Problematice otřesů se v našem i světovém hornictví věnuje značná pozornost. Při porovnání úrovně ochrany proti tomuto poměrně nevyzpytatelnému jevu můžeme naše způsoby hodnotit jako vyspělé. Přesto se uvedený jev stále vyskytuje. V tomto příspěvku jsou hodnoceny možnosti, které by pomohly k ještě větší míře spolehlivosti prognózy i prevence. Jako určitý nedostatek v naší metodice ochrany se jevilo nedostatečné využití výpočetních programů. Proto jsou v článku uvedeny některé poznatky k této otázce. 1 Otřesy v ostravsko-karvinských dolech 2015-2017
Přes snahu řešit problematiku otřesů se tento jev opakuje, a to i v závažnější formě. Přehled o jejich výskytu za roky 2015 až 2017 je v tabulce 1.
Tabulka 1 Přehled otřesových jevů OKD 2015 – 2017 s fáráním pohotovosti HBZS
V roce 2015 bylo 36 geomechanických jevů s energií vyšší jak 105J (bez fárání pohotovosti HBZS)
V roce 2016 bylo 32 geomechanických jevů s energií vyšší jak 105J (bez fárání pohotovosti HBZS)
V roce 2017 bylo do 15.9.2017 zatím 17 geomechanických jevů s energií vyšší jak 105J (bez fárání pohotovosti HBZS)
Pro informaci „ENERGIE 105 J“ odpovídá 0,027 kWh, a to už je docela slušná práce.
1.1 Opatření k eliminaci otřesů
V praxi se používá široká škála opatření, která mají otřesové jevy eliminovat. Velmi rozšířená je tzv. bezvýlomová nebo odlehčovací trhací práce, kterými se uměle ovlivňuje pevnostní charakteristika nadloží, případně i sloje. Ale jde také o vhodné časové a prostorové situování přípravných děl a porubů. Z hlediska prognózy je významné sledování seizmické aktivity, případně měření konvergence.
K zjištění stavu napjatosti v masivu se uplatňují i výpočetní programy. Ty se, po havárii v Dole Crandal Canyon, staly v USA povinnou součástí technologických předpisů. (O havárii viz Záchranář 4/2007, 3/2008, 4/2008). U nás byl první výpočetní program použit po havárii v Dole ČSA v porubu č. 33741 a podle v něm zjištěných závěrů pokračovalo další dobývání v této nebezpečné lokalitě bez dalších geomechanických jevů.
1.2 Výpočetní program pro stav napjatosti v hornině
Posuzovaná oblast pro řešení se rozdělí na konečné prvky a po zavedení vstupních údajů se uskuteční výpočet.
Obr. 1 Rozdělení prvků v oblasti porubu.
Program vyžaduje vstupní údaje (typníky) pro každou horninovou vrstvu. V jednotlivých programech se typníky liší. V praxi to jsou moduly pružnosti v tlaku a ve smyku Poissonovo číslo a měrná hmotnost. Zatížení modelu se obvykle volí podle hloubky uložení.
Po získání napětí v jednotlivých prvcích pak můžeme s využitím Mohrovy obálky zjistit, jestli se příslušný prvek daným způsobem dobývání poruší, nebo neporuší. U pevných nadloží je to důležitý poznatek. Podle počtu neporušených prvků v jednotlivých vrstvách lze odvodit, jak může být vysoká případná energie otřesu a jak ji lze ovlivnit. Řešení je naznačeno na obr. 2.
Obr. 2 Mohrova obálka a kružnice napětí.
Poněkud odlišný způsob vyjádření rizika používá program v USA. Na obr. 3 je grafi cký výsledek zjištění bezpečnostního faktoru metodou konečných prvků při dobývání sloje mocnosti 7 m v Dole Crandall Canyon v USA. Čím vyšší číslo „bezpečnostního faktoru“, tím větší plastické přetvoření, až k porušení, označeném „air“. Sloj je v hloubce 460 m pod povrchem a v modelu bylo 11 geologických vrstev.
Obr. 3 Bezpečnostní faktor v okolí sloje s konturami jednotlivých faktorů.
1.3 Verifikace programů
Z praxe je ale známo, že výpočetní program nemusí být věrohodný, pokud se neverifikuje dle aktuální situace v lokalitě. Skutečné hodnoty fyzikálně mechanických vlastností hornin v důlním prostředí se od laboratorních dosti liší. Nejlepší prostředek, jak najít jejich reálnou hodnotu v konkrétní lokalitě, je nivelace poklesové kotliny. Je to jednoduchý postup, kdy podle zjištěné hodnoty poklesu redukujeme vertikální i horizontální napětí.
Lze to vyjádřit rovnicí:
2 Možnosti ke snížení počtu případů otřesových jevů
Z provedeného přehledu lze doporučit ke snížení počtu otřesových jevů zejména zavedení výpočetních programů, aby se staly součástí technologických předpisů. Při jejich využívání je rozhodujícím kritériem podrobná dokumentace geologické situace v okolí, zejména nadloží, příslušného pracoviště. Z obr. 4, který znázorňuje řez konkrétní lokalitou karvinského dolu, je zřejmé, že v důsledku nečistých výrubů vznikají oblasti, kde se nad nevyrubanou slojí kumuluje napětí. Většinou je nadloží slojí tvořeno pevnými vrstvami pískovců nebo slepenců. Nevyrubané zbytky sloje způsobí, že dojde k minimálnímu poklesu tohoto nadloží. Napětí σ tak vzroste v reálném čase jen velmi málo a na hodnotu potřebnou k porušení se dostane až masivnějším ovlivněním širšího okolí. To je ten otřesový, těžko předvídatelný jev. Odhalení takových poloh výpočetním postupem a jejich umělé ovlivnění může toto riziko snížit.
Obr. 4 Situace dobývání slojí ve 3. kře Dolu ČSA v Karviné.
Průběh napětí nad slojí 37 c1,2 je na obr. 5.
Obr. 5 Napětí v tlaku nad výrubem 37c1,2.
Pevnost v tlaku pískovce a slepence je v dané lokalitě od 20 do 24 MPa. Nad nevyrubanou částí sloje 37 c1,2 jsou hodnoty tlaku σx = 13 až 16 MPa. V reálném čase dobývání k porušení prvků nad nevyrubanou částí sloje nedojde. Nad výrubem částí sloje 37 c1,2, je porušení pevného nadloží pravděpodobnější. Nečistý výrub není jediným zdrojem možných otřesových jevů. Ekonomické důvody si vynutily dobývání, kdy v mocných slojích ponecháváme část sloje, jako dělicí vrstvu. Příklad takového dobývání, později způsobující riziko otřesů, je na obr. 6.
Obr. 6. Schéma dobývání porubu 401 307 v Dole ČSM.
Způsob je poplatný dnešním ekonomickým požadavkům. Dřívější metody dobývání v lávkách používaly umělý strop, který se tvořil různými způsoby. Obvyklé bylo použití geotextilie v kombinaci například s drátěným pletivem. To se kladlo na počvu vrchní lávky. Ponechaná uhelná lávka znamená značné riziko, protože kumuluje napětí a v určité fázi dobývání se propadne do závalu stěny ve spodní lávce. A z toho může resultovat i nebezpečí záparu.
Závěr
Omezení počtu otřesových jevů v ostravsko-karvinském revíru je při situaci, jaká se vyvinula v dolech, poměrně náročným úkolem. Podle rozboru by ale mohlo k jeho dosažení přispět vhodné zavedení výpočetních programů, vycházejících z podrobné geologické dokumentace a zahrnujících poznatky o jejich verifikaci. Dá se předpokládat, že po vzoru z USA budou součástí technologických předpisů.
Zpracoval: prof. J. Lát
Literatura [1] Longwall stability index (LFSI): A novel approach for estimation of chock shield pressure and face convergence. Verna, A. K., Deb, D. dostupné na http://www.scielo.org.za/pdf/jsaimm/v108n12/07.pdf [2] http://www.msha.gov/Fatals/2007/CrandallCanyon/AppendixQ.pdf [3] http://www.msha.gov/genwal/CrandallCanyonRoofControlPlan.pdf [4] Lát, J.: Využití nových poznatků k řešení problematiky otřesů. Uhlí 10/1988.
