Kompleksowa metoda oceny skłonności do tąpań górotworu w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym

Eksploatacja górnicza prowadzona w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym (GZW) jest główną przyczyną występowania wstrząsów górniczych i tąpań. Zjawiska geodynamiczne opisywane jako tąpnięcia występują w obszarze GZW od końca XIX wieku. Mechanizm zjawiska tąpnięcia z uwagi na złożoność (rozdział 1), nie po-zwolił dotychczas na opracowanie w pełni skutecznej metody jego prognozowania. Jednakże zwiększająca się, wraz z rozwojem eksploatacji górniczej, liczba oraz skala tąpnięć, wymuszają na środowiskach naukowych prace nad coraz nowszymi i lepszymi metodami oceny skłonności do tąpań oraz oceny zagrożenia tąpaniami (rozdział 3, 5). Opracowanie kompleksowej metody oceny skłonności do tąpań górotworu poddanego eksploata-cji górniczej wymaga uporządkowania wiedzy na temat mechanizmów tąpnięć, sprecyzowania definicji tąpnię-cia, jego sensu fizycznego oraz zagrożenia tąpaniami. Powyższa tematyka i stosowana terminologia znajduje odzwierciedlenie w zapisach Prawa geologicznego i górniczego (rozdział 2). Opracowanie kompleksowej metody oceny skłonności do tąpań górotworu poddanego eksploatacji górniczej wymaga wszechstronnej znajomości GZW zarówno w zakresie jego budowy geologicznej, geotektonicznego podłoża i pięter pokrywowych karbonu produktywnego (rozdział 4). Ogólna charakterystyka własności geome-chanicznych dla całego obszaru GZW została opracowana w formie zestawień tabelarycznych dla podstawo-wych grup skał budujących górny karbon GZW w obrębie warstw libiąskich, łaziskich, orzeskich, rudzkich, siodłowych, porębskich, jaklowieckich i gruszowskich. Na podstawie danych zawartych w tablicach opracowano krzywe obrazujące zmienność średniej wytrzymałości na ściskanie dla poszczególnych rodzajów skał płonnych. Szczegółowa charakterystyka wytypowanych do badań poligonów badawczych została przedstawiona w formie tabelarycznych zestawień wraz z charakterystyką górotworu w interwale wysokościowych 100 m nad stropem pokładu i 30 m poniżej jego spągu. Taki przedział wysokości został przyjęty jako modelowy dla warunków GZW. Metody oceny skłonności skał do tąpań opracowane na przestrzeni kilkudziesięciu ostatnich lat zostały opisane w rozdziale 5. Wśród nich są metody analityczne i laboratoryjne opracowane na podstawie badań nisz-czących w maszynie wytrzymałościowej, początkowo wyznaczane na podstawie przedzniszczeniowej charakte-rystyki naprężeniowo-odkształceniowej uzyskiwanej w próbie ściskania próbki skalnej. Badania in situ struktury i litologii górotworu są niezbędne dla oceny wpływu grupy czynników zaliczanych do defektów struktury górotworu na występowanie często znacznych różnic pomiędzy wytrzymałością oznacza-ną na próbkach skalnych oraz w warunkach ich naturalnego zalegania (rozdział 6). Zawodnienie górnego karbonu w GZW wynika z budowy geologicznej serii węglonośnych oraz z inten-sywności jego zasilania. Badania własności mechanicznych skał w różnych stanach nasycenia wodą pozwoliły na opracowanie zależności pomiędzy parametrami mechanicznymi dla głównych typów skał górnego karbonu GZW (rozdział 7). Ze względu na swoją historię geologiczną, GZW charakteryzuje się skomplikowaną budową tektoniczną. Jest ona efektem nakładania się różnowiekowych procesów zachodzących w orogenezie waryscyjskiej i alpej-skiej. Budowa ta powstała w wyniku oddziaływania naprężeń poziomych skierowanych z zachodu oraz południa i południowego wschodu. Naprężenia te były modyfikowane naprężeniami spowodowanymi ruchem bloków głębokiego podłoża. Efektem oddziaływania tych naprężeń było powstanie głównych struktur zagłębia i ukształ-towanie się własności skał budujących górotwór. Przynajmniej niektóre spośród własności geomechanicznych skał są zróżnicowane między innymi ze względu na obecność obszarów, w których wszystkie naprężenia główne były ściskającymi (kompakcja) oraz obszarów, w których przynajmniej jedno było naprężeniem rozciągającym (rozdział 8). Własności górotworu ze względu na jego anizotropowość i niejednorodność są funkcją kierunku i poło-żenia. Niektóre spośród własności zmieniają się w wyniku wzrostu istniejących nieciągłości lub powstawania nowych. Temu ostatniemu sprzyja destrukcja górotworu spowodowana eksploatacją górniczą (rozdział 9). Dokonana i prowadzona eksploatacja złóż podziemnych wpływa w różnym stopniu na własności skał budujących górotwór. Wiedzę taką dały badania empiryczne skał pobranych z rdzeni z otworów wiertniczych wykonanych w rejonach przed przejściem i po przejściu eksploatacji (rozdział 10). Ich wyniki i uogólnienia w postaci ilościowego spadku wytrzymałości dla głównych typów skał górnego karbonu oraz opracowana empi-ryczna zależność parametrów odkształceniowych skał w funkcji wytrzymałości na ściskanie stanowiły podstawę szacowania zmian skłonności górotworu do tąpań. Każdy z osobna spośród wyżej wymienionych czynników w istotny sposób wpływa na zmianę własno-ści skał i górotworu, a tym samym na jego skłonność do tąpań. W ocenie skłonności górotworu do tąpań należy uwzględniać znaczne jego objętości (wskaźniki WTG i WEk ) oraz zmiany spowodowane eksploatacją górniczą (rozdział 11). Kompleksowa metoda oceny skłonności górotworu naruszonego do tąpań zawiera propozycję oceny na podstawie tg (według teorii Budryka-Knothego) lub na podstawie wskaźników WTG i WEk według Bukowskiej lub Lg według Konopki. Rozwinięty i uzupełniony o sejsmiczność górotworu wynikającą z eksploatacji górniczej system GEO z powodzeniem może być stosowany do oceny skłonności do tąpań górotworu naruszonego robotami górniczymi (rozdział 11). System geologiczno-geomechaniczej oceny skłonności górotworu do tąpań GEO jest syntezą spa-jającą wiele elementów składających się na budowę i własności górotworu karbońskiego GZW w nową jakość, a jednocześnie jest propozycją trybu postępowania, której spodziewanym efektem jest poprawa bezpieczeństwa górniczego.