŘIJATÝCH OPATŘENÍ, VČETNĚ POSOUZENI VLIVU MÍSTNÍCH KONKRÉTNÍCH PODMÍNEK ETAPA 2.1 ANALÝZA VLIVŮ TRHACÍCH PRACÍ VELKÉHO ROZSAHU NA STAVEBNÍ OBJEKTY A ZAŘÍZENÍ TŘETÍCH OSOB, KTERÉ BYLY Z JEJICH PODNĚTU ŘEŠENY ORGÁNY SBS A NÁVRH OPATŘENÍ ETAPA 3 POSOUZENÍ SOUBORU VNITŘNÍCH (VÝBUCHOVÝ SYSTÉM) A VNĚJŠÍCH (GEOLOGICKÉ POMĚRY, KONFIGURACE TERÉNU, PŘESNOST VRTÁNÍ APOD.) VLIVŮ NA VZNIK A PRAVDĚPODOBNOST VZNIKU MIMOŘÁDNÝCH UDÁLOSTÍ PŘI TRHACÍCH PRACÍCH VELKÉHO ROZSAHU PŘI HORNICKÉ ČINNOSTI Etapa 3.1 Teoretický rozbor vnitřních a vnějších vlivů při trhacích pracích...25 velkého rozsahu Etapa 3.2 Modelové experimentální ověření vlivu anizotropie materiálu na rozpojovací účinek výbuchem Etapa 3.3 Modelové ověření distribuce výbušnin v ekvivalentním materiálu zejména ověření vlivu vrtných otvorů a jejich průměru, jakož i jejich situování k nejbližší volné ploše a závislost na riziku velikosti rozletu

4 3.4.4 Etapa 3.4 Experimentální ověření mechanicko-fyzikálních vlastností hornin ve vztahu k chemicko-fyzikálním vlastnostem trhavin Etapa 3.5 Zahájení tvorby software pro trhací práce velkého rozsahu ETAPA 4 VYPRACOVÁNÍ SOUBORU OPATŘENÍ K ELIMINACI RIZIK PŘI TRHACÍCH VELKÉHO ROZSAHU PŘI HORNICKÉ ČINNOSTI ETAPA 5 VÝSTUP ŘEŠENÍ ETAPA 6 NÁVRH NA REALIZACI PROJEKTU Z Á V Ě R

5 1. ÚVOD 1.1 PŘEDMĚT ZÁVĚREČNÉ SOUHRNNÉ ZPRÁVY Závěrečná souhrnná zpráva popisuje způsob, průběh a výsledky řešení programového projektu Českého báňského úřadu č Snižování rizika ohrožení nemovitostí před účinky trhacích prací velkého rozsahu od zahájení prací v březnu 2005 do jejich plánovaného ukončení v listopadu 2007 tak, jak je stanoveno v příloze I ke Smlouvě čj. 871/05 ze dne a jejího Dodatku č. 1 čj. 417/05 ze dne uzavřené mezi Českým báňským úřadem v Praze jako poskytovatelem a HaE Projekt s.r.o. Ostrava jako příjemcem. 1.2 KONCEPCE ŘEŠENÍ Trhací práce velkého rozsahu používané při hornické činnosti a činnosti prováděné hornickým způsobem (dále jen hornická činnost) představují závažné nebezpečí pro ohrožení nemovitostí, chráněných práv a právem chráněných zájmů fyzických a právnických osob a života a zdraví pracovníků i třetích osob. V posledních deseti letech byla zaregistrována řada případů, kdy při trhacích pracích velkého rozsahu došlo k ohrožení osob a poškození majetku i mimo území vymezené pro přípustné projevy účinků výbušnin. Přes současně uplatňovaná technická a organizační opatření při projektování, přípravě a provádění trhacích prací velkého rozsahu se při těchto pracích, vykonávaných při hornické činnosti v uzavřených, polouzavřených a otevřených prostorech, nedaří zcela zabránit jejich nebezpečným projevům a tím ohrožení nemovitostí a právem chráněných zájmů. Trhacími pracemi velkého rozsahu vznikající rizika jsou zejména účinky seismovýbuchových, tlakových, vzdušných a akustických vln (v poškozujících hodnotách) a rozlet úlomků rozpojovaného materiálu. Uvedené projevy mají též negativní vliv na ochranu životního prostředí. Dalšími projevy, které mohou poškodit práva a právem chráněné zájmy právnických a fyzických osob jsou toxické látky, vznikající chemickou přeměnou použitých výbušnin. 5

6 Nemalým rizikem pro ohrožení práv a právem chráněných zájmů právnických a fyzických osob a pracovníků je i nebezpečí předčasného výbuchu k trhacím pracím připravených náloží trhavin působením zdrojů cizí elektrické energie (např. elektrické bludné proudy, statická elektřina, mechanické podněty apod.), nebo i případy opožděného výbuchu v důsledku anomálií v průběhu chemické explozívní přeměny výbušnin. Koncepce řešení vychází ze skutečnosti, že sice existuje řada předpisových a technicko-organizačních opatření, avšak že evidované počty mimořádných událostí při trhacích pracích velkého rozsahu a jejich průběh prokazují, že k jejich eliminaci je třeba prohloubit mj. poznání teorie detonačního rozpojování hornin pomocí explozívní chemické přeměny výbušnin a její praktické aplikace. Koncepce řešení byla proto zaměřena na technickou a technologickou problematiku trhacích prací velkého rozsahu při hornické činnosti v interakci mezi místním konkrétním stavem rozpojovaných hornin a rozrušovacím účinkem explodujících výbušnin ve vztahu k možnosti vzniku nežádoucích vedlejších projevů odstřelů (nežádoucí rozlet, seismické a tlakovzdušné účinky). 1.3 ČLENĚNÍ PROJEKTU, ŘEŠENÍ, HLAVNÍ TEZE A OBSAH JEDNOTLIVÝCH ETAP Etapa 1 Název: Rešerše a shrnutí dosavadních znalostí o rozpojování hornin chemickou detonační přeměnou výbušnin při trhacích pracích velkého rozsahu při hornické činnosti se zahrnutím i poznatků z obdobných podmínek v zahraničí Smyslem rešerše bylo aktualizovat současný stav poznání v oblasti teorie rozpojování hornin pomocí detonační energie výbušnin podle domácích i zahraničních poznatků a její výsledky byly využity zejména pro přípravu a provedení experimentálních prací podle Projektu. 6

7 Etapa 2 Název: Analýza registrovaných případů mimořádných událostí při trhacích pracích velkého rozsahu v uplynulých nejméně deseti letech. Zhodnocení příčin jejich vzniku, projevů a průběhu a přijatých opatření, včetně posouzení vlivu místních konkrétních podmínek. Se souhlasem Českého báňského úřadu bylo za léta provedeno u všech devíti obvodních báňských úřadů a u příslušného odboru Českého báňského úřadu prostudování všech prošetřených případů evidovaných mimořádných událostí při trhacích pracích velkého a odděleně i malého rozsahu. Analýza byla zaměřena též na technicko-technologické, geologické a místní konkrétní podmínky daného prostředí, na použité druhy trhavin a roznětných prostředků a vrtací techniku. V tomto smyslu byla pro provedení analýzy vypracována samostatná detailní osnova. Výsledky analýzy byly využity pro zaměření experimentálních trhacích prací in situ a pro doplnění či změnu právních předpisů a vypracování metodických návodů a software (SW). Etapa 2.1 Název: Analýza vlivů trhacích prací velkého rozsahu na stavební objekty a zařízení třetích osob, které byly z jejich podnětu řešeny orgány SBS a návrh opatření. Celostátní hloubková analýza prošetřených mimořádných událostí při trhacích pracích umožnila generalizovat nejčastěji se vyskytující technicko-technologické a geologické okolnosti, které mohly zapříčinit vznik mimořádných událostí při trhacích pracích velkého popř. i malého rozsahu. Výsledky analýzy byly využity pro zaměření experimentálních trhacích prací in situ a pro doplnění či změnu právních předpisů a vypracování metodických návodů. 7

8 Etapa 3 Název: Posouzení souboru vnitřních (výbuchový systém) a vnějších (geologické poměry, konfigurace terénu, přesnost vrtání apod.) vlivů na vznik a pravděpodobnost vzniku mimořádných událostí při trhacích pracích velkého rozsahu při hornické činnosti Etapa 3.1 Název: Teoretický rozbor vnitřních a vnějších vlivů při trhacích pracích velkého rozsahu. Pro řešení daného úkolu bylo velmi důležité teoreticky posoudit a zhodnotit soubor vnitřních a vnějších vlivů ve vztahu ke vzniku a k co možná nejvyšší eliminaci možnosti vzniku ohrožujících mimořádných událostí při trhacích pracích velkého rozsahu; to znamenalo posoudit zejména: a) vliv místních geologických podmínek na účinky a projevy trhacích prací velkého rozsahu při provádění hornické činnosti, b) ovlivnění průběhu detonačního rozpojování místními konkrétními anizotropickými vlastnostmi hornin, c) vliv distribuce trhavin v rozpojovaném objemu hornin, např. přesnost a kontrola vrtných otvorů a způsob jejich provedení, optimální průměr náloží a vrtných otvorů, d) mechanicko-fyzikální vlastnosti hornin ve vztahu k chemicko-fyzikálním vlastnostem používaných trhavin, e) průběh a šíření detonace trhavinovými náložemi a průběh šíření detonační rázové a seismovýbuchové vlny v rozpojovaných horninách, f) riziko nebezpečí předčasného výbuchu k trhacím pracím připravených náloží trhavin a působení jedovatých plynných zplodin exploze výbušnin podle prostoru použití a přijmout odpovídající závěry, 8

9 g) navržení modelových vzorků izotropních materiálů konstantních parametrů a ověření vlivu průběhu jejich detonačního rozpojování v důsledku modelově vytvořených anizotropií (matematická simulace). Etapa 3.2 Název: Modelové experimentální ověření vlivu anizotropie materiálu na rozpojovací účinek výbuchem Pro řešení bylo třeba simulovat ekvivalentní výbuch v konstantních materiálech s proměnnou anizotropií a za tím účelem: a) stanovit, vybrat a vyrobit vhodnou výbušnou látku, schopnou vybuchovat v minimálních průměrech, b) stanovit, vybrat a vyrobit zkušební bloky konstantního materiálu, c) ve zkušebních blocích vytvořit dodatečně plochy nespojitosti (anizotropii) např. jemnými průřezy o různých šířkách s vyplněním průřezů inertními pevnými látkami, d) provést sérii zkušebních výbuchů a ověřit vliv anizotropie materiálu na útlum napěťovýbuchové vlny, e) při pokusech podle předchozího bodu ověřit též vliv anizotropních ploch situovaných do volné stěny paralelně s hlavním směrem výbuchu, f) zevšeobecnit získané poznatky, g) vytvořit návrh vstupů a výstupů SW pro trhací práce velkého rozsahu (TPVR). 9

10 Etapa 3.3 Název: Modelové ověření distribuce výbušnin v ekvivalentním materiálu zejména ověření vlivu vrtných otvorů a jejich průměru, jakož i jejich situování k nejbližší volné ploše a závislost na riziku velikosti rozletu Pro řešení bylo třeba: a) stanovit, vybrat a vyrobit zkušební bloky z konstantního ekvivalentního materiálu, b) v blocích podle předchozího odstavce modelovat ve vztahu k nejbližší volné stěně výbuchy výbušniny ve vrtných otvorech s proměnnými vzdálenostmi od volné plochy i s proměnnými průměry otvorů a zjišťovat vliv dimenzování náloží (včetně jejich předimenzování) na parametry odhozu rozpojovaného materiálu, c) zevšeobecnit získané poznatky a zapracovat je do algoritmů pro vytvoření SW. Etapa 3.4 Název : Experimentální ověření mechanicko-fyzikálních vlastností hornin ve vztahu k chemicko-fyzikálním vlastnostem trhavin. Pro řešení bylo třeba: a) vybrat 2 3 lomové lokality s výrazněji odlišnou akustickou impedancí rozpojovaných hornin za použití stejné (velmi blízké) technologie trhacích a vrtacích prací; akustickou impedanci hornin v místních konkrétních podmínkách pokud možno přesně definovat, b) v lokalitách podle předchozího bodu: - použít při provozních odstřelech zcela nebo zčásti tutéž trhavinu a stanovit její hlavní výbušinářské parametry a charakteristickou (rázovou) impedanci, - zajistit měření průběhu detonační rychlosti táhlých náloží a rychlost šíření seismovýbuchové vlny, - sledovat velikost odhozu (rozletu) c) vyhodnotit výsledky a posoudit spolupůsobení vlivu rázové impedance trhaviny 10

11 a akustické impedance rozpojované horniny, d) analyzovat a vybrat zařízení, vhodné pro měření směru, sklonu a hloubky vrtů pro trhací práce velkého rozsahu (clonové odstřely). Etapa 3.5 Název: Zahájení tvorby software pro trhací práce velkého rozsahu. Pro řešení bylo třeba: a) zapracovat potřebné matematicko-fyzikální vlastnosti hornin a trhavin do výpočetních algoritmů, b) navrhnout uživatelské prostředí SW na platformě Windows pro PC, c) ověřit zahraniční zkušenosti při používání SW a výpočetní techniky, d) zpracovat výpočetní model geometrie lomových stěn, směru, sklonu a délek vrtů pro optimalizaci rozpojovacího efektu clonových odstřelů. Etapa 4 Název: Vypracování souboru opatření k eliminaci rizik při trhacích pracích velkého rozsahu při hornické činnosti Analýza případů mimořádných událostí při trhacích pracích, prošetřených orgány státní báňské správy spolu s teoretickým rozborem vnějších a vnitřních vlivů na nepravidelnosti při jejich přípravě a provádění, jakož i výsledky experimentálních a laboratorních pokusů a jejich vyhodnocení byly podkladem pro vypracování návrhu souboru (technických, technicko-organizačních, materiálových apod.) opatření včetně SW, která přispějí k eliminaci rizik při trhacích pracích velkého rozsahu při hornické činnosti, zejména pokud jde o ochranu nemovitostí a práv a právem chráněných zájmů právnických a fyzických osob a pracovníků. 11

12 Etapa 5 Název: Výstup řešení Výstupem řešení projektu bylo zpracování: 1. návrhu souboru opatření ke snížení možnosti vzniku mimořádných událostí při trhacích pracích velkého rozsahu při hornické činnosti, 2. návrhu technických a organizačních opatření, např. vzorových technologických postupů a projektů k zajištění realizace souboru opatření ke snížení možnosti vzniku mimořádných událostí při trhacích pracích velkého rozsahu při hornické činnosti, 3. doporučení způsobu distribuce výbušnin v rozpojovaném horninovém masivu a volby jejich druhu v závislosti na konkrétních geologických a mechanicko-fyzikálních vlastnostech hornin, 4. doporučení způsobu provádění a kontroly provedení vrtných otvorů pro umístění náloží trhavin s ohledem na dodržení projektovaného směrného odporu rozpojovaných hornin, 5. návrhu SW pro trhací práce velkého rozsahu, 6. návrhu úprav legislativních norem, které upravují problematiku trhacích prací velkého rozsahu při hornické činnosti. Etapa 6 Název: Návrh na realizaci projektu Na základě souboru opatření podle Etapy 4 bylo připraveno resp. zajištěno: 1. vydání Metodického návodu, kterým se stanoví postup pro zajištění realizace souboru opatření ke snížení možnosti vzniku mimořádných událostí při trhacích pracích velkého rozsahu při hornické činnosti, 2. vypracování technologických a organizačních opatření k omezení vzniku mimořádných událostí při trhacích pracích velkého rozsahu při hornické činnosti, např. vzorový obsah projektu, náležitosti jeho řešení, technologický postup a zásady 12

13 metodiky povolovacího řízení trhacích prací velkého rozsahu při hornické činnosti včetně SW pro TPVR, 3. publikace výsledků řešení v odborných, respektive impaktovaných časopisech, popřípadě ve sbornících referátů z odborně zaměřených konferencí. 2. KONTROLA POSTUPU ŘEŠENÍ Postup řešení každé z etap i dílčích etap byl průběžně kontrolován a hodnocen na kontrolních dnech svolávaných odborem VaV Českého báňského úřadu. O postupu řešení a získávaných výsledcích byly pro každou etapu i dílčí etapu zpracovány a oponovány dílčí a závěrečné zprávy. Připomínky oponentů byly vždy projednány a pokud nebylo možné je vysvětlit, byl postup řešení podle potřeby korigován. Poznámka: Pokud jsou v dalším textu přebírány obrázky, tabulky apod. ze zpráv o jednotlivých etapách řešení, je ponecháno jejich původní označení zejména z důvodu, že umožní čtenáři pomocí této Závěrečné souhrnné zprávy rychlou orientaci v původním textu jednotlivých etap. 13

14 3. PRINCIPY, ZPŮSOBY A FORMY ŘEŠENÍ JEDNOTLIVÝCH DÍLČÍCH ETAP A ZÍSKANÉ POZNATKY 3.1 Etapa 1 Rešerše a shrnutí dosavadních znalostí o rozpojování hornin chemickou detonační přeměnou výbušnin při trhacích pracích velkého rozsahu při hornické činnosti se zahrnutím i poznatků z obdobných podmínek v zahraničí V rámci řešení Etapy 1 byla provedena literaturní rešerše prací v posledních 15 letech, týkající se poznatků z aplikované trhací techniky, tj. při používání trhavin pro rozpojování hornin. První část rešerše byla provedena v Chemicals Abstracts, což je nejuznávanější odborný časopis, zahrnující reference z používání chemických látek (mezi něž patří i výbušniny či průmyslové trhaviny a rozněcovadla) v nejrůznějších oblastech lidské činnosti. Bylo získáno celkem 320 referencí, z nichž bylo pro potřeby řešení využito 80 referencí. Druhá a třetí část rešerše byla provedena pomocí mezinárodní společnosti International Society of Explosives Engineers se sídlem v Clevelandu, USA. Tato společnost sdružuje dnes více jak 4500 odborníků z 90 zemí celého světa, pracujících v oblasti výzkumu, vývoje a výroby průmyslových trhavin, rozněcovadel a dalších prostředků vrtací a trhací techniky včetně odborníků z aplikované trhací techniky při všech druzích trhacích prací na povrchu i v podzemí. Byla provedena rešerše v elektronické knihovně této společnosti, která byla zaměřena na každoroční konference, konané v letech , které jsou publikovány v technické informační databázi jako abstrakta General Conference Proceedings. Rešerše byla dále doplněna výběrem prací, otištěných ve sbornících z 1. a 2. světové konference o výbušninách a trhací technice, konaných v Mnichově v roce 2001 a v Praze v roce

15 Poslední (čtvrtá) část rešerše se týká monografií, které byly vydány v oblasti aplikované trhací techniky. Je nutno konstatovat, že v posledních 10 letech nebyla vydána žádná zásadně nová monografie, která by měnila dosavadní teoretické a praktické poznatky v oblasti aplikované trhací techniky. V závěrečné zprávě Etapy 1 je uveden přehled zásadních monografických publikací. Z rešerše vyplynuly resp. byly potvrzeny některé důležité skutečnosti, které řešitelé jednak dále rozvíjeli, jednak aplikovali v průběhu realizace zejména experimentálních clonových odstřelů in situ. Za nejdůležitější lze označit vlnovou teorii rozpojování pevných materiálů detonací trhavin. Tato teorie měla zpočátku řadu odpůrců, ale experimenty, provedené v býv. SSSR (Chanukajev et col) a v USA (Livingstone et col) prokázaly její správnost. Princip důkazu spočíval v tom, že uvedení autoři umístili poměrně velké nálože trhaviny do silnostěnného kovového pouzdra, které spolehlivě zabránilo úniku plynných zplodin výbuchu, toto pouzdro vložili do vývrtu v hornině a provedli odstřel, přičemž experimentálně prokázali vznik radiálních i podélných trhlin v horninovém masivu, jejichž původ byl nutně ve vlnovém charakteru procesu. Tak byly položeny základy dnes uznávané a rozpracované teorie rozpojování hornin výbuchem, která se původně nazývala též teorií odštěpu. Je samozřejmé, že kromě detonující trhaviny se na procesu rozpojení podílí vlastní horninový masiv, resp. jeho geologické a pevnostní charakteristiky. Jako jednu z nejjednodušších modelových představ k řešení těchto problémů lze použít zevšeobecněných závěrů ze zákonitostí o šíření elastických vln. Pro šíření elastických vln (podélných i příčných) platí zákony akustiky. Rychlost jejich šíření závisí pouze na modulu pružnosti a hustotě prostředí a je pro daný materiál v mezích platnosti lineární formy Hookova zákona konstantní. Rozsáhlý pokusný materiál ale dokazuje, že snahy zevšeobecnit poznatky ze šíření elastických vln pro všechny případy trhací techniky nemohou být úspěšné, a že přesné řešení daných úloh musí vycházet z individuálních charakteristik a vlastností jednotlivých daných látek. Rozhodujícím mechanismem rozpojování hornin výbuchem je odraz vln napětí od volné plochy. Tlakové vlny se šíří horninou od místa výbuchu nálože a jakmile dosáhnou volné plochy, odrážejí se zpět a vracejí se jako vlny tahové. Vlny napětí jsou nositelem části energie uvolněné výbuchem a protože rozdíl akustické impedance horniny a vzduchu je veliký, vrací se podstatná část energie vln napětí s odraženými vlnami. Při postupu vln napětí 15

16 od nálože k volné ploše byla hornina namáhána na tlak, odraženými vlnami od volné plochy je pak hornina namáhána na tah. Dalšími důležitými faktory trhací práce jsou vlastnosti použité trhaviny, tj. její rázová impedance I r a akustické impedance horniny I h, pro něž platí vztahy: I r = D. ρ t I h = v. ρ h, kde D je detonační rychlost použité trhaviny, r t je hustota trhaviny v je rychlost šíření podélných vln v hornině r h je hustota horninového masivu Pro stanovení tlaku (napětí) v libovolné vzdálenosti od detonující nálože (P) lze použít vztah vyjadřující počáteční tlak na obklopující prostředí v závislosti na redukované vzdálenosti od místa výbuchu a charakteristikách horniny ve tvaru: P = P o. ŕ n-l (MPa) n = 2 ± u /(1-u) ŕ = r/ R o kde: P o počáteční tlak na styku nálož/stěna vrtu r - vzdálenost od místa výbuchu (m) R o - poloměr detonující nálože (m) u - Poissonova konstanta ŕ - bezrozměrná proměnná n ukazatel charakteristiky hornin Pozn.: znaménko + platí pro oblast rázové vlny, - pro zónu vlny napětí Závěrečná zpráva Etapy 1 se dále dotýká problematiky možnosti výpočtu doletu úlomků rozpojovaných hornin (jde však převážně o v praxi nepoužitelné postupy, neboť pro zjednodušení výpočtů se obvykle zanedbává odpor vzduchu, nebo se tvar horninových 16

17 úlomků idealizuje na kouli) a popisuje současný stav v oblasti průmyslových trhavin a trhací techniky a trendy jejich rozvoje. Provedená rešerše prokazuje, že zejména v oblasti teorie poznání rozpojování hornin chemickou detonační přeměnou výbušnin zejména ve vztahu ke snižování rizika ohrožení nemovitostí popř. i osob před účinky trhacích prací velkého rozsahu, nejsou dosud známy všechny poznatky, kterými by bylo možno vzniku reálného rizika takových ohrožení technickými opatřeními spolehlivě zamezit. Jeví se proto potřebným v dalších etapách řešení daného projektu se pokusit nejen prohloubit stav poznání v teorii rozpojování materiálů výbuchem, ale zaměřit se též na oblast technicko-organizačních opatření v procesu přípravy a provádění trhacích prací velkého rozsahu s cílem precizovat povinné, přípustné a nepřípustné úkony osob, připravujících a odpovídajících za organizaci trhacích prací. Tento cíl lze výsledně zajistit pouze normami, které upravují chování lidského činitele, tedy normami bezpečnostně-právními. 3.2 Etapa 2 Analýza registrovaných případů mimořádných událostí při trhacích pracích velkého rozsahu v uplynulých nejméně deseti letech. Zhodnocení příčin jejich vzniku, projevů a průběhu a přijatých opatření, včetně posouzeni vlivu místních konkrétních podmínek Po prostudování centrálně vedených podkladů Českým báňským úřadem bylo časové období analýzy mimořádných událostí (dále též MU) při trhacích pracích velkého rozsahu prodlouženo oproti původnímu zadání o pět let, tedy na období od roku 1990 do roku 2005 (k ). V souvislosti s tímto rozšířením a s rozsahem vedených dokumentací byly řešiteli osloveny všechny obvodní báňské úřady a pokud v jejich úředních obvodech byly v letech registrovány mimořádné události při trhacích pracích velkého rozsahu, byly z jejich archivů vyhledány příslušné podklady, analyzovány a pojaty jako podklady pro zpracování této závěrečné zprávy. Stejně bylo postupováno v případech potřeby prostudování podkladů, které nebyly obsaženy v centrálním archivu Českého báňského úřadu. Pro analýzu případů mimořádných událostí při trhacích pracích velkého rozsahu byl vypracován Obsah zjišťování pro analýzu případů mimořádných událostí při trhacích pracích, registrovaných orgány státní báňské správy za období Následně byla 17

18 vypracována Metodika zjišťování pro analýzu mimořádných událostí při trhacích pracích, registrovaných orgány státní báňské správy za období Z databáze orgánů státní báňské správy bylo za sledované období zjištěno celkem 97 případů mimořádných událostí při používání a výrobě výbušnin. Z tohoto počtu byly separovány případy mimořádných událostí při trhacích pracích. Pozornost byla zaměřena na vznik mimořádných událostí při trhacích pracích v podzemí (doly, tunely apod.) a na povrchu a bylo zjištěno, že za uvedené období nebyla registrována žádná mimořádná událost při trhacích pracích velkého rozsahu v podzemí. Do analýzy nebyly zahrnuty registrované případy mimořádných událostí při zacházení s výbušninami, které se nepřihodily při výkonu vlastních trhacích prací, tedy prací, při kterých došlo ke vzniku chemické detonační přeměny výbušniny ať řízeným nebo neřízeným způsobem iniciace (např. explozivní zahoření výbušniny při jejím vyfukování z vrtu stlačeným vzduchem, ). Z analýzy byly rovněž vyloučeny případy explozí, ke kterým došlo při výrobě výbušnin. Jde např. o registrované případy iniciace. Do celkové analýzy bylo zahrnuto i sedm případů mimořádných událostí, ke kterým došlo při trhacích pracích malého rozsahu. Důvodem je zejména skutečnost, že ohrožující účinky těchto trhacích prací na prostředí za hranicí bezpečnostního okruhu, zejména pokud jde o rozlet úlomků rozpojovaného materiálu (zejm. poškození zdraví osob a majetku), jsou zcela shodné jako u trhacích prací velkého rozsahu. Ve všech případech orgány státní báňské správy prošetřených mimořádných událostí při trhací práci byly použity vývrtové nálože. Z 29-ti analyzovaných MU bylo: 20 clonových odstřelů (69 %) 4 destrukční (stavební demolice) odstřely (14 %) 3 plošné odstřely (malého rozsahu) (10 %) 1 komorový odstřel (3,5 %) 1 srážecí odstřel (hrubá kamenická výroba) (3,5 %) Ve všech případech MU došlo k projevům, při kterých byly ohroženy lidské zdraví a životy a majetek. Dále je zřejmé, že naprosto převažujícím druhem trhacích prací, při kterých došlo ke vzniku prošetřovaných mimořádných událostí, jsou clonové odstřely (dále též CO). 18

19 Ze statistiky plyne, že výše těžby rozhodujících druhů hornin, pro jejichž rozpojování se používají trhací práce, dosáhla v roku 2004 celkem 59 milionů tun, z toho 32,5 milionů tun stavebního kamene a 26,5 milionů tun vápence a při této činnosti bylo spotřebováno téměř 9000 t trhavin. Z provedené analýzy dále vyplývá, že naprosto převažujícím negativním projevem všech prošetřovaných mimořádných událostí je nežádoucí rozlet úlomků rozpojovaného materiálu, který je vyvolán explozí výbušnin ve vývrtových náložích. Z 29 MU jde o 27 případů nežádoucího rozletu, což je plných 93 %. V dalších dvou případech se jedná o sporné a jednoznačně neprokázané škodlivé projevy seismického vlnění a účinků tlakové vzdušné vlny. Důležitým poznatkem z provedené analýzy je i dosah rozletu rozpojovaného materiálu. Pokud dojde k rozletu jen uvnitř hranice uzavřeného bezpečnostního okruhu, nejde o porušení obecně závazných právních předpisů platných pro provádění a přípravu trhacích prací, pokud nedojde ke zranění osob. Škody na hmotném majetku jsou v takovém případě předvídány, dá se říci, že se s nimi počítá a jsou zahrnuty obvykle mezi důlní škody, vyvolané provozem organizace. Jiná situace je, dojde-li k rozletu za hranice bezpečnostního okruhu. V takovém případě se ve své podstatě jedná o porušení obecně závazných právních předpisů o zacházení s výbušninami, resp. až o obecné ohrožení, a to i v případě, že rozletem nedojde ke vzniku škod ani na lidském zdraví, ani na hmotném majetku. Je to proto, že vně hranic bezpečnostního okruhu je přípustný volný pohyb osob a ani stavby, zařízení apod., zde nesmí být odstřelem poškozeny. Z 29 analyzovaných případů došlo k nežádoucím projevům výbuchu (rozlet, seismická vlna, tlaková vzdušná vlna) ve 14 (48 %) případech jen uvnitř bezpečnostního okruhu a v 15 (52 %) případech vně hranice bezpečnostního okruhu. Z 27 analyzovaných případů (ve 2 případech se jednalo o seismiku) došlo ke 12ti případům rozletu za hranice bezpečnostního okruhu (nepřípustný rozlet), což je 44,5 % a k 15 případům rozletu uvnitř bezpečnostního okruhu (nadměrný rozlet) což je 54,5 %. 19

20 K poškození zdraví v důsledku rozletu úlomků rozpojovaného materiálu došlo ve 2 případech vždy u jedné osoby; v obou případech se jednalo o trhací práci malého rozsahu, poraněné osoby se nalézaly uvnitř bezpečnostního okruhu a obě zranění byla lehká. Ke škodám na hmotném majetku rozletem úlomků rozpojované horniny došlo z 29 analyzovaných mimořádných událostí ve 24 případech (83 %). Z toho ke vzniku hmotných škod došlo ve 13 případech uvnitř bezpečnostního okruhu; součet případů škod uvnitř a vně hranic bezpečnostního okruhu převyšuje celkový počet případů vzniku škod, protože při témže rozletu došlo současně ke škodám uvnitř i vně bezpečnostního okruhu. Z analyzovaných případů vyplývá, že ve všech případech byla pro přípravu a provedení odstřelu zpracována předepsaná dokumentace. V 18 (60 %) případech byla trhací práce prováděna podle generelního projektu odstřelů, v 11 (38 %) případech byla vypracována samostatná dokumentace nebo modifikace generelního projektu odstřelu (destrukční, plošné a srážecí odstřely, modifikace CO). Z časového rozboru je zřejmé, že nejvíce odstřelů, tj. 23 (téměř 80 %) bylo realizováno v době mezi 11 až 14 hodinou. To u CO odpovídá i způsobu dovozu výbušnin a jejich nabití na místě odstřelu, přičemž celá akce je ukončena v průběhu jediného dne. Pokud jde o rozvržení případů mimořádných událostí v průběhu roku konstatuje se, že nejčastější výskyt MU byl v měsíci květnu 5 MU, v dubnu a červnu à 4 MU, v září a říjnu à 3 MU, v lednu, červenci, srpnu a listopadu à 2 MU, v únoru a prosinci à 1 MU a v březnu nebyla za celé sledované období 15ti let zaznamenána žádná prošetřovaná MU. Jde nepochybně o rozvrstvení náhodné, přesto lze vysledovat určitou závislost na rozsahu a výši těžebních popř. stavebních prací, které kulminují v letním období. Překvapujícím zjištěním analýzy je skutečnost, že převážně uváděnou příčinu vzniku mimořádné události byly konkrétní geologické, zpravidla anomální podmínky v místě 20

21 odstřelu. Rovněž za příčinu nežádoucích projevů seismické vlny a tlakové vzdušné vlny jsou označeny geologické anomálie v místě odstřelu; v obou posledně uvedených případech však je příčinná souvislost mezi odstřelem a nežádoucími projevy sporná. Z 29 analyzovaných mimořádných událostí byla jako hlavní nebo jako spolupůsobící příčina zejména nadměrného nebo nepřípustného rozletu označena geologická situace v místě exploze náloží v 18 případech což je 62 % a v 11 případech (38 %) byly příčiny jiné, např. technologická nekázeň, předimenzování náloží, nedostatečné krytí náloží, v jednom případě předčasný roznět a v jednom případě opožděný výbuch delaborátů po ukončené čekací době. Na základě výsledků analýzy prošetřovaných příčin vzniku mimořádných událostí byla řešiteli věnována max. pozornost zjištění, způsobu a formě odborného posouzení místních konkrétních geologických podmínek v procesu přípravy odstřelu a před nabíjením náloží. Analýzou nebyl zjištěn žádný případ cíleného a odborného geologického posouzení rozpojované horniny v místě připravovaného odstřelu, jehož výsledkem by bylo upozornění či pokyn k úpravě vrtného schématu, distribuci a dimenzování dílčích náloží. Disproporce mezi počtem geologických příčin vzniku mimořádných událostí při trhacích pracích a absence spolupůsobení odborníků geologického oboru v procesu přípravy odstřelů při trhacích pracích je zarážející, nelogická a vyžaduje zcela zřejmě právní úpravu. Při hodnocení rozpojované horniny před odstřelem nepřichází do úvahy jenom odborné geologické posouzení. Lze uvažovat i s použitím řady dalších způsobů, např. metod geofyzikálních, popř. jejich vzájemné kombinace. Posledním kritériem, který byl u všech 29 mimořádných událostí analyzován, zejména v případech clonových odstřelů, bylo ověření, zda a jakým způsobem je před nabíjením zkontrolováno, zda směr, hloubka a provedení vrtů zajišťuje splnění podmínky, aby trhavina mohla vykonat očekávanou práci. Bylo zjištěno, že v žádném případě nebylo provedeno takové zaměření vrtů a to ve spojitosti s konfigurací (nepravidelnostmi) rozpojované stěny, které by zabezpečilo, že v důsledku nezjištěných změn v reálně provedených vrtech oproti projektu nedojde ke vzniku anomálních případů, vedoucích k nepřípustnému rozletu úlomků horniny při odstřelu a tím 21

22 k ohrožení osob a majetku. Jsou zdokumentovány případy, že při nepříznivém situování vrtů při CO došlo k rozletu úlomků horniny až do vzdálenosti 634 m. V další části se závěrečná zpráva Etapy 2 zabývá teoretickými možnostmi, které mohou mít souvislost se vznikem rozletu úlomků rozpojované horniny a dospívá k názoru, že pro odhad velikosti odhozu lze sice použít výpočetních vztahů různých autorů, avšak je nutno si uvědomit, že určit početně rozlet úlomků rozpojovaného materiálu v případě anomálního odstřelu prakticky nelze, neboť do úvahy přichází příliš mnoho nezávisle proměnných. Rozpojované horniny nejsou obvykle kompaktní, jsou prostoupeny tektonickými poruchami, mohou se v nich vyskytovat zvětralé a navíc i tektonicky porušené partie, a nálože clonových odstřelů mohou křižovat geologické pukliny a tektonické příčné i podélné dislokace, popř. i rozhraní mezi různými typy hornin. Z provedené analýzy, kromě mnoha dalších závěrů vyplývá zejména, že: - predikovat s větší přesností geomechanicko-geofyzikální a geologické anomálie horského masivu, které jsou nepravidelně proměnlivé v prostoru, není prakticky možné bez konkrétního posouzení horninového masivu v místě projektovaného odstřelu, - významným rizikovým faktorem při trhacích pracích, byť nejobtížněji eliminovatelným je rozlet úlomků rozpojovaného materiálu, - pro eliminaci nežádoucího a nepřípustného rozletu úlomků rozpojovaných hornin přichází do úvahy vypracování technicko-technologických a organizačních doporučení, z nichž některá budou muset být zezávazněna právním předpisem. 3.3 Etapa 2.1 Analýza vlivů trhacích prací velkého rozsahu na stavební objekty a zařízení třetích osob, které byly z jejich podnětu řešeny orgány SBS a návrh opatření V databázi Českého báňského úřadu bylo za léta zjištěno celkem 588 evidovaných spisů ve věci podaných stížností, z nichž některé v sobě slučují stížnost na výkon hornické činnosti jako takové, avšak v souvislosti s prováděním trhacích prací velkého popř. i 22

23 malého rozsahu, nebo se jedná o stížnosti pouze na vedlejší účinky trhacích prací popř. stížnosti opakované, či jednotlivých občanů na stejnou záležitost. Po prostudování archivu u Českého báňského úřadu se projevilo jako nezbytné prostudovat příslušnou spisovou dokumentaci u každého jednotlivého obvodního báňského úřadu samostatně, pokud se v daném úředním obvodu vyskytl případ řešený podle zadání Etapy 2.1; pro zajištění jednotnosti postupu byla vypracována samostatná osnova. Po prostudování archivních spisů u obvodních báňských úřadů bylo po eliminaci případů, které nespadají do záměru řešení Etapy 2.1 podrobně analyzováno 52 případů. Podrobnější charakteristika každého z nich je uvedena v Závěrečné zprávě Etapy 2.1. Obvodní báňské úřady prošetřovaly a vyřizovaly stížnosti na negativní projevy trhacích prací velkého rozsahu (dále též TPVR) i trhací práce malého rozsahu (dále též TPMR), působení seismovýbuchových, tlakových vzdušných a akustických vln, nadměrný rozlet úlomků rozpojované horniny, hlučnost a prašnost při odstřelech, na základě ustanovení vyhlášky č. 150/1958 Ú.l. o vyřizování stížností, oznámení a podnětů pracujících (dále též stížnosti); tato vyhláška byla zrušena a je nahrazena zněním 175 zákona č. 500/2004 Sb. (Správní řád), který nabyl účinnosti dne Z analýzy stížností, přijatých orgány státní báňské správy ve věcech negativních projevů trhacích prací (dále též TP) vyplývá, že nebyl zjištěn žádný případ stížnosti, podané na výkon vrchního dozoru obvodních báňských úřadů, na obsah vydaných povolovacích rozhodnutí, na průběh procesního řízení, nebo na špatný výkon kontrolní činnosti. Naprostá většina, vlastně prakticky všechny analyzované stížnosti směřovaly proti činnostem vykonávaným organizacemi a vůči jejich projevům a důsledkům, a to přesto, že byly adresovány orgánům státní báňské správy, převážně obvodním báňským úřadům a podle ustanovení 1 odst. 2 cit. vyhlášky měly být stížnosti podávány nebo postoupeny orgánům, které jsou bezprostředně nadřízené orgánům a organizacím, proti kterým stížnosti směřují. Podle názoru řešitelů však orgánům státní báňské správy nepřísluší rozhodovat o tom, zda stížnosti, které obsahují tvrzení o vzniku škod na objektech a zařízení jejich vlastníků třetích osob, jsou oprávněné či nikoli, a to ani v případech, kdy úředním postupem zajistí 23

24 vypracování následného (kontrolního) měření negativních projevů trhacích prací a jejich vyhodnocení. Řešitelé mají za to, že orgány státní báňské správy mají v takových případech pouze zjistit, zda horní předpisy a podmínky povolení trhacích prací byly dodrženy, pokud ne, stanovit nápravná opatření a v ostatním předat vyřízení stížnosti organizaci popř. její nadřízené složce; (ostatně tak některé obvodní báňské úřady postupovaly). Ve stížnostech tvrzený vznik škod negativními účinky trhacích prací při hornické činnosti by měl být podle názoru řešitelů posuzován jako tvrzení o vzniku důlních škod a taková stížnost nebo její část by měla být obvodním báňským úřadem postoupena organizaci podle 36 Horního zákona. Tento závěr podporuje i skutečnost, že jakkoli pečlivě připravený a provedený odstřel následný po podané stížnosti je jenom více méně přibližnou rekonstrukcí předchozího odstřelu, který nemůže přesně reprodukovat podmínky odstřelu, na který nebo na které byla podána stížnost, neboť z analýzy vyplývá např. výrazné kolísání parametrů seismovýbuchové vlny za jinak konstantních podmínek (hmotnosti náloží, časování), které, jak bylo šetřením OBÚ zjištěno, záviselo na předem neurčitelném zvodnění horninových vrstev nebo dodatečného zavodnění vrtů před odstřelem. Rovněž vliv teplotní inverze, vysoké či nízké oblačnosti a její celistvosti, kvality a druhu ucpávky náloží nelze při následném odstřelu reprodukovat, ačkoliv právě tyto vlivy mají např. na intenzitu akustické a tlakové vzdušné vlny rozhodující vliv. Posouzení obsahu stížnosti o vzniku škod na nemovitostech vlastníků negativními projevy trhacích prací jako součásti hornické činnosti orgánem státní báňské správy jako neoprávněné, nemá podle názoru řešitelů oporu v zákoně, neboť se v podstatě jedná o tvrzení stěžovatele o vzniku důlní škody a je věcí těžební organizace, nikoli orgánu státní báňské správy, aby prokázala, že tvrzená škoda byla způsobena okolnostmi, které nemají původ v hornické činnosti a tak se zprostila odpovědnosti. Z uvedených důvodů bylo navrženo, aby pro obvodní báňské úřady byly vydány Zásady metodiky postupu při řešení stížností na trhací práce ; ustanovení 175 zákona č. 500/2004 Sb. (Správní řád) předpokládá podání stížnosti pouze na nevhodné chování úředních osob nebo proti postupu správního orgánu. Při řízení o stížnosti např. na účinky trhacích prací 24

25 by měl obvodní báňský úřad nejvýše přezkoumat, zda jsou dodržovány podmínky plánu otvírky, přípravy a dobývání a povolení trhacích prací a v ostatním postupovat podle 36 Horního zákona. 3.4 Etapa 3 Posouzení souboru vnitřních (výbuchový systém) a vnějších (geologické poměry, konfigurace terénu, přesnost vrtání apod.) vlivů na vznik a pravděpodobnost vzniku mimořádných událostí při trhacích pracích velkého rozsahu při hornické činnosti Etapa 3.1 Teoretický rozbor vnitřních a vnějších vlivů při trhacích pracích velkého rozsahu V rámci řešení Etapy 3.1 bylo provedeno teoretické posouzení a zhodnocení souboru vnitřních a vnějších vlivů ve vztahu ke vzniku a k co možná nejvyšší eliminaci možnosti vzniku ohrožujících mimořádných událostí při trhacích pracích velkého rozsahu. Teoretické posouzení bylo ověřeno modelováním průběhu šíření detonační rázové a seismovýbuchové vlny v rozpojovaných horninách a ve vzorcích materiálu konstantních parametrů, přičemž pro horniny byly jako základ modelové simulace vzaty mechanickofyzikální parametry vápencových hornin. Důvodem volby tohoto typu hornin je skutečnost, že experimentální ověření mechanicko-fyzikálních vlastností hornin ve vztahu k chemickofyzikálním vlastnostem trhavin in situ (Etapa 3.4) se předpokládá realizovat při provozních odstřelech ve vápencových horninách Velkolomu Čertovy schody a.s. ve Tmani. Dále bylo řešení zaměřeno na teoretické posouzení interakčních vlivů a faktorů mezi detonující trhavinou, rozpojovanou horninou a vznikem vedlejších, zpravidla nežádoucích projevů trhacích prací velkého rozsahu na bezprostřední i vzdálenější prostředí. Geologické podmínky v místě plánovaných trhacích prací jsou, vedle volby prostředků trhací techniky, jedním z nejdůležitějších parametrů, určujících výsledek odstřelu. 25

26 Pro snadnější vzájemné srovnání a posouzení rozpojitelnosti a těžitelnosti se horniny rozdělují na několik kategorií, zejména podle odporu, který kladnou při rozpojování. Pro účely rozpojování explozivní chemickou výbuchovou energií se horniny rozdělují na typy: - snadno rozpojitelné (I. třída) - nesnadno rozpojitelné (II. třída) - velmi nesnadno rozpojitelné (III. třída). Pro třídění hornin podle rozpojitelnosti nelze sestavit všeobecně platnou tabulku hornin, např. podle petrografického složení, neboť jedna a táž hornina může patřit podle stupně zvětrání a rozpukání do kterékoli třídy. Např. pevná nezvětralá žula v mohutných lavicích jistě patří do III. třídy, pevná žula, ale hustě rozpukaná se řadí do II. třídy a rozloženou žulu (žulové eluvium), která může mít povahu silně ulehlého písku lze zařadit do I. třídy. Obdobné příklady je možno uvést i pro většinu ostatních tzv. skalních hornin. Mezi významné geologické faktory, které ovlivňují riziko vzniku nepřípustného rozletu úlomků rozpojované horniny účinkem detonace náloží se na prvé místo řadí tektonické poruchy, které jsou charakteristické změnou odporu hornin proti rozpojení v důsledku snížení smykové pevnosti ve směru smykové plochy, tvořené tektonickou poruchou. Dobré podklady o stavbě horninového masivu, existenci, směru a sklonu tektonických poruch mohou dát geofyzikální metody, které se však jako prognostická metoda přecházení vzniku nebezpečného rozletu při trhacích pracích na povrchu prakticky nepoužívají; při tom odkryté stěny těžebních etáží a jejich horní i spodní plata (počvy) umožňují účelně nasměrovat použití geofyzikálních metod i pro prognózu stavu horninového masivu v předpolí těžby. Závěrečná zpráva Etapy 3.1 se zabývala rovněž trhacími pracemi velkého rozsahu v dolech; byl vysloven závěr, že teorie procesu detonace výbušnin a jejího účinku na okolní horninové prostředí se při aplikaci vlnové teorie detonačního rozpojování v podstatě neliší. 26

27 Odlišnosti trhacích prací v dolech spočívají především v řešení problému odvětrání plynných zplodin výbuchu a v uhelných dolech navíc v ochraně před iniciací výbušných směsí metanu se vzduchem a uhelného prachu. Jedním z důležitých faktorů, zejména při trhacích pracích velkého rozsahu při hornické činnosti na povrchu je distribuce trhavin v rozpojovaném objemu hornin; v pojetí řešitelů je důležitým parametrem správné, bezpečné a efektivní přípravy a provedení trhacích prací velkého rozsahu při hornické činnosti a zahrnuje několik dílčích aspektů, mezi které se řadí zejména: a) volba trhaviny s ohledem na mechanicko-fyzikální vlastnosti rozpojované horniny, b) určení hmotnosti dílčích a celkové nálože trhaviny, c) optimální řešení konstrukce nálože podle místních podmínek (např. nálož dělená, radiálně či axiálně odlehčená, použití různých druhů trhavin v témže vývrtu), d) uspořádání dílčích náloží do odpovídající organizované soustavy, e) určení postupu a časového sledu výbuchu dílčích náloží. Řešení uvedených dílčích aspektů je při trhacích pracích velkého rozsahu úkolem technické praxe, především ve fázi zpracování dokumentace trhacích prací. Správnost projektované distribuce trhaviny do rozpojovaného horninového masivu je dána provedením vrtů pro umístění náloží v jejich optimálních průměrech v souladu s projektem a se samozřejmým předpokladem správnosti projektu, který vychází z objektivně zdokumentovaného stavu dobývaných stěn. Určit jednoduchým způsobem optimální velikost průměru vrtů pro trhací práce velkého rozsahu není snadné. Jde vždy o kompromis mezi technickými možnostmi (existence a technické možnosti vrtných souprav), ekonomikou (investiční náklady na vrtné stroje a zařízení, cena za l m vrtu), místními konkrétními podmínkami odstřelu (zejména druh hornin, způsob těžby, použité trhaviny a způsob jejich nabíjení, požadovaný výsledek odstřelu, např. fragmentace), výskytem ohrožených objektů v okolí odstřelu a řadou dalších okolností. 27

28 Obecně lze konstatovat, že: a) čím menší jsou průměry vrtů, tím hustěji se zpravidla musí vrty rozmístit, a tím menší je relativní soustředění trhaviny, b) čím menší je relativní soustředění trhaviny v objemové jednotce horninového masivu, tím je podle názoru řešitelů menší riziko vzniku nežádoucího nebo nepřípustného rozletu úlomků rozpojované horniny, c) zvětšením průměru vrtů a současně omezením jejich počtu, lze někdy dosáhnout úspor metráže vrtů a nákladů na vrtací práce, d) zejména u clonových, ale též u např. plošných odstřelů zvětšující se průměr vrtů zpravidla pozitivně ovlivňuje snížení primárních těžebních nákladů (rychlost vrtání), avšak kromě určitého rizika podle písm. b) se zpravidla zvětšuje i kusovitost rubaniny, což vyvolává nutnost dodatečného zdrobňování nebo použití robustnějších drtících zařízení, e) ke škodě věci dochází v praxi často k obrácenému postupu, když existující a používané vrtací zařízení je určujícím podkladem pro projekt, přípravu a provedení trhacích prací místo aby podle požadovaných výsledků odstřelů, a to ze všech hledisek, byl následně zvolen optimální průměr vrtů pro trhací práce. Dále jsou v závěrečné zprávě Etapy 3.1 pojednány teoretické otázky zejména v oblastech průběhu a šíření detonace trhavinovými náložemi (rizika metastabilní popř. nestabilní detonace) a rizika předčasného výbuchu náloží trhavin v důsledku vnějších vlivů, jakož i působení jedovatých plynných zplodin chemické výbuchové přeměny trhavin. Z hlediska ochrany před nebezpečným rozletem úlomků rozpojované horniny je důležitý průběh a výsledky sledování vlivu modelově vytvořených anizotropií konstantních materiálů metodou matematické simulace. Protože v případě hornin i v případě konstantních materiálů jde o analýzu velmi rychlých nelineárních dynamických dějů, byl použit výpočtový kód, založený na principu konečných prvků. Jako reprezentant hornin byly zvoleny vápencové horniny a byly určeny jejich mechanicko-fyzikální parametry jako podklad pro matematickou simulaci. 28

29 Všechny modely vycházejí z odstřelu jediného vrtu o průměru 100 mm (0,1 m), který je umístěn ve vzdálenosti 40 d = 40 x 0,1 = 4 m od volné stěny (záběr vrtu), která je paralelní s vrtem. Kromě modelu 1 mají modely 2 až 6 anizotropní poruchy (zlomy) vzhledem k volné stěně resp. k náloži ve vrtu. Modely používají pravoúhlou síť, kulatý průměr nálože byl převeden na ekvivalentní čtverec. Pravoúhlá výpočtová síť vychází z modelu konečných prvků, přičemž základní rozměr prvku je 0,05 m ve všech směrech. Modely předpokládají, že ve směru souřadnice x je před náloží vrstva 4 m horniny za náloží 16 m, ve směru y 9,6 m horniny na obě strany od nálože (nekonečné tuhé přepážky). Modely vylučují pohyb horniny v trojrozměrném prostoru, ve směru souřadnice z byla zvolena tloušťka horniny i trhaviny 0,05 m, odpovídající rozměru konečného prvku. Pohyb horniny po výbuchu nálože byl tudíž možný jen v ploše (souřadnice x, y) a vyhodnocován byl pohyb souřadnice x ve směru k volné ploše. Model (tzv. cracking model) znázorňuje dynamické porušení horniny v tahu, přičemž vznikají v hornině trhliny (zlomy), o nichž se předpokládá, že počáteční šířka takového zlomu činí 0,1 mm s koeficientem tření 0,8. Trhavina je modelována stavovou rovnicí, platnou pro tritol (TNT) s dobrou aproximací pro běžné průmyslové trhaviny a hornina rovnicí, vycházející z porušení napětí horniny v tahu za vzniku trhlin. Pro model byly zadány tyto případy odstřelů (vždy jen jeden samostatný výbuch bez sousedních výbuchů): Odstřel standardní bez zlomu v hornině, model 1 Odstřel se zlomem okolní horniny kolmým k volné stěně (VS) ve vzdálenosti 2,0 m od středu nálože, model 2 Odstřel se zlomem paralelním s VS ve vzdálenosti 2,0 m od středu nálože (před náloží), model 3 29

30 Odstřel se zlomem paralelním s VS ve vzdálenosti 2,0 m od středu nálože (za náloží), model 4 Odstřel se zlomem šikmým, pod úhlem 45 0 k VS ve vzdálenosti 2,0 m od středu nálože (před náloží), model 5 Odstřel se zlomem šikmým, pod úhlem 45 0 k VS ve vzdálenosti 2,0 m od středu nálože (před náloží), model 6 Průměr nálože byl vždy 0,1 m (protože výpočty byly provedeny s použitím pravoúhlé výpočtové sítě, byl definován ekvivalentní čtvercový počáteční průřez nálože). Rozměry okolní horniny byly: ve směru souřadnice x 20,0 m (4,0 m před náloží, 16,0 m za náloží), ve směru souřadnice y 9,6 m v obou směrech. Ve směru souřadnice z byla uvažována jednotná tloušťka pro horninu i trhavinu 0.05 m. Kromě matematického modelování ve vápencových horninách bylo provedeno modelování za stejného uspořádání v betonových blocích; ve vápencových horninách proto, že experimentální odstřely byly plánovány ve vápencích a v betonových blocích proto, že bylo plánováno provedení odstřelů v blocích s předvytvořenými plochami nespojitosti a s odstřely pomocí miniaturizovaných náloží na střelišti Explosie a.s. v Pardubicích-Semtíně. Z matematických modelů jsou z obsahu Závěrečné zprávy převzaty pro ilustraci nejcharakterističtější výsledky a komentáře k nim. Pro porovnání jsou uvedena stejná uspořádání modelů v hornině i v betonu. 30