VŠB - TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA FAKULTA STAVEBNÍ
Projekt vědy a výzkumu ČBÚ č. 36-05
MOŽNOSTI LIKVIDACE HLAVNÍCH DŮLNÍCH DĚL NEZPEVNĚNÝM ZÁSYPOVÝM MATERIÁLEM Závěrečná zpráva
OSTRAVA, 31. 3. 2007
Copyright FAST VŠB-TUO 2007
Obsah
Obsah Obsah...................................................................................................................................................3 1. Úvod .................................................................................................................................................7 2. Etapa 1.: Vypracování databáze všech hlavních důlních děl v rozsahu § 2, písm. d) vyhlášky č. 52/1977 Sb., ve znění pozdějších předpisů, likvidovaných nezpevněným zásypovým materiálem a zatopených jam..........................................................................................................9 2.1. Úvod....................................................................................................................................................... 9 2.2. Údaje o HDD, sledované v katalogu .................................................................................................. 10 2.3. Symbolika označování HDD............................................................................................................... 11 2.4. Symbolika označování HDD podle nebezpečí výstupu CH4 ............................................................ 11 2.5. Symbolika označení jam podle jejich původního účelu .................................................................. 11 2.6. Označení kategorie HDD .................................................................................................................... 12 2.7. Symbolika označování materiálu jámové výztuže............................................................................ 12 2.8. Symbolika označování tvaru jámového průřezu .............................................................................. 12 2.9. Symbolika označování způsobu likvidace jámy:.............................................................................. 12 2.10. Závěr .................................................................................................................................................. 12
3.Etapa 2.: Zpracování analýzy jednotlivých opatření stanovených v povolení obvodních báňských úřadů pro likvidaci hlavního důlního díla nezpevněným zásypovým materiálem včetně vybraných projektů řešící zásyp hlavních důlních děl nezpevněným materiálem. ......14 3.1. Zpracování analýzy jednotlivých opatření stanovených v povoleních OBÚ pro likvidaci HDD nezpevněným zásypovým materiálem................................................................................................ 14 3.2. Rešerše báňských předpisů států Spolková republika Německo a Polsko, řešící likvidaci hlavních důlních děl zásypem nezpevněným zásypovým materiálem ............................................ 18 3.2.1. Úvod .............................................................................................................................................. 18 3.2.2. Směrnice spolkové země NR-W a Polska pro likvidaci dolů nezpevněným zásypem. .................. 19 3.2.2.1. Komentář k německým předpisům...................................................................................... 20 3.2.3. Závěr ............................................................................................................................................. 24 3.3. Polská báňská legislativa řešící likvidaci jam .................................................................................. 24 3.3.1. Úvod .............................................................................................................................................. 24 3.3.2. Zásyp jam ...................................................................................................................................... 24 3.3.3. Zásypové materiály........................................................................................................................ 25 3.3.4. Zatížení jámy zásypovým materiálem............................................................................................ 26 3.3.5. Konstrukce izolačních hrází........................................................................................................... 27 3.3.6. Závěr ............................................................................................................................................. 27
4. Etapa č.3 : Zpracování statické analýzy řešící stabilitu nezpevněné zakládky v jámách uhelných a rudných dolů, stabilitu jam vyplněných nezpevněným zásypovým materiálem v závislosti na druhu horniny, ve kterých byla jáma vyhloubena, stabilitu patrových hrázových objektů zamezujících vytečení nezpevněného, případně zvodnělého zásypového materiálu do důlních děl v okolí jámy...........................................................................................28 4.1. Řešení stability nezpevněné základky .............................................................................................. 28 4.1.1 Úvod ............................................................................................................................................... 28 4.1.2. Fyzikální a mechanické vlastnosti zásypového materiálu.............................................................. 28 4.1.3. Vnitřní síly v zásypech ................................................................................................................... 29 4.1.3. Parametry autostabilizační zátky ................................................................................................... 30 4.1.4. Sedání sloupce zásypu v jámě ...................................................................................................... 35 4.1.5. Ohlubňová jámová zátka ............................................................................................................... 39 4.1.6. Únosnost pískových a popílkových uzavíracích hrází v horizontálních dílech ............................... 41 4.1.7. Orientační posouzení únosnosti zazděných proniků do jámy ........................................................ 42 4.2. Řešení stability jam vyplněných nezpevněným zásypovým materiálem ....................................... 43 3
Obsah 4.2.1. Geotechnické poměry v okolí jámy................................................................................................ 43 4.2.2. Napjatost v horninovém masivu a stabilita výlomu ........................................................................ 44 4.2.3. Zatížení výztuže jámy a její únosnost ............................................................................................ 46 4.2.4. Vliv zásypu nezpevněným materiálem na stabilitu vyztužené jámy ............................................... 47 4.2.5. Strukturní stabilita jámy ................................................................................................................. 48 4.2.5.1. Velikost oblasti zavalování pro porušené a zvětralé horniny můžeme stanovit ze vztahů:.. 48 4.2.5.2. Velikost oblasti zavalování pro symetrické a nesymetrické porušování horninového okolí jámy: ................................................................................................................................... 48 4.2.5.3. Stabilita ústí jámy................................................................................................................ 52 4.2.5.4. Návrh doplnění vyhlášky ČBÚ č. 52/1997 Sb. ve vztahu k obsahu projektu likvidace jámy nezpevněným materiálem................................................................................................... 52 4.3. Řešení stability patrových hrázových objektů zamezující vytečení nezpevněného popř. zvlídnělého materiálu do důlních děl v okolí jámy ............................................................................ 53 4.3.1. Zatížení patrových hrází ................................................................................................................ 53 4.3.2. Typy používaných hrází................................................................................................................. 55 4.3.2.1. Blokové hráze ..................................................................................................................... 55 4.3.3. Návrh rozměrů blokových (kuželových ) hrází ............................................................................... 56 4.3.3.1. Výpočet dle ČSN 44 6412................................................................................................... 56 4.3.3.2. Výpočet podle vyhlášky ČBÚ 4/1994 .................................................................................. 59 4.3.3.3. Metoda konečných prvků (MKP) ......................................................................................... 60 4.3.4. Další typy hrází.............................................................................................................................. 61 4.3.5. Volba typu hráze............................................................................................................................ 61 4.3.6. Doporučení pro používanou metodu výpočtu ................................................................................ 61 4.3.7. Závěr ............................................................................................................................................. 62 4.4. Laboratorní výzkum fyzikálně-mechanických vlastností nezpevněných zásypových materiálů. 64 4.4.1. Přehled využívaných základkových materiálů typu I...................................................................... 65 4.4.1.1. Ostravsko – karvinská oblast .............................................................................................. 65 4.4.1.2. Žacléřská oblast.................................................................................................................. 65 4.4.1.3. Rosicko – oslavanská oblast............................................................................................... 65 4.4.1.4. Kladensko-rakovnická oblast............................................................................................... 65 4.4.2. Přehled základkových materiálů typu II. – rudné revíry ................................................................. 66 4.4.2.1. Zlatohorský revír ................................................................................................................. 66 4.4.3.2. Uranové doly Dolní Rožínka ............................................................................................... 66 4.4.3. Základkové materiály typu III. ........................................................................................................ 66 4.4.4. Základkové materiály typu IV......................................................................................................... 66 4.4.5. Hodnocení vhodnosti a použitelnosti jednotlivých skupin základkových materiálů ........................ 66 4.4.5.1. Skupina I ............................................................................................................................. 66 4.4.5.2. Skupina hornin II. – Horninový materiál pro likvidaci děl rudných dolů................................ 69 4.4.5.3. Skupina III ........................................................................................................................... 70 4.4.5.4. Skupina IV........................................................................................................................... 72 4.4.6. Závěr ............................................................................................................................................. 72 4.5. Laboratorní výzkum agresivního prostředí kontaminovaných důlních vod na betony a zásypové materiály................................................................................................................................................ 73 4.5.1. Úvod .............................................................................................................................................. 73 4.5.2. Vliv agresivního prostředí na kompozitní materiály........................................................................ 73 4.5.3. Hodnocení vhodnosti a použitelnosti kompozitních materiálů........................................................ 73 4.5.3.1. Cementy třídy 32,5.............................................................................................................. 73 4.5.3.2. Betony s cementovými tmely............................................................................................... 74 4.5.3.3. Popílko-cementové směsi ................................................................................................... 74 4.5.3.4. Fluidní popílky..................................................................................................................... 75 4.5. Závěr .................................................................................................................................................... 76 4.6. Posouzení opatření k zamezení výbuchu při zasypávání plynujících jam ..................................... 76 4
Obsah 4.6.1. Úvod .............................................................................................................................................. 76 4.6.2. Srovnání české a německé báňské legislativy............................................................................... 77 4.6.3. Opatření při zvýšeném nebezpečí výbuchu třaskavých směsí ...................................................... 78 4.6.4. Návrhy na úpravu stávající legislativy............................................................................................ 78 4.6.4.1. Přípravná fáze – projekt likvidace ....................................................................................... 78 4.6.4.2. Rozhodovací fáze – pasport likvidace v projektu likvidace.................................................. 79 4.6.4.3. Taktická opatření v průběhu zasypávání............................................................................. 79 4.6.5. Závěr ............................................................................................................................................. 81 4.7. Využití štětové báze pro dodatečnou likvidaci zatopených jam podle instrukcí Velké Británie .. 81 4.7.1. Úvod .............................................................................................................................................. 81 4.7.2. Popis a konstrukce štětové fáze .................................................................................................... 82 4.7.2.1. Báze na nejhlubším patře jámy je tvořena: ......................................................................... 82 4.7.2.2. Patrová báze vyšších pater................................................................................................. 84 4.7.3. Technologie sypání........................................................................................................................ 85 4.7.4. Opatření na ohlubni likvidované jámy............................................................................................ 86 4.8. Zásady navrhování ohlubňových povalů.......................................................................................... 86 4.8.1. Úvod .............................................................................................................................................. 86 4.1.2. Srovnání českých předpisů s předpisy SRN, GB a Polska. ........................................................... 86 4.8.3. Doporučení pro doplnění české vyhlášky č. 52/1997 Sb., v platném znění ................................... 88 4.8.4. Metodický návod pro posuzování UOP.......................................................................................... 88 4.8.4.1. Stanovení rozměrů UOP.................................................................................................. 88 4.8.4.1.1. Nejmenší rozměry UOP ...................................................................................... 88 4.8.4.1.2. Tloušťka UOP ..................................................................................................... 89 4.8.4.1.3. Materiál UOP ...................................................................................................... 89 4.8.4.1.4. Předepsané zatížení UOP .................................................................................. 89 4.8.5. Založení UOP ................................................................................................................................ 90 4.8.6. Náležitosti UOP ............................................................................................................................. 90 4.8.7. Vyjímky .......................................................................................................................................... 91 4.8.8. Podúrovňové UOP......................................................................................................................... 91 4.8.9. Konstrukce UOP............................................................................................................................ 92 4.8.10. Zásady navrhování UOP na ústí jam se zátkou........................................................................... 92 4.8.11. Související právní pokyny ............................................................................................................ 92 4.9. Metodický návod pro dimenzování uzavíracích ohlubňových povalů ........................................... 95 4.9.1. Základní doporučení...................................................................................................................... 95 4.9.2. Doporučení pro případné doplnění vyhlášky ČBÚ 52/1997 ........................................................... 98
5. Etapa 4: Zpracování podmínek pro použití nezpevněného zásypového materiálu při likvidaci hlavního důlního díla s návazností na zajištění stability jámy a jejího okolí pro hlubinné plynující a neplynující doly, hlubinné rudné a nerudné doly a dodatečnou likvidaci zatopených jam. .............................................................................................................................99 5.1. Použití nezpevněného zásypového materiálu při likvidaci hlavního důlního díla s návazností na zajištění stability jámy a jejího okolí pro hlubinné plynující a neplynující doly, hlubinné rudné a nerudné doly a dodatečnou likvidaci zatopených jam. .................................................................. 99 5.1.2. Rozbor mimořádných událostí, ke kterým došlo při likvidaci (nebo důsledkem nesprávně provedené likvidace) HDD....................................................................................................................... 99 5.1.3. Kategorizace hlavních důlních děl ústících na povrch ................................................................. 100 5.1.4. Další kritéria ovlivňující způsob likvidace HDD nezpevněným materiálem .................................. 102 5.1.4.1. Základková výplň HDD...................................................................................................... 102 5.1.4.2. Kvalita horninového prostředí příslušného HDD ............................................................... 102 5.1.4.4. Kvalita důlního prostředí ................................................................................................... 103 5.1.4.5. Třída dolu podle plynodajnosti .......................................................................................... 103 5.1.4.6. Ostatní kritéria................................................................................................................... 103 5.1.5. Hrázové objekty........................................................................................................................... 103 5
Obsah 5.2. Zvláštnosti likvidace zatopených jam nezpevněným zásypovým materiálem............................. 104 5.2.1. Zásady likvidace zatopeného HDD nezpevněným zásypovým materiálem ................................. 104 5.2.3. Program pro posouzení možnosti použití nezpevněného zásypového materiálu při likvidaci HDD .............................................................................................................................................................. 105 5.2.4. Závěr ........................................................................................................................................... 107 5.3. Metodické pokyny pro likvidaci zatopených jam pomocí štětové báze ....................................... 107 5.3.1. Úvod ............................................................................................................................................ 107 5.3.2. Popis a konstrukce štětové fáze .................................................................................................. 108 5.3.3. Technologie sypání...................................................................................................................... 108 5.3.4. Opatření na ohlubni likvidované jámy.......................................................................................... 109
6. Etapa 5 : Zpracování návrhů na úpravu a doplnění vyhlášky č. 52/1997 Sb., a přílohy č. 6 vyhlášky č. 104/1988 Sb., ve znění pozdějších předpisů. .........................................................110 6.1. Úvod................................................................................................................................................... 110 6.2. Projekt likvidace HDD. ...................................................................................................................... 110 6.2.1 Z hlediska požadavků na spolehlivost stability zásypu ................................................................. 111 6.2.2. Z hlediska stability jámy likvidované nezpevněným zásypovým materiálem............................. 111 6.2.3. Projekt likvidace HDD zatopeného vodou.................................................................................... 111 6.3. Srovnání českých předpisů s předpisy SRN, GB a Polska pro navrhování uzavíracích ohlubňových povalů........................................................................................................................... 112 6.4. Doporučení pro doplnění vyhlášky č. 52/1997 Sb., ve znění pozdějších předpisů ..................... 113 6.4.1. Návrh na doplnění ve vztahu k obsahu projektu likvidace jámy nezpevněným materiálem......... 114 6.4.2. Návrh na doplnění z hlediska hodnocení vlivu použití nesoudržného materiálu......................... 114 6.4.3. Návrh na doplnění ve vztahu konstrukce uzavíracích ohlubňových povalů ................................. 115 6.5. Doporučení pro úpravu znění přílohy č. 6 vyhlášky č. 104/1988 Sb., o hospodárném využívání výhradních ložisek, o povolování a ohlašování hornické činnosti a ohlašování činnosti prováděné hornickým způsobem, v platném znění......................................................................... 116
6
Úvod
1. Úvod Výzkumný projekt Českého báňského úřadu č. 36-05 „Možnosti likvidace hlavních důlních děl nezpevněným zásypovým materiálem“ byl vypracován na základě smlouvy na provedení a financování veřejné zakázky, vyhlášené na řešení projektu programu výzkumu a vývoje Českého báňského úřadu. Uvedená smlouva byla uzavřena dne 9. března 2005 mezi zástupcem poskytovatele p. prof. JUDr. Ing. Romanem Makariem, CSc., předsedou ČBÚ a zástupcem příjemce, p. prof. Ing. Tomášem Čermákem, CSc., rektorem VŠB-TUO. Na základě citované smlouvy bylo zadáním předmětného projektu: 1. Vypracování databáze všech hlavních důlních děl (dále jen HDD) v rozsahu § 2, písm. d) vyhlášky č. 52/1997 Sb., ve znění pozdějších předpisů, likvidovaných nezpevněným zásypovým materiálem a zatopených jam, zahrnující: − charakter hornin, ve kterých byla HDD vyhloubena, vliv důlních vod a nakládání s nimi, stanovení opatření k zajištění bezpečnosti z hlediska stability HDD a jejího okolí. 2. Zpracování analýzy jednotlivých opatření, stanovených v povolení OBÚ pro likvidaci HDD nezpevněným zásypovým materiálem, s uvedením, k jakému účelu HDD bylo určeno. 3. Na základě provedené analýzy bylo našim úkolem zpracovat podmínky: a) pro možnost použití nezpevněného zásypového materiálu při zajištění stability jámy a jejího okolí pro: − hlubinné plynující a neplynující uhelné doly, − hlubinné rudné a nerudné doly, b) dodatečnou likvidaci zatopených jam. 4. Zpracovat návrhy na úpravu a doplnění vyhlášky č. 52/1997 Sb., ve znění pozdějších předpisů, a přílohy č. 6 vyhlášky č. 104/1988 Sb., ve znění pozdějších předpisů. Původní znění smlouvy bylo později, dne 28.11.2005, novelizováno Dodatkem č. 1. ke smlouvě projektu č. 36-2005, podle něhož bylo zadání projektu realizováno v etapách a termínech podle tabulky 1.1. Tab. 1.1.: Etapy a termíny řešení projektu ČBÚ č. 36-05 Číslo etapy 1
2
3
Název etapy Vypracování databáze všech hlavních důlních děl v rozsahu §2, písm. d) vyhlášky č. 52/1977 Sb., ve znění pozdějších předpisů, likvidovaných nezpevněným zásypovým materiálem a zatopených jam. Zpracování analýzy jednotlivých opatření stanovených v povolení obvodních báňských úřadů pro likvidaci hlavního důlního díla nezpevněným zásypovým materiálem, včetně vybraných projektů řešících zásyp hlavních důlních děl nezpevněným materiálem. Zpracování statické analýzy řešící stabilitu nezpevněné zakládky v jámách uhelných a rudných dolů, stabilitu jam vyplněných nezpevněnou zásypovým materiálem v závislosti na druhu horniny,
Období řešení zahájení řešení: červenec 2005 až březen 2006 srpen 2005 až červen 2006 září 2005 až září 2006 7
Úvod
4
5
ve kterých byla jáma vyhloubena, stabilitu patrových hrázových objektů zamezujících vytečení nezpevněného, případně zvodnělého zásypového materiálu do důlních děl v okolí jámy. Zpracování podmínek pro použití nezpevněného zásypového materiálu při likvidaci hlavního důlního díla s návazností na zajištění stability jámy a jejího okolí pro hlubinné plynující a neplynující doly, hlubinné rudné a nerudné doly a dodatečnou likvidaci zatopených jam. Zpracování návrhů na úpravu a doplnění vyhlášky č. 52/1997 Sb., ve znění pozdějších předpisů, a přílohy č. 6 vyhlášky č. 104/1988 Sb., ve znění pozdějších předpisů.
červenec 2006 až prosinec 2006
říjen 2006 až březen 2007
Práce na tomto projektu nejsou výhradním dílem autorského kolektivu FAST VŠB TUO, ale výsledkem smluvní spolupráce s a.s. Eurogas, uzavřené na základě smlouvy o dílo mezi VŠB TU Ostrava jako objednatelem a Eurogas, a.s., jako zhotovitelem, ze dne 15.11.2005. Program řešeného projektu byl sestaven tak, aby výsledkem řešení byly tyto realizační výstupy: §
návrh na úpravu a doplnění vyhlášky ČBÚ č. 52/1997 Sb., o zajištění bezpečnosti ochrany zdraví při práci a bezpečnosti provozu při likvidaci hlavních důlních děl, v platném znění,
§
návrh na úpravu přílohy č.6 vyhlášky ČBÚ č. 104/1988 Sb., o hospodárném využívání výhradních ložisek, o povolování a ohlašování hornické činnosti a ohlašování činnosti prováděné hornickým způsobem, v platném znění,
§
návrh podmínek ( opatření ) pro likvidaci hlavního důlního díla nezpevněným zásypovým materiálem a dodatečné likvidace zatopených jam,
§
zpracování metodických pokynů pro sanaci zatopených jam.
8
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 2: „Etapa č. 1“
2. Etapa 1.: Vypracování databáze všech hlavních důlních děl v rozsahu § 2, písm. d) vyhlášky č. 52/1977 Sb., ve znění pozdějších předpisů, likvidovaných nezpevněným zásypovým materiálem a zatopených jam. 2.1. Úvod Řešení prvé etapy bylo zaměřeno na získání a následné zpracování souhrnného katalogu hlavních důlních děl ústících na povrch, nacházejících se na území ČR, která byla likvidovaná nezpevněným zásypovým materiálem, případně zatopená. Katalog obsahuje údaje, která byla možno zjistit z oficiálních i neoficiálních zdrojů a zahrnuje: •
charakter hornin ve kterých byla hlavní důlní díla vyhloubena,
•
druh dobývaného nerostu a jeho vliv na důlní vody,
•
nakládání s důlními vodami,
•
k jakému účelu dílo bylo určeno,
•
charakteristika hornin ve kterých bylo dílo vyhloubeno,
•
nakládání s důlními vodami.
Do katalogu byla pojata hlavní důlní díla (dále jen HDD) z těchto revírů: 1. Ostravsko-karvinský revír (OKR), v členění; 1.1 Ostravská dílčí pánev; 1.2 Petřvaldská dílčí pánev; 1.3 Karvinská dílčí pánev. 2. Rosicko-oslavanský revír; 3. Kladensko-rakovnický revír; 4. Žacléřsko-svatoňovický revír; 5. Západočeský revír; 6. Severočeský hnědouhelný revír; 7. Sokolovský hnědouhelný revír; 8. Jihomoravský lignitový revír; 9. Revíry radioaktivních surovin v oblastním členění bývalých okresů (oblastí): Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø
Česká Lípa; Havlíčkův Brod; Cheb; Jindřichův Hradec; Liberec; Písek; Příbram; Tachov; Žďár nad Sázavou.
10. Revíry polymetalických a monometalických rud, v územním členění (bývalých) okresů (oblastí): Ø Bruntál; 9
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 2: „Etapa č. 1“ Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø
Horní Benešov; Havlíčkův Brod; Chrudim; Jeseník; Kutná Hora; Příbram; Strakonice; Sokolov; Semily; Tachov; Teplice.
11. Dříve nejmenované ostatní nerosty, obsahující dostupné údaje z likvidovaných HDD z níže uvedených oblastí: Ø Děčín; Ø Chomutov; Ø Liberec; Ø Prostějov; Ø Rakovník; Ø Teplice. Do katalogu však nebyla zahrnuta stará důlní díla malých hnědouhelných a lignitových revírů (Žitavský – Hrádek nad Nisou, Českobudějovicko-třeboňský, Jihočeský, Uhelná ve Slezsku, aj.), ze kterých nabylo možno získat požadované údaje o likvidovaných hlavních důlních dílech. Katalog si také neklade ani nároky na úplnost, protože mnohé databáze likvidovaných revírů již byly skartovány a jiné jsou již v soukromých, nedostupných sbírkách a získávají se jen postupně a s obtížemi. Největší deficit údajů pociťujeme zejména u revírů východo a západočeského, severočeského a sokolovsko-chebského.
2.2. Údaje o HDD, sledované v katalogu Původním záměrem řešitelů bylo zpracovat pro každé hlavní důlní dílo (dále HDD) samostatný katalogový list se všemi dostupnými údají o likvidovaném díle. Postupem prací jsme však zjistili, že při předpokládaném počtu cca 10 000 likvidovaných HDD, nacházejících se na území ČR, by neúnosně vzrostl potřebný rozsah katalogu. Navíc, databáze likvidovaných HDD bývají natolik chudé na potřebné informace (někdy se omezující jen na souřadnice díla, a v mnoha případech nejsou známy ani souřadnice, ale jen přibližná poloha díla), takže bylo nutné se omezit na tabulkové uspořádání databáze. Zpracovaný katalog má rozsah 119 stran formátu A3 a je uložen jak u řešitele, tak u zadavatele. V rámci tabulek souhrnného katalogu bylo u každého HDD sledováno: inventární číslo díla; sídlo OBÚ, do jehož působnosti likvidované dílo přísluší; název HDD, jeho typ a důlní pole, do něhož přísluší; dobyvatelnost; souřadnice díla; parametry důlního díla (jeho délka, hloubka, tvar, profil, průřez, druh výztuže); lokalita (katastrální území); v jakých je raženo horninách (v OKD s údaji mocnosti pokryvu a délky vyhloubené části v karbonu); roku výstavby/likvidace/sanace; způsob provedení likvidace/sanace, údaje o ukládání s důlními vodami; informace o tom, zda bylo území v ústí jámy staticky zajištěno; údaje o kategorii (stupni) statického zajištění ústí; údaje o kategorii nebezpečí možného výstupu CH4 u plynujících dolů; údaj, zda je H4 odváděn; inventární číslo HDD v paralelním katalogu zpracovaném jinou organizací; údaj o zařazení do katalogu kompletů; datum vydání příslušného povolení k likvidaci ze strany OBÚ; kategorie HDD; a poznámka (např. s údajem horní úrovně karbonu, druhu zásypu a jeho horní úrovně aj.). U rudných a nerudných revírů tabulky obsahují menší počet údajů, a po údaji „raženo/hloubeno v horninách“ se uvádějí jen údaje: způsob sanace/materiál zásypu/typ uzávěru na ohlubně; a stanovení bezpečnostních opatření/ a povolení OBÚ k provedení sanace. To proto, že dostupné zdroje další údaje neobsahují. 10
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 2: „Etapa č. 1“ Jak však již bylo uvedeno, zdaleka se u většiny HDD nepodařilo zjistit všechny výše uvedené údaje. Katalog je však zpracován i v elektronické podobě, takže nebude činit potíže chybějící údaje doplnit, pokud se podaří zjistit další zdroje údajů.
2.3. Symbolika označování HDD Všeobecně jsou HDD označována:
- vertikální písmenem J (jámy) a - horizontální písmenem Š (štoly).
V OKR, kde se podařilo získat o důlních dílech podrobnější informace, jsou symboly J a Š blíže upřesňovány podle níže uvedené symboliky. a) Důlní jámy nacházející se v ostravské dílčí pánvi (ODP) J1 – zaniklé jámy s možností výstupu důlních plynů na povrch; J2 - utlumené jámy; J3 – kutací, průzkumné a štolní jámy v dobývacích prostorech Slezská Ostrava I, Slezská Ostrava III a Vítkovice; J4 – kutací a štolní jámy v dobývacích prostorech Heřmanice a Michálkovice; J5A – kutací a štolní jámy v dobývacím prostoru Přívoz; J5B – kutací a štolní jámy v dobývacích prostorech Petřkovice, Mariánské Hory a Svinov; J6 – průzkumné a štolní jámy v k.ú. Petřkovice v dobývacích prostorech Přívoz, Petřkovice a Mariánské Hory, b) Důlní štoly v Ostravské dílčí pánvi: Š1 – štoly v dobývacích prostorech Slezská Ostrava I, Slezská Ostrava II a Michálkovice, Š2 – štoly v dobývacích prostorech Přívoz a Petřkovice. c) Důlní jámy v Petřvaldské dílčí pánvi (PDP): JP1 – důlní jámy v dobývacích prostorech Petřvald I, Poruba a Radvanice, JP2 – důlní jámy v dobývacím prostoru Petřvald II. d) Důlní jámy v Karvinské dílčí pánvi (KDP): JK1A – staré důlní jámy v dobývacím prostoru Karviná Doly I; JK1B – staré důlní jámy v dobývacím prostoru Karviná Doly I, číslo 41 až 77; JK2A – staré důlní jámy v dobývacím prostoru Doubrava; JK2B – staré důlní jámy v dobývacích prostorech Lazy, Dolní Suchá, Karviná Doly II a Stonava.
2.4. Symbolika označování HDD podle nebezpečí výstupu CH4 Jámy plynujících dolů jsou v katalogu označovány třemi kategoriemi nebezpečí: ohrožené výstupem
značné nebezpečí výstupu CH4;
nebezpečné výstupem
střední nebezpečí výstupu CH4;
nahodilým výstupem
malé nebezpečí výstupu CH4; bez nebezpečí výstupu CH4.
2.5. Symbolika označení jam podle jejich původního účelu V tabulkách jsou používána tato označení původního účelu likvidovaných jam: těž.(t) – těžní; výd.(v) – výdušná; pom.(p) – pomocná; v.ú. – víceúčelová; nál.(a) – nálezná, kut.(k) – kutací; vt. – vtažná; vět. – větrná; vrt. – vrtná; neg. – negativní; pr. – průzkumná; fár. – fárací; b. – 11
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 2: „Etapa č. 1“ boční; sp. – spojovací; děd. – dědičná; vr. – vrchní; spd. – spodní úp. – úpadní, hl. – hlavní; d. – denní; neu. - neutrální; skip. – skipová; dopr. – dopravní; odv. – odvodňovací; otv. – otvírací.
2.6. Označení kategorie HDD Používaná označení kategorií HDD podle jejich úklonu: JV – jáma vertikální; JÚ – jáma úklonná; HD – horizontální dílo (štola); DDP – důlní dílo provozované (součást činného dolu, který má svého majitele); DDO – důlní dílo opuštěné (důl je mimo provoz, avšak má svého konkrétního majitele, nebo je znám jeho právní nástupce); DGP – opuštěné důlní geologické nebo průzkumné dílo, které nebylo předáno těžbě a je mimo provoz. Majitelem je zpravidla stát jako původní investor akce; SDD – staré (opuštěné důlní dílo, jehož původní provozovatel ani jeho právní nástupce není znám.
2.7. Symbolika označování materiálu jámové výztuže Stavební materiál výztuže jámy je označován těmito zkratkami: CZ - cihelné zdivo; T – tybinky; ZZJ – zděné zaústění jámy; BP – betonové panely; LB – litý beton; TV – tvárnice; OOB – ocelové oblouky; TO – torkret; BTV – betonové tvárnice; OR – ocelové rámy; OP – ocelové pažnice; OV – ocelové věnce; B – beton.
2.8. Symbolika označování tvaru jámového průřezu Tvar průřezu jámy je označován zkratkami: K – kruh; O – obdélník; S – soudek; TS – trojsoudek; ČT – čtverec; SG – segment; ZV – zvonek; PR – pravoúhelník.
2.9. Symbolika označování způsobu likvidace jámy: Výplň jámy je označována zkratkami: H – hlušina; +BP – betonový poval; Z – zasypání neznámým materiálem; HS – hrubá struska; OH – odvalová hlušina; KZ – kombinované zasypání; Za – zazdění; SO – stavební odpad; ČJ – dosud činná jáma; ZP – zaplavení popílkem; ZPL – zaplavení neznámým materiálem; P – zasypání nezpevněným suchým popílkem; ZM – zpevněný materiál (s hydraulicy účinným tmelem); ZV – zasypání výpěrky; ZP+H – zasypání popílkem a haldovinou. Poznámka: Pokud je v jámě vybudována zátka a je zasypán pouze prostor nad zátkou, je v legendě uvedeno: +Z – což značí, že je zasypána pouze část jámy, nacházející se nad zátkou
2.10. Závěr Katalog, který je uložen jak u řešitele, tak u zadavatele, představuje značně obsáhlou dokumentaci s dosud jedinečnou tématikou, vyznačující se mimořádně velkým objemem informací. Jedná se o nanejvýš potřebné dílo, které je první svého druhu pro celé území ČR. Dílo jako celek je odborně fundované a poskytuje objektivní doložené informace o této významné a rozsáhlé problematice. Opomenuta nejsou dosavadní ani potencionální nebezpečí a ekologická rizika, z titulu existence starých HDD. Závěrem lze soudit, že vypracovaná dokumentace katalogu likvidovaných HDD znamená velký přínos pro hodnocení velmi závažné problematiky ekologických zátěží posthornické krajiny“. 12
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 2: „Etapa č. 1“ S ohledem na nebezpečí ztráty potřebných údajů o likvidovaných HDD (geologické řezy, stavební dokumentace, technická dokumentace o způsobu provedení likvidace aj.) autoři této zprávy doporučují, vytvoření centrálního celostátního archivu likvidovaných HDD, do něhož by byla systematicky shromažďována veškerá dostupná dokumentace o likvidovaných dílech. (t. j. stavební, geologická a likvidační dokumentace). Deficit těchto informací o likvidovaných HDD, dojde-li v budoucnu k havárii těchto děl, značně zkomplikuje sanaci těchto havárií. Jelikož stará a opuštěná díla, jakož i novější HDD, uzavřená nekompetentním způsobem, představují akutní nebezpečí pro své okolí, považujeme za vhodné navrhnout, aby pokračovaly práce na shromažďování těchto údajů i nadále, protože každý rok zpoždění může znamenat nepředstavitelné ztráty možností, jak získat potřebné informace, protože s časem narůstá nebezpečí likvidace dosud existujících databází, nacházejících se v soukromých archivech. (Např. informace o HDD ve dvou revírech, uvedených v tomto katalogu, již byly výhradně čerpány ze soukromých zdrojů).
13
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05, kapitola 3: „ Etapa č. 2“
3.Etapa 2.: Zpracování analýzy jednotlivých opatření stanovených v povolení obvodních báňských úřadů pro likvidaci hlavního důlního díla nezpevněným zásypovým materiálem včetně vybraných projektů řešící zásyp hlavních důlních děl nezpevněným materiálem. Předmětem řešení druhé etapy bylo zpracování analýzy jednotlivých opatření stanovených OBÚ pro likvidaci hlavního důlního díla zásypem nezpevněným materiálem včetně vybraných projektů a Technických plánů likvidace s návazností na zajištění stability likvidovaného díla a jejího okolí a a ustanovení uvedených ve vyhlášce č. 52/1997 Sb., v platném znění. Současně s řešením druhé etapy byla zpracovaná rešerše báňských předpisů států Spolková republika Německo a Polsko, řešící likvidaci hlavních důlních děl zásypem nezpevněným zásypovým materiálem
3.1. Zpracování analýzy jednotlivých opatření stanovených v povoleních OBÚ pro likvidaci HDD nezpevněným zásypovým materiálem. Likvidace hlavních důlních děl je podle ustanovení § 2 písm. c) Zákona č. 61/1988 Sb., o hornické činnosti, výbušninách a o státní báňské správě, v platném znění, hornickou činností. Organizace provádějící likvidaci je podle § 32 odst. 4 Zákona 44/1988 Sb. o ochraně a využití nerostného bohatství (horní zákon), v platném znění, povinna v souladu s ustanovením § 10 odst. 6 Zákona č. 61/1988 Sb. v platném znění, vypracovat „Plán likvidace hlavního důlního díla“, který předkládá příslušnému Obvodnímu bánskému úřadu spolu s žádostí o povolení hornické činnosti. Rozsah dokumentace přiložené k „Žádosti o povolení hornické činnosti“, jehož součásti je „Plán likvidace hlavního důlního díla“, je stanoven § 6 a přílohou č. 6 vyhlášky ČBÚ č. 104/1988 Sb., o hospodárném využívání výhradních ložisek , o povolování a ohlašování hornické činnosti a ohlašování činnosti prováděné hornickým způsobem, v platném znění. Součásti „Plánu likvidace hlavního důlního díla“ je „Projekt technického způsobu likvidace“, jehož zpracování je stanoveno § 5 odst. 10 vyhlášky ČBÚ č. 52/1997 Sb., kterou se stanoví požadavky bezpečnosti a ochrany zdraví při práci a bezpečnosti provozu při likvidaci hlavních důlních děl, v platném znění. Likvidaci hlavního důlního díla povoluje na základě podané „Žádosti o povolení hornické činnosti“, podle § 10 odst. 6 Zákona č. 61/1988 Sb. v platném znění, příslušný obvodní báňský úřad a to vydáním Rozhodnutí s uvedením opatření související s likvidaci díla. K zpracování analýzy, byly dopisem požádány Obvodní báňské úřady o poskytnutí vydaných Rozhodnutí k povolení hornické činnosti – likvidace hlavních důlních děl likvidovaných nezpevněným, zásypem. Obvodními báňskými úřady bylo řešitelům zasláno 92 Rozhodnutí. Seznam zaslaných Rozhodnutí je obsahem závěrečné zprávy řešení II.etapy, která je uložena u řešitele. Z důvodů. že v zaslaných 92 Rozhodnutí Obvodních báňských úřadů k provedení likvidace hlavních důlních děl, jsou stanovena opatření související s likvidaci převzata z předložené dokumentace, bylo k provedení analýzy stanovených opatření vybraná Rozhodnutí, která povolují likvidaci 28 hlavních důlních děl. Seznam vybraných rozhodnutí je uveden v tabulce č.3.1. Seznam vybraných rozhodnutí OBÚ k provedení analýzy stanovených opatření. 14
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05, kapitola 3: „ Etapa č. 2“ K vybraným Rozhodnutím byly požádány příslušné Obvodní báňské úřady, případně organizace, které mají likvidovaná důlní díla ve své správě o poskytnutí další podkladové dokumentace související s likvidaci hlavních důlních děl, např. projekty likvidace hlavního důlního díla; Technické plány likvidace a Znalecké posudky. Tab. 3.1.: Seznam vybraných rozhodnutí OBÚ k provedení analýzy stanovených opatření. OBÚ Brno
Název HDD
Lokalita, katastrální území
Číslo Rozhodnutí (č.j.)
Den vydání
Jáma Kukla
Oslavany
08-6778/04
Nová jáma
Horní Město
08-1437/00-469-Kul
7.4.2000
Pomocná jáma
Zlaté Hory
08-8698/04 469-Kul
6.3.2000
Těžní jáma
Zlaté hory
08-8698/04 469-Kul
6.3.2000
Jáma Nejedlý IV
Hradečno
5503/97/469.1/Le/Vch
25.11.1997
Jáma Mayrau
Vinařice
5503/97/469.1/Le/Vch
25.11.1997
Jáma Robert
Vinařice
5503/97/469.1/Le/Vch
25.11.1997
Kübeck
Švermov
5503/97/469.1/Le/Vch
25.11.1997
Ronna
Švermov
5503/97/469.1/Le/Vch
25.11.1997
Jámy 1, 2, 3 a 13 dolu Hamr I
Stráž p. Ralskem
1854-02-Šk/00
8.12.2000
Jáma č.4 a 5 Dolu Křížany
Stráž p. Ralskem
2094-02-Šk/01
10.12.2001
Jáma č. 6 a 7 Dolu Lužice
Stráž p.Ralskem
2094-02-Šk/01
10.12.2001
Jáma č. 12 Brzkov
Dolní Rožínka
1702-02-Šk/98
25.1.1999
Jáma MR2 – Důl Kohinoor
Mar. Radčice
2967/99
24.9.1999
Jáma LB I - Důl Kohinoor
Mar. Radčice
4005/00 ing. Kouba
4.12.2000
Příbram
Jáma VK 11-24/0
Bytíz
2206-II-469-Mda/Jan-98
20.11.1998
Ostrava
Jáma Barbora
Karviná – Doly
7473/2004-469/Ing.Bt/Nb
3.12.2004
Jáma Gabriela
Karviná - Doly
6864/2004-511-Ing.Sk/Ml
11.10.2004
Jáma Jindřich III
Karviná - Doly
2858/1999-469-Ing.Bt/Ml
28.4.1999
Jáma Nová Bělá
Paskov
1298/2000-469-Ing.Te/Ml
29.3.2000
Jáma Karel
Karviná
803/2001-469-Ing.Bt/Ml
6.3.2001
Jáma Jakub 1 a Jakub 2
Slezská Ostrava
2483/2001-469-Ing.Bt/Ml
23.4.2001
Kladno
Liberec
Most
26.10.2004
Pro vyhodnocení - analýzu stanovených opatření, uvedených v jednotlivých vydaných Rozhodnutí povolující hornickou činnost – likvidaci hlavního důlního díla, byl proveden soupis základních údaji o likvidovaném díle, speciálně: – věcný popis hlavního důlního díla, – geologické poměry, – hydrogeologické poměry, – zpracovaná podkladová dokumentace k provedení likvidace díla, – stanovená opatření k provedení likvidace v podkladové dokumentaci, 15
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05, kapitola 3: „ Etapa č. 2“ – vydaná rozhodnutí a stanovená opatření – povolení k provedení likvidace díla, – závěr – zhodnocení. Přehled výše uvedených základních údajů o jednotlivých likvidovaných hlavních důlních dílech, ke kterým byla vydaná OBÚ Rozhodnutí k provedení likvidace, je uveden v závěrečné zprávě z řešení 2. etapy, která je uložena u řešitele projektu. Stručný přehled opatření stanovených k provedení likvidace je uveden v následující tabulce č. 3.2. Tab. 3.2. OBÚ
Název HDD a č.j. vydaného Rozhodnutí Zlaté Hory -Nová Jáma;
Brno
Stanovená opatření −
08-1437/00-469-Kul, ze dne 7.4.2000 Zlaté Hory - Těžní jáma a Pomocná jáma;
−
08-1005/00-469-Kul, ze dne 6.3.2000
−
Oslavany – Jáma Kukla;
−
−
č. j. 08-6778/04,ze dne 26. 10. 2004 −
Kladno
Liberec
Hradečno - Jáma Nejedlý IV; 5503/97/469.1/Leh/Vch 25.11.1997; Dodatek 1286/02/469.1/LEH/STŘ 11.4.2002;
−
Vinařice Jáma Mayrau a Robert; Švermov Jáma Kübeck a Ronna; 5503/97/469.1/Leh/Vch 25.11.1997. Dodatek2933/98/469.1/LEH/STŘ 10.7.1998 Dodatek – 1827/99/469.1/LEH/VCH 27.5.1999 Stáž pod Ralskem Jáma č. 1;2;3 a 13 Dolu Hamr 1;
−
1854-02/Šk/00; 8.12.2001 Dodatek – 1016-02-Šk/01 5. 6.2001
− − −
− −
− − − − − − −
Hornická činnost se povoluje v rozsahu uvedeném v dokumentaci „Plán likvidace hlavního důlního díla“, V souladu se znaleckým vyjádřením zajistit vypracování projektu pro betonové směsi použité k likvidaci. Hornická činnost pro hlavní důlní díla se povoluje v rozsahu uvedeném v dokumentaci „Plán likvidace hlavních důlních děl Pomocné jámy, Těžní jámy a Úvodní úpadnice, lokalita Zlaté Hory“. Zajistit vypracování zkoušek betonu z betonové výztuže předmětných jam s ohledem na agresivitu důlních vod v daných hlavních důlních dílech v rozsahu vyplývajícího ze znaleckého vyjádření. Likvidace hlavního důlního díla jámy Kukla na dané lokalitě se povoluje v rozsahu uvedeném v dokumentaci “Prováděcí projekt provozních prací akce Likvidace jámy Kukla ve zrušeném dobývacím prostoru Zbýšov, k. ú. Oslavany“ Pro zajištění dlouhodobé stability jámy a možnost bezpečného vyplnění volných prostor pod úrovní ohlubně bude v ústí jámy realizována v souladu s projektovou dokumentací betonová ohlubňová zátka v celkové délce 11 m. Při likvidaci výdušné jámy Ne IV bude postupováno podle technického projektu .likvidace jámy Ne IV, zpracovaného Báňskými projekty Ostrava, zakázkové číslo 96 D 023 z prosince 1996 a doplňku tohoto projektu , zakázka. č. 96 D 123, z června 1997. Pro zásyp volné prostory může být použit jen materiál, který vyhovuje podmínkám stanovených ve vyjádření Okresního úřadu v Kladně čj. ŽP 984/99-Ob, ze dne 4.3.1999 Při likvidaci jam Mayrau, Robert, Ronna a Kübeck bude postupováno podle „Technického způsobu likvidace hlavních důlních děl dolů Ronna Mayrau“, ze dne 4.8.1997 a 1. doplňku za dne 3. září 1997, zpracovaného firmou „Zamarski – Geomechanika“. Likvidace bude provedena podle „Plánu likvidace dolu Mayrau“ z března 1998 a „Plánu likvidace dolu Ronna“ z dubna 1998, které jsou nedílnou součástí tohoto rozhodnutí.
Likvidace jam musí být provedena v souladu s ověřenou dokumentaci: Technický způsob likvidace jámy č. 1 a 2 Dolu Hamr I, Technický způsob likvidace jámy č. 33 Dolu Hamr I, Technický způsob likvidace jámy č. 13 Dolu Hamr I s. p.DIAMO, mocnost izolační vrstvy bentonitu na jámě č.3 a č.10 musí být 10 m. opěrné hráze č. 3 a 4 na 3. patře jámy č. 1 a opěrné hráze č. 5 a 6 na 3. patře jámy č. 2 nebudou vytvořeny formou horninových barier, ale budou nahrazeny zpevněným zásypovým materiálem.
16
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05, kapitola 3: „ Etapa č. 2“ Stáž pod Ralskem - Jáma č. 4 a 5 - Dolu Křižany; Jáma č 6 a 7 Dolu Lužice Dolu Hamr 1; 2094-021-Šk/01; 10. 12. 2001 588-02-Šk/03; 7. 3. 2003
− − − − − −
Brzkov – Jáma č. 12;
Most
Ostrava
780-02.Šk/04; 26.2.2004
− − − − − −
Mariánské Radčice Důl Kohinoor – Jáma LB 1;
− −
č.j. 4005/00; 4. 12. 2000 Mariánské Radčice Důl Kohinoor- Jáma MR 1;
−
č.j. . 2967/99;24.9. 1999 dodatek č.j.1905/00;5.6.2000
−
Karviná-Doly - Jáma Barbora
−
7473/2004-469 /Ing.Bt /Nb; 3.12.2004
−
Karviná-Doly - Jáma Gabriela
−
6864/2004-511 Ing.Sk /Ml; 10. 11. 2004
− −
Ostrava
Likvidace jam musí být provedena v souladu s ověřenou dokumentací, která je přílohou tohoto rozhodnutí Realizační projekt „Likvidace jam č. 4 a 5 Dolu Křižany“ Realizační projekt „Likvidace jam č. 6 a 7 Dolu Lužice“ Realizační projekt „Uzavírací ohlubňový poval jam č. 4 a Křižany“ Realizační projekt „Uzavírací ohlubňový projekt jam č. 6 a 7 Lužice“. Hornická činnost musí být prováděná podle ověřené dokumentace “Plán likvidace hlavních důlních děl průzkumného důlního úseku Brzkov“ a jeho doplňků č. I a č. II. Pro likvidaci hlavních důlních děl s výjimkou nárazišť jámy č. 12 musí být použit netříděný zásypový materiál z odvalu Brzkov Likvidace náraziště na 3. a 5. patře jámy č. 12 musí být provedena zásypem z tříděného kameniva o frakci 63 – 125 mm,doplněného případně o ostrým štětový kámen do maximální velikosti 250 mm. Zásyp musí minimálně přesahovat výšku každého náraziště o čtyřnásobek největšího rozměru jámy a musí začít minimálně v hloubce jednonásobku největšího rozměru jámy pod úrovni počvy příslušného patra Musí být respektovány požadavky účastníků řízení a dotčených orgánů státní správy. Zajišťovací a likvidační práce budou provedeny v rozsahu předloženého plánu. Musí být dodržena opatření k zajištění bezpečnosti z hlediska stability jámy včetně sloupce zásypového materiálu a okolí jámy a to minimálně v rozsahu doporučení v bodech 1. až 12 znaleckého báňského posudku Ing. Vrbíčka z listopadu 1999. Technologický postup pro likvidaci této jámy musí obsahovat opatření z bodu 1. V rozhodnutí je uvedeno, že hornická činnost musí být prováděná za podmínek uvedených v plánu likvidace schváleném závodním dolu dne 6.9.2004 a závěru znaleckého posudku. Zásyp musí být prováděn kontinuálně při koncentraci metanu max. do 1% za dodržení ustanovení § 15 vyhlášky 52/1997 Sb., ve znění vyhlášky ČBÚ 32/2000 Sb. Likvidace jámy TJ č. 2 v dobývacím prostoru Karviná – Doly II nezpevněným zásypovým materiálem se povoluje v rozsahu podání organizace zn.HIP/OMGPV- Ja/806/04, ze dne 31.8.2004. Zásyp jámy musí být prováděn kontinuálně při koncentraci metanu maximálně 1 % a za dodržení ustanovení § 15 Vyhlášky č. 52/1997 Sb. ve znění vyhlášky č. 32/2000 Sb. Zasyp musí být prováděn jen v době příznivého barometrického tlaku a musí být přerušen při poklesu o 5 hPa v intervalu, který stanoví závodní dolu.
Karviná - Jáma Jindřich III.
−
č.j. 2858/97; 30.5.1997 Dodatek - ¨ 2087/99; 28.4.1999 Dodatek 4324/1999 – 469/Ing.Bt/An 13. 8. 1999 Karviná - Jáma Karel.
V plném rozsahu musí být dodržovaná opatření stanovená projektem, vyhláškou ČBÚ č. 52/1997 Sb., ze dne 25. 2. 1997, rozhodnutím OBÚ v Ostravě č.j. 2858/97, ze dne 30.5.1997 a rozhodnutím OBÚ v Ostravě č.j. 2087/1999, ze dne 28. 4.1999.
−
Musí být dodrženy podmínky ze závěru znaleckého posudku Ing. Jaroslava Leciána a znaleckého posudku DPB Paskov, a.s, tj. musí být zajištěna možnost řízeného odvedení důlních vod z prostorů kontaktu zpevněného a nezpevněného zásypu jámy nad 8., 9. a 10. patrem z jámového stvolu Karel do dosud činných důlních děl lokality Jan-Karel. Organizace předloží OBÚ v Ostravě způsob řešení odvodňování zásypu přes uzavírací hráze z úrovně nad 8., 9. a 10. patrem, a to do doby zahájení zásypu. Tento způsob musí být odsouhlasen OBÚ v Ostravě nejméně jeden měsíc před zahájením zásypu jámy a musí obsahovat opatření umožňující zjištění tlakových poměrů před uzavíracími hrázemi a opatření v souvislosti s případným vzedmutím hladiny důlních vod v jámě a navazujících dílech.
803/2001-469-Ing.Bt/Ml, ze dne 6. 3. 2001 −
17
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05, kapitola 3: „ Etapa č. 2“ Paskov - Jáma Nová Bělá
−
čj. 1298/2000-469-Ing.Te/ Ml; ze dne 29. 3. 2000,
− −
Slezská Ostrava - Jáma Jakub 1 a Jakub 2
−
Musí být dodrženy podmínky ze závěrů znaleckého posudku prof. Ing. Josefy Aldorfa, DrSc., k problematice likvidace mimořádné události na jámě Jakub ze dne 19. 3. 2001 a to: maximální zrnitost zásypového materiálu do 20 mm a obsah jílovců do 10 % v zásypové směsi, musí být dodržena kontrola zasypaného objemu a vykazované spotřeby materiálu, při zjištění rozdílu musí být provedeno plavení tekuté popílkocementové směsi (CPS 5) na sypký zásyp do výšky 1 m nad jeho úroveň.
−
Jáma bude zasypaná nezpevněným hlušinovým materiálem z odvalů o kusovitosti 0 – 125 mm. Zasypání jámy nad kótu -50 m pod mořem smí být provedeno až po nastoupání hladiny při zatápění ložiska na kótu 450 m n.m.
2483/2001-469-Ing.Bt/Ml ze dne 23.4.2001
Příbram
Bytíz - Větrací komín VK 11-24/0 4010/209/98, 22.7. 1998 Dodatek – 4010/255/98; 22. 8. 1998
Jáma Nová Bělá musí být likvidovaná jejím zasypáním materiálem a způsobem určeným projektem likvidace jámy Nová Bělá ze dne 30.7.1999, včetně dodatku č. 2 a 3 k tomuto prováděcímu projektu. V úrovni 4. patra bude vybudovaná jámová zátka podle dokumentace s dodržením technologických přestávek v délce 28 dnů mezi realizaci jednotlivých vrstev této zátky. Zasypání jámy Nová Bělá nezpevněným materiálem bude použito kamenivo drcených výpěrků z úpravny o zrnitosti 0 – 15 mm s maximální velikosti 20 mm s odkloněním a usměrněním proudu zásypového materiálu do východní části jámového průřezu.
−
Provedenou analýzou předmětných Rozhodnutí a vydaných opatření Obvodními báňskými úřady k provedení likvidace hlavních důlních děl zasypáním nezpevněným materiálem, včetně podkladové dokumentace, bylo zjištěno, že v převážné většině stanovených opatřeních je uvedeno, že likvidace hlavních důlních děl musí být provedena v souladu s vypracovanou dokumentací, případně opatření vybraná z projektů likvidace nebo ze znaleckých posudků vztahující se k předmětnému likvidovanému dílu. Vzhledem k tomu, že není legislativně určen obsah ani rozsah stanovených opatření, uvedených v Rozhodnutí OBÚ povolující hornickou činnost – likvidaci hlavních důlních děl, jsou tato opatření OBÚ v souladu s platnou legislativou. Z uvedeného důvodu bylo stanoveno zpracovat pro potřeby OBÚ v rámci řešení předmětného projektu návrh interního aktu, kterým se stanoví postup při povolování likvidace hlavního důlního díla nezpevněným materiálem. Předmětný interní akt byl zpracován ve formě „Program pro posouzení možnosti použití nezpevněného zásypového materiálu při likvidaci HDD“, který je rozveden v kapitole 6.2.7 této závěrečné zprávy.
3.2. Rešerše báňských předpisů států Spolková republika Německo a Polsko, řešící likvidaci hlavních důlních děl zásypem nezpevněným zásypovým materiálem 3.2.1. Úvod K uzavírání dolů z ekonomických, těžebních nebo bezpečnostních důvodů docházelo po celou dobu existence hornictví. Nikdy však k němu nedocházelo v tak masovém měřítku, jako po r. 1990, kdy byly během jednoho desetiletí zlikvidovány celé revíry (Kladensko-rakovnický, Rosicko-oslavanský, Žacléřskosvatoňovický, Západočeský aj.), nebo alespoň části revírů (Jihomoravský lignitový, Ostravská a petřvaldská dílčí pánev). Také české rudné hornictví a podstatná část uranového hornictví se v tomto období již stala minulostí. Obdobný masový útlum hornictví také postihl západoevropské země s rozvinutým hornictvím (jakými jsou Velká Británie, SRN, Francie, Belgie a částečně i Španělsko), a to se značným předstihem několika desítek let, takže státní báňská správa těchto zemí musela reagovat na požadavky bezpečnosti likvidačních prací. Např. v SRN v letech 1979, kdy nejvýznamnější vrchní zemský báňský úřad spolkové země NordrheinWestfalen vydal „Richtlinien des Landesoberbergamtes Nordrhein-Westfalen für das Verfüllen und Abdecken 18
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05, kapitola 3: „ Etapa č. 2“ von Tagesschächten vom 5.11.1979“ (které byly později novelizovány zněním ze dne 14.3.1983); a ve Velké Británii roku 1982, kdy ational Coal Board vydal instrukce „The Treatment of Disused Mine Shafts and Adits“. Je proto samozřejmé, že po roce 1990 reagoval na nově vzniklou situaci reagoval i Český báňský úřad, když jeho tehdejší místopředseda p. doc. JUDr. Ing. Roman Makarius, CSc., objednal u prof.ing. J. Cigánka, CSc. – po jeho návratu z dlouhodobého přednáškového pobytu na École de Mine v Belgii – studii o pokrokových a bezpečných způsobech likvidace hlavních důlních děl ústících na povrch tak, jak se provádějí v západních zemích s rozvinutým hornictvím. Zásadním zdrojem pro zpracování této studie byly kromě dborné literatury a vlastních návštěv likvidovaných revírů a dolů především obě výše citované směrnice. Zejména to však byla směrnice německá pro příbuznost poměrů v německých dolech (tak např. těžní zařízení v britských dolech nepoužívají v jámách pevné rozpony nesoucí průvodnice, ale lanová vedení, což významně usnadňuje zasypávání jam základkou, i modifikuje předpisy po likvidaci). V úvodu této kapitoly je nutné ještě zdůraznit, že SRN je spolkovou zemí, v níž jednotlivé země (pokud se m.j. věnují také hornictví) mohou mít své vlastní, nezávislé vrchní báňské úřady s odlišnými předpisy (např. Sachsen, Saarland und das Land Rheinland – Pfalz, Landkreis Goslar, Oberbergamt Bonn aj.). V oblasti likvidace dolů je však dle našeho názoru nejvýznamnější již citovaný Landesoberbergamt Nordrhein-Westfalen (dále jen NR-W, jehož předpisy pro likvidaci dolů ostatní úřady přebírají prakticky beze změn). Proto jsme také při zpracování tohoto projektu věnovali výhradně předpisům tohoto vrchního zemského báňského úřadu zvýšenou pozornost. Původní znění předpisů SRN a Polska, jsme uvedli ve II.etapě řešeného projektu, v dílčí zprávě č. 3 za 1.kvartál r. 2006, a to v jejich originálním znění, i v českém překladu.
3.2.2. Směrnice spolkové země NR-W a Polska pro likvidaci dolů nezpevněným zásypem Současně se zahájením prací na tomto dílčím úkolu jsme se obrátili písemně s žádostí na tři nejvýznamnější báňské úřady (Freiberg, Bochum a Klausthall) s žádostí o zaslání aktuální verze těchto směrnic. Naše žádost však nebyla vyřízena přímo báňským úřadem, ale byla postoupena okresnímu vládnímu úřadu („Arnsberg Bezirksregierung Arnsberg, Abteilung 8 Bergbau und Energie in NRW“), který nám s průvodním dopisem č.j. 82.91.53-2006 zaslal se značným zpožděním aktuální znění předpisu ke dni 21.2.2006. Protože jde o ávažný materiál, obsahující řadu dodatků a který nám byl doručen až po zpracování zprávy za 1.kvartál r. 2006, považovali jsme za nutné v rámci prací 2.kvartálu 2006 uvést v originální podobě i tuto nejnovější verzi (viz dílčí zpráva č.4 II. Etapy projektu za 2.kvartál r. 2006). Výše uvedená směrnice obsahuje 10 kapitol a přílohy s tímto obsahem: 1. Právní podklady a rozsah použití; 2. Stanovení pojmů; 3. Přípravná zjištění a opatření (vodní přítoky, odplynění, ostatní opatření a zabezpečení aj.); 4. Výplň (požadavky, utěsnění výplňového sloupce aj.); 5. Vložení výplňového sloupce do jámy (doprava, větrání, preventivní opatření, zamezení vzniku volné vodní hladiny, plynulé zasypávání, metanové nebezpečí, utěsnění přístupů do jámy na ohlubni aj.); 6. Kontrola průběhu zasypávání a sledování zásypové jámy po zakrytí (kontrola základky, kontrola průběhu naplňování, únik metanu, zajištění povrchového otvoru); 7. Zabezpečení povrchu dolu (zakrytí jámy, konstrukce povalu, označení a kontroly zasypané jámy); 19
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05, kapitola 3: „ Etapa č. 2“ 8. Metodika zpracování provozního plánu (specifické provozní plány pro zasypávání a zakrytí likvidované jámy); 9. Hlášení OBÚ (zvláštní oznámení a hlášení po ukončení zasypávání a po zakrytí povalem odesílaná báňskému úřadu); 10. Závěrečná zpráva báňskému úřadu (obsah zprávy). Příloha: Vzor tiskopisu pro zaznamenávání průběhu likvidace HDD. 3.2.2.1. Komentář k německým předpisům Německé předpisy se nijak významně neliší od znění české vyhlášky 52/97 Sb. v platném znění. Přesto lze zaznamenat některé odlišnosti, které budou níže komentovány podle jednotlivých hesel. Hraniční sklon HDD, na něž se vztahuje platnost směrnic, je 200<. Hraniční sklon jam je 600<. Přítoky vod do jámy se musí zjistit jak co do množství, tak co do místa přítoku a stupně agresivity. Tomu musejí odpovídat použité stavební materiály. Hrázové objekty (3.3.1), zamezující vytečení náplně jámy do přilehlých důlních děl, mají být projektovány s dvojnásobnou bezpečností na zatížení vodním sloupcem až k povrchu a také výplně jámy, nacházející se pod ztlakem (tj. které jsou nasyceny vodním sloupcem). V dalším textu budou uváděny a komentovány vybrané odlišnosti českých a německých předpisů. Citace článku (3.3.1) německých směrnic: „Síla [F] v /kN/, která působí na průřez [Q] přístupu do jámy, udávaný v /m2/ se vypočte ze součinitele bezpečnosti [s], výšky vodního sloupce [h] (až k povrchu dolu) v [m], a bočního tlaku výplně jámy působící pod vztlakem δ´h / kN/m2 /: F = s.(h.γ w + δ ´h ).Q . Podle DIN 1055, strana 6, je: δ h ´=
γ 2 .A ; µ e .U
γ ´= (1 − n).(γ s − γ w ); F = s . (h.γ w +
γ ´.A ).Q . µ e .U
Přičemž označuje: γ w = objemová tíha vody v kN/m3, γ ´ = objemová tíha výplně (základky) pod vztlakem v kN/m3, γ s = objemová tíha zrn (dříve specifická váha) v kN/m3, 20
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05, kapitola 3: „ Etapa č. 2“ n = pórovitost %, µ e = tgδ e = tg 0,6 . ϕ = tření o stěny při vyprazdňování, ϕ = úhel vnitřního tření udávaný ve stupních, A – světlý průřez jámy v /m2/, U - vnitřní obvod jámy v /m/.
Odstup [a] hrázového objektu od svislé osy jámy má být nejvýše stejný, jako je prostá výška [h] přehrazovaného díla, zvětšená o polovinu průměru jámy [d]: a ≤ h + d/2 /m/ (Pokud by to nedovolily horninové podmínky, musí se překračující prostor zasypat). Jámové zátky (3.3.2.1) - jejich povolení je vázáno na splnění následujících podmínek: 1. Důkaz založení zátky ve stabilní hornině se zřetelem na budoucí důlní účinky. 2. Umístění zátky do horniny s vazbou na: a) tvar zátky s převažujícím odváděním tlakových sil do horniny, b) cementovou injektaci v pásmu působení zatížení, c) zainjektování cementovou suspenzí zóny nakypření mezi zátkou a horninou. 3. Poměr výšky zátky k jejímu průměru (v horní, rozšířené části). 4. Provedení důkazu stability horniny v pásmu zatížení zátkou. 5. Důkaz stability výztuže jámy a horniny, který lze pokládat jako zatížení kopulovitou klenbou. Zabezpečení děl velmi malých průřezů nebo děl ve velmi malých hloubkách (3.3.2.2.): Zabezpečení děl velmi malých průřezů nebo děl ve velmi malých hloubkách ústících do jámy, může být zabezpečeno proti vyjetí základkové náplně také jinými opatřeními (např. zasypáním nebo závalem horniny, opěrou zdí z betonových tvárnic, hrází z kamene apod.). Použití zpevněné základky (3.3.3): Vyjetí základkového sloupce může být zabráněno také tím, že se použije hydraulicky účinného tmele. Komentář – toto benevolentní původní znění vyhlášky bylo dne 22.4.1986 pozměněno výnosem Vrchního zemského báňského úřadu NRW č.j. 18.13.1-7-45 s tímto zněním: „Na základě zkušeností, které jsou v současné době k dispozici, nemůže již být pro budoucí případy zaplňování opuštěných jam vedených z povrchu nezpevněnou hmotou s následným zakrytím železobetonovou deskou považováno za zabezpečení povrchu podle současného stavu techniky …. Opuštěné jámy mají být do budoucna zaplňovány způsobem vyhovujícím současnému stavu techniky hydraulicky vázaným materiálem nebo zabezpečeny úseky výplňového sloupce o dostatečné pevnosti a dimenzi.. způsob zabezpečení odpovídající odst. 3.3.1 směrnic je možno postrádat“.
21
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05, kapitola 3: „ Etapa č. 2“ Vestavěná zařízení v jámě (3.4): Před zahájením zasypávání se musí z jámy odstranit všechna zařízení zúžující průřez, aby se zamezilo vytváření dutin. Vyšetření procesu odplynění (3.5): Požaduje se zjistit před zahájením zasypávání místa možného výstupu plynů (důlní díla, průchody slojí, tektonické poruchy) a možnosti ovlivnění větrání. Opatření na povrchu (3.6): Pro omezení případných účinků exploze je třeba před zahájením zasypávání odstranit na povrchu zejména stavební objekty jako lávky, stropy a stěny šachetních budov a zamezit pádu předmětů do jámy. Během zasypávacích prací zamezit přístupu osob min. 20 m od jámy a šachetní budovy. Do této oblasti je povoleno vstupovat jen na příkaz, v přítomnosti dozoru a mimo doby provádění plnícího procesu. Základkový materiál (4): − musí být nerozpustný s max. velikostí 250 mm. V odůvodněných případech, např. u jam bez vestaveb, lze povolit materiál s největší délkou hrany 500 mm. − Nezpevněný materiál musí být do hloubky min. 50 m pod ohlubní upraven (aby se zamezilo tvorbě můstků dutin a tím i sedání). K tomu se hodí nesoudržný, drolivý materiál, nerozpustný a nerozpadající se, nenáchylný k bobtnání, se zrnitostí max. 100 mm (štěrk, vysokopecní struska, pískovcový kámen, betonový a cementový rmut). − Nelze-li vyloučit vznik třaskavé směsi, musí se zvolit jemně zrnitá, vlhká, hydraulická výplň. Zásyp jiného druhu (např. výpěrky) je přípustný pouze tehdy, jestliže je zakládán mokrý s přidáním vody. Ze základky se musí odstranit cizí tělesa (kovové části). Zamezení volné vodní hladiny (5.1): Zasypávací práce se musí zahájit natolik včas a provést tak rychle, aby povrch základky ležel výše než povrch vody, která je v jámě, nebo stoupající vody. Jinak se musí použit základka s objemovou hmotností větší než 1,3 t/m3. Je také nutno zohlednit možný výstup vody nad ústí zasypávaného díla. Sypání základky (5.2): Pokud nebyly odstraněny vestavby v jámě (lezní oddělení), sype se základka doprostřed největší otevřené zátyně. Větrně-technická opatření (5.3): Pravděpodobnost vzniku třaskavé směsi se dá redukovat pomocí těchto opatření: − co nejdéle zachovat průchozí větrání přes nejhlubší, ještě otevřené patro; − po ukončení průchozího větrání; − provozem ventilátoru větrní jámy (která by se měla zasypat jako poslední; 22
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05, kapitola 3: „ Etapa č. 2“ − bez provozu ventilátoru zasypávat jako poslední tu jámu, která je přirozeně větrní; − u poslední jámy může být krátkodobě dosaženo poklesu tlaku zastavením předtím provozovaného větracího zařízení, s povrchovým přemostěním (bypasem); − plynulým zasypáváním velkého množství základky s intenzitou toku asi 2 kg/s na m2 průřezu jámy při průměru zrna kolem 10 mm. (Poznámka: při větší zrnitosti musí být intenzita toku větší). Měření koncentrace (5.3.2): Koncentrace metanu se měří sondou v celé otevřené výšce jámy vždy: − bezprostředně před zahájením zasypávání; − po každém přerušení delším než je stanovená doba (cca 3 hod.); − po zasypání ještě otevřeného patra; − při poklesu tlaku ≥5 kPa vůči předchozí sondáži; − při spuštění výstražného signálu nepřenosným zapisovacím čidlem; − zasypání smí začít, jestli z měření nevyplývá nepovolený obsah CH4. Sledování zasypané jámy (6.4): Zasypaná jáma se musí sledovat na sesedání základky, jakož i na únik plynů až po zakrytí jámy, nejméně jednou měsíčně. Pokleslou výplň je nutné co nejrychleji dosypat. Výsledky kontrol se musí zaznamenávat. Zakrytí zasypaných jam (7.1): U jam hlubších než 200 m se musí počítat se sacími a zpětnými nárazovými silami od 80 nebo 60 kN/m2. u hloubek menších než 100 m není nutné počítat se žádnými silami. U hloubek 100 až 200 m se musí velikost sil adekvátně odhadnout. Komentář: Vyhláškou Zemského vrchního báňského úřadu NRW č. 55.3-35-11 ze dne 20.3.1995 bylo upřesněno, že pro jámy hlubší než 200 je hodnota zpětných rázových sil vyhovující v hodnotě 30 kN/m2 a pro jámy méně hluboké než 100 m je to hodnota 4kN/m2. Pro hloubky 100 až 200 m se počítá s lineárním nárůstem těchto krajních hodnot, úměrně hloubce jámy. Základ ohlubňového povalu: Šířka základu desky ohlubňového povrchu musí být nejméně stejně velká, jako tloušťka desky. Projekt likvidace jámy: Projekt likvidace jámy musí obsahovat údaje o: a) dolu, výstroji, jámě, důlním poli, souřadnicích středu jámy, b) vodě, která přitéká do jámy (srovnej bod 3.2), 23
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05, kapitola 3: „ Etapa č. 2“ c) prostorovém objemu jámy a o poté potřebném množství výplně (srovnej bod 3.1), d) opatřeních pro zajištění výplňového sloupce v přístupech do jámy (srovnej bod 3.3), e) výsledcích šetření o procesu odplynění, jakož i opatřeních k omezení případných účinků exploze (srovnej bod 3.5 a 3.6), f) druhu a vlastnostech výplně (srovnej bod 4), g) provedení zasypávacích prací a plánovaných kontrolních opatřeních (srovnej bod 5 a 6), h) zabezpečení povrchového otvoru během a po ukončení zasypávacích prací (srovnej bod 5.2 a 6.6), i)
zahájení a předpokládaném trvání zasypávacích prací, jakož i výkresy,
j)
jámovém terči, s údaji o vestavbách,
k) profilu jámy s údaji hloubky nebo ploché délky a spádu, jakož i vestavby, l)
hloubce, průřezu a světlé výšce přístupů do jámy, se zvláštním označením otevřených a vybudovaných důlních děl, které jsou eventuálně s jámou propojeny,
m) proražených vrstvách horniny.
3.2.3. Závěr Báňská legislativa SRN, týkající se likvidace jam, je ve svých podstatných bodech shodná s báňskou legislativou ČR. Je však konzistentnější tím, že je vše obsaženo v jednom předpisu. Oba předpisy se však liší v některých detailech, které byly uvedeny v části 3.2.2.1. Některé z uvedených odlišností, které řešitelé tohoto projektu považují za relevantní, budou použity v návrhu novely vyhlášky 52/1997 Sb. ve znění pozdějších předpisů.
3.3. Polská báňská legislativa řešící likvidaci jam 3.3.1. Úvod V rámci rešerše byly vyhodnoceny stěžejní kapitoly související s likvidaci jam v následující, členění: Ø zásyp jam Ø zásypové materiály, Ø zatížení jámy zásypovým matriálem, Ø konstrukce izolačních hrází,
3.3.2. Zásyp jam Nejdražší z metod likvidace jam, ale současně nejúčinnější a nejbezpečnější, je jejich likvidace zpevněným zásypem. Vysoké náklady metody vyplývají z nutnosti shromáždění značného množství určitého druhu materiálu pro zásyp a z toho, že zasypávání je pracným a zdlouhavým úkonem. V průběhu zasypávání jámy obvykle nedochází ke zničení výztuže. Zasypaná jáma může být znovuzískána po vytěžení zásypového materiálu; náklady však jsou mnohonásobně vyšší než v případě odčerpání zatopení nebo odstranění její dočasné izolace. 24
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05, kapitola 3: „ Etapa č. 2“ Možné je: -
úplné zasypání jámy (od žumpy k její ohlubni),
-
částečné zasypání s oddělením vyplněné(ných) části od nevyplněné(ných) při použití jámových zátek.
Částečné zasypání jámy lze uplatnit pouze na těch úsecích jámy, ve kterých prognóza prokázala jejich stabilitu, neexistuje možnost nahromadění metanu a nebezpečné stoupání vody. Před zahájením zásypu jámy je nutno odečíst objem jednotlivých úseků (včetně ohrazených okolo jámových důlních děl), které se plánují pro vyplnění daným materiálem. Trvalé srovnávání objemu zasypávaných prostor v jámě s objemem dodaného zásypového materiálu umožňuje průběžně odhalovat prázdné prostory nebo jiné nepravidelnosti během její likvidace. Výpočet objemu vyplnění náraží je nutno provést při hodnotě úhlu přirozeného sesypu, nejvýše 20°. Vyplnění jámy se může uskutečnit: a) přímým zásypem: - volný zásyp z nákladních aut s jejich výkladkou přímo na skluz u ohlubně, s couváním k železobetonovému prahu poblíž ohlubně nebo prostřednictvím pásového dopravníku, - kontrolovaný zásyp s použitím spouštěcího potrubí sestaveného z demontovaných úseků při vyšování úrovně zásypu co cca 30 m, b) použitím košového výtahu (koš s otevíratelným dnem), ale je to technologie příliš časově náročná. Podmínky pro použití metody bezpečného zasypávání jámy jsou následující: -
úplné nebo částečné odstrojení jámy,
-
dobrý stav výztuže,dodržování doporučení týkající se frakce zásypového materiálu (běžně 50 až 50 mm)
3.3.3. Zásypové materiály Volba zásypových materiálů tvoří základní otázku při likvidaci jam. S ohledem na zdroj získávání a fyzicko-chemické vlastnosti mohou být brány v úvahu následující druhy zásypových pevných materiálů: -
soudržná hlušinová hornina pocházející přímo z důlních prací,
-
flotační kámen získávaný z procesu úpravy uhlí,
-
kotelní odpady z elektráren (popílek, elektrárenské strusky),
-
odpady z těžby a zpracování rud neželezných kovů,
-
jiné odpady schválené pro použití na základě laboratorních zkoušek.
Současně jsou nejčastěji používanými zásypovými materiály soudržné horniny jako: flotační kámen s granulací 40 ÷ 100 mm a dolomit s granulací 30 ÷ 150 mm, který má pevnost v tlaku 30,0 MPa. Musejí to být horniny nerozmákající, se zrnitostí umožňující propustnost vody na projektovaných úsecích zasypávaných jam. Je samozřejmé, že pro zásypy lze použít jiné soudržné horniny: vyvřelé horniny 25
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05, kapitola 3: „ Etapa č. 2“ metamorfické, jejichž použití je však omezeno z důvodu vyšší ceny, navíc zatížené náklady na dopravu, protože se tyto horniny nevyskytují v sousedství dolů, které se ruší v Hornoslezském uhelném revíru. Pro vyplnění vlastních a prodloužených jámových zaústění a izolačních zátek v jamách umístěných v oblastech zaústění se používá popílek s přísadou cca 5 % cementu a vody. V okolojámových důlních dílech, v prodloužených zaústěních se také používají popílky bez cementu. Konzistence směsi se volí taková, jak pro cementové malty. Její složení se ověřuje laboratorně za účelem získání směsi se samozpevňujícími vlastnostmi, která je schopna vstřebat vodu. Čas vytvrzování směsi s orientačním složením: 70 % popílku, 5 % cementu a 25 % vody činí cca 100 ÷ 120 hodin. Směs se připravuje na povrchu u jámy. Popílek a cement se dopravují ze sil šnekovými dopravníky do nádrže jílomísiče nebo jiné hydraulické míchačky (lze použít míchačku z cementačního agregátu). Po přidání příslušného množství vody a promíchání složek se směs přes přepadově-kontrolní nádrž gravitačně přepravuje do jámy. Pro zhotovení izolačních zátek je možno použít, podle podmínek, hubený beton. Po zhotovení cca 6 – 7 m zátky se uplatňují technologické přestávky. Pro izolování míst výtoku vody z jámového potrubí se používá hlína nebo jiný jílovitý materiál, laboratorně ověřený. Existuje mínění, že v určitých podmínkách bude možné pro zásypy používat důlní hlušinu jako: soudržné pískovce nebo písčité břidlice (jílovce), které se nerozmáčejí, nebo propálené materiály z důlních hald. Zásypový materiál infiltrovaný vodou přitékající do jámového potrubí rušené jámy přichází do styku z vodami různých vodních horizontů v jámě. Výztuž v rušené jámě nebo dokonce speciální technická opatření nedávají úplnou záruku izolace tohoto materiálu od vodonosných hladin v horninovém masivu. V souvislosti s tím pro zásyp jámy nemohou být použity veškeré materiály toxické, chemicky aktivní, bakteriologicky nebo radioaktivně kontaminované – a to nad přípustnou úrovní. Materiál vyplňující jámovou rouru nemůže vytvářet dodatečné vodní ohrožení pro důlní díla jam sousedících s rušenou jámou. V případě značných přítoků vody do jámy je třeba navrhnout její zadržení a odvedení přes zásyp do funkčních důlních děl.
3.3.4. Zatížení jámy zásypovým materiálem Hodnoty zatížení zásypovým materiálem výztuže, jámových zátek a izolačních hrází v rušené jámě se obvykle stanovují v souladu s teorií náporu v silech podle Nanesena, která se zakládá na zvolení stálého poměru k2 svislého náporu qx k vodorovnému px, tedy: q k2 = x px
(1).
Měrný vodorovný nápor px v hloubce x činí: ς px = γ ⋅ x ⋅ tg2 ( 45° − ) 2
(2);
kde je: γ – objemová hmotnost zásypového materiálu, MN/m3; ζ
– úhel vnitřního tření materiálu, stupeň.
Určením: obdržíme:
ς k1 = γ tg 2 ( 45° − ) 2 px = x k1
(3); (4). 26
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05, kapitola 3: „ Etapa č. 2“ Na hodnotu zatížení výztuže jámy zásypovým materiálem má vliv velikost a tvar jejího příčného průřezu.
3.3.5. Konstrukce izolačních hrází Izolační hráze (plné) slouží k zabezpečení zásypového materiálu v jámě proti jeho přemístění do okolo jámových vodorovných důlních děl. S ohledem na konstrukci tyto hráze mohou být válcové nebo jehlanové, zhotovené z cihly, betonových tvárnic nebo betonu, obdobně jako vodní opěrné hráze (bod 7.). Izolační hráze se stavějí buď jako jednoduché (jednopodpěrné) hráze, když tloušťka hráze vyplývající z výpočtů nepřesahuje 150 cm v případě válcové hráze, a 250 cm v případě jehlanové hráze, nebo jako mnohonásobné (vícepodpěrné) při velkých tlacích, kdy vypočtená tloušťka hráze přesahuje výše uvedené hodnoty. Výpočtové zatížení hráze po se označí ze vzorce: Q po = px + pw − fz ⋅ z Fz
(5);
kde je: px – vodorovné zatížení dle vzorce (18), MPa; pw – hydrostatický tlak vody působící na hráz, MPa; fz – součinitel tření zásypového materiálu o počvu důlního okolojámového díla; Qz – hmotnost zásypu v okolojámovém díle (mezi jámou a hrází), MN; Fz – plocha počvy výše uvedeného důlního díla, m2. Třetí člen vzorce (5) se doporučuje zohlednit v případě hrází umístěných ve vzdálenosti nad 10,0 m od jámy. Výpočtová hodnota objemové hmotnosti zásypu v zavodněné jámě, musí zohledňovat vztlakovou sílu a činit: γ1 = (γs - γw) (1 – nz)
(6);
kde je: γs – výpočtová hodnota měrné hmotnosti horninového skeletu zásypu, MN/m3; γw – měrná hmotnost vody, která činí 0,01 MN/m3; nz – poreznost zásypového materiálu (vypočtena pro střední hodnoty měrné hustoty horninového skeletu a objemové hustoty horninového skeletu). Obdobně se výpočtová hodnota úhlu vnitřního tření zásypového materiálu, která je ve vzorci (7), musí korigovat podle závislosti: ζ1 = 1,25 ζ
(7).
Pokud máme určenou hodnotu výpočtového zatížení hráze px, můžeme provádět její dimenzování.
3.3.6. Závěr Polská báňská legislativa týkající se likvidace jam, je ve svých podstatných bodech shodná s báňskou legislativou České republiky, včetně postupů stanovující stabilitu likvidovaného hlavního důlního díla.
27
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“
4. Etapa č.3 : Zpracování statické analýzy řešící stabilitu nezpevněné zakládky v jámách uhelných a rudných dolů, stabilitu jam vyplněných nezpevněným zásypovým materiálem v závislosti na druhu horniny, ve kterých byla jáma vyhloubena, stabilitu patrových hrázových objektů zamezujících vytečení nezpevněného, případně zvodnělého zásypového materiálu do důlních děl v okolí jámy. V rámci řešení předmětné etapy byly podle odsouhlaseného programu řešena následující témata: § Řešení stability nezpevněné zakládky. §
Řešení stability likvidovaných jam vyplněných nezpevněným zásypovým materiálem v závislosti na druhu horniny, ve které byla jáma vyhloubena.
§
Řešení stability patrových hrázových objektů zamezujících vytečení nezpevněného popř. zvodnělého materiálu, do důlních děl v okolí jámy.
§
Laboratorní výzkum fyzikálně-mechanických vlastností různých nezpevněných zásypových materiálů.
§
Laboratorní výzkum agresivního prostředí kontaminovaných důlních vod na betony a zásypové materiály.
§
Využití štětové báze pro dodatečnou likvidaci zatopených jam podle instrukcí Velké Británie.
§
Posouzení opatření k zamezení výbuchu třaskavých plynů při zasypávání jam.
Vzhledem k tomu, že součásti dílčích prvků zajišťující bezpečnost likvidovaných hlavních důlních děl je uzavírací ohlubňový poval, byla nad rámec odsouhlaseného programu vypracováno: §
Zásady navrhování uzavíracích ohlubňových povalů.
§
Metodický návod pro dimenzování uzavíracích ohlubňových povalů.
4.1. Řešení stability nezpevněné základky 4.1.1 Úvod Pro posouzení hlavních stabilitních a spolehlivostních parametrů likvidace jsou v následující metodice shrnuty doporučené algoritmy pro jejich stanovení, příp. posouzení. Uváděná metodika posuzování je zpracována pro: − použití zásypových materiálů zrnitosti cca 50-250 mm (výpěrky, haldovina); − koncepci likvidace založené na vzniku autostabilizační zátky v horizontální délce; − zajištění autostabilizačního účinku zátky uzavíracími popílkovými hrázemi upravenými proti rozplavení na vzdušné straně hráze (do důlních prostor).
4.1.2. Fyzikální a mechanické vlastnosti zásypového materiálu Projekt likvidace HDD musí obsahovat specifikaci fyzikálně-mechanických vlastností zásypového materiálu, stanovených laboratorními postupy. Zcela nezastupitelné jsou údaje o těchto parametrech zásypového materiálu: 28
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ − zrnitostní složení formou křivky zrnitosti; − petrografické složení se specifikací podílu jednotlivých petrografických typů; − průkaz stálosti materiálů uložených ve vodním prostředí (rozpad materiálu, rozbřídání, bobtnání, změny zrnitostního složení); − obsah jílovitých příměsí (max. do 3 %); − úhel vnitřního tření (φ) zásypového materiálu (minimální hodnota φ by neměla klesnout pod 2830°); − úhel tření zásypového materiálu na kontaktu s materiálem výztuže jámy (δ°). Hodnota δ 2 by neměla klesnout pod hranici δ =& ϕ (8); 3 − objemová tíha zásypového materiálu v sypkém stavu a ve stavu objemového stlačení při σz; − mezerovitost; − vlhkost; − stlačitelnost zásypového materiálu vyjádřená modulem přetvárnosti E0, stanoveném oedometricky při svislém zatížení pz (viz kap. 4.2.). ∆h Stlačitelnost může být doplněna údajem o velikosti lineárního stlačení ε h = .100 (% ) (9); h kde:
Δh – velikost stlačení materiálu pro zatížení pz; h – výška stlačovaného vzorku pro pz = 0;
(velikost E0 by neměla klesnout pod hranici E0 = min. 5-10 MPa, lineární stlačení by nemělo převýšit hodnotu cca 1-2 %).
4.1.3. Vnitřní síly v zásypech Zatížení výztuže likvidované jámy a patrových uzávěr horizontálním tlakem zásypu vyplývá z přenosu sil ve vlastním jámovém stvolu (zásobníkový efekt), který můžeme popsat Jansenovým a Terzaghiho vztahem. Pro vertikální (pz) a horizontální napětí (px) v zásypu platí: pz =
A.γ K b .tgδ .O
(10);
px =
A .γ . tg 2 ( 45 − ϕ / 2) , kde značí Kb . tg δ . O
(11);
A – plocha průřezu jámy (m2); γ - objemová tíha zásypu (kNm-3); Kb – součinitel bočního tlaku v zásypu, pro jehož stanovení lze využít Jáky-ho vztah Kb = 1 – sin φ; 29
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ δ - třecí úhel mezi zásypem a stěnou jámy (°); O – obvod výztuže jámy (m); ϕ - úhel vnitřního tření zásypu (°). Velikosti horizontálních napětí v zásypu pro jámy průměru D = 6,0 m a D = 7,5m jsou znázorněny 2 na obrázku č. 4.1. pro průměrné charakteristické vlastnosti zásypového materiálu (ϕ = 12 ÷ 34°, δ = ϕ, 3 γ = 19 kN.m-3). Horizontální napětí v zásypu Px [kPa] 250
200
Px [kPa]
150 D=6m D=7,5 m 100
50
0 10
15
20
25
30
35
ϕ [°]
40
Obr. 4.1.
4.1.3. Parametry autostabilizační zátky V případě, že náražní prostory pater nejsou zajištěny stávajícími uzavíracími hrázemi, dojde k průběhu zasypávání jámy k vtlačování zásypu do těchto nárazištních křídel a vytvoření autostabilizačních uzávěr horizontálních děl. Jejich stabilita je determinována jak stálostí mechanických vlastností zásypového materiálu (mj. zrnitostí a tvarem zrn zásypového materiálu), tak především velikostí hydrodynamických sil proudění vody zásypem. Délku autostabilizační zátky lz je možno stanovit ze vztahu h bσ x − tg 2 (45 − ϕ / 2)γ 2 lz = γ .tgδ b + htg 2 (45 − ϕ / 2)
[
]
(12);
kde značí: b
- šířka díla (průměrná velikost) (m);
h
- průměrná výška díla (m);
γ
- objemová tíha zásypu (při zavodnění objemová tíha materiálu „ve vodě“) (kN.m-3); 30
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ σx
- horizontální napětí v zásypu v jámě (kPa);
φ
- úhel vnitřního tření zásypu (°).
Velikost σx je možno uvažovat ze vztahu (2). Pro charakteristický rozměr proniku jámy s horizontálním dílem daný šířkou a výškou díla lze orientačně stanovit délku zaplněného úseku v náraží a stanovit i délku svahu autostabilní zátky v zaplněném díle (ls =& h.cotg φ). Vtlačený objem zásypu v orientační velikosti ΔV = lz.b.h +
h.ls .b 2
(13);
se může i dodatečně projevit ve zvětšení sedání zásypu v jámě o velikost ∆s =
∆V A
(14).
Lokalizace uzavíracích hrází v horizontálním díle je optimálně volena tehdy, když je hráz postavena ve vzdálenosti lz od proniku. Orientační délky autostabilních zátek pro D = 6 m a D = 7,5 m, průměrné vlastnosti zásypových materiálů a proměnné velikosti šířky (b) a výšky (h) náraží jsou znázorněny na obrázku č. 4.2. – 4.9. Délka autostabilní zátky lz, D = 6m 40
35
30
25 lz [m]
b=7m, h=5m 20
15
10
5
0 10
15
20
25
30
35
[°]
40
Obr. 4.2.
31
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ Délka autostabilní zátky lz, D = 6m 40
35
30 b= 6m, h= 4,5m
20
15
10
5
0 10
15
20
25
30
35
40
[°]
Obr. 4.3.
Délka autostabilní zátky lz , D = 6m 40 35 30 b=5 m, h= 4m 25 lz [m]
lz [m]
25
20 15 10 5 0 10
15
20
25
30
35
ϕ [°]
40
Obr. 4.4.
32
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“
Délka autostabilní zátky lz, D = 6m 40
35
30 b=4m, h = 3,5m
lz [m]
25
20
15
10
5
0 10
15
20
25
30
35
40
[°]
Obr. 4.5.
Délka autostabilní zátky lz , D = 7,5m 50 45 40 35
b=7m, h=5m
lz [m]
30 25 20 15 10 5 0 10
15
20
25
30
35
ϕ [°]
40
Obr. 4.6.
33
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“
Délka autostabilní zátky lz, D = 7,5m 50 45 40 35
b= 6m, h= 4,5m
25 20 15 10 5 0 10
15
20
25
30
35
40
[°]
Obr. 4.7.
Délka autostabilní zátky lz, D = 7,5m 50 45 40 35
b=5 m, h= 4m
30 lz [m]
lz [m]
30
25 20 15 10 5 0 10
15
20
25
30
35
[°]
40
Obr. 4.8.
34
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“
Délka autostabilní zátky lz, D = 7,5m 50 45 40 35
b=4m, h = 3,5m lz [m]
30 25 20 15 10 5 0 10
15
20
25
30
ϕ [°]
35
40
Obr. 4.9.
4.1.4. Sedání sloupce zásypu v jámě Způsob provádění zásypu (volný pád) příznivě ovlivňuje deformační vlastnosti zásypu. Porovnáním s hutnicí energií standardní Proctorovy zkoušky hutnění (600 kJ.m-3) má dopadající hornina při dopadu z výšky větší než cca 40 m hutnicí energii větší než PS Proctor standard) a při dopadu z výšky větší než cca 190 m větší než tzv. modifikovaný Proctor (2900 kJ.m-3). V neprospěch bezpečnosti je možno uvažovat pro nezvodněný zásyp minimální hodnoty Edmin = 10-20 MPa. Výpočet sedání zásypu musí respektovat: -
tření na stěnách jámy (zásobníkový efekt),
-
efektu zhutňování materiálu (růst Ed) vlivem volného pádu.
Vliv zhutňování padajícím materiálem je uvažován růstem modulu přetvárnosti podle vztahu: Ed(z) = E0
z
Ed(z)
– modul přetvárnosti v hloubce z;
E0
– počáteční modul přetvárnosti (10-20 MPa);
z
– proměnná výška (hloubka) zásypu.
Pro výšku zásypu h ≤ 50 m doporučujeme jeho sedání stanovit z výrazu: k B ∞ (− 1) .C k h (0 ,5 + k ) ∆= . − 2 h ∑ E0 k = 0 k = 0 k! k + 0,5
(15);
(16);
Pro h > 50 m ze vztahu: k B 1 − e −50.C B ∞ (− 1) .C k h (0,5 + k ) ∆= . − 2 h − (h − 50) ∑ E0 k = 0 k! k + 0,5 50 E0
(17); 35
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ kde značí: h – výška zásypu rozdělená na nezatopený a zatopený úsek; γ=
γs
- objemová tíha zásypu v suchém úseku (kNm-3);
γsu
- objemová tíha zásypu ve vodě;
A - plocha průřezu jámy (m2); D - průměr jámy (ekvivalentní průměr) (m); O - délka obvodu jámy (m); ϕ=
φv - ve vodě; - úhel vnitřního tření (°); φs - v suchém úseku; c– soudržnost materiálu (kPa);
δ=
δv - ve vodě; - úhel tření mezi zásypem a stěnou jámy (°); δs - v suchém úseku; K bv – ve vodě; - součinitel bočního tlaku v zásypu (Kb =& 1 – sin ϕ);
Kb = K – v suchém úseku; s b
E0v – ve vodě; E0 =
- počáteční modul přetvárnosti zásypu (MPa); E – v suchém úseku; s 0
Celkové sedání zásypu je stanoveno z hodnot sednutí v suchém a zvodnělém úseku jámy: ∆ hc = ∆ hs + ∆ hv
(18);
Orientačně (v neprospěch reálné prognózy) je možno sedání zásypu stanovit z výrazu: ∆ hc =
ε h .h 100
(19);
εh – hodnota oedometrického stlačení při pz. Tuto velikost sedání zásypu (měřeno pod uzavíracím ohlubňovým povalem) lze očekávat po cca 1-2 letech od realizace zásypu jámy za předpokladu, že jáma bude zaplněna bez vzniklých dutin a nedosypaných míst. Na zvětšená sednutí se může podílet i nedokonalé zaplnění nárazišť v jámě a případný posun v zásypu vlivem hydrodynamických sil proudění vody v jámě a v nárazištích.
36
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ Orientační hodnoty sedání zásypu vlivem je stlačitelnosti jsou znázorněny na obrázku č. 4.10. – 4.15. v závislosti na průměru jámy, hloubce a velikosti modulu přetvárnosti zásypu.
sedání (m)
Sedání zásypu v jámě o průměru 6 m (úhel tření materiálu zásypu ϕ=30°) 2,4 2,2 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 400
2,25 1,81 1,36 1,12 0,9 0,682
500
600
700
800
900
1000
1100
hloubka(m) E=10 MPa
E=20 MPa
Obr. 4.10.
sedání (m)
Sedání zásypu v jámě o průměru 7.5 m (úhel tření materiálu zásypu ϕ=30°) 3 2,8 2,6 2,4 2,2 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 400
2,77 2,22 1,669 1,38 1,11 0,834
500
600
700
800
900
1000
1100
hloubka(m ) E=10 MPa
E=20 MPa
Obr. 4.11.
37
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“
Sedání zásypu v jámě o průměru 6 m (úhel tření materiálu zásypu ϕ=34 °) 2,4 2,21
2,2 2 1,8
1,77
sedání (m)
1,6 1,4
1,34
1,2
1,105
1
0,89
0,8 0,669
0,6 0,4 0,2 0 400
500
600
700
800
900
1000
1100
hloubka(m) E=10 MPa
E=20 MPa
Obr. 4.12.
sedání (m)
Sedání zásypu v jámě o průměru 7.5 m (úhel tření materiálu zásypu ϕ=34°) 3 2,8 2,6 2,4 2,2 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 400
2,74 2,2 1,659 1,37 1,1 0,829
500
600
700
800
900
1000
1100
hloubka(m) E=10 MPa
E=20 MPa
Obr. 4.13.
38
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“
sedání (m)
Sedání zásypu v jámě o průměru 6 m (úhel tření materiálu zásypu ϕ=12°) 3,6 3,4 3,2 3 2,8 2,6 2,4 2,2 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 400
3,3 2,65 1,99 1,65 1,32 0,996
500
600
700
800
900
1000
1100
hloubka(m) E=10 MPa
E=20 MPa
Obr. 4.14.
sedání (m)
Sedání zásypu v jámě o průměru 7.5 m (úhel tření materiálu zásypu ϕ=12°) 4,4 4,2 4 3,8 3,6 3,4 3,2 3 2,8 2,6 2,4 2,2 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 400
4,02 3,22 2,42 2,01 1,61 1,21
500
600
700
800
900
1000
1100
hloubka(m) E=10 MPa
E=20 MPa
Obr. 4.15.
4.1.5. Ohlubňová jámová zátka Ohlubňová zátka jámy představuje významný stabilizační faktor, determinující spolehlivost likvidace jámy z hlediska zabránění vzniku nestabilit a propadlin v okolí ústí jámy. Požadavky na její konstrukci a stabilitu lze vyjádřit takto: → jámová ohlubňová zátka musí být provedena ve výšce odpovídající hloubce únosného předkvartérního podloží; 39
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ → konstrukce ohlubňové zátky by měla odpovídat sekvenci vrstev: − oddělovací štěrkopísková vrstva mocnosti min. 2 m; − nearmovaná deska zátky z betonu min. třídy C 20/25 (h1); − výplňová část zátky z betonu C 10/12,5, příp. z CPS 5 (h2); − uzavírací vrstva zátky výšky min. 1 m z betonu tř. C 16/20 (h3); → ohlubňová zátka musí obsahovat: − prostup pro odplyňovací potrubí; − prostupy pro další technologická potrubí (příp. kabely); − kontrolní a plnící otvor min. rozměrů 600x600 mm; (Tyto požadavky se anulují, pokud ohlubňová zátka uzavírá sloupec zpevněného zásypu) → zatížení jámové zátky: − stálé: vlastní tíha zátky; − nahodilé: zatížení osobami a mechanizmy (max. 33 kPa); − mimořádné: zatížení sacími silami (80 kPa) při náhlém poklesu zásypu v jámě. → průkaz únosnosti: − stanovení samonosnosti zátky pro kombinace všech zatížení; − stanovení únosnosti nosné desky zátky pro kombinaci všech stálých, nahodilých a mimořádných zatížení. Pro stanovení samonosnosti ohlubňové zátky je nutno ověřit velikost smykových napětí na kontaktu zátky a výztuže podle vztahu: τ max =
A[(h1..γ 1 + h2 .γ 2 + h3 .γ 3 ) + ps ] ≤ τú =& Rbtd O(h1 + h2 + h3 )
A
- plocha průřezu jámy (m2);
O
- obvod průřezu jámy (m);
h1-h3
- výšky jednotlivých vrstev betou ohlubňové zátky (m);
γ1-γ3
- objemové tíhy materiálů jednotlivých vrstev ohlubňové zátky (kNm-3);
ps
- sací tlak (podtlak) – 80 kPa;
τú
- mezní smyková únosnost kontaktu zátky a výztuže (kPa);
(20);
40
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ Rbtd - výpočtové namáhání betonu výztuže jámy v tahu (příp. betonu zátky v případě, kdy betony zátky jsou méně pevné než výztuž) (kPa); Posouzení únosnosti nevyztužené nosné vrstvy ohlubňové zátky je možno provést zjednodušeně podle vztahu: 3 p .D 2 (3 + ν b ) σ tah , max = max 2 ≤ Rbtd (21); h1 .32 pmax - max. velikost rovnoměrného zatížení nosné desky (zatížení stálé, nahodilé a mimořádné) (kPa); D
- světlý průměr jámy (m);
ν0
- Poissonovo číslo betonu (νb = 0,2 dle ČSN 73 1001);
h1
- konstrukční výšky nosné vrstvy (m);
Rbtd
- výpočtová hodnota pevnosti betonu v tahu (kPa).
V případě nesamonosnosti ohlubňové zátky je nutno realizovat opatření na kontaktu zátky a výztuže (např. provedení ocel. spon). V případě nestability nosné desky zátky je zapotřebí uvážit potřebu armování, nebo zvětšení výšky nosné vrstvy.
4.1.6. Únosnost pískových a popílkových uzavíracích hrází v horizontálních dílech Únosnost hráze z nesoudržného materiálu (popílku, písku) je dána odporem, který se mobilizuje na plášti hrázového objektu v průběhu stlačování hráze, zatížené na její čelní ploše rovnoměrným tlakem p. Úkolem hráze je spolehlivě stabilizovat vtlačenou autostabilní zátku tvořenou zásypem jámy. Na základě zkušeností získaných při využívání pískových hrází (např. při uzavírání havarované jámy Doubrava IV) byly odvozeny výpočtové vztahy pro stanovení únosnosti Nú za předpokladu: → jednoosého stlačování: Nú1 = O . lh . tg φp . p . νp . γ1 → nestlačitelného okolí hráze: νp Nú2 = O . lh . tg φp . p . . γ2 1 −ν p → omezeně stlačitelného okolí hráze: νp uE p − p . γ 3 Nú3 = O . lh . tg φp . 1 −ν p a
(22);
(23);
(24);
kde značí: O
- obvod hráze (m);
lh
- délka hráze (m)
φp
- úhel vnitřního tření popílku (°);
41
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ p - tlak působící na čelo hráze (MPa) – ve velikosti O - px podle vzdálenosti hráze od proniku. Pro lz (viz (3) = 0 → p = px; pro lz stanovené podle (3) p → 0 ; νp
- Poissonovo číslo popílku;
u
- radiální stlačitelnost proplavené základky a horninového okolí (m);
Ep
- modul přetvárnosti plaveného popílku (MPa);
a
- ekvivalentní poloměr díla (m);
γ1; γ2; γ3 – součinitel spolehlivosti (γ1 = γ2 = γ3 = 0,5). Únosnost hráze pú: púi = A
N úi A
(25);
- plocha průřezu hráze (díla) (m2).
Výpočtovou únosnost hráze pdú je možno určit jako průměrnou hodnotu výsledků získaných z uvedených výrazů. p + pú 2 + pú 3 (26); pdú = ú1 3 Z důvodu ochrany tělesa popílkové (pískové) hráze proti účinku hydrodynamických sil proudění ve směru z jámy, je nutno vzdušný konec hráze chránit cihelnou stěnou tl. 0,6-1 m s odvodňovacími otvory (nebo drenážemi) překrytými filtrační geotextilií. Tato ochranná stěna zajistí dlouhodobou stabilitu popílkové hráze a zabrání jejímu rozplavení při kolísání hladiny vody v zásypu vlivem úniku vody do důlních prostor.
4.1.7. Orientační posouzení únosnosti zazděných proniků do jámy V likvidovaných jamách jsou velmi často staré proniky (patrové, slojové) uzavřeny zazděním proměnlivé tloušťky, většinou odpovídající tloušťce výztuže jámy. Horizontální tlak zásypu px je příčinou nebezpečí spočívajícím v porušení zděné uzávěry a vtlačení zásypu do horizontálního díla. Nebezpečí je vesměs eliminováno statickým odporem popílkové zátky (pokud je provedena), jinak dochází ke vtlačení zásypu (autostabilizace – viz kap. 1.3.) s následným projevem poklesu zásypu v jámě. Orientační posouzení rizika vzniku této situace je možno provést pomocí vztahů pro ohyb nosníku a porušení posouvající silou. Při rozměru proniku a zatížení px; b – šířka proniku (m); h – výška proniku (m); p = px – zatížení proniku (kPa); d – tloušťka zděné stěny (m). Lze stabilitu stěny vůči ohybovým momentům vyjádřit vztahem: 3 px .h 2 (pro h < b) Rdt ≥ 4d 3
(27); 42
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ Rdt – výpočtová hodnota tahové pevnosti zdiva. Stabilitu (spolehlivost) vůči posouvajícím silám orientačně vztahem: Rdt ≥
h.b. p x 2(h + b ).d
(28);
Hodnota Rdt obvykle nepřekračuje velikost 400-500 kPa. Při nesplnění podmínek (15) nebo (16) dojde k vytvoření autostabilní zátky v odkrytém díle délky lz (viz (3)) a následně ke zvětšení sedání zásypu o hodnotu Δs =
l z .h.b A
(29);
Při malé zrnitosti zásypu vzniká dále nebezpečí postupné propagace vtlačení (při absenci popílkové uzávěry proniku) zásypu v důsledku působení hydrodynamických sil proudění vody do důlních prostor. Při znalosti lokalizace proniku v jámě lze tomuto nebezpečí čelit použitím hrubozrnného (s převahou frakce 250 mm) zásypu v úseku proniku a v délce cca: hh =
3.l z .h.b A
(30);
nad stropem proniku. hh – doporučená výška hrubozrnného zásypu nad stropem proniku (m).
4.2. Řešení stability jam vyplněných nezpevněným zásypovým materiálem 4.2.1. Geotechnické poměry v okolí jámy Geotechnické a geomechanické poměry okolí jámy jsou obvykle charakterizovány a determinovány těmito skutečnostmi: a) mocností dobývaných slojí a to z toho důvodu, že sloj je nejpravděpodobnějším místem iniciace porušení stability jámy a místem tvorby vývalu. b) pokud se úklony vrstev v okolí jámy se pohybují do 25-30°, je výrazně sníženo nebezpečí vzniku náchylnosti hornin k vyjíždění (α < ϕ) do volného nezajištěného prostoru. Toto nebezpečí je největší v okolí slojí a v oblasti zvětralých zvodnělých hornin v blízkosti ohlubně (v oblasti kvartérních sedimentů). Pokud jsou splněny tyto podmínky, lze předpokládat symetrické zavalování jámy. c) pokud strop hlavních slojí tvoří vrstvy jílovců, které nejsou pevnostně „spojeny“ s nadložními pískovci, je stabilita jámy podstatně snížena, protože jílovce tvoří snadno se odlupující strop. d) jestliže pevnostně lze komplex hornin charakterizovat jako horniny velmi pevné a stabilní, jsou stabilitní poměry vesměs příznivé. e) hloubkou jámy. Pro stabilitní posouzení musí být přijaty charakteristické hodnoty pevnostních vlastností: − charakteristická pevnost horninového vzorku v tlaku σd; 1 1 1 do u pevných hornin); − pevnost horniny v tahu: σ t =& σ d (kolísá od 10 15 12 43
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ − Poissonovo číslo: (µ = 0,2 – 0,25); − objemová tíha hornin: (γ =& 0,026 MN/m3). Pevnost horninového masivu v tlaku lze vyjádřit vztahem: σdm = σd.ks.kw.kt
(31);
σd – pevnost horniny v tlaku (MPa); ks – součinitel strukturního oslabení – může být přijat hodnotou ks = 0,4-0,6 pro středně až silně porušené horniny (méně příznivý stav pro posouzení); 0,6-0,8 pro slabě porušené horniny; kw – koeficient vlivu vody na mechanické vlastnosti horniny (kw =& 0,9-0,8) – vliv mineralizace vody na mechanické vlastnosti hornin lze považovat za zanedbatelný; kt – součinitel dlouhodobé pevnosti (kt =& 0,7-0,8) – vliv času. Smykové parametry horninového masivu pak lze stanovit ze vztahů: Úhel vnitřního tření: σ − σ tm (°) ϕ = arcsin dm σ dm + σ tm
(32).
Soudržnost: σ σ c = tm + tm tgϕ (kPa) 2 2 sin ϕ
(33).
4.2.2. Napjatost v horninovém masivu a stabilita výlomu Svislé napětí v horninovém masivu pz = γ . h (MPa)
(34);
γ – objemová tíha hornin (MNm-3); h – hloubka (m). Vodorovné napětí v horninovém masivu µ px = γ .h . (MPa) (35). 1− µ Stabilitu výlomu (jáma bez výztuže) z hlediska napěťového stavu můžeme posoudit podle vztahu: σt = kk.px.γs ≤ σdm = σd.ks.kw.kt
(36);
– pro podmínky stabilního stavu výlomu; σt – max. hodnota tečného normálového napětí v okolí výlomu (MPa); kk – součinitel koncentrace napětí v okolí výlomu. Pro jámu soudkového a obdélníkového průřezu (rohy průřezu) kk = cca 4÷5, u kruhového průřezu kk = 2; γs – součinitel spolehlivosti koncentrace napětí (γs = 1,1-1,2). Stabilitu nevyztužených otvorů je nutno chápat jako schopnost obnažených hornin uchovat tvar a rozměry výlomu v podmínkách normálního využití. Mechanické procesy vznikající v horninovém masivu v důsledku provádění razících prací mohou mít nežádoucí následky ve formě závalů podzemních děl, nadměrně velkých posunů obrysů díla a dynamických projevů. 44
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ Pro výběr způsobu a prostředků k zamezení těchto projevů je nutný předběžný odhad stupně a vývoje mechanických procesů v konkrétní geomechanické situaci. Abychom správně zvolili typ výztuže, konstrukcí výztuže, únosnost výztuže, musíme znát mechanický stav horniny na kontaktu s výztuží (je-li hornina porušená nebo neporušená, velikost posunů hornin apod.). Obecně pro posouzení stability platí podmínka: σtmax - σd ≤ 0 kde:
(37);
σtmax
- max. hlavní napětí působící na líci výlomu nevyztuženého díla;
σd
- pevnost horniny v jednoosém tlaku.
Při splnění uvedené podmínky klasifikujeme horniny jako stabilní. Nesplnění podmínky je svázáno s vytvářením oblasti mezního stavu rovnováhy a horniny se klasifikují jako nestabilní. Na základě této podmínky byla vytvořena řada kritérií, která umožňuje klasifikovat nevyztužené dílo podle stupně stability. Nejvíce se používá kritérium stability díla: γh k= σd kde:
(38);
γ - objemová tíha horniny (MNm-3); h - hloubka díla pod povrchem (m).
V závislosti na velikosti k mohou nastat tyto případy: k < 0,1
- dílo stabilní,
0,1 ≤ k ≤ 0,24
- dílo středně stabilní,
k > 0,24
- dílo nestabilní.
Dalším kritériem stability mohou být velikosti posunů na obryse nevyztužených otvorů během jejich životnosti (posuny jsou uvedeny v mm).
I. II. III. IV.
dílo stabilní středně stabilní nestabilní velmi nestabilní
Tab. 4.1. usazené horniny vyvřelé horniny u ≤ 50 u ≤ 20 u = 50 ÷ 200 u = 20 ÷ 100 u = 200 ÷ 500 u = 100 ÷ 200 u > 500 u > 200
solné horniny u ≤ 200 u = 200 ÷ 300 u = 300 ÷ 500 u > 500
Odhadnout mechanický stav horninového masivu s podzemními díly znamená stanovit porušení hornin v okolí těchto děl a provést odhad procesů vznikajících při něm. Především je ale nutno stanovit rozměry vznikajících zón porušení hornin v okolí podzemních děl a určit metody a prostředky ke zvládnutí stabilitní situace. Vzájemné působení konstrukcí podzemních staveb a horninového masivu je svázáno s procesy, které se projevují ve formě vývalů hornin (lokální, souvislé) nebo jejich deformací (přetváření) bez souvislých trhlin (bez vývalů). V prvém případě známe stav daného zatížení, ve druhém případě stav deformací. Lokální výlomy se mohou projevit v místech zvýšení koncentrace napětí nebo při snížení pevnosti hornin (vrstevnatost, trhlinatost). 45
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ Z existujících metod určení rozsahu porušování a stanovení zatížení od lokálních vývalů se jeví jako nejvhodnější metoda pružné superpozice. Podstata metody spočívá v tom, že napětí, určená z řešení pro pružný model masivu zeslabeného podzemním dílem, se porovnávají s pevností okolních hornin. Tam, kde nejsou podmínky splněny, vznikají oblasti porušení. Stabilita výlomu nebude zajištěna pro hloubku větší než: h≥
σ dm .(1 − µ ) (m) kk .γ s .γ .eµ
(39).
Do této hloubky plní výztuž pouze ochrannou roli. Uvedená hloubka je ale prvním přiblížením k realitě stabilitního stavu v okolí jámy. Skutečný stav bude vesměs nepochybně příznivější, když: à pevnost hornin bude vyšší než pro posouzení uvažovaná pevnost σdm; à autostabilizační potenciál soudkovitého tvaru a kruhového průřezu je velmi příznivý pro dlouhodobou stabilitu výlomu bez výztuže. Po porušení výztuže dojde pouze k lokální nestabilitě v rozích průřezu, kde součinitel koncentrace napětí dosahuje velikosti cca kk = 4,5 a po porušení horniny v těchto místech dojde k vytvoření stabilitně příznivého eliptického až kruhového tvaru výlomu se součinitelem kk =& 2-2,5. Zvětšení plochy výrubu v důsledku tvorby autostabilního průřezu je možno odhadnout na cca (0,2-0,25) půdorysného rozměru výlomu. Poloměr stabilního výlomu by pro plochu průřezu jámy ve velikosti A (m2) činil max. cca:
A +1 π
rs =
(40).
Objem dodatečně porušené horniny na 1 m délky jámy:
(
∆V = π .rs2 − A
)
(41);
může za určitých podmínek prakticky vyplnit celý průřez jámy. K tomuto vývoji ale může docházet pouze tam, kde pevnost hornin nepřesahuje uvažovanou velikost σdm.
4.2.3. Zatížení výztuže jámy a její únosnost Zatížení výztuže (qz) po vzniku porušení horniny můžeme stanovit s použitím Protodjakonova vztahu pro jámy: qz =
l .tgϕ.γ 2. f
(42);
l – rozpětí delší strany jámy při nekruhovém průřezu, l = D pro jámu kruhového průřezu; f – součinitel pevnosti (f =
σ md ) 10
(43);
ϕ - úhel vnitřního tření porušených hornin; γ - objemová tíha hornin (nKm-3). V době své instalace má betonová výztuž únosnost (pro radiálně symetrické zatížení) v min. velikosti cca: 8.d .Rbd / n .kv qmin = pro soudkovitý průřez (44); l2 46
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“
qmin =
d .Rbd .kν pro jámu kruhového průřezu R
(45);
d - tloušťka výztuže (m); Rbd - normové (charakteristické) namáhání betonu dané třídy v tlaku (kPa); Pro posouzení únosnosti v aktuálním stavu je nutno Rbd stanovit v její aktuální velikosti. h - vzepětí klenby soudkovité části jámy (m); l- rozpětí klenby porušených hornin (m); kv - součinitel vlivu vyztužení (armování) – (lze uvažovat ve velikosti cca 1,3); R - poloměr výztuže jámy kruhového průřezu (m). Pro přesnější posouzení stability výlomu a zatížení výztuže je nutno obvykle realizovat matematický model MKP, který simuluje stabilitu a velikost vnitřních sil ve výztuži pro aktuální vstupní geotechnická data, z nichž nejdůležitější jsou: -
hloubka h (m);
-
objemová tíha hornin γ (kNm-3);
-
modul pružnosti Ed (kPa);
-
Poissonovo číslo ν;
-
smyková pevnost hornin (φ, c) [(°) (kPa)].
Únosnost výztuže v jámě klesá v závislosti na: -
korozním účinku důlních vod na beton;
-
karbonatizaci betonu;
-
velikosti a dlouhodobosti působení zatížení (creep materiálu);
-
míře ovlivnění vlivy dobývání v okolí jámy.
4.2.4. Vliv zásypu nezpevněným materiálem na stabilitu vyztužené jámy Nevyztužený zásyp vytváří v likvidované jámě stav vnitřního horizontálního zatížení výztuže (qx,z), jehož velikost činí dle Jansena a Terzhagiho: qx , z =
A.γ .tg 2 (45 − ϕ / 2 ) K b .tgδ .O
A
- plocha průřezu jámy (m2);
γ
- objemová tíha zásypu (kNm-3);
Kb
2 1 - úhel tření mezi zásypem a stěnou jámy (cca až ϕ 2 3 - součinitel bočního tlaku v zásypu (Kb =& 1-sin φ);
O
- obvod výztuže (m);
φ
- úhel vnitřního tření materiálu v zásypu (°).
δ
(46);
(47);
Na stabilitu výlomu v jámě kruhového průřezu má tato hodnota qx,z vliv podle vztahů:
47
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ σ t , max =
2.γ h .h.µ − qx, z 1− µ
(48);
σr = qx,z. Měl-li by zásyp stabilizovat výlom z hlediska vzniku a šíření porušení, musel by zásyp působit reakcí qx,z v min. velikosti: µ (1 − sin ϕ ) qx,z,min = γ n .h. (49). 1− µ Provedené analýzy vlivu horizontálního zatížení výztuže zásypem ukazují, že zásyp jámy nemůže prakticky zabránit rozvoji porušování, zabrání ale tvorbě a propagaci závalů z hlediska strukturní nestability, protože velikost zatížení zásypem (qx,z) je větší než zatížení vývaly. Zásyp jámy je tedy účinný stabilizační prostředek proti tvorbě a šíření závalů a do okamžiku, než dojde k případné nestabilitě zásypu (ujetí, vyjetí), efektivně stabilizuje jámu a její okolí.
4.2.5. Strukturní stabilita jámy V případě ztráty únosnosti výztuže jámy (korozivním porušením betonu, překročením únosnosti apod.) se rizikovým faktorem nestability výlomu stává strukturní nestabilita hornin, vznikající v důsledku porušenosti horninového prostředí, úložních poměrů (úklon vrstev) a zvětrávání hornin v blízkosti povrchu. Toto riziko nestability je u jam podstatně sníženo v případě takových úložních poměrů, kdy úklon vrstev protínajících jámový stvol činí jen max. cca 25-30°, což nepřekračuje úhel vnitřního tření hornin. Tím se snižuje riziko vyjíždění rozvolněných hornin do jámy. Příznivým faktorem může být i přítomnost velkého počtu mocných lavic pevných pískovců a prachovců s vysokou pevností (σd >100 MPa), které tvoří přirozenou překážku šíření vývalů do nadloží. Vysoká pevnost hornin minimalizuje tvorbu rozvolněné oblasti (velikost b), která může obecně dosahovat velikostí dle (50) – (53). 4.2.5.1. Velikost oblasti zavalování pro porušené a zvětralé horniny můžeme stanovit ze vztahů: lv .γ z pro porušené a zvětralé horniny 2tgϕ l b = v .γ z pro případ tvorby kleneb přirozené rovnováhy v okolí jámy 2f
b=
(50); (51);
b – rozměr porušené oblasti v okolí jámy (m); lv – rozměr delší strany hrubého výlomu jámy (m); ϕ − úhel vnitřního tření hornin (°);
σ dm ); 10 γz − součinitel spolehlivosti zavalování (1,1-1,2).
f – součinitel pevnosti dle Protodjakonova (f =
4.2.5.2. Velikost oblasti zavalování pro symetrické a nesymetrické porušování horninového okolí jámy: b=
a 2 (1 + K n ) .γ z , pro symetrické zavalování jámy Kn
lv .γ z pro případ jednostranného zavalování 2K n a – ekvivalentní poloměr výlomu jámy (m); b=
(52); (53);
Kn – součinitel nakypření (0,1-0,5). 48
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ Z hlediska nejnepříznivějšího účinku strukturní nestability okolí jámy lze specifikovat případy: a) případ vytvoření vývalu (závalu, porušení) v jámě v okolí mocné sloje a riziko jeho šíření k povrchu; b) případ nestability okolí jámy v blízkosti ústí jámy a vytvoření závalové (poklesové) propadliny na povrchu v okolí jámy; c) vytvoření závalu (vývalů) ve větších hloubkách (h > cca 600 m) a jejich propagace k povrchu. Schéma způsobu porušování okolí jámy podle uvedených vztahů je znázorněno na obrázku č. 4.16. a 4.17.
Obr. 4.16. 49
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“
obr. 4.17. Z geologického a pevnostního profilu může být zřejmé, že k případu ad c.) může docházet pouze ojediněle, protože každá vznikající kaverna v nadloží málo pevné vrstvy hornin (uhlí) bude stabilizována nadložní deskou pevných pískovců (prachovců), jejíž mocnost bude větší než kritická mocnost pevné nadložní vrstvy stanovená ze vztahu (obr. 4.18.): γ .H . cosα .0,6 (54); mkrit = γ m b. σ . γ tm h b – šířka výlomu jámy (m); H – hloubka pod povrchem (m); α − úklon vrstev (°); σtm – tahová pevnost horninové desky (kPa); γh − součinitel vlivu vody na pevnost horniny (∼ 0,8); 50
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ γm − součinitel spolehlivosti (∼ 1,2).
Obr. 4.18. Vzhledem k tomu, že vrstev této mocnosti se v profilu jámy v karbonském pohoří obvykle nachází značný počet, je možno velmi spolehlivě prognózovat, že i při plném zavalení jámy v její spodní části, nedojde k propagaci závalu k povrchu a vytvořené kaverny budou stabilizovány nadložními lavicemi pevných pískovců a prachovců. Případ vytvoření vývalu v oblasti mocné sloje (nejméně pevnostně příznivé nadloží) může být posouzen obdobně. Délka vývalu ve sloji bude odpovídat výšce Protodjakonovy klenby.
51
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ 4.2.5.3. Stabilita ústí jámy Nestabilita v okolí ústí jámy je obvykle nejvážnějším rizikem, které by mohlo ohrozit povrch v bezpečnostním pásmu. Spolehlivá eliminace tohoto nebezpečí je možná pouze zasypáním stvolu jámy a realizací ohlubňové zátky dle metodického listu. Velikost bezpečnostního pásma (poloměr r) lze stanovit za předpokladu symetrického zavalování z výrazu a 2 (1 + K ) n r= + hmax . cot g (45 + ϕ / 2) .γ z (55); Kn a – ekvivalentní poloměr jámy (m); Kn – součinitel nakypření; hmax – hloubka zvětrání a navětrání hornin masivu v ústí jámy (mocnost kvartéru) (m); φ – úhel vnitřního tření hornin v pásmu zvětrání a navětrání (°); γ – součinitel spolehlivosti (~ 1,3) zohledňující vliv úklonu vrstev a nasycen masivu vodou. 4.2.5.4. Návrh doplnění vyhlášky ČBÚ č. 52/1997 Sb. ve vztahu k obsahu projektu likvidace jámy nezpevněným materiálem V souvislosti s novelizací vyhlášky ČBÚ č. 52/1997 Sb. doporučujeme, aby ve specifikaci povinného obsahu projektu likvidace jámy nezpevněným materiálem zpracovávaného podle vyhlášky ČBÚ č. 104/1988 Sb., v platném znění, , byla zohledněna tato doporučení: − specifikace zásypového materiálu z hlediska dlouhodobé stability jeho struktury, petrografického složení, zrnitosti, znečištění zdrojů materiálu, kapacit zdrojů, dopravy atd., průkazy ekologické nezávadnosti , prohlášení o shodě; − stanovení technologie provádění zásypu pro dané podmínky jámy, způsob kontroly provádění, kontroly zasypávaných objemů, specifikaci technických opatření pro dodržení stanovených postupů (okatost mříže, rychlost provádění zásypem). Specifikaci požadavků pro provádění zásypu při překážkách v jámě (lezní oddělení apod.); − větrání během likvidace jámy; − stanovení fyzikálně-mechanických vlastností zásypového materiálu na základě zkoušek, odborných odhadů, analogie apod.; − stanovení a popis stabilitního stavu jámy, způsoby uzavření starých proniků; − geologický profil jámou s uvedením stabilitně rizikových úseků jámy; − způsob zajištění pater a proniků a konstrukce navrhovaných patrových hrází vč. průkazu jejich únosnosti a jejich lokalizace; − stanovení velikostí sedání zásypu, vč. ocenění a kvantifikace rizik při porušení patrových uzávěr a hrází; stanovení únosnosti uzavíracích hrází; − stanovení velikostí autostabilizačních zátek v horizontálních dílech a ocenění jejich vlivu na velikost a průběh sedání zásypu; 52
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ − návrh konstrukce ohlubňové zátky, stanovení jejich materiálových a geometrických parametrů, průkaz únosnosti ohlubňové zátky i pro mimořádné zatížení; − způsob likvidace přípovrchových děl pod ohlubní; − konstrukce, geometrie a průkaz únosnosti ohlubňového povalu.
4.3. Řešení stability patrových hrázových objektů zamezující vytečení nezpevněného popř. zvlídnělého materiálu do důlních děl v okolí jámy 4.3.1. Zatížení patrových hrází Přehrazování vodorovných důlních děl je z hlediska současných potřeb hornictví v České republice stále velice aktuální. Tyto objekty jsou nyní budovány především v souvislosti s útlumem hornické činnosti. Slouží k oddělení důlních prostor, kdy se obvykle jedna strana hráze zaplní vhodným materiálem (kamenivo, elektrárenský popílek, hlušina, výpěrky z prádla nebo různé směsi) případně též samovolně vodou. Hlavní funkcí těchto objektů je tedy zachycení tlaků, které tyto materiály vyvozují a jejich bezpečné přenesení do okolních hornin, případně též zajištění vodotěsnosti. Vzájemné oddělení prostorů má většinou dlouhodobý charakter, jindy je po čase vyplněna i druhá strana hrázového objektu a pak má jeho plná funkce pouze dočasný charakter. Specifický charakter mají hrázové objekty pro oddělení hlavních důlních děl od patrových objektů, které je nutno vybudovat při likvidaci jam. Budují se v blízkosti HDD a jejich účelem je zabránit vytékání materiálů, kterými je zaplňováno hlavní důlní dílo; nemusí však vždy zajistit vodotěsnost. Hráze ve vodorovných dílech se budovaly v souvislosti s důlní činností po celou dobu jejího trvání. Způsoby navrhování, technologie provádění, účel, pro který byly stavěny se, také s postupem do větších hloubek, v průběhu času vyvíjely. Zejména zvyšování tlaků, způsobené většími hloubkami dobývání, je příčinou nutnosti volit jiné materiály i návrhové a výstavbové postupy. Rozhodující pak je vždy prokázat dostatečnou bezpečnost navrženého díla proti předpokládaným účinkům, tj. prokázat, že napjatost konstrukce včetně jejího uložení v okolní hornině je z dlouhodobého hlediska menší než stanovené meze. Způsoby výpočtu velikosti zatížení na hráze se různí podle druhu jámové výplně, dále hloubky a průměru jámy. Druh jámové výztuže (stavební materiál) ovlivňuje třením velikost tlaků minimálně. V zásadě připadá v úvahu pět hlavních typů základkových hmot (plnících materiálů), jejichž zatížení se počítá odlišných způsobem: 1. Jáma je zaplavena vodou nebo vodou saturovanou nezpevněným popílkem. V tomto případě působí na dno jámy i její ostění hydrostatický tlak kapaliny příslušné hustoty, v případě popílku navíc ovlivněný objemovou hmotností popílkové suspenze. Hydrostatický tlak je ze všech tlaků největší a také nejnebezpečnější pro stabilitu překopových zátek. Přičteme-li k tomu okolnost, že voda, ani vodou nasycený popílek, nejsou zárukou trvalé stability jámové výztuže (navíc v kombinaci s přídatnými tlaky důsledkem bobtnání navlhlých jílových hornin a v kombinaci s případným narušením stavební hmoty výztuže agresivními důlními vodami), je rezultátem jednoznačně odmítnutí zaplavování jam kapalnou základkou. V současné praxi likvidování jam v zemích západní Evropy se s tímto způsobem také nepočítá. 2. Jáma je zasypána suchou základkou. 53
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ V tomto případě se při výpočtu tlaků vyvozených základkou počítá podle Jansenovy teorie – obdobně jako při výpočtu v zásobnících. Je však nutné podotknout, že v našich podmínkách je trvale suchá jáma naprostou výjimkou. Dříve či později dojde prakticky u všech dolů ke vzedmutí hladiny důlních vod – někdy až k ústí jámy, takže je nutno počítat s konečným stavem zasypání jámy, kterým je základka nasycená vodou. 3. Jáma je zasypaná suchou, nezpevněnou základkou, dodatečně zaplavena vodou (popř. suchou základkou sypanou do (částečně) zavodněné jámy, což je méně výhodné, neboť hutnost (slehlost) takovéto základky je menší než při sypání do suché jámy). Jak již bylo řečeno, jde o konečný stav prakticky všech likvidovaných jam. Zatížení od vodou saturované základky se počítá jako kombinace hydrostatického tlaku a tlaku od základkových hmot ve vznosu (podle Jansenovy teorie). Oproti prostému zaplavení jámy vodou nebo vodou saturovaným popílkem má však základka nasycená vodou výhodu v tom, že pevná základka (zejména štět) tvoří oporu původní jámové výztuži a zamezuje tvorbě kaveren v místech s porušenou obezdívkou. 4. Jáma je zasypaná základkou s hydraulicky účinným tmelem. Je to nejbezpečnějším typ základky. Relativně vyšší náklady na tento typ základky jsou vyváženy výrazným zvýšením bezpečnosti takto likvidovaných jam a eliminací jakýchkoliv nákladů spojených s kontrolou a dosypáváním jam a sanací důlních škod v blízkosti ústí jam kdykoliv v budoucnu. 5. Jáma je v různých hloubkách zasypána kombinací metod popsaných ad1) až 4). Výpočet zatížení pro uvedené případy je podrobně popsán v dílčí zprávě z III. etapy projektu. V případě, že posuzovaná konstrukce plní funkci bednění, je třeba také stanovit zatížení tlakem tuhnoucí hydraulicky zpevněné směsi (betonu). Tlak se v tom případě stanoví dle ČSN 73 0035. Předpokládá se, že vodorovný tlak sloupce betonu vzrůstá s hloubkou lineárně z nulové hodnoty na povrchu bednění až po hodnotu pmax, které dosáhne v hloubce dmax a dále již má stálou hodnotu (viz. obr. 4.19.).
Obr. 4.19.: Vodorovný tlak čerstvé betonové směsi Dle čl. 237-241 uvedené ČSN se velikost normového zatížení pmax stanoví jako nejmenší z vyčíslení vzorců:
kde:
a)
p1n = γbs .d
(kN.m-2)
(56),
b)
p2n = 3vbs + 100b + 15
(kN.m-2)
(57),
c)
p3n = γbsvbs . κ + 5
(kN.m-2)
(58),
γbs
objemová tíha betonové směsi bez ohledu na vyztužení (kN.m-3), 54
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ d
hloubka vrstvy betonu (m),
vbs
rychlost kladení směsi v metrech výšky vybetonované za hodinu (m.h-1),
b
nejmenší půdorysný rozměr betonového dílce (m),
κ
opravný koeficient závislý na způsobu vibrace, na teplotě a zpracovatelnosti směsi. Stanovení tohoto koeficientu je v citované normě podrobně rozvedeno. Pro výstavbu v důlních podmínkách (teploty 5-25 °C), vibrovaný beton, betonová směs s vyšším obsahem vody) jsou hodnoty uvedeny v tabulce 4.1. Tab. 4.1.: Hodnoty koeficientu κ
Betonová směs s vyšším obsahem vody, vibrovaná
Teplota směsi (°C) 5 10 15 2,90 2,20 1,65
20 1,20
25 0,90
Protože v případě důlních konstrukcí se jedná vždy o rozměrné konstrukce, není třeba uvažovat vzorec ad b), který rozhoduje u tenkostěnných konstrukcí. Hloubka dmax se stanoví ze vzorce: dmax = kde:
p max,n γ bs
(m)
(59),
pmax,n je nejmenší normová hodnota vyčíslená podle vzorců a) až c), γbs
je uvedeno dříve.
Jestliže se betonová směs volně ukládá z výšky nejméně 2,0 m, je třeba (s uvážením skutečných podmínek v dole) zvětšit hodnoty tlaku dříve vypočteného s ohledem na vznikající rázy o 10 kN.m-2. Součinitel zatížení v případě zatížení tlakem čerstvé betonové směsi je dán hodnotami γf = 1,1 nebo 0,9, podle smyslu působení na bezpečnost konstrukce.
4.3.2. Typy používaných hrází V praxi se pro oddělení HDD od patrových děl používají tyto typy hrází: -
blokové hráze,
-
sestřelované hráze,
-
zastřelované hráze,
-
pískové nebo popílkové hráze,
-
klecové hráze.
4.3.2.1. Blokové hráze Tyto hráze jsou nejčastěji používány a staví se z těchto materiálů: -
z cihel (zděné hráze),
-
z tvárnic,
-
z betonu.
Volba materiálu odvisí od konkrétních podmínek, zejména od velikosti tlaku, kterému má hráz odolávat, požadované životnosti apod.
55
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ První dva materiály se používají při působení menšího tlaku; betonové hráze odolávají i největším tlakům, které lze v našich podmínkách uvažovat okolo 10 MPa. Také tvar hráze může být různý: -
válcová klenba,
-
rotační klenba,
-
komolý jehlan.
Funkcí těchto hrází může být kromě zadržení tlaku jámové výplně také zajištění vodotěsnosti. Tento typ hrázových konstrukcí působí staticky jako zátka, která přenáší tlakové zatížení způsobené výplní jámy do okolních hornin. Způsob přenosu zatížení je do značné míry určen skutečným tvarem hráze, zejména její tloušťkou. Je-li tato tloušťka dostatečná, roznáší se zatížení přímo, přičemž na nezatíženém líci hráze vznikají tahová napětí. Při malé tloušťce hráze se její statické působení blíží deskové konstrukci. Kritické místo určující stabilitu hráze je v zakotvení hráze do okolních hornin. V této části je beton konstrukce namáhán smykovým (střihovým) napětím, kterému však beton i ostatní jmenované materiály, na rozdíl od tlaku, odolávají jen v menší míře. Pro méně zatížené hráze vyhovují hráze jednoduchého tvaru, je-li hráz zatížená tlakem kolem 10 MPa, navrhují se hráze zdvojené (viz. obr. 4. 20. a 4.21.).
Obr. 4.20.: Jednoduchá kuželová hráz
4.3.3. Návrh rozměrů blokových (kuželových ) hrází Pro navrhování rozměrů blokových (kuželových) hrází existuje řada metod, z nichž nejběžnější jsou: -
ČSN 44 6412 Navrhování báňských vodních hrází z prostého betonu-statický výpočet (1988).
-
Vyhláška ČBÚ 4/1994 Požadavky na provedení a stavbu objektů a zařízení pro rozvod a izolaci větrů a uzavírání důlních děl.
-
Metoda konečných prvků (MKP) aplikovaná v některém programovém systému.
4.3.3.1. Výpočet dle ČSN 44 6412 ČSN 44 6412 Navrhovanie banských vodných hrádzí – Statický výpočet (rok vydání 1988) se týká jak plyne z názvu navrhování vodních hrází, ale její ustanovení mohou být přiměřeně použita i pro návrh hrází oddělujících HDD od patrových prostorů. Podle této ČSN se vodní hráze navrhují zpravidla z betonu nebo železobetonu, pouze pro malé tlaky (do 0,2 MPa) lze použít cihelné nebo tvarovkové zdivo. Zvolený materiál musí odpovídat požadavkům norem na navrhování konstrukcí z příslušného materiálu. Pevnosti a další fyzikálně-mechanické vlastnosti materiálů a horninového prostředí se stanoví s použitím těchto norem. Má-li být hráz vodotěsná, je třeba použít ke stavbě vodotěsný beton.
56
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ Tato norma navazuje na ČSN 6410 Plná vodná hrádza – Všeobecné zásady, v níž jsou uvedeny další požadavky a předpoklady, které je nutno při návrhu vodních hrází respektovat. Také tyto požadavky je nutno uvážit přiměřeně k účelu hrází budovaných v blízkosti HDD. Statický výpočet vodních hrází se předepisuje provádět podle mezních stavů: -
1.mezní stav – porušení materiálu. Prokazuje se bezpečnost hráze při zatížení tlakem vody,
-
2.mezní stav – vznik trhlin. Prokazuje použitelnost hráze vzhledem k požadované nepropustnosti.
Pro hráze v blízkosti HDD není nutno respektovat požadavek vodotěsného betonu ani výpočet podle [2] mezního stavu, pokud ovšem zvláštní situace vodotěsnost nepožaduje. Návrh se provádí v současnosti s použitím těchto platných norem: -
ČSN 73 1201 Navrhování betonových konstrukcí,
-
ČSN 73 0031 Stavební konstrukce a základy,
-
ČSN 44 2062 Navrhování betonové monolitické důlní výztuže,
-
ČSN 73 1209 Vodostavební beton.
Součinitel spolehlivosti konstrukce podle účelu se v ČSN 6412 stanovuje takto: γn = 1 pro životnost díla do 5 let, γn = 1,1 pro životnost přes 5 let. Tímto součinitelem se vynásobí zatížení. Materiálem tohoto typu hrází je obvykle prostý beton, takže návrh a posouzení se pak provádí podle platných norem, v nichž jsou uvedeny všechny potřebné hodnoty a charakteristiky pro vybraný typ betonu. Pro výpočet součinitele podmínek působení betonu se dle ČSN 73 1201 uvažují vlivy: -
vyztužení průřezu γbs,
-
místního snížení pevnosti betonu γbb,
-
stadia výroby γbe.
Fyzikální charakteristiky horninového prostředí je třeba určit podle výsledků geologického a hydrogeologického průzkumu, informativně pak dle ČSN 73 0037 Zemní tlak na stavební konstrukce. Normový tlak na hráz zatíženou vodou se určí podle zásad hydrogeologie. Výpočtové zatížení se získá dle vztahu: pwv = γn . γf . pwn (kNm-2) (60); kde značí:
pwv
výpočtový tlak (kNm-2);
pwn
normový tlak (kNm-2);
γn
součinitel spolehlivosti (-);
γf
je γfw = 1,3 pro výpočet tlaku vody na hráz; 57
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ γfr = 2,0 pro výpočet účinků na horninu. Pro návrh rozměrů hráze se v ČSN 44 6412 doporučuje volit úhel α na obr.3 takto: -
pro poloskalní a skalní horniny s pevností v prostém tlaku do 60 MPa α=20°,
Obr. 4.21.: Rozměry hráze dle ČSN 44 6412 -
pro skalní horniny s pevností v prostém tlaku do 60 MPa α = 30°,
-
pro velmi pevné horniny α = 36°.
Délku kuželové hráze h je pak možno stanovit ze vztahu: h = ( Vwd.a)/(2γb.Rbd–Vwd)+b2/ 8a (m)
(61),
kde je: Vwd maximální výpočtový tlak na hráz (MPa), a = b/(2.sinα) rozměr podle obr.3.4. (m), b
větší z rozměrů průřezu hráze (m),
Rbd
výpočtová pevnost použitého betonu v tlaku (MPa),
γb
součinitel podmínek působení betonu (-).
Namáhání horniny ve spáře nesmí překročit výpočtovou pevnost v prostém tlaku při součiniteli γfr = 2,0. Jestliže vypočtená délka hráze vychází větší než 2a, navrhují se vícenásobné hráze, přičemž celková délka hráze h se vypočte jako součet délek jednotlivých částí. V normě je též uvedena doporučená úprava tvaru (mezi kuželové části se vkládá výplňový beton) – viz. obr. 4.22.
Obr. 4.22.: Dvojitá hráz dle ČSN 44 6412
58
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ 4.3.3.2. Výpočet podle vyhlášky ČBÚ 4/1994 Tato vyhláška stanovuje požadavky na provedení a stavbu objektů a zařízení pro rozvod a izolaci větrů a uzavírání důlních děl. Část třetí je věnována hrázovým objektům. Z textu je zřejmé,že jde o hráze oddělující: -
stařiny a opuštěná důlní díla bez nebezpečí samovznícení uhlí (součinitel bezpečnosti k = 1),
-
stařiny a opuštěná důlní díla s nebezpečím samovznícení uhlí; objekt oddělující větrní oblast nebo objekt specifikovaný OBÚ (k = 2).
Netýká se tedy přímo hrází tlakových určených k zadržení tlaku výplňových hmot a vody.
Obr. 4.23. Hráz dle vyhlášky ČBÚ 4/1994 Podle této vyhlášky lze pro budování hrází použít zdivo, tvárnice, rychletuhnoucí a speciální hmoty, beton, případně tyto hmoty kombinovat, nebo hráze budovat jako naplavované. Tlak, na který se mají výbuchovzdorné hráze dle § 14 vyhlášky 4/1994 dimenzovat, je: Pv = 0,5 MPa, což je pro hráze pro zadržení výplně jámy budované případně i v hloubce kolem 1000 m zcela nedostatečné. Potřebná délka hráze L se dle této vyhlášky určuje ze vzorce: L = 0,9 . bmax .(Pv . k / σtl)0,5 (m)
(62),
kde je: bmax největší z rozměrů hrubého průřezu důlního díla (m), σtl nejmenší pevnost v tlaku použitého materiálu (pro beton předepsáno minimálně B15, t.j C12/15 podle nové ČSN EN 206-1) (MPa), k
součinitel bezpečnosti podle účelu hráze,
k = 1 pro objekt uvnitř větrní oblasti a nehrozí-li nebezpečí samovznícení uhlí, k = 2 pro objekt určený k izolaci větrních oblastí, hrozí-li nebezpečí samovznícení, nebo určí-li tak OBÚ. Má-li být tento vzorec aplikován pro dimenzování uzavírací hráze zadržující tlaky i kolem 10 MPa, což je v praxi reálný požadavek, bude nutno za Pv dosadit výpočtový tlak stanovený dle postupů již uvedených. Konstrukce vzorce pro délku hráze L vychází ze statického předpokladu, že tvar nosné konstrukce hráze je válcová (oblouková) klenba s podepřením na dvou stranách hráze. 59
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ Koeficient 0,9 ve vzorci pro výpočet délky hráze je odvislý od předpokladu uspořádání na kontaktu hráze a okolní horniny. Hodnota nejmenší pevnosti v tlaku prostého betonu hráze je pak: σtl = γb . Rbd (MPa) kde je: γb Rbd
(63),
součinitel podmínek působení betonu dle ČSN 73 1201, výpočtová pevnost betonu příslušné třídy v tlaku (MPa).
Dále jsou v této vyhlášce uvedeny konstrukční požadavky na kotvení hráze do okolní horniny. U betonových nebo zděných hrází přichází v úvahu kotvení pomocí záseků, jejichž hloubka se stanovuje s ohledem na pevnost hornin a použitého materiálu, nejméně však 50 cm. Pro jiné použité materiály se určují minimální pevnosti takto: -
cihly, betonové a škvárobetonové tvárnice min. 20 MPa,
-
malta min.10 MPa,
-
jiné materiály musí být schváleny zkušebnou určenou ČBÚ.
Materiály pro plavenou hráz mohou být: -
směs popílku a vody,
-
směs popílku, vody a cementu v určeném poměru,
-
jiné materiály, pokud byly schváleny zkušebnou určenou ČBÚ.
Minimální délka plavené popílkové hráze je pro světlé průřezy hrazeného díla určena v tabulce. Tloušťka plavené popílkocementové hráze se počítá podle vzorce uvedeného v této kapitole, kde pevnost materiálu v tlaku se stanoví předem zkouškou po 28 dnech. Také tloušťka hráze z rychletuhnoucích materiálů se stanovuje podle téhož vzorce. Minimální pevnost v tlaku sádry musí být podle použitého typu 3 nebo 6 MPa. Je ovšem mít na paměti, že všechny tyto údaje ve vyhlášce ČBÚ 4/1994 platí pro hráze protivýbuchové, které odolávají tlaku pouze max.1 MPa. Uvedené metody počítají pouze délku navrhované hráze a to na základě vybraných konstantních parametrů: -
maximální tlak na hráz (vypočtený nebo stanovený jako tlak při výbuchu),
-
pevnost materiálu hráze,
-
maximální rozměr hráze.
Výpočtem se nestanovuje ani skutečná napjatost materiálu a deformace hráze, ani vliv na okolní horniny. 4.3.3.3. Metoda konečných prvků (MKP) Principy této metody jsou obecně známy. Její aplikace vyžaduje poměrně složitý software, avšak v současné době jsou počítačové modely řešící úlohu napětového a deformačního stavu podobných konstrukcí běžně dostupné. Tato metoda umožňuje velmi dobře vystihnout vlastnosti okolních hornin a jejich místní proměnu, což všechny ostatní metody neumožňují.
60
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“
4.3.4. Další typy hrází Jde o hráze sestřelované, zastřelované, pískové, popílkové a klecové. Popis konstrukce a postup průkazu dostatečné statické odolnosti těchto typů hrází je uveden v závěrečném materiálu tohoto úkolu.
4.3.5. Volba typu hráze Vhodnost různých typů hrází pro oddělení jámy od patrových objektů je nutno posuzovat z řady hledisek: -
očekávaný tlak výplňového materiálu,
-
zatopení hráze v budoucnu,
-
zajištění vodotěsnosti hráze,
-
nutnost zvýšit bezpečnost hráze s ohledem na probíhající práce na nezatížené straně,
-
otázka trvanlivosti materiálů a životnosti konstrukce,
-
materiál a technologie, které jsou k dispozici,
-
ekonomie výstavby,
-
požadovaná rychlost výstavby,
-
bezpečnostní podmínky pro provádění hráze, atd.
Životnost samotných materiálů použitých pro stavbu hrází oddělujících HDD od patrových objektů je základním předpokladem dostatečné životnosti celé hráze. Hlavními používanými materiály jsou beton (případně vyztužený) a ocel. Návrh kvality betonu z tohoto hlediska se řídí ČSN EN 206-1. Tato norma předepisuje pro konstrukce, které jsou umístěny ve vysoce agresivním prostředí, které se časem v okolí hráze vyvine v důsledku oxydace pyritu, třídu betonu C35/45 pro stupeň XA3 s minimálním množstvím cementu 360 kg/m3. To je změna proti dříve používaným betonům B30 (C25/30), u nichž se jejich složení pro zajištění dostatečné životnosti v agresivním prostředí nepředpisovalo. Pro ocel umístěnou v takto agresivním prostředí platí přibližně, že v důsledku povrchové koroze ubývá materiál 100 µm za rok. Ocelové profily používané ke stavbě by tedy měly být co možno masivní, aby i po delším působení koroze byla zachována jejich dostatečná únosnost. Po vyhodnocení uvedených hledisek je možno vybrat nejefektivnější typ hráze a na základě tohoto rozhodnutí přikročit ke zpracování projektu.
4.3.6. Doporučení pro používanou metodu výpočtu V závěrečném materiálu projektu výzkumu a vývoje ČBÚ č.36-05 je uveden přehled hrázových objektů používaných pro oddělení vodorovných důlních děl od jámy v případě její likvidace zásypovým materiálem. Je uveden přehled výpočetních postupů a dalších požadavků používaných v ČR, Polsku a Velké Britanii. Pro blokové (masivní) hráze je dále odvozeno matematické řešení délky hráze, jestliže nahradíme nosnou část hráze válcovou klenbou nebo kulovou bání. Srovnáním s výpočtovým postupem dle Vyhlášky č. ČBÚ 4/1994 Sb., vyplývá, že teoretický model těchto výpočtů (klenba, báň) je shodný a liší se pouze okrajovými podmínkami, což se projeví rozdílnou velikostí koeficientu u vzorce pro délku hráze. Výpočet dle ČSN 44 6412 a podle polských předpisů mají také společný teoretický základ (předpoklad o částečném využití ohybové tuhosti konstrukce hráze). V příloze jsou formou grafů porovnány výsledné délky hrází v důlních profilech 000-12 a 00-0-16 vypočtené podle různých platných metodik
61
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ Kromě návrhu blokových hrází jsou v závěrečném materiálu projektu uvedeny i výpočetní postupy pro hráze sestřelované, zastřelované a klecové, které mohou být za určitých podmínek výhodně použity.
4.3.7. Závěr Pro hráze oddělující likvidované HDD od patrových objektů, jejichž funkcí je trvale zadržetvodorovný tlak zásypového materiálu, se jako nejvhodnější jeví: -
hráze tvaru komolého kuželu, jedno nebo vícenásobné,
-
materiál beton třídy C35/45 se stupněm odolnosti XA3, případně C30/37 se stupněm odolnosti XA2 (dle ČSN EN 206-1 Beton) podle očekávaného stupně agresivity důlního prostředí v budoucnu. Ta totiž může časem stoupat vlivem oxidace pyritu, který je přítomen v okolních horninách a uhlí.
-
statické posouzení provádět podle ČSN 44 6412 “Plná vodní hráz – statický výpočet“ s přiměřeným respektováním ustanovení této normy, neboť tato ČSN není přímo určena pro navrhování hrází pro zadržení tlaku zásypového materiálu. Platí však pro navrhování hrází pro velké tlaky na rozdíl od metodiky dle vyhlášky ČBÚ 4/1997 a je proto pro zajištění bezpečnosti hráze přiměřenější.
-
v komplikovaných případech (mimořádně vysoké zatížení, složité geologické poměry, obtížné výstavbové podmínky, apod) provést ke zjištění skutečného stavu napjatosti a deformace projektované hráze i okolních hornin kontrolní výpočet pomocí metody konečných prvků (MKP).
62
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“
Obr. 4.24. Porovnání výsledků výpočtů délky hráze podle vybraných metodik profil 00-0-16, beton C 25/30
63
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“
Obr. 4.25. Porovnání výsledků výpočtů délky hráze podle vybraných metodik profil 00-0-12, beton C 25/30
4.4. Laboratorní výzkum fyzikálně-mechanických vlastností nezpevněných zásypových materiálů Z laboratorního výzkumu fyzikálně-mechanických vlastností základkových materiálů a působení agresivního prostředí na základkový materiál vyplynula zjištění, která mohou přispět k řešení stability základkového materiálu v jámě. Pro hodnocení fyzikálně-mechanických vlastností nezpevněných základkových materiálů byly posuzovány materiály: I. materiály uložené na odvalech v hornických revírech: II. materiály z těžby rudných dolů; 64
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ III. materiály ostatní – drcený štěrk, popílky, struska; IV. zpevněné kompozity typu betonů a popílkocementových směsí. Pro posouzení parametrů jednotlivých typů základkových materiálů a jejich vlastností pro zakládání byly laboratorně ověřovány jejich fyzikálně-mechanické vlastnosti a jejich odolnost vůči agresivnímu prostředí. Z hlediska jednotlivých typů základkových materiálů jsou rozhodující jejich vlastnosti: -
Objemové hmotnosti a objemové tíhy.
-
Hmotnosti sypné a setřesené a tomu odpovídající mezerovitosti.
-
Pevnosti v tlaku a příčném tahu.
-
Sypné úhly.
-
Stav a průběh stlačitelnosti v návaznosti na poklesy základkového materiálu.
-
Vliv agresivního prostředí.
Tyto vlastnosti byly dostatečně tabulkově zpracovány ve zprávách projektu č.4 a 5 III.etapy.
4.4.1. Přehled využívaných základkových materiálů typu I. 4.4.1.1. Ostravsko – karvinská oblast Převážně pro zakládání HDD se používá hlušina z těžby uhelných dolů. Jedná se o klastický materiál velikosti 0 – 200mm z ražených svislých i vodorovných důlních děl ražených v karbonském souvrství, a dalších směsí karbonových hornin z úpravnického procesu. Převážně se jedná o šedé jemnozrnné pískovce s pevností v tlaku do 40MPa ve směsi s rozpadlými prachovci a jílovci se zbytky cca 15% uhelné substance. 4.4.1.2. Žacléřská oblast V této oblasti se využívá základkový materiál pro HDD uzavíraných dolů. Horniny nadložních vrstev povrchové těžby uhlí lomu Šverma a horniny z centrálního odvalu dolu Jan Šverma. Jedná se o jílovito-prachovitou horninu s vtroušenou uhelnou hmotou se značnou rozpadavostí. Pevnosti v tlaku mezi 10 – 40 MPa. 4.4.1.3. Rosicko – oslavanská oblast Pro zakládání HDD se využívají hlušiny uložené na odvalu Dolu Kukla. Jedná se o karbonské horniny složené z pískovců, prachovců a jílovitých hornin, které byly značně postiženy teplotami 800 – 1000°C, s pevností v tlaku do 15 MPa. 4.4.1.4. Kladensko-rakovnická oblast Pro zakládání HDD jsou využívány karbonské horniny s požárem postiženého odvalu dolu Scheler, což jsou karbonské horniny převážně pískovce s pevností v tlaku až 50 MPa. Rovněž jsou využívány fluidní popílky z Elektrárny Kladno.
65
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“
4.4.2. Přehled základkových materiálů typu II. – rudné revíry 4.4.2.1. Zlatohorský revír Kde jsou pro zakládání HDD využívány těžené krystalické vápence ve formě štětů a hrubé prosliněné frakce narušených vápenců z těžby tzv. podroštného ve formě hrubých a drobných zrn krystalického vápence těženého ve vápencovém lomu Ondřejovice. Pevnost v tlaku těchto materiálu činí 50 – 80 MPa. 4.4.3.2. Uranové doly Dolní Rožínka Metamorfované horniny, ruly, amfibolity s prokřemeněním a s pevností v tlaku 80 – 100 MPa.
4.4.3. Základkové materiály typu III. Ostatní využívané základkové materiály: -
drcené horniny z těžby v povrchových lomů určené pro štětovou bázi,
-
nezpevněné popílky,
-
drcená struska a strusková pemza,
-
těžený štěrk.
4.4.4. Základkové materiály typu IV. Kompozity: -
betony,
-
popílky zpevněné cementovým tmelem,
-
fluidní popílky.
4.4.5. Hodnocení vhodnosti a použitelnosti jednotlivých skupin základkových materiálů 4.4.5.1. Skupina I I.1
Horninový materiál z těžby uhlí v Ostravsko – Karvinské oblasti: Průměrná objemová hmotnost
2,56 Mg/m3,
Mezerovitost
31,5%,
Objemová tíha
25,15 kN/m3 setřesená 17,5 kN/m3,
Modul přetvárnosti
38,0 – 40,0 MPa,
Střední pevnost v tlaku
25 MPa,
Očekávané poklesy v jámě
0,240 – 0,725 m.
Vliv agresivního prostředí: snížení pevnosti v tlaku až o 60 % na 9 – 24 MPa. Odůvodnění použitelnosti pro základku HDD : Z hlediska fyzikálně – mechanických vlastností horninový materiál vykazuje dostatečnou stabilitu vlivem obsahu pevných pískovců a vhodné skladby drobných zrn, které vytěsní mezerovitost mezi velkou frakcí horninového materiálu. Sednutí lze očekávat dle průměru jámy mezi 0,24m až 0,725m. Vlivem agresivního prostředí po zaplavení jámy však může dojít k částečnému rozpadu pískovců, což se může projevit mírným poklesem vlivem zmenšení mezerovitosti viz. zrnitostní křivka (obrázek 4.26.), ze které vyplývá, že nedochází k výraznému porušení struktury zrn.
66
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ 31,5
100
propad sítem [%]
90
64
16
80 70 8
60 50
4
40 30 20
1 0,063 0,125 0,25
10
2
0,5
0 0,0
0,1
před stlačením
.
1,0 průměr zrn [mm]
10,0
po stlačení
100,0
po stlačení - kyselina sírová
Obr. 4.26. I.2
Žacléřská oblast – horninový materiál z odvalu a povrchové těžby uhlí Průměrná objemová hmotnost
2,39 – 2,76 Mg/m3,
Mezerovitost
34,5 %,
Objemová tíha
25,8 – 27,0 kN/m3
Modul přetvárnosti
12,0 – 14,0 MPa,
Střední pevnost v tlaku
10 - 47 MPa,
Očekávané poklesy v jámě
0,310 – 3,615 m.
setřesená
16 - 17 kN/m3,
Vliv agresivního prostředí: značný rozpad horniny a snížení pevnosti v tlaku až o 90 %. Odůvodnění použitelnosti pro základku HDD : Horninový materiál je značně variabilní, rozpadavý s velkým rozdílem pevnosti v tlaku. V agresivním prostředí došlo ke značnému rozpadu horninového materiálu, což může způsobit následné zvýšené sednutí materiálu v jámě cca o 30% u frakcí 8-64 jak vyplývá z následující zrnitostní křivky (obr. 4.27.). 64
propad sítem [%]
100 90
31,5
80 70
16
60 50 40
8 4
30 20
2 0,5 0,063 0,125 0,25
10 0 0,0
před stlačením
0,1
1
1,0 průměr zrn [mm] po stlačení
10,0
100,0
po stlačení - kyselina sírová
Obr. 4.27. 67
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ I.3
Oslavany – horninový materiál z prohořelého odvalu: Průměrná objemová hmotnost
2,37 – 2,50 Mg/m3,
Mezerovitost
37,0 – 41,0 %,
Objemová tíha
24,0 kN/m3
Modul přetvárnosti
26,31 MPa,
Střední pevnost v tlaku
15 - 23 MPa,
Očekávané poklesy v jámě
0,360 – 0,965 m.
setřesená
15 kN/m3,
Vliv agresivního prostředí: rozpad horniny, snížení pevnosti v tlaku až o 80 %. Odůvodnění použitelnosti pro základku HDD : Hornina z Dolu Kukla v Oslavanech je ve struktuře ovlivněna prohořením, což ovlivnilo její počáteční pevnosti v tlaku. Vliv agresivního prostředí způsobil úplný rozpad některých částí horninového materiálu. Zaplavením základky a v důsledku působení agresivního prostředí dochází k dalšímu rozpadu, což může způsobit další poklesy cca o 15% v celém rozsahu zrnitostní křivky (obr. 4.28.).
propad sítem [%]
64 100 90 80 70 60
31,5
16
50 40 30 20 10 0
8 4 0,063 0,125 0,25 0,5 0,0
před stlačením
0,1
1
2
1,0 průměr zrn [mm] po stlačení
10,0
100,0
po stlačení - kyselina sírová
Obr. 4.28. I.4
Kladenská oblast – horninový materiál z odvalu: Průměrná objemová hmotnost
2,39 Mg/m3,
Mezerovitost
30,5 – 33,40 %,
Objemová tíha
23,45 kN/m3
Modul přetvárnosti
32,62 MPa,
Střední pevnost v tlaku
48 MPa,
Očekávané poklesy v jámě
0,310 – 0,600 m.
setřesená
15,70 kN/m3,
Vliv agresivního prostředí: rozpad horniny, snížení pevnosti v tlaku až o 80 %. Odůvodnění použitelnosti pro základku HDD : Hornina z odvalu Dolu Scheler vykazuje značnou vrstevnatost, která vlivem agresivního prostředí může způsobit rozpad celistvosti kompaktních částí horniny. Výrazné snížení pevnosti v tlaku po působení agresivního prostředí zásadně neovlivní zvýšený pokles základky v jámě viz. následující zrnitostní křivka (obr. 4.29.). 68
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ 64
propad sítem [%]
100 90 80 70 60
31,5
50 40
16 8
30 20
0,5 0,063 0,125 0,25
10 0 0,0
0,1
4
2
1
1,0 průměr zrn [mm]
před stlačením
po stlačení
10,0
100,0
po stlačení - kyselina sírová
Obr. 4.29.
4.4.5.2. Skupina hornin II. – Horninový materiál pro likvidaci děl rudných dolů II.1
Dolní Rožínka – metamorfované horniny, ruly, amfibolity s pevností 80 – 100 MPa Průměrná objemová hmotnost
2,75 Mg/m3,
Mezerovitost
39,5 %,
Objemová tíha
26 - 27 kN/m3 setřesená
Modul přetvárnosti
32,60 MPa,
Střední pevnost v tlaku
73 - 124 MPa,
Očekávané poklesy v jámě
0,600 – 1,565 m.
16,28 kN/m3,
Vliv agresivního prostředí: snížení pevnosti v tlaku o 70 – 90 %. Odůvodnění použitelnosti pro základku HDD : Vysoká pevnost materiálů může být částečně ovlivněna vysokou agresivitou vod důlního prostředí uranových dolů, čímž může dojít k mírnému rozpadu horniny, což se projeví v mírném poklesu základky v oblasti zrn 8 – 64mm viz. následující zrnitostní křivka (obr.4.30.). 64
propad sítem [%]
100 90 80
31,5
70 60 50 40 30
16 8 4
20 10 0
0,063 0,125 0,25 0,5 0,0
před stlačením
0,1
1
2
1,0 průměr zrn [mm] po stlačení
10,0
100,0
po stlačení - kyselina sírová
Obr. 4.30. 69
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ 4.4.5.3. Skupina III III.1 Rudný revír Zlaté Hory – jako základkový materiál jsou využívány krystalické vápence z blízké těžby vápenců v lomu Ondřejovice Průměrná objemová hmotnost
2,65 Mg/m3,
Mezerovitost
27,0 – 49,8 %,
Objemová tíha
26,70 kN/m3
Modul přetvárnosti
47,27 MPa,
Střední pevnost v tlaku
22 – 52,3 MPa,
Očekávané poklesy v jámě
0,60 – 0,725 m.
setřesená
13 - 19 kN/m3,
Vliv agresivního prostředí: snížení pevnosti v tlaku je značně rozdílné v závislosti na agresivitě struktuře vápencové hmoty – snížení dosáhlo 20 – 70 % (u kostrovitého vývoje). Odůvodnění použitelnosti pro základku HDD : Krystalické vápence jsou považovány za kvalitní základkový materiál s minimálními deformačními změnami při zatížení. Kvalita zásypového materiálu je však silně ovlivněna agresivitou důlních vod ve Zlatohorském revíru. Vlivem vysoké kyselosti důlních vod dochází u vápenců k rozsáhlému vyluhování Ca, což má za následek snížení pevnosti v tlaku, avšak k rozpadu horninového materiálu nedochází (obr. 4.31.). 64 100
propad sítem [%]
90 80
16 31,5
70 60 8
50 40 30
4 2
20 10
0,063 0,125
1
0,25 0,5
0 0,0
0,1
před stlačením
1,0 průměr zrn [mm] po stlačení
10,0
100,0
po stlačení - kyselina sírová
Obr. 4.31. III.2 Štěrkopísky – pro hodnocení byly použity štěrkopísky těžené z vody v těžebně Tovačov. Jedná se o zrnitý materiál v plynulé zrnitostní křivce 0 – 22 m Průměrná objemová hmotnost
2,36 Mg/m3,
Mezerovitost
27,0 %,
Objemová tíha
23,15 kN/m3
Modul přetvárnosti
116,50 MPa,
Střední pevnost v tlaku
není posuzován,
Očekávané poklesy v jámě
0,240 – 0,410 m.
setřesená
16,50 kN/m3,
Vliv agresivního prostředí: nebylo prováděno. 70
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ Odůvodnění použitelnosti pro základku HDD : vliv poklesů nelze očekávat ani po zvodnění a působení vlivu agresivního prostředí (obr. 4.32.). 2
90 80 propad sítem [%]
8 11 16 22
4
100
1
70 60 50 0,5
40 30 0,25
20 10
0,063 0,125
0 0,0
0,1
1,0 průměr zrn [mm]
před stlačením
po stlačení
10,0
100,0
po stlačení - kyselina sírová
Obr. 4.32. III.3
Popílky nezpevněné
Křemičité popílky produkované jako odpadový materiál ze spalovacího procesu vykazují minimální soudržnost v suchém stavu do 1 MPa. Zvodněním však dochází k jejich okamžitému rozplavení. Jsou zcela nevhodné pro použití při uzavírání svislých jam. Lze je využít pouze ve vodorovných důlních dílech. III.4 Strusková pemza - vzniká rychlým schlazením tekuté vysokopecní strusky s rozpadem na zrnitý materiál Průměrná objemová hmotnost
2,5 Mg/m3,
Mezerovitost
45,0 %,
Objemová tíha
13,44 kN/m3,
Modul přetvárnosti
23,30 MPa,
Střední pevnost v tlaku
neměřeno,
Očekávané poklesy v jámě
1,44 – 3,00 m.
Odůvodnění použitelnosti pro základku HDD: S ohledem na prostorovou strukturu struskové pemzy jsou očekávané poklesy mezi 1,5 – 3,0m. Vlivem působení agresivního prostředí lze očekávat další míru poklesů v rozsahu celé zrnitostní křivky až o 40% (obr. 4.33.). 4
100 2
90 80 propad sítem [%]
8 11 16 22
1
70 60 50 0,5
40 30 0,25
20 10
0,063 0,125
0 0,0
před stlačením
0,1
1,0 průměr zrn [mm] po stlačení
Obr. 4.33.
10,0
100,0
po stlačení - kyselina sírová
71
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ 4.4.5.4. Skupina IV IV.1
Betony třídy B 170 a B 250
Nevykazují v agresivním prostředí připraveném v laboratoři žádné pevností změny ani změny ve struktuře při použití obou typů cementů. V tomto prostředí dochází k prvním známkám degradačního procesu na povrchu vzorků. Dlouhodobé působení agresivního prostředí se může projevit postupnými změnami přecházející z povrchových částí do vnitřní struktury betonu. Velmi značný rozpad betonu byl prokázán na vzorcích odebraných z důlního prostředí těžby uranových rud ve Zlatých Horách za období působení pH faktoru 3 po dobu 1 roku. Odůvodnění použitelnosti pro základku HDD: Oba typy betonu lze doporučit pro výstavbu zátek a povalů v důlních dílech za podmínky použití bezsíranových cementů. IV.2
Fluidní popílek
Fluidní popílky jsou produktem fluidního spalování. Obsah volného CaO v rozmezí 3 – 18 % zajišťuje jejich hydratační vlastnosti. Průměrná objemová hmotnost
2,0 – 2,05 Mg/m3,
Mezerovitost
44,0 %,
Objemová tíha
10,69 kN/m3
Modul přetvárnosti
11,39 MPa,
Střední pevnost v tlaku
8 – 10 MPa.
setřesená
11,18 kN/m3,
Fyzikálně-mechanické vlastnosti fluidních popílků se vyznačují vhodnými parametry pro použití v HDD, neboť nedochází k jejich degradaci ani v agresivním prostředí. IV.3
Popílek zpevněný cementovým tmelem.
Tento typ zpevněné základky nevykazuje poklesy, avšak vliv agresivního prostředí se projevuje poklesem pevnosti v tlaku snížením o 40 %. Tento typ základky lze doporučit do důlních děl, která nevykazují snížení pH. V agresivním prostředí však dochází k jejich značnému narušení. Rovněž ukládání popelkové směsi musí být prováděno do nezvodnělých HDD. IV.4
Cementy
Vzorky cementů a jejich výzkum sloužil pouze k ověření jejich fyzikálně-mechanických vlastností a odolnosti vůči agresivnímu prostředí. Cementy nejsou využívány jako samostatný stavební materiál a proto nejsou samostatně hodnoceny. Laboratorní výzkum sloužil pouze k posouzení možných změn v kompozitních materiálech, v betonech a v popelkových směsích.
4.4.6. Závěr Doporučení na vhodnost zásypového nezpevněného materiálu vyplývá ze základních požadavků pro: -
Nehořlavosti – splňují všechny laboratorně ověřené materiály.
-
Nerozpustnost – tento vliv se lze pozorovat u horniny typu vápenců, kde nízký pH faktor rozpouští Ca. Ostatní typy základkových materiálů jsou nerozpustné.
-
Rozbřídavost – tato vlastnost se u horninového materiálu neprojevuje. 72
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“
4.5. Laboratorní výzkum agresivního prostředí kontaminovaných důlních vod na betony a zásypové materiály 4.5.1. Úvod Ukončení těžby hlubinným způsobem znamená postupné zaplavení důlních prostor důlnímu vodami. Důlní vody postupně zaplaví všechna důlní díla nezaplněná i zaplněná základkovými materiály případně stabilizovaná podzemními konstrukcemi na bázi betonů a zpevněných základkových směsí. Agresivita důlních vod v různém horninovém prostředí je závislá na druhu a chemickém složení horninového materiálu ve kterých byla důlní díla ražena. Důlní vody průtokem přes horninový masív jsou nabohacovány ionty kovů a síranu z okolního prostředí, což způsobí změnu pH faktoru. Je proto nutné znát kvalitu důlních vod a odvozovat od jejich chemických vlastností použití stavebních a základkových materiálů.
4.5.2. Vliv agresivního prostředí na kompozitní materiály Agresivní prostředí pro laboratorní výzkum bylo zvoleno pro stupně agresivity převyšující požadavky normy pro hodnocení betonů ČSN EN 206-1, tzn. maximální koncentrace síranů 6000 mg SO4−2 / litr H2O. Prostředí pro uložení vzorků základkových materiálů bylo udržováno ve dvou hodnotách pH faktoru 3 a 4,5. Vliv agresivního prostředí na stavební materiály a na základkové materiály byl sledován na: -
cementech portlandských – směsných, z důvodu posouzení změn v cementovém tmelu;
-
na betonech typu B 170 a B 250, které složením odpovídají betonům vyráběným před r. 2001;
-
křemičitých popílků zpevněným cementem tzv. popílko-cementové směsi;
-
fluidních popílků;
-
horninovém materiálu.
Výsledky laboratorních zkoušek prokázaly změny, které jsou výsledkem působení vysokých koncentrací agresivních látek v důlních vodách na uvedené typy stavebních materiálů a základkových hornin.
4.5.3. Hodnocení vhodnosti a použitelnosti kompozitních materiálů 4.5.3.1. Cementy třídy 32,5 Vzorky cementů a jejich výzkum sloužil pouze k ověření jejich fyzikálně-mechanických vlastností a odolnosti vůči agresivnímu prostředí. Cementy nejsou využívány jako samostatný stavební materiál a proto nejsou samostatně hodnoceny. Laboratorní výzkum sloužil pouze k posouzení možných změn v kompozitních materiálech, v betonech a v popelkových směsích. Vývoj hydratačního procesu v cementech probíhal pozitivně s nárusty pevnosti v období 28 dnů až na 40 MPa. Při dlouhodobém působení agresivního prostředí dochází ke směnám na povrchu vzorků tzn., že v povrchových částech cementového tmelu dochází ke vzniku povlaku na povrchu viz následující obr.4.34. a 4.35.
73
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“
Obr. 4.34.
Obr. 4.35.
4.5.3.2. Betony s cementovými tmely Betony s deklarovanými pevnostmi v tlaku 170 MPa a 250 MPa za období 7-mi měsíců vykazují změny na povrchu. Porovnáním růstu pevnosti u jednotlivých typů betonů v neutrálním prostředí, kdy pevnosti v tlaku dosahují až 48 MPa, tak v agresivním prostředí se vývoj pevnosti v tlaku zpomalí a dosahuje pouze 50 %. Viz obr. 4.36. a 4.37.
Obr. 4.36.
Obr. 4. 37.
V tomto prostředí dochází k prvním známkám degradačního procesu na povrchu vzorků. Dlouhodobé působení agresivního prostředí se může projevit postupnými změnami přecházející z povrchových částí do vnitřní struktury betonu. Odůvodnění použitelnosti pro základku HDD: Oba typy betonu lze doporučit pro výstavbu zátek a povalů v důlních dílech za podmínky použití bezsíranových cementů. 4.5.3.3. Popílko-cementové směsi Tento typ zpevněné základky nevykazuje poklesy, avšak vliv agresivního prostředí se projevuje poklesem pevnosti v tlaku snížením o 40 % (obr. 4.38. a 4.39.).
74
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“
Obr. 4.38. Obr. 4.39. Odůvodnění použitelnosti pro základku HDD: Tento typ základky lze doporučit do důlních děl, která nevykazují snížení pH. V agresivním prostředí však dochází k jejich značnému narušení. Rovněž ukládání popelkové směsi musí být prováděno do nezvodnělých HDD 4.5.3.4. Fluidní popílky Fluidní popílky jsou produktem fluidního spalování. Obsah volného CaO v rozmezí 3 – 18 % zajišťuje jejich hydratační vlastnosti (obr. 4.40. a 4.41.). Průměrná objemová hmotnost
2,0 – 2,05 Mg/m3
Mezerovitost
44,0%
Objemová tíha
10,69 kN/m3
Modul přetvárnosti
11,39 MPa
Střední pevnost v tlaku
8 – 10 MPa
Obr. 4.40.
setřesená
11,18 kN/m3
Obr. 4.41.
Vývoj pevnostních parametrů u tohoto typu základky se neprokazuje změnami v pevnosti v tlaku, ale naopak dochází k dalšími růstu pevnosti v období 7mi měsíců až o 30 – 70 %. Odůvodnění použitelnosti pro základku HDD: Fyzikálně-mechanické vlastnosti fluidních popílků se vyznačují vhodnými parametry pro použití v HDD, neboť nedochází k jejich degradaci ani v agresivním prostředí.
75
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ 4.5.4. Horninové materiály Je nutno však brát v úvahu variabilitu vybraných vzorků, neboť nebylo možné hodnotit vždy identický vzorek. Zobecněním výsledku je možné konstatovat změny, které způsobí vyšší či menší porušení horniny. Jednotlivé typy horninového materiálu z hlediska možných změn způsobených agresivním prostředím se projevují ve změnách fyzikálně mechanických vlastnosti a jsou hodnoceny v části 4.5, vždy s dopady na stabilitu sloupce základky. Tab. 4.2. Popis materiálů Zlaté Hory drcené vápence Zlaté Hory štět Kladno důl Scheler odval - v Němčicích Žacléř centrální odval Žacléř lom Šverma Dolní Rožínka odval Dolní Rožínka hlušina z odvalu závodu Rožínka I Oslavany odval z jámy Kukla Oslavany hlušina z jámy Kukla Paskov výpěrky z prádla Hlušina Důl Barbora- vařeno v kyselině 2 hod
Pevnost v tlaku [MPa] agresivní agresivní Neutrální prostředí prostředí prostředí 3pH 4,5pH 52,35 11,85 21,71 22,34 48,78 30,72 40,57 47,43 9,98 20,89 9,70 12,83 28,69 124,36 19,88 16,23 73,85 14,88 23,29 29,96 21,68
Snížení % cca 70% 40% 70% 70%
27,32
22,82
42,81
2,97
Beze změny 25%
11,95
30,17
10%
4.5. Závěr Cementové tmely využívané jako pojiva pro betony a popílkové směsi mohou být v agresivním prostředí postiženy degradačními procesy v časovém sledu od 1 roku do desetiletí. U horninových materiálů vlivem agresivního prostředí dojde k porušení kompaktnosti, která se projeví změnou zrnitosti a částečným poklesem sloupce základky. Doporučení pro uplatnění ve vyhlášce ČBÚ č. 52/1997 Sb. V projektu likvidace jámy je nutno uvádět: -
agresivity prostředí
-
navrhnout kompozitní materiály, které nepodléhají korozivním vlivům – dle ČSN EN 206 – 1
-
stanovit kontrolní mechanismy na hodnocení degradačního procesu
4.6. Posouzení opatření k zamezení výbuchu při zasypávání plynujících jam 4.6.1. Úvod Z provedené analýzy mimořádných událostí na území Evropy, ke kterým došlo při likvidaci hlavních důlních děl ústících na povrch vyplývá, že z 90-ti registrovaných škodních událostí došlo k 16-ti mimořádným událostem spojeným s exhalací výbušných plynů (t.j. 18 % všech škodních událostí), při kterých přišlo o život 71 pracovníků. Uvedené statistické údaje prokazují, že jde z hlediska rizik likvidačních prací o statisticky významnou oblast hornické činnosti, které se musí věnovat i oblasti báňské legislativy potřebná pozornost.
76
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ Tento problém není nový a musely se s ním vypořádat také jiné státy, zejména Velká Británie a SRN. Hlavním impulsem pro řešení tohoto problému byly výbuchy při likvidaci dolu Bueliff Woad Coliey v Anglii a zejména dolu Sachsen v SRN dne 13.1. 1977, který se neobešel bez lidských obětí. Spolková vláda proto vyčlenila značné prostředky na vědecké práce řešící tuto problematiku v rámci činnosti Deutschberggwerkschaftskasse, které vyústily do bezpečnostního předpisu „Richtlimien des landesoberganites Nordhein-vesffalen für das Verfüllen und Abdecken von Tagesschächten von 5.11.1979, který byl později upraven novelizovaným zněním ze dne 14.3.1983 pod č. j. 18.13.1-5-6 a dalšími dodatky. Jelikož považujeme za nereálný vlastní nákladný výzkum (převážně prováděný in situ), jeví se jako výhodné využití závěrů výzkumů prováděných v SRN.
4.6.2. Srovnání české a německé báňské legislativy V této kapitole jsou stručně uvedeny ustanovení báňské legislativy SRN, vztažené v kapitole 5.3. výše uvedených směrnic, které nejsou obsaženy ve vyhlášce 52/1997 sb. v platném znění: (čísla uváděná v levém sloupci jsou odvolávkou na číslo příslušného paragrafu německých směrnic). 5.3.1. Výronu metanu nejde zabránit, ale pravděpodobnost vzniku výbušné směsi lze snížit 5.3.1.2. a) při více jamách v likvidovaném dobývacím prostoru zajistit chod ventilátoru alespoň na jedné jámě, nebo jako poslední likvidovat jámu výdušnou, popř. jámu působící přirozeným větráním jako výdušná. b) u provedené jámy je možné docílit krátkodobě tlakový spád zastavením ventilátoru této jámy, který byl před tím poháněn povrchovým zkratem (obtokem). 5.3.1.4. Požadavek na intenzitu tlaku základkového materiálu 2 kg/s/m2, aby se docílilo takového spádu 0,5 až 0,8 Pa/m pádové výšky, se dosáhne jen při zrnitosti kameniva do 10 mm (sev. Glückauf – Faschmmgshefte, 1/1983, str. 11-16). Poznámka: při větší velikosti zrn musí být intenzita toku základky vyšší, aby se docílilo stejného tlakového spádu. 5.3.2.
- Pokud jsou ventilátorem nasávány větry i s metanem, musí se při dosažení hranice 1% CH4 ventilátor a všechna elektrická zařízení, omývané tímto větrním proudem, samočinně a okamžitě vypnout. - Obsah metanu se musí také měřit v celé výšce jámy vždy po zaklopení (zasypávání) patra, které bylo předtím otevřené. - Při zaznění varovného signálu, vyslaného čidlem umístěným 50 m pod ohlubní. - Před pokračováním zasypávání v návaznosti na opatření podle odstavce 5.3.3.
5.3.3.
- Pokud měření vykazují nepřípustný obsah metanu, používají se následující opatření: - Přidávání vody, aby se dosáhlo snížení přetlaku do důlního pole a přísunu čerstvých větrů. přidáním vody nesmí být narušena stabilita výplně jámy.
5.4.
- Přístupy k jámě na ohlubni (větrací kanály, potrubní a kabelové kanály) se musí tok těsně zaplnit a uzavřít, že přes ně nemohou proniknout žádné škodlivé směsi plynů se vzduchem. 77
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ Poznámka: relevantní části výše uvedených opatření budou zpracovány do navrhované novely.
4.6.3. Opatření při zvýšeném nebezpečí výbuchu třaskavých směsí Pro zajímavost uvádíme zpřísněné bezpečnostní opatření OBA-NRW, vydaná po výbuchu směsi při likvidaci dolu Sachsen v SRN: − Zasypávání je provedeno jen při stabilním nebo stoupajícím barometrickém tlaku. − Max. pokles barometrického tlaku povolen jen hodnotou 0,66 kPa za den. − Měření koncentrace metanu je předepsáno vždy před zahájením sypání, nejméně však 1xdenně, nejvýše však 3,5 hod. před zahájením sypání. − Zrnitost materiálu jen 45 až 120 mm. − Doprava materiálu k jámě dopravníkem dlouhým 100 m.
4.6.4. Návrhy na úpravu stávající legislativy Podle našeho názoru stávající báňská legislativa by měla být doplněna o následující dodatky, aby zajišťovala dostatečnou ochranu před výbuchem třaskavých plynů při zasypávání plynujících jam. V této kapitole jsou shrnuty zkušenosti s předpisy SRN, GB a PL všechny s příslušným odkazem. 4.6.4.1. Přípravná fáze – projekt likvidace a) zajištění průchozího větrání likvidované jámy přes nejhlubší, v dané době ještě otevřené patro tak dlouho, jak je to jen možné (SRN 5.3.1.1.) b) Po přerušení průchozího větrání (po zaplnění posledního ještě otevřeného patra nebo u poslední jámy v příslušném důlním poli) se musí zajistit nebo zvětšit tlakový spád od jámy do důlního pole, minimálně alespoň pro začátek pokračování zaplňovacích prací (SRN 5.3.1.2). c) Zaplňuje-li se současně několik jam, může být tlakový spád zajištěn provozem ventilátoru větrní jámou. poslední zasypávanou jámou by proto měla být vždy větrní jáma, nebo jáma, která by mohla být větrní jámou přirozeného větrání (SRN 5.3.1.2.a). d) U prokazatelně vtažné jámy je možné docílit zvýšení tlakového spádu směrovaného od jámy do důlního pole odstraněním větrního škrcení v hlavě jámy (plošiny nebo poklopy a stěny jámových budov) nebo nasazením větrního škrcení v důlním poli (SRN 5.3.1.3.). e) Zasypávanou jámu je nutné oddělit od možných zdrojů zvýšené exhalace matanu hrázemi (PL 16.3.). f) Po ukončení větrání ventilátoru se má co nejrychleji uzavřít přístup k zasypávané jámě, aby je minimalizovalo uvolňování důlních plynů. (Větrní kanály, potrubí, kabelové kanály, opuštěná patra). g) (Srv. Směrnice GB, kapitola „Opatření proti důlnímu plynu“: Uzávěry se umístí současně na jamách nebo větrních chodbách, když se důl opouští, nebo v jámě a v těžebním (dopravním) překopu, když se opouští jen jedna jáma. Je však nutné zajistit, aby byl důlní ventilátor udržován v přijatelném rozsahu svých provozních charakteristik. Ve všech případech je však nutné, aby technik důlního větrání předem vypracoval směrnice všeobecných opatření).
78
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ h) Při projektování TPL umožnit, aby se mohly odebírat vzorky větrů na ohlubni a v hloubkách od ohlubně 20, 40, 60, 80 a 100 m. Pokud by se v těchto místech indikoval metan, nesměly by se v bezpečnostním prostoru provádět žádné práce s otevřeným plamenem, nebo práce vytvářející jiskření. (GB, kapitola „Opatření proto důlnímu plynu“). 4.6.4.2. Rozhodovací fáze – pasport likvidace v projektu likvidace V projektu likvidace jámy musí projektant odpovědně posoudit míru nebezpečí zvýšených exhalací třaskavých plynů a posoudit, zda lze metanové nebezpečí eliminovat konvenčními metodami (např. větrání, skrápěním vodou, použitím tekuté základky, kontinuálním tokem základkového materiálu předepsané intenzity apod.), nebo zda je nutné strategické rozhodnutí pro celkovou inertizaci ovzduší v jámě pomocí N2 nebo CO2. Pro posouzení tohoto nebezpeční také báňské úřady předepisují, aby dokumentace technického řešení likvidace (mimo požadavku vyhlášky 52/1997 Sb. v platném znění, §3, odst. (2)) navíc obsahovala: a) Zprávu o dlouhodobém procesu sledování degazačního procesu sledované jámy, aby se získal přehled o lokalitách o velikosti exhalací CH4. Pozornost je nutné věnovat opuštěným důlním dílům (na patrech) a tektonickým poruchám. b) Vyhodnocení odběrů vzorků ze stařin. c) Popisy průběhu (velikosti) exhalace při poklesu barometrického tlaku. d) Předepsaný způsob eliminace metanového nebezpečí (např. tlačné větrání, kontinuální sypání apod.) e) Stanovení počtu, polohy a rozmístění indikátorů pro kontinuální sledování škodlivin. f) Stanovení bezpečného limitu koncentrace CH4 (zpravidla 1%; při zvýšeném nebezpečí někdy jen 0,5% CH4). g) Stanovení velikosti bezpečnostní zóny a bezpečnostního postupu s ohledem na metanové nebezpečí. h) Stanovení intervalu odběru vzorků před zahájením sypání a doby přerušení sypání, po níž musí být měřena koncentrace CH4 v celé výšce dosud nezasypané jámy. i)
Stanovení předepsané vzdálenosti násypu základky na dopravník – až 100 m od jámy.
4.6.4.3. Taktická opatření v průběhu zasypávání V průběhu zasypávání jámy se v báňských předpisech států s vyspělým hornictvím doporučují tato taktická opatření k omezení výbuchu třaskavé směsi: a) Kontinuální monitorování důlních plynů (O2, N2, CO, CO2, CH4, H2S). b) Před zahájením sypání povinnost indikace matanu na celém obvodu ohlubně, v celé dosud nezasypané hloubce jámy a navíc stabilními čidly v hloubce 50 m pod ohlubní, popř. na jiných místech, pokud je to stanoveno projektem. Poznámka: při stanovení povolené koncentrace metanu se přihlíží k: − lokalitě díla (zda umístěno uvnitř zástavby nebo na otevřeném prostranství), 79
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ − použití mechanizace (např. el. poháněné stroje), − potřebné provádění prací s otevřeným ohněm (např. svařování), − potřeba použití trhacích prací, − k charakteru zástavby nad likvidovaným dílem a v jeho blízkosti, − okolnosti, zda bude sypání prováděno jen za příznivých barometrických podmínek, nebo při poklesu barometrického tlaku, − k plynodajnosti dané lokality, − k době dobývání (dlouhodobě dobývané ložisko zpravidla vykazují snížené exhalace plynů). c) Potřeba stanovení mezních hodnot poklesu barometrického tlaku, při jejichž překročení je zakázáno zasypávání plynující jámy. Poznámka: podle směrnice SRN se požaduje, aby se nové měření sondou v celé výšce otevřené jámy provedlo při poklesu barometrického tlaku vzduchu o hodnotu ≥ 5 hPa vůči předchozí sondáži. Obdobně vyhláška 52/97 Sb. požaduje nové měření při poklesu větším než 5 hPa od posledního měření (§15, odst. (2)). Nehovoří se však o možnosti snížit tuto hranici při zvýšeném nebezpečí, nebo zvolit celodenní max. přípustný pokles. Tak např. po výbuchu na Dole Sachsen Vrchní báňský úřad stanovil, že zasypávání bylo provedeno jen při stabilním nebo stoupajícím atmosférickém tlaku a maximální přípustný pokles byl proveden jen hodnotou 0,66 kPa/24h. d) Doporučenou účinnou metodou větrání je tlačné větrání lutnovým tahem (tlačné větrání zatlačuje větry do stařin a zamezuje tak exhalaci CH4). Protože se spodní část lutnového tahu zasype materiálem, je nutné v lutnovém tahu ponechat otvory po úsecích cca 25 až 50 m, které se postupně zvětšují od nejmenších otvorů pod ohlubní až po největší na spodní části lutnového tahu. e) Účinnou metodou kontinuálního větrání je zasypávání kontinuálním tokem základkového materiálu s intenzitou toku min. 2 kg základky/m2 plochy průřezu jámy/sekundu. Podle původního znění předpisů SRN pak 1 t zásypového materiálu strhává na dno hloubení až 10 m3 čerstvých větrů (takže např. u jámy s ∅ =7,5 m, tj. 44,2 m2 a min. intenzitou toku 883,35 kg/s, to je 53 m3/min). V novelizovaném znění předpisů však již nebyla tato hodnota uvedena). To však platí pouze pro velikost zrnění základky 0-10 mm, při větších velikostech zrna musí být intenzita toku vyšší. f) Ke zmenšení nebezpečí výbuchu třaskavých plynů přispívá použití mokrého zásypu, nebo současné skrápění celého průřezu zasypávané jámy vodou. Množství skrápěcí vody by mělo odpovídat mezerovitosti kameniva, aby hladina vody nevystupovala nad úroveň zásypu. Skrápění vodou má však nežádoucí důsledek ve vzniku hydrostatického tlaku v jámě, který může způsobit destrukci výbuchovzdorných hrázových objektů na opuštěných patrech a následné vytečení celého obsahu jámy s nezpevněnou základkou do přilehlých náražních prostor, spojené s nebezpečnými sacími účinky (až 80 kN.m-2) a následnými expanzními účinky (30 až 60 kN.m2), s vážným ohrožením ústí a širokého okolí jámy. g) Relativně nejbezpečnějším způsobem zaplňování plynujích jam (bezpečnějším způsobem je už jen drahá inertizace celého prostoru jámy) je použití kašovité popílko-cementové základkové hmoty. V tomto případě však hrozí při příliš rychlém postupu zaplňování jámy nebezpečí provalení 80
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ patrových výbuchovzdorných hrázových objektů důsledkem hydrostatického tlaku suspenze (podstatně většího, než je hydrostatický tlak vody!) s nebezpečím následné imploze i exploze v okolí jámy. Je proto nutné projektovat předepsané dostatečně dlouhé technologické přestávky při zasypávání jámy, umožňující zhutnění popílko-cementové suspenze. Upozornění: Popílko-cementová suspenze tuhne a tvrdne v důlních podmínkách 3x déle než v laboratoři. projektované pevnosti proto dosahuje zpravidla až po cca 3 měsících.
4.6.5. Závěr V této kapitole byly rozebrány odlišnosti české a zahraniční báňské legislativy, týkající se bezpečnosti likvidace plynujících jam. Z pragmatických důvodů nebyla řešena související problematika, která byla řešena v projektech ČBÚ č. 1. z roku 1998 „Eliminace nebezpečí od metanu unikajícího na povrch z podzemních prostorů“, dále č. 17 z 1. 2001 „Dynamika výstupu důlních plynů z podzemních prostorů uzavřených dolů“ a konečně též č. 19 „Eliminace nebezpečí z unikajícího plynu karbonského pohoří z hlediska ochrany povrchových objektů“. Pro získání bližších údajů o výše uvedených názorech odkazujeme na výzkumné zprávy „Posouzení opatření k zamezení výbuchu při zasypávání plynujících jam“ č. 6 zpracovávané v průběhu řešení 3. etapy tohoto projektu za 1., 2 a 4 kvartál roku 2006,které jsou uloženy u řešitele projektu.
4.7. Využití štětové báze pro dodatečnou likvidaci zatopených jam podle instrukcí Velké Británie 4.7.1. Úvod Na území ČR se nachází několik tisíc starých a opuštěných důlních děl ústící na povrch (dále jen SODD), u kterých v mnoha případech neznáme ani přesnou polohu, a v převážné většině případů ani nevíme, jakým způsobem byla tato díla likvidována. A protože jejich likvidace proběhla před rokem 1997, můžeme téměř s jistotou předpokládat, že jejich způsob likvidace neodpovídá současným požadavkům vyhlášky 52/1997 Sb. ve znění pozdějších předpisů. Bohužel i v nedávné době docházelo k tomu, že hlavní důlní díla (dále jen HDD) nově uzavíraných dolů nebyla včas řádně likvidována hned po ukončení těžby a byla zatopena důlní vodou, což značně ztěžuje jejich bezpečnou dodatečnou likvidaci. Podle současného stavu poznání lze orientačně vyčíslit počet SODD v jednotlivých revírech podle tab. 4.3. Tab. 4.3. Revír
Orientační počet SODD
Ostravsko-karvinský
646
Kladensko-rakovnický
370
Východočeský
147
Západočeský
661
Rosicko-oslavanský
61
Severočeský
3 220
Sokolsko-chebský
566
Jihomoravský
69
CELKEM
5 740 81
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ K tomu je nutno přičíst všechny současné i historické revíry rudných a nerudných surovin, uranové doly apod. Takže celkový počet jam překračující počet 10 000. Převážná část těchto SODD spadá do oboru působnosti Ministerstva životního prostředí, které odpovídá za jejich vyhledávání i likvidaci. Nicméně i likvidace těchto děl je hornickou činností a spadá tak do oboru působnosti státní báňské správy. V případě likvidace těchto SODD jde o neobyčejně rozsáhlou a náročnou problematiku, jejíž komplexní a systémové řešení by bylo náplní pro samostatný výzkumný projekt. Navrhování řešení pomocí štětové báze je pouze jednou z možností dodatečné likvidace těchto SODD, používanou ve Spojeném království, jejíž použití jsem s úspěchem ověřil i v našich podmínkách pro dodatečnou likvidaci zatopených důlních děl. Dodatečné zasypání zatopených důlních děl zpevněnou základkou již není možné, protože se hydraulicky účinný tmel po dopadu do vody vymývá. Jediným možným řešením je proto jejich likvidace zasypáním kamenivem se štětovou bází podle britské směrnice National Coal Board – Mining Department „The Treatment of Disused Mine Shafts and Adits.“ Je však nutné upozornit, že i když lze ve Velké Británii podle této směrnice zasypávat se štětovou bází i nezatopené jámy, nelze v ČR tento způsob pro nezatopené jámy použít. Důvodem je okolnost, že se ve Velké Británii používá lanové vedení těžních nádob, takže je roura likvidované jámy zcela bez rozpon nesoucích průvodnice a štětový kámen dopadá v původní velikosti až na dno jámy. V ČR jsou však těžní nádoby vedeny průvodnicemi upevněnými na rozponách (vzdálených 2 až 3 m), takže se lomový kámen roztříští pádem o průvodnice, a na dno dopadá již jenom roztříštěný štěrk, který není schopen zajistit stabilitu základkového sloupce proti vytečení do patrových náraží. Stabilitu základového sloupce proto může zajistit svou dilatancí jen štětová báze vytvořená z lomového celistvého ostrohranného kamene o velikosti cca 250 až 300 mm. Štět tedy můžeme použít jen pro dodatečnou likvidaci již zatopených jam, kde vodní prostředí tlumí dopadovou rychlost štěrku na rozpony. Pokud je jáma zatopená pouze částečně, musí se štět sypat usměrňovacím deflektorem středem největší těžní zátyně, aby nedošlo k jeho degradaci.
4.7.2. Popis a konstrukce štětové fáze Štětová báze je tvořena výhradně ostrohranným lomovým kamenem velikosti 125-300 mm. Buduje se na každém patře (v každém nárazišti) likvidované jámy a sahá od počvy (výškové úrovně) likvidovaného patra do takové bezpečné výšky, převyšující horní úroveň proniku náraziště s jámou, která zajistí stabilitu základového sloupce nad příslušným patrem proti vyjetí základkového sloupce do náraží tohoto patra, musí však mít dostatečnou rezervu výšky, aby se kompenzoval pokles (sednutí) základkového sloupce, nacházejícího se v jámě pod příslušným patrem. Konstrukce štětové báze je patrná z obr. 1. Štětová báze sestává z: − báze na nejhlubším patře, − patrových bází vyšších pater. 4.7.2.1. Báze na nejhlubším patře jámy je tvořena: a) z výškového úseku jámové tůně. Tento úsek může být až po spodní výškovou úroveň nejnižšího patra vyplněn libovolným inertním nerozbřídavým základkovým materiálem, b) z výškové úrovně od kóty (úrovně) nejnižšího patra po nejvyšší bod proniku náražního překopu s jámovou rourou. tento úsek musí být zcela vyplněn štětem, včetně svahů štětové výplně do přilehlých náražních překopů, c) z výškové úrovně H nad nejvyšším bodem proniku jámového (jámových) překopů s jámovou rourou. Požaduje se, aby byla minimálně splněna podmínka 82
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ H ≥ 5 . D, kde: H = převýšení štětu nad horní úroveň proniku patrového překopu s jámovou rourou [m], D = světlý průměr jámy [m].
83
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“
Obr. 4.42.: Konstrukce štětové báze 4.7.2.2. Patrová báze vyšších pater Patrová báze vyšších pater se buduje podle stejných zásad, jako báze nejhlubšího patra. Její výška se však zvětšuje o předpokládanou hodnotu výškového sedání úseku jámy l, který se nachází mezi posledním a předposledním patrem. Výška báze u jam hlubších než 200 m se rovněž navyšuje o hodnotu (h − 200) D. , kde k je hloubka jámy. Pro výpočet výšky báze vyšších pater se proto uvažuje 800 se třemi dílčími výškovými úseky jámy:
H-,
Celková výška štětové báze bude tedy tvořena: 84
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ − výškou příslušného náraziště předposledního patra V [m], − převýšením štětové báze od horního proniku náražního překopu s jámovou rourou o výšku P, jehož rozměry jsou: P = k . D + S [m], kde: k = 5 pro jámy hluboké do 200 m. Velikost předpokládaného sedání zásypu níže ležící části jámy S. Sedání dosahuje zpravidla hodnot 5 až 7 %, takže S = (0,05 ÷ 0,07 ). l , kde l je součet délek všech níže ležících úseků jámy, vyplněných nezpevněným zásypovým materiálem (štět nesedá proto se neuvažuje). Pro jámy hlubší než 200 m se ke k = 5 počítavá 0,25 na každých dalších 200 m jámy, takže např. pro jámu hlubokou 800 m bude: k =5+
(800 − 200) .0,52 = 5,75 .
(64).
200
Obecně tedy bude platit pro jámy hlubší než 200 m, že k = 5 +
(h − 200) . 800
Celková výška štětového zásypu na vyšších patrech tedy bude H = V + P+S (65). Poznámka: Převzato z britských předpisů, ověřených dlouholetou praxí. Štětové báze však nelze použít pro zásyp nezatopených jam, protože by došlo pádem v jámě při kontaktu s rozponami k degradaci štětu.
4.7.3. Technologie sypání Při zasypávání zatopených jam se postupuje podle zásad stanovených vyhláškou č.52/1997 Sb. v platném znění. Při sypání štětových bází jednotlivých pater je však nutné u jam jen částečně zatopených vodou zajistit, aby nedošlo k tříštění štětového kamene o jámové rozpony při jeho pádu nezatopenou částí jámy. Za tím účelem je nutné na ohlubni likvidované jámy instalovat v geometrickém středu největší těžní zátyně svislý rourový deflektor délky minimálně 3,5 m (optimálně 6 m), o průměru φ = 400-500 mm, nahoře opatřený násypkou, který usměrní tok štětového kamene doprostřed zátyně. (Jde o mnou navržený a vícekrát ověřený způsob usměrnění toku kameniva), který se v praxi ověřoval. Pokud jde o plynující jámu s nebezpečím výbuchu třaskavých plynů, je nutno postupovat podle pokynů uvedených ve vyhlášce ČBÚ č. 52/1999 Sb. v platném znění. Mimořádný důraz je však při sypání štětové báze nutno klást na provádění a záznam kontrol: −
výškových úrovní spodní a horní úrovně štětové báze (a jejich srovnání s úrovní pater a předepsanou výškou báze, tak aby báze spolehlivě přesahovala patra o hodnotu min. 5.d.
−
vypočtených a skutečných objemů štětové báze i běžné základky v mezipatrových úsecích.
O průběhu likvidačních prací se vyžaduje vedení deníku likvidačních prací s každodenními záznamy o: − pracovnících provádějících toho dne likvidační práce, − atmosférických podmínkách (vč. barometrického tlaku), − o prováděných kontrolách a jejich výsledcích, − indikaci metanu (čas a místo provádění, kontrolní výsledek), 85
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ − kontrolách stavu hladiny zásypu v jámě před zahájením sypání, − druhu a množství, i složení zásypového materiálu, − času zahájení, přerušení i ukončení zásypových prací, − návštěvách a kontrolách nadřízených a kontrolních orgánů, − stavu vodní hladiny v jámě, − všech mimořádných událostech (úrazy, vyjetí zakládky apod.).
4.7.4. Opatření na ohlubni likvidované jámy Jáma se uzavírá podle zásad uvedených ve vyhlášce ČBÚ č. 52/1999 Sb. v platném znění, podle § 10. Vzhledem k prodloužené době sedání základkového sloupce se však doporučuje, aby ještě před uzavřením jámy ochranným ohlubňovým povalem byl nad jámou navršen základkový materiál a oplocen ochranným oplocením. Po delší dobu má být násep základky nad jámou pozorován (a dosypáván) a k uzavření povalem má dojít až po uklidnění sedání. Pokud by musel být časový úsek konzolidace jámy z mimořádných důvodů zkrácen, je nutné jámu uzavřít betonovou přípovrchovou zátkou (podle statického výpočtu) umístěnou ve skalním podloží, anebo musí být horní úsek jámy v dostatečné délce stabilizován injektováním. I v tomto případě je žádoucí, aby v zátce byl ponechán kontrolní a dosypávací otvor o φ = min. 600 mm. Závěrem je nutné upozornit, že stabilizace jámy štětovou bází je nouzovým a méně bezpečným řešením, použitelným jen proto, že jiná metoda sanace již není možná. V širokém okolí jámy proto nesmí být povolena jakákoliv antropogenní činnost.
4.8. Zásady navrhování ohlubňových povalů 4.8.1. Úvod Uzavírací ohlubňové povaly jsou bezpečnostním prvkem, který významně zvyšuje bezpečnost okolí ústí likvidovaného hlavního důlního díla (dále jen HDD), pokud by došlo k mimořádné události nezpevněného zásypu zasypaného HDD na požadované ujetí doprovázené vznikem povrchového kráteru. Dokumentují to mnohé případy havarovaných jam na území Spojeného království, zasypaných nezpevněným zásypovým materiálem, u kterých existence ohlubňového povalu zabránila pádu těžní věže a šachetní budovy do jámy. Kromě své bezpečnostní funkce však musí uzavírací ohlubňové povaly (dále je UOP) umožňovat i kontrolu stavu nezpevněné základky v jámě, dosypávání základky, odvádění škodlivých a třaskavých plynů aj. Pokud však byla v celá hloubce jámy použita nezpevněná základka dostatečné kvality, může být od stavby UOP upuštěno (se souhlasem příslušného OBÚ).
4.1.2. Srovnání českých předpisů s předpisy SRN, GB a Polska. Před zpracováním novely české báňské legislativy, platné pro navrhování uzavíracích ohlubňových povalů ( dále UOP), bylo žádoucí srovnat požadavky vyhlášky ČBÚ č. 52/1997 Sb. ve znění pozdějších předpisů, § 10, s předpisy některých evropských států s rozvinutým hornictvím. Srovnány byly jednotlivé odstavce uvedeného paragrafu č. 10. [1] Požaduje se, aby se jámy zakryly UOP s doložením statických výpočtů. Tento požadavek je identický ve všech zahraničních předpisech.
86
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ [2] Požaduje se, aby se UOP dimenzoval na rovnoměrné zatížení 33 kPa (pokud se neočekávání větší zatížení) a byl vybudován v tloušťce nejméně 450 mm. Britské předpisy zatížení neřeší (předpokládají však, že zatížení podloží deskou bude nejméně 20,0 kPa. Německé předpisy předepisují velikost sacích a expanzních sil (80, resp. 60 kN.m-2) v závislosti na hloubce jámy 1. Zatížení povrchu uvažují jen 32 kN.m-2 a minimální tloušťku desky nepředepisují. [3] Rozměry povalu se stanovují jako 1,5 násobek hrubého průměru jámy. Britské předpisy stanovují nejméně dvojnásobek hrubého průměru jámy. Polské předpisy rovněž požadují 1,5 násobek hrubého průměru jámy. Německé předpisy minimální velikost desky nestanovují. [4] Poval se zakládá na pevnou horninu nebo na základkový pás, oddělený od jámového zdiva. Britské předpisy mají shodný požadavek, doplněný předpisem, že hloubka samostatného základu musí být minimálně 1 m pod povrchem (= nezamrzná hloubka). Polské předpisy jsou shodné s britským předpisem (avšak bez údaje nezámrzné hloubky). Německé předpisy obecně požadují uložení na pevné podpoře. Požadují však, aby šířka uložení na této podpoře (: základu) byla alespoň tak velká, jako je tloušťka desky. [5] V povalu má být ponechán uzavíratelný otvor o rozměrech min. 0,6 x 0,6 m. Britské předpisy mají shodný požadavek. Polské předpisy požadují otvor asi 1,0 x 1,0 m. Německé předpisy požadují otvor o rozměrech 0,6 x 0,6 m doplněný mříží s roztečí 100 mm. Pro odvod škodlivých plynů se požaduje otvor o průměru min. 150 mm do výše 2,5 m nad poval. Britské předpisy velikost ani výšku otvoru neřeší, avšak požadují „samozhášecí“ provedení, tj. aby i při hoření vycházejícího metanu (např. bleskem) došlo k samovolnému uhašení plamene. Polské předpisy odplyňovací nátrubek anticipují, avšak jeho dimenze neřeší. Německé předpisy požadují minimální rozměr odplyňovacího potrubí 200 mm. [6] Požaduje se označení UOP deskou se základními údaji jámy. Britské předpisy požadují, aby se nad jámou zřídil monument vysokéhý min. 1 m (nepředepisují však uvádění dalších údajů o jámě). Polské předpisy to neřeší. Německé předpisy požadují označit na povrch jámy jen jméno jámy, polohu a světlý průměr. [7] Plyny mají být odváděny odfukovým komínkem, s možností odběru vzorků a napojení na odsávací zařízení. Obdobný požadavek neobsahuje žádný předpis jiných států.
Velikost sacích sil byla dodatečně v SRN (NRW) upravena vyhláškou z 20.3.1995 č.j. 55.3-35-11 tak, že u jam do hloubky 100 m je velikost zpětných rázových sil 4 kN/m2 a plynule se zvětšuje do hloubky jam 200 m na hodnotu 30 kN/m 2. Nad tuto hloubku je již hodnota zpětných rázových sil 30 kN/m2 konstantní. 1
87
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“
4.8.3. Doporučení pro doplnění české vyhlášky č. 52/1997 Sb., v platném znění Ze srovnání báňské legislativy evropských států s rozvinutým hornictvím, uvedené v části 4.1.2, vyplývá významná shoda. Doporučujeme však, aby stávající předpis byl doplněn: -
v odst. 2) o velikost sacích zpětných rázových sil,
-
v odst. 4) o údaj neznámé hloubky,
-
v odst. 5) o požadavek, aby kontrolní otvor byl vybaven mříží o velkosti 100 x 100 mm.
4.8.4. Metodický návod pro posuzování UOP Pro kvalifikované posuzování a schvalování projektů likvidace dolů, speciálně pro projektování ohlubňových povalů, prováděné pracovníky státní báňské správy, byl v rámci řešení tohoto výzkumného projektu vypracován metodický návod pro jejich navrhování i posuzování. V níže uvedeném návodu jsou respektována jednak stávající legislativní opatření a jednak nově navrhovaná opatření. 4.8.4.1. Stanovení rozměrů UOP 4.8.4.1.1. Nejmenší rozměry UOP Vyhláška ČBÚ č. 52/1997 Sb. v platném znění předepisuje nejmenší rozměry UOP Dmin: Dmin = 1,5 (D + 2t) [m], kde:
(66);
Dmin = minimální rozměr UOP [m], d – největší světlý rozměr (průměr) jámy [m], t – tloušťka jámového zdiva [m]. Pro jámy s dřevěnou výztuží a pro jámy, u nichž betonový límec ohlubňového povalu již nedosedá celou svou plochou na pevné horniny, se nejmenší rozměr uzavíracího ohlubňového povalu Dmin stanoví ze vztahu: Dmin ≥ 1,5 (d + 2p) [m], kde:
(67),
d – je nevětší ražený rozměr jámy (hrubý průměr) [m], p – pásmo možného narušení horniny, která pro zborcení výztuže vypadne po obvodu jámy [m]. Poznámky: a) Jde skutečně o minimální rozměr. Britské předpisy dokonce předepisují rozměr UOP jako dvojnásobek hrubého průměru jámy. Polské předpisy jsou benevolentnější a předepisují shodně s českými předpisy minimální rozměr rovný 1,5 – násobku světlého průměru jámy. b) Tvar UOP může být kruhový i obdélníkový (popř. čtvercový). U jam kruhového průřezu musí mít UOP čtvercového tvaru stranu minimálně o velikosti stanovenou vztahem (1), popř. (2); u jam obdélníkového průřezu musí každá strana obdélníku UOP o velikosti Dmin1 a Dmin2 odpovídat 88
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ příslušnému rovnoběžnému světlém rozměru obdélníkového průřezu jámy, při respektování vztahů (1), a (2). 4.8.4.1.2. Tloušťka UOP Tloušťka UOP musí odpovídat požadavkům statického výpočtu podle bodu 1.3. tohoto metodického pokynu. Předepsaná minimální tloušťka UOP však nesmí být menší než 450 mm1. 4.8.4.1.3. Materiál UOP Materiál, z něhož je železobetonový (nebo ocelobetonový) UOP vyroben, není vyhláškou 52/1997 Sb. v platném znění předepsán. Jelikož se jedná o stavební konstrukci, která si má zachovat trvale svou stabilitu, je nutné přihlížet k nové ČSN – EN 206-1, která pro prostředí se střídavým působením mrazu s rozmrazovacími prostředky (nebo bez nich) se stupněm vlivu prostředí XF4, charakteristickým značným nasycením vodou (déšť, tání sněhu) s rozmrazovacími prostředky, požaduje se pro beton minimální třída betonu C 30/37: Pro beton třídy C 30/37 se požaduje: − max. vodní součinitel W/C
0,45;
− min. množství cementu
340 kg/m3;
− min. obsah vzduchu
4 %.
4.8.4.1.4. Předepsané zatížení UOP Uzavírací ohlubňové povaly jam zasypaných nezpevněným zásypovým materiálem se dimenzují na:
1
-
zatížení vlastní tíhou (podle skutečných rozměrů, rezultujících ze statického výpočtu a podle použitého materiálu),
-
zatížení rovnoměrné (např. od. dopravních prostředků) ve výši 33 kN.m-2,
-
sací a zpětné nárazové síly, které dosahují hodnot: •
u jam hlubokých nejvýše 100 m, u nichž se počítá s velikostí podobných sacích i zpětných rázových sil 4 kN.m-2,
•
u jam hlubokých 100 až 200 m se musí kvalifikovaně odhadnout velikost těchto přídatných sil s ohledem na tvar a velikost jámového terče, hloubku jámy, druh výztuže, vlastnosti základkové hmoty a výškové polohy náloží, nebezpečných výtokem zvodnělé základky. (Přibližně lze velikost těchto sil odhadnout podle hloubky jámy interpolací mezi hodnotou 4 kN.m-2 pro hloubku 100 m a plnou hodnotou pro hloubku 200 m),
•
u jam hlubších než 200 m se počítá s velikostí sacích sil ve výši 80 kN.m-2 průřezu jámy a, zpětných rázových sil ve výši 30 kN.m-2 průřezu jámy (tyto hodnoty jsou převzaty z předpisů SRN a jejich dodatků),
Britské předpisy předepisují minimální tloušťku jen 300 mm.
89
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ stabilita UOP se stanoví početně; výpočet bude přiložen k projektu.
-
4.8.5. Založení UOP Uzavírací ohlubňový poval se zakládá na pevnou horninu (např.krystalinikum nebo karbonské souvrství), popř. v jiných případech na obvodový základový pás, oddilatovaný od jámového zdiva. Nesmí se však ukládat přímo na jámovou výztuž. Prostor mezi UOP a jámovým zdivem se vyplní tvárným, plynonepropustným materiálem. Pokud se UOP ukládá na rostlou pevnou horninu, doporučuje se odkopat zvětralé povrchové vrstvy a založení provést až v dostatečné hloubce (cca 7m). Šířka základového pásu musí být doložena výpočtem, prokazující přípustnost povoleného zatížení v základové spáře při kritické situaci působení sacích (a zpětných rázových) sil. Šířka základového pásu v ložné spáře však musí být nejméně stejně široká, jako je tloušťka UOP (tedy minimálně 450 mm). Základový pás (rám, mezikruží) se prohloubí do nezámrzné hloubky.
4.8.6. Náležitosti UOP Uzavírací ohlubňový poval musí být situován takovým způsobem, aby jeho horní úroveň byla (pokud možno) v úrovni terénu. UOP musí být vybaven: a) Přibližně uprostřed plochy monumentem vysokým minimálně 1 m, se základními údaji jámy: -
název jámy,
-
tvar a velikost průřezu,
-
hloubka jámy,
-
použitá základková hmota a okolnost, zda jde o zpevněnou nebo nezpevněnou základku,
-
nadmořská výška založení jámy,
-
velikost bezpečnostního pásma kolem jámy,
-
příp. upozornění na nebezpečí výbuchu (zákaz kouření),
-
nesmí však být umístěn uprostřed největší těžní zátyně, kde se umisťuje kontrolní otvor.
b) Kontrolním otvorem o velikosti minimálně 600 x 600 mm. Pokud nelze vyloučit okolnost, že otvorem budou muset prolézat pracovníci HBZS, je žádoucí minimální velikost uzavíratelného otvoru volit min.700 x 700 mm. Uzavíratelný otvor musí být opatřen: -
uzamykatelným ocelovým nebo litinových poklopem,
-
ocelovou mříží o okatosti do max. 100 x 100 mm.
c) U plynujících dolů potrubím o průměru minimálně Ø = 150 mm, do výšky alespoň 2500 mm nad UOP, sloužícím pro odvádění škodlivých plynů. Poznámka: Prokázalo se, že některé důlní plyny ionizují vzduch, takže při bouřkách dochází k úderu blesku do potrubí s následných zapálením unikajícího metanu. Britské předpisy proto požadují instalaci samozhášecího zařízení nebo samočinné uzavíraní přístupu plynů do větracího komínku 90
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ (aby se hoření nepřeneslo do prostoru pod UOP a nedošlo tak v výbuchu třaskavých plynů. Řeší se pískovou clonou, kterou mohou pronikat plyny, ale která je zábranou pro přenos ohně). d) U plynujících dolů musí být v okolí UOP vyznačeno bezpečnostní pásmo s výstražnými nápisy o zákazu kouření a používání otevřeného ohně.
4.8.7. Vyjímky Jámy, zasypané v celé výšce zpevněným zásypovým materiálem, nemusí být zajištěny UOP, pokud to povolí místně příslušný OBÚ na základě zvláštní žádosti. V takovém případě však musí být část jámy pod ohlubní, nacházející se v přípovrchových rozvolněných geologických formacích (v hloubce nejméně 20 m) zaplněna zpevněnou základkou o pevnosti minimálně 10 MPa. Materiálem stejné kvality musí být uzavřeny také všechny přístupy k jámě (větrací kanály k ventilátorům, nouzový přístup k jámě, kanály pro ohřívání větrů, kanály pro nouzový přívod větrů při uzavřených poklopech aj.).
4.8.8. Podúrovňové UOP I když to není z bezpečnostních důvodů žádoucí, může v některých vyjímečných případech vzniknout naléhavý požadavek na překrytí UOP zeminou ve vrstvě mocnější než 1 m. V takovýchto případech jsou kladeny na UOP jiné požadavky, odpovídající požadavkům na budoucí využití terénu nad jámou. a) Nad ponořeným UOP povede komunikace. Zásadně se nedoporučuje, aby nad likvidovanou jámou vedla jakákoliv komunikace s automobilovým nebo vlakovým provozem. K tomuto požadavku vede zkušenost z řady havárií takto umístěných jam, doprovázených ztrátami na lidských životech. Mohou nastat tyto případy: Pokud by však z různých závažných důvodů nebylo možné jiné řešení, musí být jáma: -
v celé výšce zasypaná zpevněnou základkou,
-
nesmí být použita jámová zátka,
-
jáma musí být opatřena UOP navrženým podle kapitoly 1.9 (přestože je zasypaná zpevněnou základkou),
-
projekt musí obsahovat statický výpočet trvalé stability základkové výplní jámy,
-
hmota zpevněné základky a materiál UOP musí odpovídat požadavkům ČSN – EN 206-1 na kvalitu betonu určeného pro prostředí očekávané agresivity vod dané lokality, aby byla vyloučena degradace základkové hmoty i materiálu UOP dlouhodobým působením agresivních vod (minimálně o pevnosti 12 MPa).
b) Nad ponořeným UOP bude nezastavěný terén. V některých případech může vzniknout požadavek, aby nad jámou vznikl nezastavěný terén, využívaný např. k zemědělským nebo lesnickým účelům. I v tomto případě je nutné upozornit, že jde o méně vhodné a méně bezpečné řešení, než je uzavření jámy pomocí povrchového UOP. To proto, že odpadá možnost kontrol, případného dosypávání jámy a řízeného odvádění nebezpečných plynů, které si někdy najdou jinou cestu a pronikají do sklepení okolních staveb. Pokud však – i přes toto varování – bude projektant donucen použít UOP ponořený pod terén, není přípustné zasypání jámy nezpevněnou základkou a musí být použita zpevněná základka (s vyjímkou případu 91
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ likvidace podle obr. 5.3., kdy je nad kontrolním otvorem v UOP vyvedena šachtice až na povrch s možností kontrol a stálého dosypávání základky). V tomto případě platí požadavky formulované v bodu 5.4.1.8 a) . c) Ponořený UOP, překrývající jámu s nezpevněným zásypem. V některých případech likvidace jam zasypaných nezpevněným zásypem, nacházející se mimo intravilán obcí, v oblastech bez antropogenní činnosti, bez komunikací a inženýrských sítí může vzniknout požadavek na dodatečné ponoření UOP pod úroveň terénu (který bude např. zemědělsky nebo lesnicky využíván). Ani toto řešení není vhodné, avšak je za určitých okolností akceptovatelné. Podmínkou však je, že jde o jámu s konzolidovaným zásypem, dosypaným až k povrchu, že je zásyp jámy bezpečně oddělen na patrech od nevyplněných prostor hrázovými objekty (takže je vyloučena možnost vyjetí náplně), a že nejvyšších 30 m zásypu jámy pod UOP bylo proinjektováno v celé šířce průřezu takovým způsobem, aby rychelná pevnost proinjektované základky dosáhla hodnoty 12 MPa. Ve všech třech případech ponořených UOP se požaduje statický výpočet trvalé bezpečnosti navrženého řešení. Statický výpočet musí být přiložen k projektu.
4.8.9. Konstrukce UOP Konstrukční zásady UOP jam jsou znázorněny na obr. 5.1. a 5.2. -
na obr. 5.1. jsou zobrazeny hlavní zásady navrhování úrovňových uzavíracích ohlubňových povalů,
-
na obr. 5.2. jsou zobrazeny hlavní zásady navrhování podúrovňových uzavíracích ohlubňových povalů,
-
na obr. 5.3. jsou znázorněny doporučené zásady navrhování podúrovňových uzavíracích ochranných povalů jam vyplněných nezpevněným materiálem, s dodatečnou injektáží povrchových vrstev základky.
4.8.10. Zásady navrhování UOP na ústí jam se zátkou Zřízení UOP se doporučuje i v případě, kdy je jáma uzavřena zátkou a prostor nad zátkou je vyplněn zpevněnou základkou. Podle britských zkušeností však není zátka zárukou trvalé bezpečnosti (pod zátkou se můžou vytvořit kaverna a zátka se může propadnout. Stabilita jámy je pak zajištěna pouze třením nezpevněné základky o stěny jámové výztuže).
4.8.11. Související právní pokyny Vyhláška ČBÚ č. 52/1997 Sb., kterou se stanoví požadavky k zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci a bezpečnosti provozu při likvidaci hlavních důlních děl ( ve znění změn 32/2000 Sb. a 592/2004 Sb.).§ 10 Uzavřené ohlubňové povaly jam odst. (1) až (7).
92
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“
Obr. 4.43. Zásady pro navrhování uzavíracích ohlubňových povalů jam (UOP)
93
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“
Obr. 4.44.: Podúrovňový uzavírací ohlubňový poval
Obr. 4.45. Podúrovňový ohlubňový poval s nádstavbovou šachticí pro kontrolu a doplňování základky (realizace: jáma Victoria v Essenu) 94
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“
4.9. Metodický návod pro dimenzování uzavíracích ohlubňových povalů 4.9.1. Základní doporučení Rozhodující údaje pro návrh a dimenzování uzavíracích ohlubňových povalů jsou: -
technické parametry jámy (hloubka, tvar, výztuž a jejich aktuální pevnostní charakteristiky),
-
způsob likvidace jámy (zpevněnou, nezpevněnou výplní, jámová zátka, zajištění prostor pod ohlubni atd),
-
začlenění likvidované jámy do okolního prostoru.
Uzavírací ohlubňový poval se navrhuje v závislosti na tvaru průřezu jámy nejčastěji jako kruhová nebo obdélníková železobetonová deska. Pro její rozměry platí ustanovení přílohy č. 3 vyhlášky ČBÚ 52/1997, které je doplněno vyhláškou ČBÚ 592/2004. Nejmenší rozměr desky je dán vztahy Dmin ≥ 1,5 (d+2t) [m]
(68),
kde d je největší světlý rozměr jámy [m], t
je tloušťka jámového zdiva [m].
Pro jámy s dřevěnou výztuží a pro jámy, u nichž betonový límec ohlubně jámy již nedosedá celou svojí plochou na pevné horniny, pak platí Dmin ≥ 1,5 (d + 2p) [m] kde
(69),
d je největší ražený rozměr jámy [m], p je pásmo možného narušení horniny, která po zborcení výztuže vypadne po obvodu jámy [m].
Obr. 4.46. Základní rozměry uzavíracího jámového povalu Jako materiál uzavíracího ohlubňového povalu by měl být navrhován v případech neagresivního prostředí (účinky mrazových cyklů bez rozmrazovacích prostředků) beton C30/37, v chemicky agresivním prostředí pak C35/45. Statické schéma povalu je čtvercová (obdélníková) nebo kruhová deska uložená kloubově po obvodu na samostatném základu. Teoretické podepření desky je možno uvažovat ve středu šířky základů, z toho pak vyplývá teoretické rozpětí desky: L=D–š
[m]
(70), 95
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ kde:
D
je rozměr povalu [m],
š
je šířka základu [m].
Podepření po celém obvodu je z hlediska statického působení výhodné, protože umožňuje dimenzovat konstrukci jako nosnou ve dvou směrech. Pro dostatečně výztižný a přesný výpočet statických veličin potřebných pro dimenzování železobetonových průřezů se s výhodou využije tabulek, kde velikost rozhodujících statických veličin (ohybový moment a posouvající síla) v různých místech desky je tabelována v závislosti na zatížení a rozpětí desky. Zatížení povalu pro dimenzování zahrnuje: -
vlastní tíhu desky a nadbetonovaného monumentu, případně další krycí vrstvy,
-
rovnoměrné zatížení 33 kPa, není-li požadováno vyšší,
-
u jam zasypaných nezpevněným výplňovým materiálem také zatížení sací a zpětnou rázovou silou, které vznikají náhlým poklesem výplňového materiálu. Podle německých předpisů, které se v ČR aplikují, je třeba počítat se zatížením 80 kPa při sání až 30 kPa při zpětném rázu. Toto zatížení se uvažuje plnou hodnotou u jam s hloubkou větší než 200 m. Pro hloubky do 100 m se toto zatížení neuvažuje a pro mezilehlé hodnoty hloubek (100 – 200 m) lze hodnoty zatížení stanovit interpolací.
Výpočet statických veličin je vstupní informací pro dimenzování železobetonových průřezů podle platných technických norem. Ve výpočtu je třeba navrhnout zvětšené krytí ocelové výztuže povalu pro zamezení její koroze. Dále je nutno posoudit napětí v základové spáře, které musí být menší než únosnost základové půdy (horniny). Pro případ zpětného rázu je nutno posoudit celkovou stabilitu konstrukce. V řadě případů může být síla od zpětného rázu větší než vlastní tíha desky; v těchto případech je třeba zajistit dostatečnou protiváhu zpětné rázové síle přikotvením železobetonu povalu k základům pomocí vložených kotevních želez. Pro statický výpočet ohybových momentů obdélníkové (čtvercové) desky je možno s dostatečnou mírou přesnosti použít dále uvedený postup převzatý z lit. (5).
Obr. 4.47. Schéma obdélníkového povalu Ohybové momenty uprostřed rozpětí dle obr. 4.47. pak jsou: 96
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“ Mx = kx . p.Lx2
(71),
My = ky . p.Lx2
(72),
kde: koeficienty kx a ky jsou uvedeny v následující tabulce. 0,50 0,60 0,70 kx 0,0965 0,0820 0,0683 ky
0,0174
0,0243
0,0298
0,80 0,0560
0,90 0,0456
1,00 0,0368
0,0334
0,0359
0,0368
Tab. 4.4. Hodnoty koeficientů pro výpočet ohybových momentů v obdélníkové desce. Při návrhu výztuže do betonu povalu je třeba respektovat obecně známé zásady vyztužování obdélníkových desek nosných v obou hlavních směrech, zejména vyztužování rohů desky, které mají při působení rovnoměrného zatížení tendenci nadzvedávat se. Pro statický výpočet desky kruhového tvaru (viz obr.4.48.) je možno s dostatečnou výztižností použít vztahy z lit.(5):
Obr. 4.48. Statické schéma kruhového povalu Ohybový moment radiální:
M = αr .p . r2
ohybový moment tangenciální: Mt = αt.p.r2 kde:
(73), (74),
p je rovnoměrné zatížení po celé ploše desky [kNm-2], r je poloměr kruhové desky [m], αr, αt jsou koeficienty uvedené v tabulce. x/r αr αt
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,1875 0,1800 0,1575 0,1200 0,0675 0 0,1875 0,1850 0,1775 0,1650 0,1475 0,1250 Tab. 4.5. Hodnoty koeficientů pro výpočet ohybových momentů v kruhové desce
Projekt povalu musí obsahovat také návrh postupu provádění konstrukce, tj. návrh a statické posouzení bednící konstrukce. Ta je zpravidla navržena z ocelových I nosníků, na jejichž dolní příruby je uložen plech nebo fošny. Toto bednění se dimenzuje na zatížení vrstvou čerstvého železobetonu a technického zařízení potřebného pro betonáž a konečnou úpravu konstrukce. Pro budoucí kontrolu stavu jámové výplně, případné její doplnění, je třeba zpravidla poblíž středu povalu vynechat otvor pro osazení uzamykatelného poklopu minimálních rozměrů 600 x 600 mm a pro kontrolu důlních plynů osadit trubku min. průměru 150mm výšky min. 2,5 m nad horní líc povalu. Stabilita celé konstrukce povalu včetně základů by v případě zpětného rázu měla být nejméně 1,5. Tabulka s identifikačními údaji o jámě se umisťuje na betonový monument postavený na povalu. 97
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ 36-05 – Kapitola 4: „Etapa č. 3“
4.9.2. Doporučení pro případné doplnění vyhlášky ČBÚ 52/1997 Návrh a provádění těchto povalů upravuje v současné době §10 vyhlášky 52/1997 ČBÚ v platném znění (vyhlášky ČBÚ 32/2000 a 592/2004). Pro případné doplnění této vyhlášky uvádíme tato doporučení. •
Projekt uzavíracích ohlubňových povalů musí zajistit: Ø trvalé a bezpečné uzavření likvidované jámy, Ø trvalé zachování identifikačních údajů o jámě a její likvidaci: -
polohy jámy (souřadnice středu jámy),
-
způsobu vyztužení jámy,
-
roku vyhloubení a likvidace jámy,
-
způsobu likvidace.
Ø zajištění území kolem likvidované jámy, Ø možnost kontroly a řízeného odvádění, Ø možnost kontroly stavu výšky výplňového materiálu, a v případě potřeby jeho doplňování. •
Podmínky pro návrh UOP, které je nutno dodržet jsou: -
půdorysné rozměry povalu stanovené podle platných vyhlášek (viz dále),
-
minimální tloušťka UOP 450 mm,
-
použití trvanlivého materiálu - betonu odolného proti účinkům prostředí (min. třídy C 30/37),
-
založení na pevných horninách nebo samostatném základu odděleně od jámového zdiva,
-
užitné zatížení povalu minimálně 33 kPa,
-
u jam likvidovaných hydraulicky nezpevněnou výplní uvažovat též zatížení sací a zpětnou rázovou silou v případě náhlého poklesu nezpevněné výplně,
-
bezpečnost návrhu povalu i postupu provádění prokázat statickým výpočtem.
Seznam literatury: 1. The Treatment of Disused Mine Shafts and Adits, National Coal Board, 1988, London. 2. Vyhláška ČBÚ č.32/2000 ze dne 28. ledna 2000 (změna Vyhlášky ČBÚ 52/1997, kterou se stanoví požadavky na zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci a bezpečnosti provozu při likvidaci hlavních důlních děl). 3. Vyhláška ČBÚ 592/2004 ze dne 26. listopadu 2004 (změna Vyhlášky ČBÚ č.32/2000). 4. Cigánek,J., Vítek,A.: Bezpečnostní opatření pod detrity a zvodnělými horizonty, HGF VŠB-TU Ostrava, 1983. 5. Ulickij,I., Rivkin,S., a další: Železobetonnyje konstrukcii, Gosudarstvennoje izdatelstvo techničeskoj literatury USSR, Kijev 1959.
98
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05 – Kapitola 5: „ Etapa 4 “
5. Etapa 4: Zpracování podmínek pro použití nezpevněného zásypového materiálu při likvidaci hlavního důlního díla s návazností na zajištění stability jámy a jejího okolí pro hlubinné plynující a neplynující doly, hlubinné rudné a nerudné doly a dodatečnou likvidaci zatopených jam. 5.1. Použití nezpevněného zásypového materiálu při likvidaci hlavního důlního díla s návazností na zajištění stability jámy a jejího okolí pro hlubinné plynující a neplynující doly, hlubinné rudné a nerudné doly a dodatečnou likvidaci zatopených jam. Závěrečná kapitola této zprávy se prakticky kryje s názvem tohoto výzkumného projektu „Možnosti likvidace hlavních důlních děl nezpevněným zásypovým materiálem“ a je v podstatě shrnutím dílčích výsledků řešení. I když likvidace HDD zásypem nezpevněným materiálem patřila v minulosti k nejobvyklejším způsobům likvidace, ukázala praxe posledních desetiletí, že jde o nejrizikovější způsob likvidace, na jehož vrub připadá 2/3 všech registrovaných mimořádných událostí. V rámci tohoto výzkumného projektu bylo proto nutné podrobit tento způsob likvidace HDD kritickému rozboru, aby se mohla stanovit opatření pro bezpečné použití tohoto způsobu. Závěrečným výstupem řešení tohoto projektu vyjma novely vyhlášky 52/1997 sb. je počítačový program určený pro pracovníky státní správy jiných než báňsko-stavebních oborů, který jim umožní kvalifikovaně a komplexně posoudit projekty likvidace HDD z hlediska možnosti použití nezpevněného zásypového materiálu a popř. interaktivně pozměnit volitelné parametry takovým způsobem, aby likvidace nezpevněným zásypem byla přípustná.
5.1.2. Rozbor mimořádných událostí, ke kterým došlo při likvidaci (nebo důsledkem nesprávně provedené likvidace) HDD Základní premisou likvidačních prací je zajištění bezpečnosti jak při vlastním provádění likvidačních prací, tak při následné bezpečnosti veřejného provozu v okolí likvidovaných HDD. Prvním z našich cílů proto bylo shromáždit údaje o mimořádných událostech, ke kterým došlo v souvislosti s nesprávně prováděnou likvidací. HDD a následně analyzovat příčiny havárií. Studiem dostupné tuzemské i zahraniční literatury a soukromých archivů se podařilo získat databázi 90-ti mimořádných událostí, ke kterým došlo v souvislosti s likvidací hlavních důlních děl ústících na povrch. Z provedené analýzy příčin mimořádných událostí vyplynulo: a) 28 havárií, tj. 31 %, bylo spojeno se ztrátami na lidských životech (při kterých celkem přišlo o život při nevhodném provádění likvidace HDD 316 lidí), b) 12 výronů metanu, tj. 13 %, při kterých došlo 8 x k výbuchu třaskavé směsi, c) 8 výbuchů metanu, tj. 9 %, při zasypávání ve výbušném prostředí, d) 26 x došlo k propadu povrchu (ohlubně), tj. 29 % mimořádných událostí, e) 31 x došlo k vyjetí základkového sloupce, tj. 34 % škodních událostí, a
99
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05 – Kapitola 5: „ Etapa 4 “
f)
celkem došlo 60 x (tj. 67 %) k mimořádným událostem, související s použitím nezpevněného základkového materiálu, nebo ke kterým došlo u jam vůbec nezaložených, což jsou 2/3 všech mimořádných událostí.
Z této stručné retrospektivy je zřejmé, že: likvidace HDD je odpovědnou, technicky náročnou a při nekvalifikovaném provádění vysoce nebezpečnou činností, vyžadující pregnantní báňské zákonodárství a zvýšený dozor problémové je zejména nevhodné prováděcí likvidace HDD pomocí nezpevněného zásypového materiálu, které je spojena se 2/3 všech škodních událostí. Je proto namístě v báňském zákonodárství blíže specifikovat podmínky , za kterých je možné nezpevněný zásyp použít, aby nebyly ani ohroženy životy pracovníků provádějících likvidaci, ani bezpečnost veřejného provozu.
5.1.3. Kategorizace hlavních důlních děl ústících na povrch Nedostatkem stávající legislativy je okolnost, že se nerozlišují HDD podle stupně nebezpečí, jaké představují vůči veřejnému provozu. Dosavadní vyhlášky tak kladou stejně přísné nároky na díla nacházející se uprostřed městské zástavby, která jsou založena v sutích nebo rozbahněných jílech, jako na díla vyhloubená v pevném krystaliniku, nacházející se mimo obec, mimo inženýrské sítě, komunikace, která zůstanou stabilní i bez výztuže po několik staletí. Považujeme proto za žádoucí takovouto kategorizaci provést s tím, že přísnější požadavky budou platit na díla s vyšším stupněm ohrožení veřejného provozu, zatímco u méně nebezpečných děl si můžeme dovolit benevolentnější předpisy. Kategorizace je obdobu již zvedené kategorizace poddolovaných území podle ČSN 73 00 39, která stanovují 5 bezpečnostních kategorií, přičemž I. kategorie je nejnebezpečnější a V. kategorie nejméně nebezpečná. Jednotlivé kategorie HDD podle stupně ohrožení veřejného provozu lze stručně charakterizovat takto: [1] HDD I. třídy nebezpečí, s velkým stupněm ohrožení veřejného provozu: což jsou HDD nacházející se ve značně nestabilních rozvolněných horninách, lokalizované v intravilánech obcí s hustým osídlením, blízko komunikací a energetických sítí, zaplavená (nebo s předpokladem zaplavení) důlní, silně agresivní vodou, s nevyhovující výztuží, nacházející se v oblastech s předpokladem zvýšených exhalací třaskavých plynů. Obecně jde o jámy, jejichž havárie většího rozsahu by mohla být doprovázena ztrátami na lidských životech a značnými materiálními ztrátami. (Pro likvidaci těchto důlních děl musí být výhradně použit zpevněný zásyp.). [2] HDD II. třídy nebezpečí, se středním stupněm ohrožení veřejného provozu: HDD v nestabilních horninách, nacházející se v okrajových částech intravilánu obcí, s minimálním osídlením nebo v blízkosti komunikací a inženýrských sítí, zaplavená důlní silně agresivní vodou a v místech s možnou exhalací důlních třaskavých plynů. Při destrukci těchto HDD by hrozily materiální ztráty, ale lidské životy by byly ohroženy jen zcela výjimečně. [3] HDD III. třídy nebezpečí s malým stupněm ohrožení veřejného provozu: HDD v málo až středně pevných horninách, nacházející se v extravilánech obcí, ale v blízkosti komunikací a inženýrských sítí, která jsou zaplavena důlní vodou nízkých stupňů agresivity, nebo chemicky neutrální vodou. Pokud leží v oblastech plynujících dolů, jde o dlouhodobě
100
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05 – Kapitola 5: „ Etapa 4 “
ovětrávané důlní pole s nízkým stupněm nebezpečí výronu třaskavých plynů. Pokud by došlo k havárii těchto HDD, nebudou ohroženy lidské životy, ale může dojít k materiálním ztrátám. [4] HDD IV. třídy nebezpečí s velmi malým stupněm ohrožení veřejného provozu: HDD ve stabilních horninách, která jsou nezatopená nebo jsou zatopená důlní vodou se stupněm agresivity XA0 nebo max. XA12, s vyhovující kvalitou výztuže, zaručující trvalou stabilitu HDD. Dále jámy neplynujících dolů nebo popř. dlouhodobě ovětrávaných dolů I. třídy nebezpečí, nacházející se v extravilánech obcí, v terénech s výhradně zemědělskou nebo lesnickou činností, kde havárie těchto HDD by neohrozila lidské životy a jen výjimečně by byla spojena s materiálními ztrátami. [5] HDD V. třídy nebezpečí – bez ohrožení veřejného provozu HDD ve velmi pevných a stabilních horninách, bez výztuže nebo s kvalitní výztuží, která zůstávají trvale stabilní. Tato HDD se nacházejí v extravilánech obcí a mimo komunikace a inženýrské sítě, bez jakékoliv antropogenní činnosti. Pokud jsou zaplavené vodou, jde o chemicky neutrální vodu, které neohrozí stabilitu HDD. Ke zřícení těchto děl nemůže dojít (a i kdyby došlo, nebudou ohroženy lidské životy a nedojde ani k materiálním ztrátám). Zařazení posuzovaného HDD do příslušné třídy nebezpečí musí však být posouzeno individuálně, podle konkrétních podmínek a okolností a nesmí být prováděno mechanicky. Návrh kategorizace je uveden v tab. 5.1. Tab. 5.1. Kategorizace hlavních důlních děl podle stupně ohrožení veřejného provozu
K HDD III.
K HDD II.
K HDD I.
kategorie
2
HDD I. KATEGORIE S VELKÝM STUPNĚM OHROŽENÍ VEŘEJNÉHO PROVOZU a) HDD v nestabilních horninách s nízkou až extrémně nízkou pevností (třídy R4 až R6) u nichž při ztrátě únosnosti výztuží hrozí nebezpečí zřícení HDD nebo jeho ústí b) HDD zaplavena agresivní důlní vodou, jejichž kvalita výztuže neodpovídá příslušnému stupni agresivity podle ČSN EN 206-1,tedy pro XA1 > CXA1, pro XA2 > CXA2 a pro XA3 > CXA3 c) HDD v intravilánech obcí, v blízkosti komunikací a inženýrských sítí, v blízkosti míst s intenzivní antropogenní činností d) HDD plynujících dolů II. třídy nebezpečí HDD II. KATEGORIE SE STŘEDNÍM STUPNĚM OHROŽENÍ VEŘEJNÉHO PROVOZU a) HDD v nestabilních horninách nízké až extrémně nízké pevnosti kategorie R4 až R6 u nichž při ztrátě únosnosti výztuže hrozí nebezpečí zřícení HDD nebo jeho ústí b) HDD zaplavená důlní agresivní vodou se stupněm agresivity XA1, XA2 a XA3, jejichž kvalita betonové výztuže neodpovídá požadavkům ČSN EN 206-1 c) HDD plynujících dolů I. třídy nebezpečí d) HDD v intravilánech obcí, v místech bez osídlení, komunikací a inženýrských sítí a s náhodnou antropogenní činností, u nichž se územní plán nepředpokládá ani v budoucnosti zástavbu, umístění komunikací ani jinou antropogenní činnost HDD III. KATEGORIE S MALÝM STUPNĚM OHROŽENÍ VEŘEJNÉHO PROVOZU a) HDD v málo pevných horninách střední až velmi nízké pevnosti třídy R3 až R5, u nichž při ztrátě únosnosti výztuže hrozí nebezpečí zřícení HDD nebo jeho ústí b) HDD zaplavená důlní agresivní vodou ve stupni XA0, XA1 nebo jejichž kvalita betonové výztuže neodpovídá požadavkům ČSN EN 206-1 c) HDD plynujících dolů I. třídy nebezpečí d) HDD v extravilánech obcí v blízkosti komunikací a inženýrských sítí
Stupně agresivity jsou definovány ČSN EN 206-1 a jsou blíže vysvětleny v kapitole 15.4.4
101
HDD VI
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05 – Kapitola 5: „ Etapa 4 “ HDD IV. KATEGORIE S VELMI MALÝM STUPNĚM OHROŽENÍ VEŘEJNÉHO PROVOZU a) HDD ve stabilních horninách střední až velmi vysoké pevnosti třídy R2 až R3 b) HDD nezatopená nebo zaplavená důlní vodou ve stupni agresivity XA0, popř. XA1, kvalitou betonové obezdívky odpovídající agresivitě důlních vod minimálně třídy C 30/36 c) HDD neplynujících dolů nebo I. třídy nebezpečí, které byly dlouhodobě ovětrávány a vykazují nízkou míru exhalace d) v extravilánech obcí v místech se zemědělskou nebo lesnickou činností HDD V. KATEGORIE – BEZ OHROŽENÍ VEŘEJNÉHO PROVOZU
K HDD V.
a) HDD ve velmi pevných a stabilních horninách třídy R1 a R2, která zůstávají stabilní i bez výztuže po několik století b) HDD v horninách střední pevnosti třídy R3, vyztužená betonem třídy C30/36, která nejsou zaplavena důlní vodou nebo jsou zaplavena chemicky neutrální vodou kategorie XA0 c) HDD neplynujících dolů d) HDD nacházející se v extravilánech obcí, mimo komunikace a inženýrské sítě a bez jakékoliv jiné antropogenní činnosti (včetně zemědělství a lesnictví)
5.1.4. Další kritéria ovlivňující způsob likvidace HDD nezpevněným materiálem Způsob likvidace HDD ovlivňuje řada dalších faktorů, jakými jsou: 5.1.4.1. Základková výplň HDD Výplň představuje široká škála možností – od suché, nezatopené jámy, přes díla zatopená důlní vodou, až po zpevněné základkové materiály a beton. 5.1.4.2. Kvalita horninového prostředí příslušného HDD Významně ovlivňuje dlouhodobou stabilitu likvidovaného díla i dalších bezpečnostních objektů (zátek, hrázových objektů aj.). Ke klasifikaci horninového prostředí je možno použít klasifikaci podle ČSN 73 1006 – příl. 6, s hlavním kritériem tlakové pevnosti. I když tlaková pevnost mnoho nevypovídá o dalších geotechnických vlastnostech masivu, je (podobně jako je tomu u betonu) nejvýznamnější třídící vlastností, tab. 5.2. Tab. 5.2. Hodnoty tabulkové výpočtové únosnosti Rdt skalního masívu Zatřídění sklaních hornin podle pevnosti Třída stabilita masivu
Krychelná pevnost ơc [MPa]
Charakteristika pevnosti
R1 R2 R3 R4 R5 R6
> 150 50 až 150 15 až 50 5 až 15 1,5 až 5 0,5 až 1,5
velmi vysoká vysoká střední nízká velmi nízká extrémně nízká
Únosnost Rdt MPa Střední hustota diskontinuit – vzdálenost mm Velmi velká až Velmi malá až Střední až velká extrémně velké < malá >600 600 až 60 600 8 4 2,5 4 2 1,2 1,6 0,8 0,5 0,8 0,4 0,25 0,6 0,3 0,2 0,4 0,25 0,15
5.1.4.3. Kvalita výztuže (obezdívky) HDD Kvalita výztuže je mírou spolehlivosti výztuže jak co do statické bezpečnosti, tak co do odolnosti vůči agresivními prostředí. (Podle britských zkušeností odolává mírně agresivními prostředí teprve beton třídy C 30/37 a více). Kvalitativní stupně betonu jsou nově normovány evropskou normou ČSN EN 206-1 od třídy C 8/10 po C 100/115, kde čitatel uvádí válcovou a jmenovatel krychelnou pevnost v MPa. (C = concerete, beton). Stabilitu ovlivňuje i dimenzovaní výztuže, což však je u starších důlních děl zpravidla nezjistitelné. 102
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05 – Kapitola 5: „ Etapa 4 “
5.1.4.4. Kvalita důlního prostředí Citovaná evropská norma ČSN EN 206-1 poprvé zavádí povinnost posuzovat beton (a v podstatě i kamenivo) se zřetelem jeho odolnosti vůči agresivními prostředí. Rozeznávající se třídy agresivity: XA0
-
neagresivní chemické prostředí,
XA1
-
slabě agresivní chemické prostředí,
XA2
-
středně agresivní chemické prostředí,
XA3
-
vysoce agresivní chemické prostředí (kdy se betonová výztuž v dolech obvyklého provedení rozpadá do jednoho roku).
Mírou agresivity je v dolech zejména obsah síranů (200 až 6000 mg SO4-2/ litr) a koncentrace vodíkových iontů pH, přesně definovaných touto normou. Tak např. navrhne-li se pro likvidaci jámy zátka, musí být zaručeno, že nedojde ani k degradaci výztuže níže ležící části jámy, ani betonu, z něhož je zátka zhotovena. 5.1.4.5. Třída dolu podle plynodajnosti Rozdělení dolů je determinováno vyhláškou ČBÚ č. 22/1988 Sb., v platném znění, podle níž se doly dělí na neplynující a na doly I. a II. třídy nebezpečí. Existence zvýšené míry exhalací metanu predestinuje způsob likvidace: − s použitím kontinuálního toku základky s intenzitou sypání min 2 kg/m2/s (kdy každá tuna jemnozrné základky strhuje ke dnu jámy na 10 m3 čerstvých větrů), − s použitím kašovité cemento-popílkové suspenze, bez nebezpečí frikčního jiskření, − s použitím inertního prostředí (CO2, N2 při nejvyšších hodnotách očekávané exhalace metanu). 5.1.4.6. Ostatní kritéria Při posuzování likvidace HDD nezpevněným zásypovým materiálem je nutno posoudit také další kriteria determinující likvidovanou jámu. Např.: permeabilita zásypového materiálu, zařazení jámy ve větrném schématu dolu, zda je likvidována jáma vtažná, výdušná, přirozeně výdušná, (dále existence otevřených (větrných) pater, existence luten a trubních řádů ponechaných v jámě aj.). Všechna tato další kritéria je nutné vzít v úvahu při projektu likvidace.
5.1.5. Hrázové objekty Součástí podmínek likvidace HDD je řešení návrhu hrázových objektů určených k oddělení vodorovných důlních děl od jámy v případě její likvidace zásypovým materiálem. Všechny používané typy hrází, jejich tvar i materiál je popsán v etapě 3 předmětného projektu Byly v ní uvedeny a posouzeny různé způsoby výpočtu stability blokových, nejčastěji používaných typů hrází a to podle předpisů platných v ČR, v Polsku a ve Velké Británii a rovněž byla popsána základní statická schémata pro jednotlivé metody výpočtu. Dále bylo provedeno porovnání výsledků výpočtů dle jednotlivých norem a metodik a grafické znázornění těchto porovnání, z nichž vyplývá, že výsledky výpočtu podle platných postupů se navzájem značně liší . Vyplývá to z různých předpokladů o statickém působení těchto konstrukcí (způsobu zatížení a tvaru odporující konstrukce). Dále byl proveden kontrolní výpočet hráze přesnějším způsobem – pomocí metody konečných prvků, kde se počítá nejen potřebná délka hráze, ale stanovují se i velikosti a směry rozhodujících napětí v hrází a jejím okolí a také výsledné deformace. 103
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05 – Kapitola 5: „ Etapa 4 “
K používání v praxi je pak doporučeno používat hráze ve tvaru komolého kužele a navrhovat je podle metody uvedené v ČSN 44 6412 Plná vodní hráz, statický výpočet z roku 1989, která dává bezpečné výsledky a to s přiměřeným respektováním ustanovení této normy. Materiál těchto hrází má být beton třídy C35/45 se stupněm odolnosti XA3, případně C 30/37 se stupněm odolnosti XA2 a to podle očekávaného stupně agresivity důlního prostředí v budoucnu. Ve složitých geologických podmínkách, anebo při vysokém zatížení, se doporučuje ověřit návrh výpočtem podle metody konečných prvků.
5.2. Zvláštnosti likvidace zatopených jam nezpevněným zásypovým materiálem Dodatečná likvidace již zatopených jam má své specifické odlišnosti, protože vylučuje použití zpevněného zásypu, který by pádem do vody vyplavil hydraulické složky. Bez ohledu na polohu jámy a její kategorii ohrožení veřejného provozu proto může být použitý jen nezpevněný zásyp, jehož stabilita může být dodatečně zajištěna výhradně štětovou bází, budovanou podle britských instrukcí. Tento způsob likvidace zatopených jam byl blíže popsán v předchozí kapitole 4. kapitole.
5.2.1. Zásady likvidace zatopeného HDD nezpevněným zásypovým materiálem Nejobvyklejším (ale v mnoha případech nežádoucím, nicméně jedině možným) způsobem likvidace zatopeného HDD jeho zasypání nezpevněným zásypovým materiálem. Toto konstatování se však týká zpravidla celého důlního díla, zatímco by tímto způsobem měla být zasypána jenom ta část HDD, která je ponořená ve vodě. Nezatopená část by měla být s ohledem vždy na platnou báňskou legislativu zasypaná zpevněným základkovým materiálem, a to zejména u jam I. až III. kategorie ohrožení veřejného provozu (srov. kapitola 5. této zprávy).. Rozhodnutí o způsobu likvidace zatopeného HDD je multikriteriální proces, který musí vycházet z mnoha zjištěných skutečností, které mohou zvolený způsob likvidace ovlivnit. Použití určitého typu nezpevněného materiálu obecně, a zvláště u zatopených jam, se volí: -
podle statigrafie horninového masivu ve kterém bylo HDD raženo;
-
podle pokryvu a ovlivnění okolí likvidovaného HDD;
-
podle zástavby v okolí likvidovaného HDD;
-
podle druhu a způsobu výztuže jámového stvolu (dílo není vyztuženo, dřevěná výztuž, betonová, tvárnicová případně tybinková výztuž apod.);
-
podle fyzického stavu výztuže jámy;
-
podle způsobu vyplenění výstroje jámy (lezní oddělení, potrubní tahy, těžní zařízení apod.);
-
podle stavu nevypleněné výstroje jámy a možnosti jejího zborcení podle možnosti vytváření kaveren zásypového materiálu v závislosti na ponechané výztuži v jámě;
-
podle způsobu zajištění volných prostor – nárazišť pater;
-
podle způsobu uzavření opuštěných pater – tlakové projevy zásypového materiálu;
-
podle vypočtených statických tlaků zásypového materiálu na výztuž jámy a zajištění pater;
-
podle hydrogeologických podmínek likvidovaného dolu – zda neexistuje nebezpečí při následném zatopení zasypaného jámového stvolu a ujetí zásypového materiálu;
-
podle agresivity důlních vod a jejich vlivu na zásypový materiál a výztuž jámy;
-
podle zbytkové plynodajnosti likvidovaného dolu, vytvořených kolektorů a možnosti odplynění zasypaného jámového stvolu;
104
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05 – Kapitola 5: „ Etapa 4 “
-
podle způsobu větrání likvidovaného HDD v plynujících dolech (zda existuje přirozené větrání nebo průchozí větrání přes dosud neuzavřené patro;
-
podle způsobu dopravy zásypového materiálu a jeho sypání do likvidovaného HDD;
-
podle zrnitosti zásypového materiálu a jeho skladby v závislosti na stavu HDD;
-
u zatopených jam podle výšky a doby zatopení, a zejména pak podle stupně agresivity důlních vod, aj.
S ohledem na výše uvedené faktory, které mohou ovlivnit rozhodnutí o způsobu likvidace, je teprve možné zvolit optimální nebo jedině přípustný způsob likvidace. Volba tohoto způsobu však bude významně ovlivňována dosavadními zkušenostmi, protože v rámci ČR se v drtivé většině případů používá metoda zásypu zvodnělých jam hrubým kamenivem 0 – 125, popř. s úpravami podle britské instrukce The Treatment of Disused Mine Shafts and Adits. Pouze ty úseky jámy,které se nacházejí na úrovni pater, se zakládají štětem frakce 125 – 300 mm, aby nedošlo k vyjetí základkového sloupce. Podle dosavadních zkušeností dosud nedošlo na území ČR k žádné havárii, pokud byla jáma zasypána podle doporučené technologie. (Ujetí zásypu na jámě Kukla (RUD) poprvé 2000 m3 a podruhé 60 m3, bylo dle našeho názoru způsobeno tím, že v místech nárazišť nebyla použita doporučená štětová báze ze štětu frakcí 125 – 300). Řešitelé tohoto projektu proto doporučují, aby všude tam, kde k jinému postupu nevedou jiné závažné důvody (např. u jam s vysokým stupněm ohrožení okolí, nacházejících se v intravilánu obcí, kde je žádoucí použít zpevněnou základku) se použila tato osvědčená metoda, která již byla podrobně popsána v předchozích dílčích zprávách.
5.2.3. Program pro posouzení možnosti použití nezpevněného zásypového materiálu při likvidaci HDD Ze zadání projektu ČBÚ č. 36-05 vyplývá povinnost řešitelů respektovat požadavek na možnost použití nezpevněného zásypového materiálu při likvidaci HDD. Jak však bylo posouzeno v předchozí kapitole 5.1.2. připadají 2/3 ze zaregistrovaných havárií likvidovaných HDD právě na vrub HDD likvidovaných nezpevněným zásypovým materiálem. Je to nestandardní způsob likvidace, spojený s dalšími riziky a měl by se používat jen při splnění určitých předpokladů, aby nedošlo k ohrožení osob ani majetku. Tíha odpovědného posouzení předkládaných Plánů likvidace hlavních důlních děl bude spočívat nejen na projektantovi, ale do jisté míry také na pracovnících obvodních báňských úřadů. Je však nutné do budoucna počítat s tím, že při současném absolutním nezájmu o studium hornických oborů bude v budoucnosti na báňských úřadech ubývat odborníků z oboru báňské výstavby a likvidace dolů, takže projekty likvidace budou mnohdy posuzovat pracovníci jiných profesí, bez dostatečně hlubokých znalostí a zkušeností z posuzovaného báňsko - stavebního oboru. Proto jsme v rámci řešení tohoto projektu přistoupili k řešení časově neobyčejně náročného programu, který umožní pracovníkům obvodních báňských úřadů systémově posoudit předkládané projekty likvidace HDD a popř. též navrhnout potřebné změny, které by umožnily bezpečně použít nezpevněný zásyp při likvidaci HDD. Časová náročnost spočívá v tom, že program musí interaktivně a stochasticky hodnotit jednotlivé vstupy a současně - podle vstupů - samočinně přehodnocovat další veličiny takovým způsobem, aby operátorovi bylo stále zřejmé, zda může při volbě příslušného parametru nezpevněný zásyp použít (nebo ne).
105
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05 – Kapitola 5: „ Etapa 4 “
Problémy při konstrukci tohoto programu spočívaly v tom, že nešlo použít pro jeho potřebné rozměry ani standardní síťový graf, ani sloupcový síťový graf. K řešení proto byly použity základní tabulkové vstupy popisované v kapitolách 5.2.3. a 5.2.4., s postupnou volbou základních premis posuzovaného HDD: 1. Základní volbou je determinace posuzovaného díla podle stupně nebezpečí, jaké toto dílo svým charakterem a polohou představuje vůči veřejnému provozu. srv. tab. 15.1.Nejpřísnější požadavky jsou kladeny na HDD, nacházející se v intravilánech obcí s nejhustším osídlením a naopak nejbenevoletnější požadavky jsou naopak kladeny na díla v pevných horninových formacích, či v odlehlých, neobydlených teritoriích. 2. Druhým základním kritériem je zařazení dolů (a tím i HDD) do příslušné třídy nebezpečí z hlediska výstupu třaskavých plynů. U neplynujících dolů neexistují žádná omezení, zatímco u plynujících dolů I. a II. třídy nebezpečí (a zvláště u novějších, nedlouho odvětrávaných dolů, s velkou exhalací) je nutné v extrémních případech volit kašovitou popílkovou nebo popílko-cementovou suspensi, aby se předešlo nebezpečí frikčního jiskření. (V krajním případě by bylo nutné použít zásypu v ochranné dusíkové atmosféře – ale ani ta není zárukou bezpečnosti, jak dokazuje výbuch na dole Heřmanice). 3. Třetím rozhodujícím kritériem je okolnost, zda je důlní dílo již zatopené důlní vodou (kdy musíme v každém případě použít nezpevněný zásyp se štětovou bází bez ohledu na kategorii dolu podle stupně jeho ohrožení veřejného provozu), nebo zda jde o nezatopené, nově uzavírané HDD, kdy máme možnost přihlédnout k dalším okolnostem likvidovaného díla a jeho prostředí. 4. Pro volbu základky je rovněž důležitá okolnost, jak dalece budou důlní vody (po zatopení dolu) agresivní. V agresivním důlním prostředí (zejména u kategorií XA2 a XA3 podle ČSN EN 206-1) dojde v poměrně krátké době k degradaci důlní výztuže starého, klasického provedení (prakticky výhradně vyztužené betonem třídy B 170 až B 250), i k degradaci bezpečnostních hrázových objektů, vystavěných z týchž materiálů. Navíc, u kyselých důlních vod s pH < 4,0 nelze použít vápencovou základku. 6. Program rovněž umožňuje posouzení a vhodnosti použití jámové zátky a zasypání jámy nad zátkou zpevněným materiálem. Její použití připouštěla původní Vyhláška 52/1997 Sb., zakázala ji novela této vyhlášky č. 32/2000 Sb. a opět povolila změna č. 592/2004 Sb. Jde však o značně kontraverzní důlně-stavební konstrukci, která při nevhodné volbě, za nevhodných okolností, může vést k propadnutí zátky a celé nad ní ležící části jámy, o o nebezpečnější, že se tak může stát až v příštích staletích. Podstata problému spočívá v tom, že velká část jámy nacházející se pod zátkou, zůstává nezasypaná a je dlouhodobě vystavena působení často agresivních důlních vod. Při degradaci výztuže (podporované přídatnými tlaky jílů a jílovitých hornin) postupně dochází k odpadání výztuže, ke vzniku kaveren pod zátkou a v konečné fázi k propadnutí zátky.(srv. obr. 6.6.1.) Po těchto základních volbách vstupních údajů program vede uživatele k dalším volitelným vstupním parametrům, s okamžitou kontrolou, zda použitá volba příslušného parametru umožní použití nezpevněného zásypu, nebo nikoliv. V závěru, po zadání všech vstupních údajů projektu, program vytiskne schvalovací protokol se závěrem, zda lze (či nelze) použít nezpevněnou základku. Pokud je závěr, že „nelze“ je možné se vrátit k předchozím zadáním a postupně interaktivně zjišťovat, které parametry je nutné změnit, aby mohla být nezpevněná základka (nebo zátka) bezpečně použita.
106
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05 – Kapitola 5: „ Etapa 4 “
Závěrem zdůrazňujeme, že jde o první návrh (první znění) tohoto programu, který byl dán k dispozici všem OBÚ k připomínkám a ke zkušebnímu provozu.
5.2.4. Závěr Dosavadní praxe likvidace hlavních důlních děl prokázala, že jde o technicky náročnou a vysoce rizikovou hornickou činnost, což dokazuje téměř stovka havárií, při nichž přišlo o život více než 300 lidí. Rizikové je zejména nekvalifikované provádění nezpevněného zásypu, na jehož vrub se váže 2/3 všech havárií. Stávající znění vyhlášky č. 52/1997 Sb., ve znění pozdějších předpisů, platí univerzálně na všechna hlavní důlní díla, a neřeší stupně nebezpečí jaké tato díla představují pro své okolí. Proto se navrhuje znění této vyhlášky upravit. Navrhované úpravy jsou uvedeny v samostatné příloze k této závěrečné zprávě.
5.3. Metodické pokyny pro likvidaci zatopených jam pomocí štětové báze 5.3.1. Úvod Na území ČR se nachází několik tisíc starých a opuštěných důlních děl ústící na povrch (dále jen SODD), u kterých v mnoha případech neznáme ani přesnou polohu, a v převážné většině případů ani nevíme, jakým způsobem byla tato díla likvidována. A protože jejich likvidace proběhla před rokem 1997, můžeme téměř s jistotou předpokládat, že jejich způsob likvidace neodpovídá současným požadavkům vyhlášky 52/1997 Sb. ve znění pozdějších předpisů. Bohužel i v nedávné době docházelo k tomu, že hlavní důlní díla (dále jen HDD) nově uzavíraných dolů nebyla včas řádně likvidována hned po ukončení těžby a byla zatopena důlní vodou, což značně ztěžuje jejich bezpečnou dodatečnou likvidaci. Podle současného stavu poznání lze orientačně vyčíslit počet SODD v jednotlivých revírech podle tab. 5.3. Tab. 5.3. Revír
Orientační počet SODD
Ostravsko-karvinský
646
Kladensko-rakovnický
370
Východočeský
147
Západočeský
661
Rosicko-oslavanský
61
Severočeský
3 220
Sokolsko-chebský
566
Jihomoravský
69
CELKEM
5 740
K tomu je nutno přičíst všechny současné i historické revíry rudných a nerudných surovin, uranové doly apod. Takže celkový počet jam překračující počet 10 000. Převážná část těchto SODD spadá do oboru působnosti Ministerstva životního prostředí, které odpovídá za jejich vyhledávání i likvidaci. Nicméně i likvidace těchto děl je hornickou činností 107
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05 – Kapitola 5: „ Etapa 4 “
a spadá tak do oboru působnosti státní báňské správy. V případě likvidace těchto SODD jde o neobyčejně rozsáhlou a náročnou problematiku, jejíž komplexní a systémové řešení by bylo náplní pro samostatný výzkumný projekt. Navrhování řešení pomocí štětové báze je pouze jednou z možností dodatečné likvidace těchto SODD, používanou ve Spojeném království, jejíž použití jsem s úspěchem ověřil i v našich podmínkách pro odatečné likvidaci zatopených důlních děl. Dodatečné zasypání zatopených důlních děl zpevněnou základkou již není možné, protože se hydraulicky účinný tmel po dopadu do vody vymývá. Jediným možným řešením je proto jejich likvidace zasypáním kamenivem se štětovou bází podle britské směrnice National Coal Board – Mining Department „The Treatment of Disused Mine Shafts and Adits.“ Je však nutné upozornit, že i když lze ve Velké Británii podle této směrnice zasypávat se štětovou bází i nezatopené jámy, nelze v ČR tento způsob pro nezatopené jámy použít. Důvodem je okolnost, že se ve Velké Británii používá lanové vedení těžních nádob, takže je roura likvidované jámy zcela bez rozpon nesoucích průvodnice a štětový kámen dopadá v původní velikosti až na dno jámy. V ČR jsou však těžní nádoby vedeny průvodnicemi upevněnými na rozponách (vzdálených 2 až 3 m), takže se lomový kámen roztříští pádem o průvodnice, a na dno dopadá již jenom roztříštěný štěrk, který není schopen zajistit stabilitu základkového sloupce proti vytečení do patrových náraží. Stabilitu základového sloupce proto může zajistit svou dilatancí jen štětová báze vytvořená z lomového celistvého ostrohranného kamene o velikosti cca 250 až 300 mm. Štět tedy můžeme použít jen pro dodatečnou likvidaci již zatopených jam, kde vodní prostředí tlumí dopadovou rychlost štěrku na rozpony. Pokud je jáma zatopená pouze částečně, musí se štět sypat usměrňovacím deflektorem středem největší těžní zátyně, aby nedošlo k jeho degradaci.
5.3.2. Popis a konstrukce štětové fáze Štětová báze je tvořena výhradně ostrohranným lomovým kamenem velikosti 125-300 mm. Buduje se na každém patře (v každém nárazišti) likvidované jámy s navazujícími horizontálními důlními díly a sahá od počvy (výškové úrovně) likvidovaného patra do takové bezpečné výšky, převyšující horní úroveň proniku náraziště s jámou, která zajistí stabilitu základového sloupce nad příslušným patrem proti vyjetí základkového sloupce do náraží tohoto patra, musí však mít dostatečnou rezervu výšky, aby se kompenzoval pokles (sednutí) základkového sloupce, nacházejícího se v jámě pod příslušným patrem.
5.3.3. Technologie sypání Při zasypávání zatopených jam se postupuje podle zásad stanovených vyhláškou č.52/1997 Sb. v platném znění. Při sypání štětových bází jednotlivých pater je však nutné u jam jen částečně zatopených vodou zajistit, aby nedošlo k tříštění štětového kamene o jámové rozpony při jeho pádu nezatopenou částí jámy. Za tím účelem je nutné na ohlubni likvidované jámy instalovat v geometrickém středu největší těžní zátyně svislý rourový deflektor délky minimálně 3,5 m (optimálně 6 m), o průměru φ = 400-500 mm, nahoře opatřený násypkou, který usměrní tok štětového kamene doprostřed zátyně. (Jde o mnou navržený a vícekrát ověřený způsob usměrnění toku kameniva), který se v praxi ověřoval. Pokud jde o plynující jámu s nebezpečím výbuchu třaskavých plynů, je nutno postupovat podle pokynů uvedených ve vyhlášce ČBÚ č. 52/1999 Sb. v platném znění. Mimořádný důraz je však při sypání štětové báze nutno klást na provádění a záznam kontrol: −
výškových úrovní spodní a horní úrovně štětové báze (a jejich srovnání s úrovní pater a předepsanou výškou báze, tak aby báze spolehlivě přesahovala patra o hodnotu min. 5.d.
108
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05 – Kapitola 5: „ Etapa 4 “
−
vypočtených a skutečných objemů štětové báze i běžné základky v mezipatrových úsecích.
O průběhu likvidačních prací se vyžaduje vedení deníku likvidačních prací s každodenními záznamy o: − pracovnících provádějících toho dne likvidační práce, − atmosférických podmínkách (vč. barometrického tlaku), − o prováděných kontrolách a jejich výsledcích, − indikaci metanu (čas a místo provádění, kontrolní výsledek), − kontrolách stavu hladiny zásypu v jámě před zahájením sypání, − druhu a množství, i složení zásypového materiálu, − času zahájení, přerušení i ukončení zásypových prací, − návštěvách a kontrolách nadřízených a kontrolních orgánů, − stavu vodní hladiny v jámě, − všech mimořádných událostech (úrazy, vyjetí zakládky apod.).
5.3.4. Opatření na ohlubni likvidované jámy Jáma se uzavírá podle zásad uvedených ve vyhlášce ČBÚ č. 52/1999 Sb. v platném znění, podle § 10. Vzhledem k prodloužené době sedání základkového sloupce se však doporučuje, aby ještě před uzavřením jámy ochranným ohlubňovým povalem byl nad jámou navršen základkový materiál a oplocen ochranným oplocením. Po delší dobu má být násep základky nad jámou pozorován (a dosypáván) a k uzavření povalem má dojít až po uklidnění sedání. Pokud by musel být časový úsek konzolidace jámy z mimořádných důvodů zkrácen, je nutné jámu uzavřít betonovou přípovrchovou zátkou (podle statického výpočtu) umístěnou ve skalním podloží, anebo musí být horní úsek jámy v dostatečné délce stabilizován injektováním. I v tomto případě je žádoucí, aby v zátce byl ponechán kontrolní a dosypávací otvor o φ = min. 600 mm. Závěrem je nutné upozornit, že stabilizace jámy štětovou bází je nouzovým a méně bezpečným řešením, použitelným jen proto, že jiná metoda sanace již není možná. V širokém okolí jámy proto nesmí být povolena jakákoliv antropogenní činnost.
109
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05 – Kapitola 5: „ Etapa 4 “
6. Etapa 5 : Zpracování návrhů na úpravu a doplnění vyhlášky č. 52/1997 Sb., a přílohy č. 6 vyhlášky č. 104/1988 Sb., ve znění pozdějších předpisů. 6.1. Úvod Závěrečná V. etapa projektu ČBÚ č. 36-05 „Možnosti likvidace hlavních důlních děl nezpevněným zásypovým materiálem“, je zaměřena na zpracování návrhů na úpravu a doplnění vyhlášky č. 52/1997 Sb., ve znění pozdějších předpisů a přílohy č. 6 vyhlášky č. 104/1998 Sb.,rovněž ve znění pozdějších předpisů. Cílem této etapy bylo shromáždit z předchozích etap řešení tohoto projektu všechny údaje, které budou relevantní pro novelu výše uvedených vyhlášek, aby obě právní normy odpovídaly současnému stavu poznání, názorům na bezpečnost likvidace dolů a zahlazení báňské činnosti, a v neposlední míře aby také odpovídaly požadavkům Evropské unie a byly harmonizovány s jejími právními normami. Podkladem pro zpracování návrhů na úpravu předmětné legislativy, související s likvidaci hlavních důlních děl, byly podněty získané z následujících dílčích řešení projektu: Etapa č. 2:
Zpracování analýzy jednotlivých opatření stanovených v povolení obvodních báňských úřadů pro likvidaci hlavního důlního díla nezpevněným zásypovým materiálem včetně vybraných projektů řešící zásyp hlavních důlních děl nezpevněným materiálem.
Etapa č. 3:
Zpracování statické analýzy řešící stabilitu nezpevněné zakládky v jámách uhelných a rudných dolů, stabilitu jam vyplněných nezpevněnou zásypovým materiálem v závislosti na druhu horniny, ve kterých byla jáma vyhloubena, stabilitu patrových hrázových objektů zamezující vytečení nezpevněného, případně zvodnělého zásypového materiálu do důlních děl v okolí jámy.
Etapě č. 4:
Zpracování podmínek pro použití nezpevněného zásypového materiálu při likvidaci hlavního důlního díla s návazností na zajištění stability jámy a jejího okolí pro hlubinné plynující a neplynující doly, hlubinné rudné a nerudné doly a dodatečnou likvidaci zatopených jam.
Dílčí zpráva neformulovala konečné změny související s novelou, případně dalšími doplňky k vyhlášce ČBÚ č. 52/1997 Sb. „kterou se stanoví požadavky k zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci a bezpečnosti provozu při likvidaci hlavních důlních děl“, ve znění vyhlášky ČBÚ č. 592/2004 Sb. a k vyhlášce ČBÚ č. 104/1988 Sb., o hospodárném využívání výhradních ložisek, o povolování a ohlašování hornické činnosti a ohlašování činnosti prováděné hornickým způsobem, ve znění vyhlášky ČBÚ č. 299/2005 Sb., ale předkládala výběr námětů, které jsou podkladem k úpravám, případně k doplnění příslušných paragrafů. Vzhledem k poznatkům z řešení 2, 3. a 4. etapy byly předmětem úprav související s vyhláškami ČBÚ č. 52/1997 Sb. a 104/1988 Sb., následující teze, uvedené následující části.
6.2. Projekt likvidace HDD. Projekt musí obsahovat povinně následující minimální specifikace a průkazy:
110
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05 – Kapitola 5: „ Etapa 4 “
6.2.1 Z hlediska požadavků na spolehlivost stability zásypu -
specifikace zásypového materiálu z hlediska dlouhodobé stability jeho struktury, petrografického složení, zrnitosti, znečištění zdrojů materiálu, kapacit zdrojů, dopravy atd., průkazy ekologické nezávadnosti , prohlášení o shodě;
-
stanovení technologie provádění zásypu pro dané podmínky jámy, způsob kontroly provádění, kontroly zasypávaných objemů, specifikaci technických opatření pro dodržení stanovených postupů (okatost mříže, rychlost provádění zásypu). Specifikaci požadavků pro provádění zásypu při překážkách v jámě (lezní oddělení apod.);
-
větrání během likvidace jámy;
-
stanovení fyzikálně-mechanických vlastností zásypového materiálu na základě zkoušek, odborných odhadů, analogie apod.
-
stanovení a popis stabilitního stavu jámy, způsoby uzavření starých proniků;
-
geologický profil jámy s uvedením stabilitně rizikových úseků jámy; způsob zajištění pater a proniků a konstrukce navrhovaných patrových hrází vč. průkazu jejich únosnosti a jejich lokalizace;
-
stanovení velikostí sedání zásypu, vč. ocenění a kvantifikace rizik při porušení patrových uzávěr a hrází; stanovení únosnosti uzavíracích hrází;
-
stanovení velikostí autostabilizačních zátek v horizontálních dílech a ocenění jejich vlivu na velikost a průběh sedání zásypu;
-
návrh konstrukce ohlubňové zátky, stanovení jejich materiálových a geometrických parametrů, průkaz únosnosti ohlubňové přípovrchové zátky i pro mimořádné zatížení;
-
způsob likvidace přípovrchových děl pod ohlubní;
-
konstrukce, geometrie a průkaz únosnosti ohlubňového povalu.
6.2.2. Z hlediska stability jámy likvidované nezpevněným zásypovým materiálem -
posouzení geotechnických poměrů v jámě a posouzení strukturní stability v okolí slojí, tektonických pásem apod.,
-
posouzení stability jámy z hlediska stabilizace výlomu výztuží (zatížení výztuže)
-
posouzení stability jámy v okolí ohlubně a v úseku hornin o malé pevnosti (miocenní pokryv, nepevné příkrovy apod.)
-
posouzení stavu a zbytkové únosnosti výztuže jámy, vyztavené agresivnímu prostředí
-
stanovení horizontálních napětí v zásypu jámy a porovnání těchto napětí se zatížením vznikajícím v důsledku vzniku porušených oblastí za výztuží, zatížením vývaly a obecně strukturní nestabilitou jámy.
6.2.3. Projekt likvidace HDD zatopeného vodou Před zahájením projekčních prací a před zásadním rozhodnutím o způsobu likvidace zatopeného HDD je nutné: -
Vyhledat (pokud to je ovšem možné) původní hydrologickou, geologickou a projektovou dokumentaci likvidovaného díla
111
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05 – Kapitola 5: „ Etapa 4 “
-
Seznámit se s geologickou a projektovou dokumentací celého dolu, s výškovou úrovní pater, přístupů do jámy, se způsobem oddělení opuštěných pater, s rozsahem (kubaturou) důlních děl spojených s jámou
-
Zjistit výškovou úroveň zatopení HDD důlní vodou, laboratorně ověřit kvalitu důlních vod a stupeň jejich agresivity podle ČSN – EN 206 – 1
-
V případě úvah o možnosti vyčerpání důlních vod před zásypem HDD zjistit možnost a přípustnost vypouštění čerpaných vod na odkaliště nebo do veřejných toků či kanalizace
-
Pokud lze, je vhodné prověřit stav a kvalitu výztuže jámy (obezdívky) a stav výstroje jámy (stupeň korozního narušení). Sondou spouštěnou ve středu těžní zátyně prověřit, zda je jáma v celé výšce přístupná, zda je bez bariér. Zvláště problémové jsou jámy zatopené agresivními důlními vodami, které mohly výrazně urychlit korosivní procesy výztuže i výstroje a tím i její opadání do jámového profilu Před rozhodnutím o způsobu zásypu zatopeného HDD zjistit dostupnost a ceny různých zásypových matriálů, jejichž zdroje se nacházejí v dosažitelné blízkosti likvidovaného díla a kterých je v těchto lokalitách dostatečné množství.
-
6.3. Srovnání českých předpisů s předpisy SRN, GB a Polska pro navrhování uzavíracích ohlubňových povalů Před zpracováním novely české báňské legislativy, platné pro navrhování uzavíracích ohlubňových povalů ( dále UOP), bylo žádoucí srovnat požadavky vyhlášky ČBÚ č. 52/1997 Sb. ve znění pozdějších předpisů, § 10, s předpisy některých evropských států s rozvinutým hornictvím. Srovnány byly jednotlivé odstavce uvedeného paragrafu č. 10. [1] Požaduje se, aby se jámy zakryly UOP s doložením statických výpočtů. Tento požadavek je identický ve všech zahraničních předpisech. [2] Požaduje se, aby se UOP dimenzoval na rovnoměrné zatížení 33 kPa (pokud se neočekávání větší zatížení) a byl vybudován v tloušťce nejméně 450 mm. Britské předpisy zatížení neřeší (předpokládají však, že zatížení podloží deskou bude nejméně 20,0 kPa. Německé předpisy předepisují velikost sacích a expanzních sil (80, resp. 60 kN.m-2) v závislosti na hloubce jámy 2. Zatížení povrchu uvažují jen 32 kN.m-2 a minimální tloušťku desky nepředepisují. [3] Rozměry povalu se stanovují jako 1,5 násobek hrubého průměru jámy. Britské předpisy stanovují nejméně dvojnásobek hrubého průměru jámy. Polské předpisy rovněž požadují 1,5 násobek hrubého průměru jámy. Německé předpisy minimální velikost desky nestanovují. [4] Poval se zakládá na pevnou horninu nebo na základkový pás, oddělený od jámového zdiva.
Velikost sacích sil byla dodatečně v SRN (NRW) upravena vyhláškou z 20.3.1995 č.j. 55.3-35-11 tak, že u jam do hloubky 100 m je velikost zpětných rázových sil 4 kN/m2 a plynule se zvětšuje do hloubky jam 200 m na hodnotu 30 kN/m 2. Nad tuto hloubku je již hodnota zpětných rázových sil 30 kN/m2 konstantní. 2
112
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05 – Kapitola 5: „ Etapa 4 “
Britské předpisy mají shodný požadavek, doplněný předpisem, že hloubka samostatného základu musí být minimálně 1 m pod povrchem (= nezamrzná hloubka). Polské předpisy jsou shodné s britským předpisem (avšak bez údaje nezamrzné hloubky). Německé předpisy obecně požadují uložení na pevné podpoře. Požadují však, aby šířka uložení na této podpoře (: základu) byla alespoň tak velká, jako je tloušťka desky. [5] V povalu má být ponechán uzavíratelný otvor o rozměrech min. 0,6 x 0,6 m. Britské předpisy mají shodný požadavek. Polské předpisy požadují otvor asi 1,0 x 1,0 m. Německé předpisy požadují otvor o rozměrech 0,6 x 0,6 m doplněný mříží s roztečí 100 mm. Pro odvod škodlivých plynů se požaduje otvor o průměru min. 150 mm do výše 2,5 m nad poval. Britské předpisy velikost ani výšku otvoru neřeší, avšak požadují „samozhášecí“ provedení, tj. aby i při hoření vycházejícího metanu (např. bleskem) došlo k samovolnému uhašení plamene. Polské předpisy odplyňovací nátrubek anticipují, avšak jeho dimenze neřeší. Německé předpisy požadují minimální rozměr odplyňovacího potrubí 200 mm. [6] Požaduje se označení UOP deskou se základními údaji jámy. Britské předpisy požadují, aby se nad jámou zřídil monument vysokéhý min. 1 m (nepředepisují však uvádění dalších údajů o jámě). Polské předpisy to neřeší. Německé předpisy požadují označit na povrch jámy jen jméno jámy, polohu a světlý průměr. [7] Plyny mají být odváděny odfukovým komínkem, s možností odběru vzorků a napojení na odsávací zařízení. Obdobný požadavek neobsahuje žádný předpis jiných států.
6.4. Doporučení pro doplnění vyhlášky č. 52/1997 Sb., ve znění pozdějších předpisů Ze srovnání báňské legislativy evropských států s rozvinutým hornictvím, uvedené v kapitole 5.3, vyplývá významná shoda. Doporučujeme však, aby stávající předpis byl doplněn: -
v odst. 2) o velikost sacích zpětných rázových sil,
-
v odst. 4) o údaj neznámé hloubky,
-
v odst. 5) o požadavek, aby kontrolní otvor byl vybaven mříží o velkosti 100 x 100 mm.
113
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05 – Kapitola 5: „ Etapa 4 “
6.4.1. Návrh na doplnění ve vztahu k obsahu projektu likvidace jámy nezpevněným materiálem V souvislosti s novelizací vyhlášky ČBÚ č. 52/1997 Sb. doporučujeme, aby ve specifikaci povinného obsahu projektu likvidace jámy nesoudržným materiálem byla zohledněna tato doporučení: −
specifikace zásypového materiálu z hlediska dlouhodobé stability jeho struktury, petrografického složení, zrnitosti, znečištění zdrojů materiálu, kapacit zdrojů, dopravy atd., průkazy ekologické nezávadnosti , prohlášení o shodě;
−
stanovení technologie provádění zásypu pro dané podmínky jámy, způsob kontroly provádění, kontroly zasypávaných objemů, specifikaci technických opatření pro dodržení stanovených postupů (okatost mříže, rychlost provádění zásypem). Specifikaci požadavků pro provádění zásypu při překážkách v jámě (lezní oddělení apod.);
−
větrání během likvidace jámy;
−
stanovení fyzikálně-mechanických vlastností zásypového materiálu na základě zkoušek, odborných odhadů, analogie apod.
−
agresivita prostředí,
−
návrh kompozitních materiálů, které nepodléhají korozivním vlivům – dle ČSN EN 206 – 1,
−
stanovení a popis stabilitního stavu jámy, způsoby uzavření starých proniků;
−
geologický profil jámou s uvedením stabilitně rizikových úseků jámy;
−
způsob zajištění pater a proniků a konstrukce navrhovaných patrových hrází vč. průkazu jejich únosnosti a jejich lokalizace;
−
stanovení velikostí sedání zásypu, vč. ocenění a kvantifikace rizik při porušení patrových uzávěr a hrází; stanovení únosnosti uzavíracích hrází;
−
stanovení velikostí autostabilizačních zátek v horizontálních dílech a ocenění jejich vlivu na velikost a průběh sedání zásypu;
−
stanovení kontrolních mechanismů na hodnocení degradačního procesu
−
návrh konstrukce ohlubňové zátky, stanovení jejich materiálových a geometrických parametrů, průkaz únosnosti ohlubňové zátky i pro mimořádné zatížení;
−
způsob likvidace přípovrchových děl pod ohlubní;
−
konstrukce, geometrie a průkaz únosnosti ohlubňového povalu,
6.4.2. Návrh na doplnění z hlediska hodnocení vlivu použití nesoudržného materiálu Projekt likvidace jámy musí, z hlediska stability jámy likvidované nezpevněným zásypem, obsahovat:
114
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05 – Kapitola 5: „ Etapa 4 “
−
posouzení geotechnických poměrů v jámě a posouzení strukturní stability v okolí slojí, tektonických pásem apod.;
−
posouzení stability jámy z hlediska stabilizace výlomu výztuží (zatížení výztuže);
−
posouzení stability jámy v okolí ohlubně a v úseku hornin malé pevnosti (miocenní pokryv, nepevné příkrovy apod.);
−
posouzení stavu a zbytkové únosnosti výztuže jámy;
−
stanovení horizontálních napětí v zásypu jámy a porovnání těchto napětí se zatížením vznikajícím v důsledku vzniku porušených oblastí za výztuží, zatížením vývaly a obecně strukturní nestabilitou jámy.
Jednotlivé kroky postupu posouzení stability jámy jsou dále uvedeny v příloze v pořadí významu pro projekt likvidace a metodicky obsahují nejdůležitější informace a doporučení pro realizaci posouzení.
6.4.3. Návrh na doplnění ve vztahu konstrukce uzavíracích ohlubňových povalů Projekt uzavíracích ohlubňových povalů musí zajistit: Ø trvalé a bezpečné uzavření likvidované jámy, Ø trvalé zachování identifikačních údajů o jámě a její likvidaci: -
polohy jámy (souřadnice středu jámy),
-
způsobu vyztužení jámy,
-
roku vyhloubení a likvidace jámy,
-
způsobu likvidace.
Ø zajištění území kolem likvidované jámy, Ø možnost kontroly a řízeného odvádění, Ø možnost kontroly stavu výšky výplňového materiálu, a v případě potřeby jeho doplňování. •
Podmínky pro návrh UOP, které je nutno dodržet jsou: -
půdorysné rozměry povalu stanovené podle platných vyhlášek (viz dále),
-
minimální tloušťka UOP 450 mm,
-
použití trvanlivého materiálu - betonu odolného proti účinkům prostředí (min. třídy C 30/37),
-
založení na pevných horninách nebo samostatném základu odděleně od jámového zdiva,
-
užitné zatížení povalu minimálně 33 kPa,
-
u jam likvidovaných hydraulicky nezpevněnou výplní uvažovat též zatížení sací a zpětnou rázovou silou v případě náhlého poklesu nezpevněné výplně,
-
bezpečnost návrhu povalu i postupu provádění prokázat statickým výpočtem.
115
Závěrečná zpráva projektu ČBÚ č. 36-05 – Kapitola 5: „ Etapa 4 “
6.5. Doporučení pro úpravu znění přílohy č. 6 vyhlášky č. 104/1988 Sb., o hospodárném využívání výhradních ložisek, o povolování a ohlašování hornické činnosti a ohlašování činnosti prováděné hornickým způsobem, v platném znění Vzhledem k tomu, že ve vyhlášce 104/1988 Sb., v platném znění, v ustanovení vztahující se k provádění likvidace hlavních důlních děl není uvedeno, že dokumentace musí zpracovaná v rozsahu a souladu s vyhláškou č. 52/1997 Sb., navrhuje se doplnit předmětné ustanovení do přílohy č. 6 vyhlášky č. 104/1988 Sb.
116
