Shrnutí dosažených výsledků řešení P. č. 44-06

Shrnutí dosažených výsledků řešení P. č. 44-06 Výsledky v oblasti vyztužování a strategie vedení důlních děl Matematické modelování účinnosti doplňující svorníkové výztuže při dynamickém zatěžování výztuže prorážek potvrdilo, že použití kotevních prvků výrazně zvyšuje tuhost celé konstrukce a vede ke snížení deformační energie ve vlastní ocelové výztuži až o 30 %. Jako optimální se jeví situování zesilujících svorníků šikmo v rozích podpěrné výztuže. Při běžně používaném situování doplňujících svorníků v rovné části stropu je jejich vliv na zvýšení dynamické únosnosti výztužné konstrukce minimální. Doporučujeme proto důsledně rozlišovat mezi zpevněním stropu (a zároveň snížením zatížení rovných stropních částí výztuže prorážky) a zesílením výztuže vzhledem k očekávanému dynamickému zatížení v souvislosti s důlními otřesy. V prvním případě doporučujeme instalaci svorníků ve stropě nezávisle na podpěrné výztuži. Ve druhém případě je nejvhodnější zesílení podpěrné výztuže dvojicemi svorníků, umístěných v obloukových rozích výztuže a ukotvených do stropu pod úhlem cca 45 o. Významným přínosem pro zesilování výztuží dlouhých důlních děl kombinovanou svorníkovou a podpěrnou výztuží je tedy zjištění, že i při dynamickém zatížení, překračujícím únosnost svorníků, kotevní prvky zajistí výrazné snížení deformační energie podpěrné ocelové výztuže. Při pokusném ověřování technologie zesilování obloukové výztuže chodeb svorníky, což bylo hlavní náplní etapy 3, byly ověřovány především možnosti kombinace obloukové a svorníkové výztuže. Celkem bylo na třech dolech vybráno a připraveno sedm pokusných úseků, z toho na Dole Lazy tři, na dolech ČSM a Darkov po dvou. Z průběhu realizace zesilování výztuže chodeb a z různého chování zesílených a nezesílených pokusných úseků bylo možno vyvodit následující závěry: Výsledky sledování postupných deformací na zesílených a kontrolních úsecích chodeb č. 300 249 na závodě Sever Dolu ČSM a č. 40 547.1 na závodě 9. květen Dolu Darkov vykazují hodnoty v řádu cm, jen výjimečně decimetrů. Na minimální ovlivnění stavu díla měly vliv jak specifické geologické a geomechanické podmínky, tak i báňské řešení a rychlost dobývacích prací. V případě, že počvu díla tvoří dostatečně pevné přímé podloží sloje, je vhodnější zesilovat svorníky více bok chodby (kde se nachází uhelná sloj) než počvu chodby (případ Dolu ČSM). V případě, že v počvě díla se nachází spodní část sloje, nebo se v blízkém podloží nachází uhelná sloj či proslojky, je vhodnější zesílit svorníky počvu chodby a uhelný bok u počvy díla (případ Dolu Darkov). Jestliže se v boku chodby pro izolaci stařin nachází uhelný pilíř o mocnosti do 5 m, je zapotřebí provést zesílení výztuže pomocí svorníků na opačném, tj. pilířovém boku. To se týká i provedení kontroly, resp. i dotažení třmenových spojů bočního a horního oblouku ocelové obloukové výztuže na pilířové straně. Přestože výsledky ověřování předpokládané vyšší únosnosti výztuže v zesílených úsecích nebyly zcela průkazné, lze z dřívějších zkušeností a důlních pozorování jiných deformačních znaků potvrdit, že zesilování svorníky významně přispívá ke stabilizaci výztuže i jejich jednotlivých prvků. Aby přínos svorníkové výztuže byl optimální, je nezbytné ji aplikovat již za ražby okamžitě při vyztužování vyuhlené čelby. Zejména v chodbách nacházejících se

v obtížnějších důlně geologických a napěťových podmínkách (např. oblast 7. kry s chodbou č. 39 705-2 na Dole Lazy) dochází vlivem rozvolnění bezprostředního okolí k jejich výrazným deformacím velmi brzy za postupující čelbou. To se ovšem týká i úseků chodeb v porušených horninách, při přechodu tektonických poruch, chodeb s ponechanou uhelnou lávkou v počvě, nebo úseků s porušenou horninou v počvě. Zesilování výztuže svorníky ale i jinými způsoby (vyjma snad zpevňování okolních hornin geokompozity) ve větší vzdálenosti za čelbou a ve větším časovém odstupu není proti deformacím již rozvolněného masivu dostatečně účinné. Při vizuelních kontrolách na chodbách vyražených na Dole Lazy v oblasti 7. kry ve sloji č. 39 (v obdobných podmínkách jako chodba č. 39 705-2) se potvrdilo, že používání rovných stropních prvků obloukové výztuže na porubních chodbách a chodbách v předpolí bez použití zesilujících prvků je méně vhodné než použití čistě obloukové výztuže za stejných podmínek. Tato výztuž byla mnohem více deformována a ztratila v průběhu dalších hornických prací, především při zatížení předporubními tlaky, svou stabilitu. Ze srovnání únosnosti této výztuže s výztuží obloukovou vyplývá, že za jinak shodných podmínek (šířka díla, stejný válcovaný profil, stejný způsob zatěžování spojitým zatížením po obvodu výztuže) je únosnost výztuže s podílem rovných segmentů ve stropní části vždy nižší než u obloukové výztuže. Je to dáno nižším odporem rovných částí ve srovnání s oblouky vzhledem k působícímu zatížení a vyplývá to ze statického výpočtu konstrukce výztuže (viz např. výpočet žeber - Janas P.: Metodika dimenzování odboček a křížů v podmínkách OKR, VVUÚ 1980, Suchánek J., Losert Č.: Zpracování výpočetního programu k výpočtu únosnosti výztuží širokých prorážek, VVUÚ 1992). Potvrzují to i hodnoty únosnosti výztuží, uvedené jednak v citovaných publikacích, jednak v instrukci č. 15 Směrnice pro dimenzování ocelové výztuže dlouhých důlních děl v OKR 1985. Například únosnost výztuže OO-O-16/K 24 činí 63 kn/m, únosnost rozšířené výztuže S3B0/K24 5,5 m činí pouze 19,8 kn/m, u rozšířené výztuže S2B0/K24 4,5 m činí únosnost 29,8 kn/m. Podobně je tomu u výztuží z profilu P28. Zatímco únosnost obloukové výztuže OO-O-16 je 100 kn/m, rozšířená výztuž S3B0 5,5 m má únosnost 27, 4 kn/m a výztuž 2B0 4,5 m pak 41,2 kn/m. Uvedené srovnání se týká výztuže bez zesilujících opatření. Při použití doplňujících prvků (podpěrné stojky, doplňující svorníky) lze dosáhnout výrazně vyšší únosnosti i u výztuže s rovnými stropními prvky a využít tak technologických výhod širokého profilu s rovným stropem. Deformace na zbývajících třech, různým způsobem zesílených úsecích rubáňové chodby č. 39 705-2 na Dole Lazy zatím nebylo možné ověřit. Ověření a případná další měření na instalovaných měřících stanicích bude možno realizovat až po termínu ukončení projektu ČBÚ č. 44-06. Při praktických pracích na zesilování obloukové výztuže chodeb svorníky, provedených v rámci řešení etapy č. 3, byly dostatečně ověřeny technické, technologické a stabilitní aspekty zesilování výztuže důlních chodeb v obtížných důlních podmínkách, jakož i v různých geologických podmínkách. Bylo potvrzeno, že kombinace ocelové obloukové výztuže a svorníkové výztuže je technicky proveditelná, dostatečně stabilní a umožňuje zvýšit únosnost výztuže dlouhých důlních děl. Výsledky v oblasti seismologického sledování Náplní řešení etapy č. 5 Projektu č. 44-06 byl Návrh systému a interpretace seismického monitorování - zpřesnění výškové lokalizace ohniskových oblastí seismických jevů. 2

V rámci řešení této etapy bylo provedeno zhodnocení současného stavu seismických sítí v karvinské části OKR, tj. lokální sítě (stanice dolů) a regionální sítě Seismického polygonu, z hlediska detekční schopnosti a lokalizační přesnosti. Dále bylo provedeno shrnutí možností, jak zlepšit lokalizační přesnost zejména ve vertikálním směru (souřadnice Z ). Pro seismicky aktivní oblasti s možností výskytu důlního otřesu s mechanismem vzniku ve vysokém nadloží byly navrženy úpravy seismického monitorování tak, aby bylo dosaženo lepší prostorové lokalizace seismických jevů a přesnějšího stanovení oblasti se zvýšenou koncentrací napětí, do kterých je nutno zaměřit provedení protiotřesových opatření. Systém monitorování i provedené úpravy SW vychází ze stávajícího přístrojového vybavení dolů OKD, a.s. při zajištění kompatibility s výstupy současně používaných systémů seismického sledování v OKR. Z hlediska prostorového rozmístění jsou v lokální síti nadále nedostatky ve smyslu optimalizačních algoritmů seismických sítí - navržený systém seismického monitorování pro dosažení co nejlepší prostorové lokalizace seismických jevů a přesnějšího stanovení oblastí se zvýšenou koncentrací napětí je kompromisem požadavků optimalizace a současných možností na dolech OKD a jsme si vědomi, že není optimální. Pro zvýšení lokalizační přesnosti doporučujeme hodnocení silných seismických jevů provádět komplexně z SL i SA záznamů. Jako modelová oblast pro ověření upraveného systému seismického monitorování byl zvolen Důl ČSA s dlouhodobě zvýšeným výskytem energeticky významných seismických jevů z vyššího nadloží. Podařilo se propojit stanice z obou dobývacích polí do společné seismické sítě. Propojením stanic dříve samostatných sítí, instalací jedné nové stanice (v dobývacím poli Jan-Karel) a úpravami v rozmístění stanovišť do lokalit s nižší úrovní šumu (v dobývacím poli Doubrava) došlo ke zlepšení lokalizační schopnosti a lokalizační přesnosti zejména z příhraniční oblasti obou dobývacích polí, tj. 3. a 4. kry v dobývacím poli Jan-Karel a 1., 2., 4. a 6. kry dobývacího pole Doubrava. Byl odzkoušen program pro prostorové (3D) zobrazení lokalizací ohnisek seismických jevů v karvinské části OKR. Zobrazení ve 3D prostoru umožňuje lepší poznání ohniskových oblastí seismických jevů a přesnější vymezení míst, na která je nutno zaměřit prostředky protiotřesové prevence. Byly vypracovány postupy pro import dat SL jevů z databázového serveru a seismologicky sledovaných oblastí (porubů, ker a dobývacích prostorů). jejich převody do vhodných formátů, připraveny datové soubory oblastí, seismických stanic, ohnisek důlních otřesů atd. Zobrazovat lze ohniska v detailu malých oblastí typu porub kra, ale i v rozsahu celé karvinské části OKR. Program pracuje i s velkými soubory dat z databáze seismologických jevů, vedené od 1.4.1988. Znázorněním v 3D prostoru ohnisek SL jevů a jejich rozložení vůči důlním dílům lze lépe zhodnotit geomechanickou situaci než při dosud požívaném zobrazení v ploše XY (v horizontální rovině). Zabudovanými algoritmy lze provádět např. analýzy prostorových změn uvolňování seismické energie, včetně nadloží. V roce 2007 Green Gas DPB, a.s. zahájil práce na úpravách programového vybavení pro vyhodnocování SL sledování v lokální síti. Práce navazují na postupnou modernizaci HW a SW vybavení lokální sítě, probíhající od roku 2006. Tyto úpravy jsou nezbytné pro udržení dalšího provozu lokální sítě. V první fázi modernizace v roce 2006 došlo k obměně sběrných částí seismologických aparatur UGA-SL, vyřešen byl také způsob on-line přenosu primárních dat (vlnových obrazů) ze seismických pracovišť dolů do centra SP v Paskově a zpětný přenos denní databáze SL jevů na seismická pracoviště dolů OKD. V rámci prací na programovém vybavení vyhodnocovací části SL aparatury (včetně vyhodnocování vlnových obrazů lokalizace ohniska a určení ostatních základních parametrů SL jevů) bylo mimo jiné provedeno sjednocení rychlostního modelu pro lokální síť s rychlostním modelem používaným stanicemi Seismického polygonu. Vyhodnocovací SW je již v současnosti dokončen a je ověřován na seismických pracovištích dolů a ve vyhodnocovacím centru DPB. 3

Postupná modernizace vybavení lokální sítě není vázána na řešení Projektu č. 44-06 a bude pokračovat i po termínu ukončení projektu. Výsledky v oblasti zavlažování po bezvýlomové trhací práci v nadloží Na základě pokusných odstřelů a následného zavlažování vývrtů po odpalech se ukázalo, že kombinace bezvýlomové trhací práce a zavlažování nadloží slojí zvyšuje účinek bezvýlomové trhací práce a tudíž jí může být v některých akutně ohrožených částech horského masivu úspěšně použito. Aby byla její aplikace úspěšná, bude vyžadovat důsledné a detailní posouzení místních podmínek jak z hlediska bezvýlomové trhací práce, tak i z hlediska následného zavlažování. Poznatky získané v průběhu řešení lze shrnout v následujících bodech: Technologii zřizování vysokotlakých cementových ucpávek a vlastního zavlažování lze považovat za technicky zvládnutou. Problematické může být stanovení optimální délky ucpávek bez předchozího měření charakteru porušení masivu zejména u výrazně šikmých vývrtů v těsném nadloží chodeb. Zavlažování nadloží je procesem dlouhodobým a vyžaduje plošné ovlivnění v předstihu před dobýváním porubu. V průběhu dobývání jej nelze aplikovat operativně. Technické prostředky pro zavlažování jsou dostupné. Přesto určitým problémem zavlažování nadloží je nutnost použití vysokotlakých čerpadel. Možnosti kontroly účinnosti jsou u zavlažování omezené. Souhrn návrhů doplnění báňských předpisů Návrhy v oblasti vyztužování a strategie vedení přípravných důlních děl Poznatky získané v rámci řešení této části projektu lze uplatnit při úpravách případně zpřesnění báňských předpisů v oblasti protiotřesové prevence. Koncepce báňských předpisů v protiotřesové problematice je postavena na třech stupních. Nejvýše je vyhláška ČBÚ č. 659/2004 Sb. Na ni navazují Pracovní pravidla vydaná se souhlasem OBÚ v Ostravě. Pracovní pravidla vysvětlují a upřesňují jednotlivá ustanovení Vyhlášky. Metodické postupy jako třetí nejnižší stupeň pak jsou detailním popisem metod a postupů prognózy a uplatnění aktivních a pasivních prostředků protiotřesové prevence. S ohledem na koncepci vyhlášky ČBU č. 659/2004 Sb., která je základním předpisem v této oblasti nejsou detailní postupy a výsledky řešení projektu použitelné pro úpravy této části báňských předpisů. To platí beze zbytku i o dalších částech projektu. Detailním vysvětlením a upřesněním Vyhlášky jsou navazující Pracovní pravidla a Metodické postupy. Jejich doplnění o výsledky řešení etap 2 a 3 tohoto projektu navrhujeme v příslušných částech takto: a) Doplnění Pracovních pravidel k Vyhlášce ČBÚ č. 659/2004 Sb. Mezi strategická opatření protiotřesové prevence zahrnout možnost zvážit při přípravě porubního bloku vyražení chodby a prorážky, které by jinak bylo nutno razit ve vlivu přídatných napětí od stařin dříve vydobytého sousedního porubu v předstihu, tedy dříve než bude vydobyt sousední porub a ražená chodba by se dostala do vlivu přídatných napětí od stařin. 4

b) Doplnění Metodických postupů Metodický postup Prostředky protiotřesové prevence doplnit o detailní rozvedení postupu pro ražby přípravných chodeb a prorážek nebo alespoň jejich části, které by bylo nutno vyrazit ve vlivu kombinovaných přídatných napětí a ve vlivu přídatných napětí od stařin sousedního porubu vyrazit dříve než bude sousední porub vydobyt a přídatné napětí od stařin začne působit jak bylo popsáno odstavci ad a). Metodický postup Prostředky protiotřesové prevence dále doplnit doplnit o opatření pro zvýšení stability a únosnosti výztuže dlouhých důlních děl ražených a situovaných v akutně ohrožených částech horského masivu ve 3. stupni nebezpečí otřesů, zejména pak ve krách vyjmenovaných v rozhodnutí OBÚ v Ostravě č.j. 3615/2003 II 132.0 z 1.7.2003 a v oblastech ve vlivu komplikovaných koncentrací napětí v okolí ochranných pilířů jam a překopů. Tato opatření by měla zahrnovat: Zesilování obloukové výztuže svorníky ve vhodných podmínkách na podkladě analýzy geologických a geomechanických podmínek. Přednostní používání způsobu přikotvení oblouků podpěrné výztuže lepenými svorníky, případně i v kombinaci se zpevňováním nepevného okolí chodby injektáží. Při zesílení podpěrné výztuže samostatnou svorníkovou výztuží t.j. řadami svorníků vrtaných mezi oblouky podpěrné výztuže počítat únosnost podpěrné a samostatné výztuže nezávisle na sobě tak, aby podpěrná výztuž byla vypočtena na plnou únosnost a svorníková výztuž ji pouze doplňovala jako zpevňující prvek. Důslednou aplikaci zesílení výztuže ve stropě i ve sloji svorníky, a to kombinací přikotvení oblouků a nezávislého zpevnění bezprostředního okolí sloje i průvodních hornin prorážky injektáží nebo i svorníky a to v částech prorážek ražených ve vlivu stařin sousedních porubů. V ražbách chodeb v mocných slojích zpevňování uhlí v počvě svorníky. Dodržení obecné zásady že svorníky nebo i jiné zesilování výztuže chodeb je nutno provádět ihned při ražbě na čelbě nebo s minimální prodlevou za čelbou. c) Jiné návrhy na základě výsledků řešení projektu v etapách 1, 2 a 3 Z modelových pokusů ale i z ostatních dosavadních teoretických i praktických poznatků vyplývá, že svorníková výztuž důlních děl může být ve vhodných geologicko hornických podmínkách stejně funkční jako výztuž podpěrná. Ukázalo se, že při vhodné aplikaci je odolná i proti dynamickému zatížení, ke kterému dochází při důlních otřesech. V tomto smyslu se jeví jako vhodné dále obecně ověřit a případně přehodnotit dřívější názory na nepoužitelnost samostatné svorníkové výztuže v částech horského masivu (ve slojích) s nebezpečím otřesů. Doporučujeme zaměřit další výzkum na oblast používání samostatné svorníkové výztuže, jejíž provedení je v současnosti na technicky daleko vyšší úrovni, než tomu bylo při vydání rozhodnutí OBÚ č.j. 711/1995. Významný technický pokrok v této oblasti by bylo vhodné zúročit při používání této výztuže i v důlních dílech, kde dosud platila určitá omezení jejího použití. Doporučujeme proto realizovat další výzkumné ověření v oblasti dynamického zatěžování i samostatné svorníkové výztuže a na základě tohoto ověření případně revidovat a upravit rozhodnutí OBÚ č.j. 711/1995 o používání samostatné svorníkové výztuže tak, aby jí bylo možno využít i v částech horského masivu s nebezpečím otřesů. 5

Návrhy v oblasti seismologických sledování Získaných výsledků lze využít k doplnění metodických postupů vydaných k Pracovním pravidlům. Metodický postup kontinuálního seismologického sledování v podmínkách OKR doporučujeme doplnit o následující závěry řešení této části projektu: Stanice mají splňovat zejména následující požadavky na prostorové rozmístění vůči předpokládaným ohniskovým oblastem seismických jevů: stanoviště seismometrů mají být vně (obklopovat) sledované oblasti, ohniska se mají nacházet uvnitř mnohoúhelníku tvořeného stanicemi, stanice se mají instalovat na různých vertikálních úrovních, stanoviště se mají volit v místech s větší hodnotou poměru (signál/šum) tj. v místech s nízkou úrovní seismického neklidu. Při doplňování a změnách stanovišť SL sítě je nutno ověřit, resp. zpřesnit, fyzikální parametry prostředí pro vyhodnocování seismologických záznamů a pro zajištění dostatečné lokalizační přesnosti seismologické sítě. Rychlostní modely prostředí lze zpřesňovat ze záznamů seismologických jevů se známou polohou ohniska, např. na základě znalosti: místa odpalu náloží bezvýlomových trhacích prací velkého rozsahu, spolehlivé lokalizace seismického jevu určené např. kontinuálním seismoakustickým sledováním v předpolí porubů nebo jinou metodou. Je-li v seismologicky sledované oblasti realizováno také kontinuální seismoakustické sledování (v předpolí porubu), provede operátor konfrontaci výsledků získaných z obou metod. V případě spolehlivé a jednoznačné seismoakustické lokalizace ohniska využije operátor výsledek seismoakustického sledování ke zpřesnění SL lokalizace ohniska (určení místa vzniku), resp. dalších parametrů SL jevu. V případech silných seismických jevů včetně důlních otřesů a otřesových jevů je nutno lokalizaci vždy hodnotit komplexně z SL i SA záznamů, především pro zpřesnění vertikální souřadnice ohniska (zpřesnění hloubky ohniska, resp. jeho výšky nad slojí). Návrhy v oblasti zavlažování po bezvýlomové trhací práci v nadloží V oblasti zavlažování po bezvýlomové trhací práci byl zpracován návrh kompletního metodického postupu aplikace této metody v protiotřesové prevenci. Na tomto místě pouze shrnujeme jeho koncepci. Návrh zahrnuje Princip metody Provedení metody (popisuje vrty pro zavlažování, jejich rozteče, způsob ucpávky a těsnění vývrů, pracovní postup cementace, zavlažovací systém a množství vtlačované vody) Postup zavlažování Vedení dokumentace potřebné pro interpretaci a rozhodování důlního geomechanika Návrh metodického postupu obsahuje názorná schémata a náčrtky a po jeho přijetí může být dobrým vodítkem pro aplikaci metody v protiotřesové prevenci. 6