Nauka o důlních škodách II. díl

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ - TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA Hornicko – geologická fakulta Institut geodézie a důlního měřictví

Ing. Václav Mikulenka, PhD.

Nauka o důlních škodách II. díl

Ostrava 2008

ISBN 978 – 80 – 248 – 1836 - 8

2

OBSAH 1. ÚVOD ................................................................................................................................... 4 2. Ochranné pilíře ...................................................................................................................... 5 2.1 Úvod ................................................................................................................................ 5 2.2 Tvar ochranných objektů................................................................................................. 5 2.2.1 Ochranné pilíře u ložisek ukloněných. .................................................................... 8 2.2.2 Ochranné pilíře pro vodní toky , železnice a silnice ............................................. 11 2.2.3 Ochranné pilíře procházející dvěma nebo více geologickými útvary. .................. 13 2.2.4 Ochranné pilíře důlních objektů. ........................................................................... 14 2.2.5 Zmenšování ochranných pilířů.............................................................................. 18 2.2.6 Další možnosti zmenšování ochranného pilíře jámy............................................. 27 3. Ovlivnění povrchových objektů a zajištění jejich stability ................................................. 34 3.1 Všeobecně ..................................................................................................................... 34 3.2 Obytné a průmyslové stavby ......................................................................................... 35 3.3 Výškové stavby ............................................................................................................. 44 3.4 Velkoplošné průmyslové objekty.................................................................................. 47 3.5 Kanalizace, vodovody a plynovody .............................................................................. 50 3.6 Elektrické vedení vysokého napětí, zemní kabely, transformátory............................... 54 3.7 Železniční tratě a silnice................................................................................................ 57 3.8 Vodoteče – řeky, potoky, rybníky, přehradní nádrže a průplavy .................................. 63 3.9 Města a sídliště .............................................................................................................. 66 4. Zdánlivé důlní škody........................................................................................................... 68 4.1 Vliv podzemní nebo povrchové vody ........................................................................... 68 4.2 Svahové pohyby a sesuvy ............................................................................................. 69 4.3 Umělé vyvolané pohyby půdy....................................................................................... 70 4.4 Vliv základové půdy a provedení stavby na její stabilitu.............................................. 72 4.5 Měření pohybů na povrchu a v dole.............................................................................. 73 Literatura .................................................................................................................................. 75

3

1. ÚVOD V I. díle Nauka o důlních škodách jsme se zabývali zákonitostmi pohybu horninového masívu, které vznikají důlní činnosti a to nejen v dole, ale hlavně jeho projevy na zemský povrch a metodami předběžných výpočtů jeho pohybu. V II. díle, který navazuje na I. díl je věnována pozornost možnostem jak zamezit nebo maximálně eliminovat projevy důlní činnosti na zemský povrch. Tato problematika je rozdělená do dvou oblastí, z nichž v první je probrán způsob ochrany hlavních důlních děl jejichž poškození by ohrozilo nebo zcela znemožnilo činnost dolu. Jedná se o ochranné pilíře, které jsou realizovány nejen z výše uvedeného důvodu, ale i v případě ochrany významných staveb. V další oblasti je probrána problematika ovlivnění povrchových objektů a inženýrských sítí a způsob zajištění jejich stability. Samostatnou kapitolu tvoří tak zvané zdánlivé důlní škody, kdy se jedná o pohyby zemského povrchu které jsou připisovány následkům důlní činnosti i když jejich vznik má jiné příčiny.

4

2. Ochranné pilíře

2.1 Úvod Hlubinné i povrchové dobývání ložiska nerostů má za následek narušení celé nadložní části pohoří a povrchu. Jednou z možností ochrany objektů před vlivy dobývání jsou ochranné pilíře. Ochranný pilíř je část horninového masivu, určená pro ochranu povrchu nebo důlních děl, ve které lze provádět důlní činnost jen při dodržení zvláštních opatření , nebo kde jsou dobývací práce úplně vyloučeny. Hlavním prostorem ochranného pilíře je vymezená část ložiska. Účelem stanovení takového prostoru je tedy úplné zajištění objektů na povrchu i v nadložním prostoru v dole před důsledky pohybu nadloží, které mají obvykle za následek deformace v tomto prostoru a tím i deformace objektů, které se v něm nalézají. Objekty, které se takto mají chránit, mohou mít různý tvar i velikost. Jsou to budovy, tovární haly se strojním zařízením , průmyslové objekty, vysoké pece, jeřábové dráhy, silnice, železnice, lanové dráhy, řeky, vodní dopravní cesty, vodní nádrže, kanály, potrubí, nadzemní a podzemní kabely, elektrické vedení, lesní a zemědělské plochy atd. Důvody ochrany bývají různé. Objekt se chrání před porušením stability, např. u budov, továrních hal, nebo z hlediska zachování správné funkce zařízení.jako u vodovodů, kanalizací, nebo zajištění svislosti vodojemů, plynojemů,atd. Jiným důvodem je ochrana elektrického vedení před protržením, ochrana mostu před poklesem . Většina těchto objektů se nalézá na povrchu, tedy v určité vzdálenosti od ložiska, jiné objekty jsou důlní díla, z nichž mnohá se k ložisku přibližují a obvykle je protínají.

2.2 Tvar ochranných objektů Ochranné pilíře objektů mají tvar, který je odvozen z teorie plné účinné plochy a od tvaru objektu. Tvar ochranného pilíře pro bod na povrchu vychází z úvahy, že pohybuje-li se porubní fronta ve vodorovně uloženém slojovém ložisku ze dvou protilehlých stran k průmětu bodu A´do sloje, pak ve vzdálenosti h.cotg µ dojdou oba poruby k místům M a N, v nichž vliv na povrchu se zastaví právě u bodu A, který je na hranici poklesových kotlin z levé i pravé strany. Bod A je tedy v tomto případě chráněn před vlivy dobývání ( obr.1).

5

Obr.1. Ochranný pilíř pro bod na povrchu Podobně tomu bude i v případě, že poruby budou v oblasti bodu A postupovat ze všech dalších směrů. Ochranou pro bod A bude tedy ponechána kruhová část ložiska o poloměru : r = h.cotgµ

(1)

Ochranný pilíř u vodorovně uloženého ložiska tedy představuje prostor uvnitř přímého kužele s vrcholem v chráněném bodě na povrchu, jehož tvořící přímky mají odklon mezného úhlu vlivu µ od vodorovné roviny. Pro tvar a rozměry ochranného pilíře jsou směrodatné hodnoty hloubky h a mezného úhlu µ. Pro bod na povrchu je v tomto případě hranicí pilíře kružnice o stejném poloměru jako je plná účinná plocha. Jedná-li se o povrchový objekt plošného rozměru, pak při konstrukci ochranného pilíře jde o plochu , která se označuje jako tzv. chráněná plocha.(obr.2a).

6

Obr. 2. Kuželový ochranný pilíř pro povrchové objekty.

Jak je patrno z obrázku (obr.2b), je hranicí ochranného pilíře pro objekt s čtyřúhelníkovým půdorysem A,B,C,D obalová křivka kolem kružnic sestrojených v půdorysu těchto vrcholů poloměrem r = h.cotgµ. plocha se uzavře společnými tečnami kružnic.

Při konstrukci ochranného pilíře svislého objektu např. jámy musí se okolo středu jámy vymezit ochranný pás o šířce c (obr.3). Potom pro určení velikosti ochranného pilíře použijeme vzorec : r = h.cotgµ + c

(2)

Pro případ, že povrch sloje není rovný, je nutno vyjádřit tvar ložiska v podobě topografické plochy. Vodorovné plochy ve zvolené vzdálenosti od sebe protnou ložiskovou plochu ve vrstevnicích a povrch ochranného kuželového pilíře v kružnicích. Body hranice ochranného pilíře jsou průsečíky vrstevnic s kružnicemi stejné výšky. U objektu, který má plošný tvar určí se obalová křivka kružnic pro jednotlivé zvolené roviny (obr.4).

7

Obr.3 Kuželový ochranný pilíř pro jámu.

2.2.1 Ochranné pilíře u ložisek ukloněných. Podobně jako u ploše uložených ložisek má ochranný pilíř u ukloněných ložisek pro bod na povrchu tvar plné účinné plochy. Rozdíl je ovšem v tom, že povrchové přímky kužele mají proměnlivý odklon od vodorovné roviny ve velikosti : mezného úhlu do nadloží - µn , mezného úhlu do podloží – µp , mezného úhlu ve směru uložení – µs . Tvar ochranného pilíře v ukloněném ložisku, za předpokladu,že porubní práce se blíží k průmětu povrchového bodu A do ložiska A´stejnoměrně ze všech stran a zastaví se v konečné poloze tak, aby bod A nebyl žádným porubem ovlivněn (obr.5). Tvar kužele ochranného pilíře je nepravidelný, neboť povrchové přímky mají proměnlivý spád, který se mění mezi hodnotami :

µp→ µs → µn

(3)

8

Obr.4. Hranice ochranného pilíře pro zvrásněnou sloj a pro chráněnou plochu ABCD

Hranici ochranného pilíře tvoří při pravidelně ukloněném ložisku elipsovitá křivka, která se od elipsy liší vlivem proměnlivosti úklonu spádových přímek. Pro konstrukci těchto křivek ochranného pilíře se používají elipsy, které se značnou přibližností nahrazují oválové nepravidelné křivky (obr.6). Jak je patrno dolejší bod plochy je vymezen úhlem µp , hořejší bod úhlem µn , ve směru ložiska , které leží na spádových přímkách kužele s úklonem µs . Ze čtyř bodů lze potom sestrojit ohraničující elipsu, přičemž poloha vedlejší osy leží ve středu hlavního průměru. Elipsa je v souladu s teorií poklesové kotliny u ložisek ukloněných posunuta výstředně proti bodu P směrem dovrchním. Při sestrojení hranice ochranného pilíře, který má chránit celý plošně uspořádaný objekt je postup stejný jako pro jeden bod. Hranice se zakreslí pro jednotlivé body ohraničující chráněnou plochu a jejich elipsy, představující hranice pro tyto body, uzavřou tak vnějšími tečnami vodorovný průmět celé hranice ochranného pilíře v rovině slojového ložiska (obr.7).

9

Obr.5. Ochranný pilíř při ukloněném souvrství pro bod A na povrchu.

Obr.6. Sestrojení hranice pilíře ukloněné sloje pomocí elipsy.

10

Obr.7. Ochranný pilíř pro plošný objekt a ukloněné ložisko.

2.2.2 Ochranné pilíře pro vodní toky , železnice a silnice Vodní toky jsou velmi citlivým objektem pro poddolování zejména proto, že poklesová kotlina narušuje přirozený spád vodní hladiny , takže se vytvářejí zaplavované oblasti a neplánované vodní nádrže často v místech, kde jsou obytné i jiné objekty. U železnic má poddolování vliv na spádové poměry a má za následek navíc ještě příčné i podélné deformace, které působí nepříznivě na provozní poměry na trati. Silnice je, zvláště při dobývání ve větších hloubkách, méně citlivá, avšak i zde v nepříznivých úložných poměrech ložiska, může dojít k náhlým a časově nepředvídaným deformacím vozovky. Ochranný pilíř pro řeku má u ploše uloženého ložiska poměrně jednoduchý tvar, u něhož hraniční plochy jsou vytvořeny jako obalové plochy ke kuželům se sklonem povrchových přímek o velikosti mezného úhlu vlivu a s vrcholy v jednotlivých bodech křivky ohraničující chráněnou plochu řeky. Vzhledem k vodorovnému průběhu vodoteče stačí sestrojit obalové plochy pomocí vrstevnic s intervalem spádu plochy

11

i = ∆h.cotg µ

(4)

kde ∆h je zvoleny výškový rozdíl mezi vrstevnicemi a µ je mezný úhel vlivu. Tvar vrstevnic je dán tvarem hranice chráněné plochy. Průnik tohoto tělesa s plochou slojového ložiska je pak hranicí ochranného pilíře ve sloji (obr.8).

Obr.8. Ochranný pilíř pro řeku u vodorovně uloženého ložiska Ochranný pilíř pro železniční trať se sestrojí podobným způsobem. Odlišný tvar vzniká při silně ukloněných ložiskách , kdy tvar pilíře je závislý na směru trati a směru ložiska.

Ochranný pilíř pro železniční trať rovnoběžnou se směrem ložiska (Obr.9).

Obr.9. Ochranný pilíř pro železniční trať rovnoběžnou se směrem ložiska 12

V případě, že osa trati jde rovnoběžně se směrem ložiska jsou roviny pilíře ukloněny ve směru spádu o úhel µp (mezný úhel do podloží) a ve směru proti spádu o ůhel µn ( mezný úhel do nadloží). V bodě T na trati se vede svislá rovina řezu, v níž ve sklopení ve vzdálenosti T T´se sestrojí příčný řez ložiskem, ukloněným pod úhlem α. Je–li povrch označen kótou 0 metrů, je vzdálenost T T´rovna hloubce ložiska pod povrchem. Pod meznými úhly se zakreslí v řezu roviny ochranného pilíře, které protnou řez ložiska v bodech A a B. To jsou průměty hranice pilíře po a proto úklonu ložiska a jejich směr je rovnoběžný s tratí. (Obr.9). Je–li směr trati šikmý na směr ukloněné ložiskové roviny, sestrojí se hraniční čára ložiska jako obalová křivka elips, které jsou vzhledem k proměnlivé vzdálenosti trati od ložiska různě veliké. (obr.10).

Obr.10. Ochranný pilíř pro železniční trať nad ukloněným ložiskem.

2.2.3 Ochranné pilíře procházející dvěma nebo více geologickými útvary. Každé souvrství má v důsledku různých mechanických vlastností jiné mezné úhly vlivu µ a tím i jiné pilířové úhly. Ochranný pilíř bude mít proto různé spádové úhly v každé vrstvě. 13

Nejdříve se sestrojí obvyklým způsobem ochranný pilíř pro pokryvný útvar s mezným úhlem vlivu µ a jeho základna v rovině rozhraní. Pak teprve je možno pokračovat ve vytvoření další části ochranného pilíře a jeho průnik s rovinou sloje.( obr.11).

Obr.11. Ochranný pilíř pod objektem ABCD v pokryvném a produktivním útvaru.

2.2.4 Ochranné pilíře důlních objektů.

- ochranný pilíř svislé jámy ochranný pilíř svislé jámy chrání obvykle jak vlastní jámu s výztuží, tak také těžní věž, strojovnu a jiné objekty náležející k jámě. Postup konstrukce je obdobný jako v předcházejících případech. Případ (znázorněný na obr.12) je složitější pro přítomnost tektonické poruchy. V tomto případě je třeba sestrojit hranici pro každou kru zvlášť, tedy pro dvě různé roviny. Obě části hraniční části se zakončí na rovině poruchy.

14

Obr.12. Ochranný pilíř svislé jámy v souvrství porušeným tektonickým zlomem.

- ochranný pilíř úklonné jámy Ochranný pilíř úklonné jámy vznikne ze základen kuželů v rovině ložiska, u nichž je vrcholem řada zvolených bodů na ose úklonné jámy. Pilířová plocha je pak souhrnem dílčích ploch, které jsou podstavou těchto kuželů v rovině ložiska. (Obr.13). Pro úklony ložisek větší než 200 mají půdorysy kuželů tvar elips k jejichž konstrukci se používá úhlu vlivu µn, µp, µs. Hlavní osy hraničních elips jdou ve směru největšího spádu roviny ložiska. Chráněná plocha je dána obvykle rozměry jámového komínu zvětšeného o pás šířky 5 až 10 m okolo jámy.

15

Obr.13. Ochranný pilíř pro úklonnou jámu. - ochranný pilíř pro dlouhá důlní díla. Pro překopy, úpadnice , dovrchní chodby atd. Ochranný pilíř u vodorovného důlního díla je ochranný pilíř výsledkem podobné konstrukce, jak je uvedeno pro železniční trať.(Obr.14). Kolem překopu se zřídí ochranný pás až 5 m široký na obě strany a odtud ukloněné roviny se spádem mezného úhlu vlivu µ. Průsečnice rovin s ložiskem je hranicí ochranného pilíře.

- ochranný pilíř pro úpadní překop nebo úpadní chodbu v ložisku Konstrukce takového pilíře je na obr.15. krajní konce chodby jsou chráněny plochou kružnice nebo elipsy podle úklonu sloje, vlastní objekt chodby plochou omezenou tečnami k okrajovým kružnicím (nebo elipsám) po obou stranách chodby.

16

Obr.14. Ochranný pilíř pro vodorovný překop.

Obr.15. Ochranný pilíř pro úklonný překop v nadloží ložiska.

- ochranný pilíř pro železniční trať na okraji povrchového dolu Ten má jiný charakter než pilíře při hlubinném dobývání, protože se zde v konečné fázi vytváří ve tvaru skrývkových řezů, jak je to patrno na obr.16. Železniční trať, probíhající přímočaře na okraji projektovaného lomu, musí být chráněna před vlivy dobývání mohutné hnědouhelné sloje o mocnosti 20 až 40 metrů ochranným pilířem, jehož tvar a velikost v tomto případě vyplývá ze speciálních podmínek, v nichž je hnědouhelná sloj uložena, a ze způsobu založení lomu. Ochranný pilíř je na straně k lomu vymezen šikmou plochou, jejíž úklon je závislý na petrografických vlastnostech nadložních hornin a svou velikostí se blíží k tzv. generelnímu úklonu svahu γ, který je závislý na soudržnosti zeminy a na úhlu vnitřního tření. Jednotlivé 17

řezy mohou mít odlišné mechanické vlastnosti, a tedy i dílčí svahové úhly. Při stanovení hranice ochranného pilíře se musí přihlížet také k těmto dílčím úhlům tak, aby jednotlivé řezy nerušily úklon a polohu generelního svahu.

Obr.16. Ochranný pilíř železniční tratě na okraji povrchového lomu.

2.2.5 Zmenšování ochranných pilířů Pilířový úhel. Při použití mezných úhlů vlivu pro sestrojení ochranných pilířů je bezpečnost chráněného objektu z hlediska pohybů z poddolování plně zajištěna. Rozměry těchto pilířů však jsou značné a blokují velké zásoby ložiska, zejména, je-li uloženo ve velké hloubce. Množství tímto způsobem blokovaných zásob přibývá se čtvercem hloubky ložiska pod povrchem a v případě uložení ve větších hloubkách, na př. 700 až 1000 m, se dostává větší část ložiska mezi tyto nepoužitelné zásoby. Někdy je tedy více než 50 % zásob ložiska blokováno ochrannými pilíři jam, nepřihlížíme-li k dalším případným pilířům pod některými povrchovými objekty. Ze situace vyplývá, že v hloubkách kolem 1000 m pod povrchem bude velmi obtížné dobývat uhlí v souvislých plochách. Vychází zde, že plochy v ochranných pilířích činí až 33 % . Z toho plyne nutnost řešení velikosti ochranných pilířů. Řešení používané v praxi spočívá ve zvětšení úhlů spádových přímek o 50 až 150 tak, že Φ>µ

(5)

Φ – pilířový úhel

18

Zvětšením pilířového úhlu se ovšem dostává chráněný objekt do částečného vlivu dobývání, který závisí hlavně na hloubce uložení. Pohyby, jímž je objekt vystaven, nesmějí však překročit míru pevnosti a stability, která jistě závisí také na způsobu stavebního provedení objektu. Jakým podmínkám musí být vyhověno u stavby neúplně chráněné ochranným pilířem, je patrno z následující úvahy ( obr.17).

Obr.17. Hranice vlivu při použití mezného úhlu µ a pilířového φ. Použijeme-li pro vymezení ochranného pilíře u objektu na povrchu místo mezného úhlu µ úhel pilířový φ, dostane se objekt do vlivu, neboť okraj poklesové kotliny se přemístí z bodu b do bodu a . Vyjádříme-li deformační ovlivnění nejlépe pomocí denivelace na svahu poklesové kotliny, pak podle vzorce je : Dmax =

s max , H ⋅ cot gµ

(6)

což je maximální hodnota, které je dosahováno asi v té části kotliny, která se nachází na okraji pilíře. V prostoru a,b bude naklonění D podstatně menší D < Dmax

(7)

Naklonění je tedy nepřímo úměrné hloubce ložiska. Zvětšení pilířového úhlu je tedy vhodným opatřením ke zmenšení blokovaných zásob v ochranných pilířích, jestliže míra tohoto zvětšení v daných podmínkách odpovídá odolnosti objektu proti předpokládaným pohybům, kterým bude vystaven.Před navržením tvaru takového pilíře je proto třeba předběžně zjistit hodnoty deformací a stanovit případné způsoby údržby objektu.

19

Zvětšené pilířové úhly u svislých jam. Zvětšení pilířových úhlů φ u svislých jam, kde je nutno použít opatření k zajištění stability jámové výztuže, je značně obtížnější, neboť hlavní rozměry objektu jsou ve směru svislém, čímž se mění vzdálenost objektu od ložiska (hloubka H), a tím také velikost deformacÍ

Obr.18. Zmenšený ochranný pilíř jámy Zvětšením pilířového úhlu φ a tím zmenšením rozměrů ochranného pilíře se dostane hořejší část jámy mezi body P a P' do vlivu. Bod P' je vrcholem kužele s úklonem povrchových přímek rovným meznému úhlu µ. Je to tedy v úseku PP' bod, který je již plně chráněn.(Obr.18). Jestliže je r' poloměr základny pilíře o piIířovém úhlu φ, pak : r´ = H.cotgφ

(8)

a vzdálenost bodu P´ od sloje je možno zjistit z výrazu h´= r´. cotgµ = H . cotg . tg µ

(9)

Naproti tomu bod P i ostatní body směrem k P' budou ovlivněny (zejména poklesy v rozsahu mezikruží o poloměrech r a r'). Maximální pokles se projeví u bodu P na povrchu, u ostatních bodů budou pohyby směrem dolů menší. Bod P' bude již v klidu. Rozdíly v pohybech sousedních bodů na jámové ose podle výrazu

∆Si,i+1 = Si+1 - Si

(10) 20

budou mít záporné hodnoty vyjádřené délkově stlačením. Relativní hodnota stlačení bude podle

si ,i +1 =

∆s i ,i +1 hi − hi

(11)

i +1

Můžeme konstatovat, že rozdíly v poklesech (stlačení ∆s) stále rostou a také relativní stlačení ε se zvětšuje. V daném případě je však ε menší než krajní hodnoty, které by mohly mít za následek nebezpečné deformace výztuže (ε = 2,5 až 3,0 mm/m). Je tedy možno říci, že zmenšení ochranného pilíře (zvětšení pilířového úhlu φ) nevytváří podmínky pro snížení stability jámové výztuže. To, že tyto závěry platí také plně pro využití v praxi, je patrno z toho, že svislé jámy v četných případech byly v nedávné minulosti chráněny jen ochrannými pilíři podstatně menších rozměrů, než by odpovídalo plně účinným plochám. V této souvislosti je možno např. připomenout zkušenost, že u některých jam neúplně chráněných ochrannými pilíři bylo pozorováno, že jámová výztuž v úrovni povrchu "vyrůstá" nad terén, takže dochází k relativnímu pohybu mezi výztuží a pohořím. V těchto případech nebyly pozorovány na vyzdívce jámy žádné nebo jen malé deformace, které se však daly opravit v rámci běžné údržby. Je tedy možno říci, že za určitých opatření při dobývání v oblasti ochranného pilíře a při vhodné konstrukci jámové výztuže lze u ochranných pilířů použít pilířových úhlů φ, které jsou o 5 až 10° větší než mezné úhly vlivu µ.

Předpoklady pro zmenšení pilířů Jak bylo v předešlé stati uvedeno, je možno za určitých předpokladů použít zmenšených ochranných pilířů. Jedním z důležitých předpokladů je, aby jámová výztuž nebyla s okolními horninami spojena tak, že by s nimi tvořila jeden celek. V tomto případě by se pohyby pohoří vlivem dobývání v plné chránicí ploše přenášely na výztuž a vytvářely v ní napětí v tlaku. Překročení meze pevnosti má pak za následek trvalé deformace a porušení stability zdiva. Takovým velmi pevným spojením je výztuž z litého betonu. V případě, že spojení výztuže s horninou umožňuje relativní pohyb, nedojde k přenášení nebezpečných napětí do výztuže jámy, a tím se tato chrání před deformacemi. Jinou ochranou výztuže je vytvoření vodorovných dilatačních spár, které se mohou v případě, že nebyly ponechány již při vyzdívání jámy, dodatečně vytvořit potřebném počtu a rozsahu odpovídajícímu předpokládanému ovlivněnÍ. Výplň spár se dělá ze středně pevného a pružného materiálu, který umožní svým stlačením částečné odlehčení zdiva. Obvykle se používá špalíků z tvrdého dřeva, někdy u větších rozměrů spár hráni ze dřeva. U nových jam je třeba provést zakotvení výztuže v menších vzdálenostech, než bylo dosud obvyklé (např. 30 až 40 m), a místa nad zakotvením opatřit dilatační spárou. Vnější plocha

21

zdiva jámy směrem k hornině by neměla mít ostré výstupky a výplň by měla být ze sypkého materiálu, který by rovnoměrně rozděloval boční tlaky po celém obvodu zdiva. Postup porubů v oblasti vlivu by měl být pokud možno souměrný k ose jámy. U slojových i jiných ložisek je třeba co nejvíce využívat základky, která zmenšuje pohyby nadloží, a tím snižuje velikost deformací. V této souvislosti je třeba uvést požadavek, aby chráněná plocha na povrchu kolem jámy byla vymezena co nejúsporněji, aby co nejméně zvětšovala ochranný pilíř, protože objekty na povrchu u neplně chránícího pilíře jsou stejně pod dílčím vlivem dobývání. Rozsah a druh opatření při zmenšení ochranného pilíře se liší podle místních geologických a báňsko technických podmínek a projekt takového ochranného pilíře musí být schválen Obvodním báňským úřadem.

Odvození závislosti mezi zmenšením ochranného pilíře a velikostí deformací jámové výztuže ve svislém směru Úvaha o možnosti zmenšení ochranného pilíře Úvaha vychází z předpokladu, že deformace jámové výztuže ve svislém směru, k níž dojde, bude udržena v hodnotách, které nebudou nebezpečné stabilitě zdiva. Navážeme-li na tyto úvahy, můžeme odvodit obecně platné závislosti mezi rozměry ochranného pilíře (φ, r, H) a velikostí poklesů a deformací jámové výztuže (s, ε).

Obr.19. Vztah pásmového a mezného úhlu vlivu Podle obr.19 je rozdíl ∆r v poloměrech kružnic správného a zmenšeného ochranného piIíře

∆r = H . ( cotg µ cotg φ)

(12)

a ovlivněná hořejší část jámy

∆h = H (1 - cotg φ tg µ)

(13)

22

Zde jsou jako dříve φ pilířový úhel, µ mezný úhel vlivu a H vzdálenost ložiska od povrchu. Je zřejmé, že vlivem vyrubání mezikruží o šířce ∆r poklesne bod P jámy na povrchu o hodnotu s, úměrnou velikosti vyrubané plochy. Poněvadž každý jiný bod mezi P a P´ - např. Px - bude ve vlivu menší plochy, bude tedy jeho pokles menší, až v bodě P´ bude s = 0. Rozdíl poklesů dvou sousedních bodů mezi P _ P' bude tedy vždy

∆Si,i+1 = Si+1 – Si < 0

(14)

a tedy záporný. Dojde zde ke stlačování ve svislém směru a ke vzniku napětí v tlaku. Poklesy bodů na ose jámy vyplývají ze vzorce s = Maez

(15)

kde M je mocnost slojového ložiska, a koeficient dobývání, e koeficient velikosti: účinné plochy a z je časový koeficient (pro ukončený pohyb z = 1). V úvaze o rozměrech určitého ochranného pilíře je v závislosti (48) M, a, je stálé, takže s = cf(e)

(16)

Pro funkci I (e) je navrhována a používána řada velni podobných závislostí. Použijme pro další odvození funkci Percovu

dks = c cos α d α

(17)

kde α je podle obr.19 tzv. pásmový úhel – doplněk úhlu vlivu na 900. Pro α0 platí

α 0 = 90 0 − µ

(18)

Pro vnější pásmo ∆r (zmenšeného ochranného pilíře je pokles ∆s dán rozdílem poklesu s plné účinné plochy a s/ olochy zmenšeného pilíře ∆s = s − s /

(19)

Poněvadž velikost poklesu uvnitř plné účinné plochy je dána vztahem

dk s = c cos αdα

(20)

23

lze psát poměr mezi s a s/

s / k s/ s − s / k s − k s/ = → = s ks s ks

(21)

pak je

 k/ ∆s = s1 − s  ks

  

(22)

Poněvadž je α

k s = c ∫ cos αdα = c sin α 0

 sin α ∆s = s1 −  sin α 0

  

(23)

(24)

Zde je s pokles odpovídající plné účinné ploše, tedy

s ≡ s max

(25)

α je doplněk k pilířovému úhlu φ na 900

α = 90 0 − ϕ

(26)

α 0 = 90 0 − µ

(27)

a α0 je doplněk k meznému úhlu µ

Stlačení v ovlivněném úseku jámy

Stlačení ε v ovlivněném hořejším úseku jámy závisí na hodnotách změn poklesů d∆s v závislosti na příslušné vzdálenosti mezi uvažovanými body

ε=

d∆s dhξ/

(28)

Je-li bod Pξ uvažovaným bodem, pak je

24

∆sξ = s −

s sin ξ sin α 0 (29)

kde s je maximální pokles v daném případě (pro plnou účinnou plochu), α0 jako dříve 900 – µ a ξ proměnlivý úhel, jehož velikost se mění v mezích mezi α a α0

α < ξ < α0

(30)

Z toho je možno odvodit

  s d∆s = d  s − sin ξ  sin α 0  

(31)

1 cos ξdξ sin α 0

(32)

d∆s = − s

Obr.20. Vztah mezi základními hodnotami pro výpočet stlačení v ose jámy.

25

A pro jmenovatele odvodíme nejdříve vztah úhlu ξ k α0

(

)

r = h0 tgα 0 = hξ tg ξ = hξ/ + h0 tgξ

(33)

Pak h0 tgα 0 h0 + hξ/

(34)

 tgα 0  hξ/ = h0  − 1  tgξ 

(35)

h0 tgα 0 dξ sin 2 ξ

(36)

tgξ = a také

pak platí

dhξ/ = − dosazením vychází pro ε

s cos ξdξ sin α 0 s sin 2ξ sin ξ ε= = h0 tgα 0 dξ 2h0 tgα 0 sin α 0 sin 2 ξ

(37)

Vzdálenost h0 je možno vyjádřit pomocí µ a φ což jsou hodnoty, které jsou obvykle voleny podle obr.20 je h0 tgµ = , H tgϕ

h0 = H

cot gβ 0 tgµ =H tgϕ cot gα

(38)

Pak je

ε=

A poněvadž

stgϕ sin 2ξ sin ξ 2H cos µ

(39)

stgϕ je v daném případě konstantní, lze psát 2H cos µ

ε = c sin 2ξ sin ξ

(40)

Platnost vzorce je omezena jen na ovlivněný úsek jámy, tedy na úsek mezi body P a P/, kde ξ je vymezena α0 >ξ>α. Upravený vzorec pomocí úhlů α a α0 je

26

ε=

s sin 2ξ sin ξ . 2 H tgα sin α 0

(41)

Hodnoty deformací jsou přijatelné, je však nutno uvážit, že budou větší s přibývající mocností ložiska a také že s opakujícím se vlivem podrubání několika slojemi se budou deformace sčítat. Naproti tomu však - jak už bylo dříve uvedeno - dochází u většiny jámových výztuží k vzájemnému pohybu mezi vyzdívkou a okolní horninou, který snižuje a někdy i likviduje příčiny deformací výztuže. Pro velikost stlačení vose jámy je důležitá hloubka ložiska pod povrchem, neboť ε se zmenšuje nepřímo s hloubkou H. Tedy v případech, kdy se plocha blokovaná ochranným pilířem neúměrně (se čtvercem hloubky H) zvětšuje. A to je okolnost, která zvyšuje význam teoretických úvah o zmenšení ochranných pilířů.

2.2.6 Další možnosti zmenšování ochranného pilíře jámy Místní zmenšování ochranného pilíře

Jinou možností zmenšení ochranných pilířů svislých šachet je místní zmenšení v případě, že porub směřující k hranici ochranného pilíře zasáhne částečně do plochy uvnitř pilíře, takže hořejší část jámy se dostane do vlivu. Rozhodnutí o přípustnosti takového zásahu závisí ne. velikosti předběžně vypočtených poklesů a deformací (a z nich hlavně délkových změn ε). Způsob výpočtu je stejný, jak bylo již uvedeno dříve; v tomto případě je nejvhodnější rozdělit plnou účinnou plochu např. podle funkce Balsovy, Perzovy, Schlrierovy apod. Poklesy a tím i deformace v důsledku místního překročení budou jen částí celkového poklesu.(obr.21).

Obr.21. Vliv porubu na jámovou výztuž v případě částečného ovlivnění

27

Toto je dosti častý způsob zmenšování ochranného pilíře v ostravsko-karvinském revíru i jinde, u všech případů nebyly pozorovány poruchy ve výztuži v rozsahu, který by způsoboval obtíže v provozu jámy.

Válcový tvar ochranného pilíře V některých případech se již použili hornické praxi a možnosti jeho použití lze z teoretických úvah také prokázat. (obr.22). Tak např.podle výrazu pro ε (Perz) je

ε=

s max tgϕ sin 2ξ sin ξ 2 H cos µ

(42)

kde φ je pilířový úhel 900 – α a µ mezný úhel 900 – α0, takže

ε = s max

sin 2ξ sin ξ 2 Htgα cos µ

(43)

Obr.22. Odvození rozměru válcového ochranného pilíře

Je patrno, že

28

Htgα = r je konstantní.

(44)

Platí to tedy pro různé hloubky H1, H2………, takže

H 1tgα 1 = H 2 tgα 2 = H i tgα i = r

(45)

jde-li o vodorovně uložené slojové ložisko o mocnosti M dobývané za stejných podmínek, je také smax konstantní. Pak také v rozmezí

α < ξ < α0

(46)

budou deformace ε v různých hloubkách stejné. Jestliže si stanovíme pro uchování stability podmínku, že ε nepřekročí určitou hodnotu ε0 je možno určit rozměr r tedy poloměr konstantního válcového pilíře

r=

s mex sin 2ξ sin ξ 2ε 0 cos µ

(47)

Poněvadž, jak bylo uvedeno dříve (I. Díl Nauky o důlních škodách) je maximální deformace při použití Percova vzorce u bodu P0 kde je

ξ = α0

(48)

pak s touto maximální hodnotou ε0 = εmax je

r=

s max sin 2α 0 sin α 0 s = max sin 2α 0 0 2ε max cos 90 − α 0 2ε max

(

)

(49)

U válcového ochranného pilíře s hloubkou H přibývají hodnoty poklesů v úseku jámy, která je ovlivněna, a tedy i největší poklesy v bodu P na povrchu. Naproti tomu se zmenšují deformace stlačení, které mají na stabilitu jámové výztuže největší vliv.

Ochranné pilíře s řídicí křivkou ve tvaru tangentoidy Ve slojovém ložisku, které se skládá z velkého počtu převážně vodorovných slojí, se velikost svislé deformace s hloubkou neustále zmenšuje. Proto je možné v těchto případech používat pro ochranu jámy válcových pilířů. Ještě lepší jsou rotační tělesa s řídicí křivkou ve tvaru tangentoidy (obr.23). Tato křivka začíná v bodě P jako počátku tak, že zde tečna t svírá úhel α0, který je stejný jako u kužele. Od této hodnoty se α plynule zmenšuje, až se blíží k nule. Pro rozměr pilíře je směrodatná vzdálenost r křivky od osy y, která je osou jámy s hodnotami y = h. 29

Obecná rovnice křivky má tvar h = α tg br,

(50)

kde a, b jsou koeficienty, které mají vliv na tvar křivky.

Obr.23. Ochranný pilíř jámy ve tvaru rotačního tangentoidu Rovnici lze lépe převést na tvar

r=

1 h arctg , b a

(51)

Velikost obou koeficientů je závislá na úhlu tečny v bodě P→ α0 a na rozsahu použitých hodnot r, např.r = 0 až 1000 m. Z rovnice lze najít vztah obou koeficientů na tečném úhlu α0. Plyne z ní, že první derivace je

dr 1 = dh ab

1 , h2 1+ 2 a

(52)

Která pro bod P → h = 0 je pro směr tečny α0 v tomto bodě

tgα 0 =

1 ab

1 0 1+ 2 a

=

1 ; ab

(53)

30

pak je ab = cot gα 0

(54)

Druhá podmínka vyplyne z toho, že maximální vzdálenost rmax bude v místech, kde α0 = 0, a to je

dh = a

bdr cos 2 br

(55)

a pak dr cos 2 br = dh ab

(56)

cos 2 br = 0 ,

(57)

a pro rmax platí, že, dr/dh = 0 a z toho

br =

π 2b

,

(58)

Dosazením dostaneme

a=

π cot gα 0 1 cot gα 0 = , 2 b rmax

b=

π 2rmax

.

(59)

(60)

Ochranné pilíře svislých jam v ukloněném souvrství s řídicí křivkou ve tvaru tangentoidy Ochranné pilíře svislých jam v ukloněném souvrství s povrchovými křivkami tangentoidami jsou také účelné, i když při jejich konstrukci je třeba přihlížet ke třem různým mezným úhlům vlivu do nadloží µn, do podloží µp a ve směru uložení µ. Rozměry oválu hranice pilíře v ložisku se zjistí ze tří rovnic tangentoid s použitím jednotlivých mezných úhlů vlivu. Pro podmínky v rovině spádové přímky ložiska jsou křivky zakresleny na obr.24.

31

Obr.24. Ochranný pilíř v ukloněném souvrství.

Ekonomické důvody a předpoklady pro použití zmenšených ochranných Jak bylo již uvedeno, je možno plně chránit objekty na povrchu i v dole tím, že se pod nimi v oblasti vlivu ponechávají části ložiska v rozsahu plné účinné plochy. Tyto ochranné pilíře jsou základnami kuželových těles s povrchovými přímkami s odklonem od vodorovné roviny o mezný úhel vlivu µ. Z příkladů je patrno, že ve větších hloubkách přes 300 až 400 m blokují tyto ponechané části ložiska celkové zásoby tak, že při přechodu do hloubek 1000 metrů i více se zásoby zmenšují do té míry, že často mohou znemožnit těžbu. Proto nový zmenšený tvar ochranných pilířů, zvláště u svislých jam, je nutným předpokladem dobývání nerostných surovin v hloubkách větších než 300 až 400 metrů. Například při použití tvaru pilíře podle tangentoidy se zmenší ztráty v pilířích v hloubce : 600 metrů na 18,1 % plně chránícího pilíře, 800 metrů na 12,9 % plně chránícího pilíře, 1000 metrů na 8,9 % plně chránícího pilíře. Naproti tomu je třeba připustit určité deformace v jámové výztuži i na povrchových objektech v rozsahu, který nenaruší jejich stabilitu. To jsou vesměs hodnoty, které nemají vliv na zhoršení stability jámové výztuže, i když je nutno počítat se zvýšenými náklady na údržbu. Dále je třeba připustit vlivy dobývání na povrchové objekty v bezprostředním okolí jámy, které se dostanou do středu místní poklesové kotliny v případě, že bude vyrubán celý pruh v okolí zmenšeného pilíře. Tyto vlivy jsou, pokud jde o poklesy s přibývající hloubkou, stále

32

větší, neboť se zvětšuje vyrubaná plocha, takže pokles s se blíží k smax. Deformace těchto objektů, jsou však. charakterizovány nakloněním D, které je Dmax =

s max H ⋅ cot gµ

(61)

a s přibývající hloubkou se zmenšuje. Další skutečností, která má příznivý vliv na možnost zmenšování ochranných pilířů, zejména u svislých jam, je, že deformace (stlačení) vzniká v pohoří obklopujícím jámu a na výztuž se nepřenáší ve všech případech plně, zejména ne v případech, kdy tato není svázána s horninou. Jámová výztuž pevně svázaná s pohořím musí přirozeně převzít všechna stlačení nebo roztažení. Předpokládá se ovšem, že se v něm uskuteční do určitého stupně vyrovnání špiček namáhání, jestliže vazba není úplná. Tímto způsobem např. lze vysvětlit známé "vyrůstání" jámového komínu ze země, které se může ovšem uskutečnit ve svrchní části jámového úseku." Je možno říci, že vzájemné pohyby mezi jámovou výztuží a okolní horninou umožní vyrovnání napětí, která vzniknou dobýváním v oblasti zmenšeného ochranného pilíře. To jsou také důvody, proč lze očekávat, že opakované ovlivnění jámy dalšími slojemi zastihne tuto oblast bez podstatné části napětí, takže další deformace (stlačení) se nesčítá a je možno připustit opakování vlivů. Ekonomické důvody jsou tedy doloženy. V praxi v četných případech v ostravsko-karvinském revíru, v kladenském i plzeňském revíru a jinde jsou vymezeny zmenšené ochranné pilíře jam a zkušenosti dokázaly oprávněnost teoretických předpokladů pro dobývání v oblasti zmenšených ochranných pilířů. Objemy uvolněných zásob uhlí do dnešního dne vyrubaných v oblasti okolo ochranného pilíře jámy jdou do desítek miliónů tun uhlí.

33

3. Ovlivnění povrchových objektů a zajištění jejich stability 3.1 Všeobecně Nepříznivé účinky dobývání na hlubinných i povrchových dolech na objekty postavené na povrchu byly jednou z hlavních příčin, že se teoreticky začaly zkoumat zákonitosti pohybů vznikajících v nadloží dobývaných části ložisek. Na tomto podkladě se pak navrhují opatření, která by co nejlépe chránila stavby před důsledky těchto pohybů. V oblastech, kde nevyskytují ložiska uhlí, rud, i ostatních materiálů, se těžba zajišťuje výstavbou různých staveb (i obytných), dopravní a energetické infrastruktury a pomocných zpracovatelských závodů, jejichž umístění se z ekonomického hlediska volí co nejblíže ke zdrojům surovin. Zákonitě se proto objevuje, že vlastní hornická činnost se projevuje na těchto stavbách a jejich okolní terénu. Opatření k potlačení těchto nepříznivých účinků jsou nejen věcí investičních a projekčních, ale musí být provedena v souladu s báňskými techniky tak, aby byla hned v počátcích navržena opatření, která by nepříznivým účinkům zabránila, nebo je eliminovala v maximální míře. V předcházející části byly popsány a odvozeny hlaví parametry důležité pro charakter deformací povrchu vzniklé při dobývání. Jsou to pohyby části povrchu a z nich odvozené poklesy a posuny, pak naklonění terénu (denivelace) zakřivení v souvislosti s tvarem poklesové kotliny a deformace délkových rozměrech – stlačení nebo roztažení a z nich odvozené změny v napětí – tlak nebo tah. Při posuzování možností ochrany objektů je však nutno uvážit ještě řadu dalších podmínek, jako např. změnu absolutní výškové polohy s ohledem na hladinu spodní vody nebo na průběh vodního toku ve vodoteči v oblasti sledovaného objektu, dále jeho polohu vzhledem ke směru porubní fronty, k případným tektonickým poruchám. Důležité jsou také podmínky situování stavby na hranicích sousedních dobývacích prostorů, při výchozech ložiska do neproduktivního útvaru apod. Toto jsou příčiny, které nelze brát jednoznačně v úvahu při předběžných výpočtech pohybů a deformací, ačkoliv mají na poškození často převažující vliv. K tomu jsou zde ještě známé parametry mezného úhlu vlivu µ , způsobu dobývání a, mocnosti ložiska M, rozsahu porubní plochy e, vlivu času t, rychlosti postupu porubu c apod. Také tyto hodnoty podléhají místním změnám, čímž se předběžné výpočty deformací značně ztěžují. V souvislosti s rychlosti postupu dobývacích prací jsou také objekty na povrchu podrobovány dynamickým změnám různých druhů vlivů, které mohou v některých případech působit na stabilitu objektu příznivě, jindy se mohou projevit i zvětšenou deformací. 34

Jak vyplývá, nedávají teoretické předpoklady pro předvídání výsledků vlivů dobývání na povrchové objekty beze zbytku všechny podmínky pro stanovení ochrany objektu.

3.2 Obytné a průmyslové stavby Obytné stavby

Tyto stavby mají plošně omezenou rozlohu a označují se často jako jednotlivé objekty. Vlivy dobývání na ně lze posuzovat z hlediska, zda jsou opatřeny stavebními prvky k zajištění proti vlivům poddolování nebo nikoliv. U nezajištěných staveb je nutno počítat se silnými vlivy, které v mnohých případech končí jejich destrukcí, u staveb zajištěných podle různých stupňů jištění se deformace přiměřeně zmenšují, až v krajním případě se vůbec nevyskytnou. Krajnímu případu se říká také plné zajištění. Stupeň zajištění závisí na velikosti a druhu očekávaných deformací a na nákladech pro toto zajištění potřebných. K nepříznivým případům patří, jestliže se k budově, která je zajištěna, těsně přistaví jiná bez zajištění. Pak dojde k tvoření trhlin (převážně v přístavbě) v důsledku pohybu štítové zdi přístavby směrem vně budovy, což je příčinnou podstatného snížení stability přístavby.

Vliv svislých pohybů

Svislé pohyby se projevuji ještě tím, že se stavba nakloní. V případě, že má malé půdorysné poměry, pak tento pohyb působí na ní jako na celek, který v případě, že je v dobrém stavebním stavu, nemá následky v poškození budovy. Jestliže naproti tomu jde o půdorysně rozměrnou budovu, pak na její základy působí zakřivení svahu poklesové kotliny, vzniká nerovnoměrné zatížení objektu a v důsledku toho podmínky pro vznik deformací. Pro posouzení je třeba znát místní zakřivení svahu R, případně i hodnoty největší křivosti, charakterizované poloměrem Rmin. Na obr.25 je schematicky znázorněno působení zakřivení terénu na obytnou budovu. V případě, že se tato nachází v oblasti vypuklého tvaru svahu poklesové kotliny, se hlavní tíha soustřeďuje ve střední části a v důsledku odlehčení okrajových částí vnikají tahové síly a trhliny ve zdivu směrující ke středu shora dolů. V druhém případě se hlavní podíl tíhy soustředí na okrajových zdích, střed se odlehčí a v důsledku tlakových sil vzniknou deformace směrující ke středu zdola nahoru.

35

Obr.25. Destrukční účinek křivosti povrchu vlivem dobývání

Vliv naklonění

Naklonění svahu kotliny přichází pro ovlivnění objektu v úvahu v místech, v nichž křivost je s ohledem na velikost objektu nepatrná. Vzniká zde složka napětí Ni působící rovnoběžně se základovou spárou (obr.26). Její velikost je jen nepatrným zlomkem zatížení plochy spáry:

Ni = N sin D = ND

Obr.26. Síly na základové spáře v důsledku naklonění D

Toto napětí je vyrovnáváno na základové spáře třením, takže pohyb nenastane jestliže bude splněna podmínka

T ≥ Ni ,

ft Nt ≥ ND

V tomto případě se tlaky p na svislé stěny základové půdy projeví jen nepatrně. Lze tedy říci, že při koeficientu tření v obvyklých hodnotách ft = 0,3 až 0,7 nebude mít naklonění objektu

36

význam pro velikost vodorovných posunů, zejména když hodnota naklonění D nepřekročí 0,003 až 0,03 (3 až 30‰).

Vliv vodorovných pohybů – posunů

Vodorovné pohyby – posuny vznikají – jak již bylo uvedeno – v oblasti svahů poklesové kotliny v důsledku zakřivení svahové plochy. Tyto pohyby jsou určitou části, a někdy dosti podstatnou, celkového pohybu jednotlivých bodů svahu. V důsledku posunů vznikají lineární deformace, které pro případ, že

ε i ,i +1 = υ i +1 − υ i jsou kladné a projevují se jako roztažení, nebo v případě, že jsou záporné, se projevují jako stlačení. Tyto relativní délkové změny mají pak za následek vznik napětí v objektu postaveném v jejich oblasti; v prvním případě je to napětí v tahu, v druhém napětí v tlaku. Jestliže se tyto síly v důsledku pevné vazby základů se zdivem stěn přenášejí do těchto stěn, tvoří se trhliny ve zdivu a pak může dojít ke snížení stability objektu. V případě, že základové zdivo je odděleno od hořejší stavby kluznou spárou nepřenáší se deformace směrem vzhůru (obr.27).

Obr.27. Působení tlakových sil v důsledku stlačení

Vodorovné síly jsou hlavním zdrojem poškozování obytných objektů. Dotčeny jsou hlavně sklepní části budov, různé výstupy z uzavřeného půdorysu, nerovnoměrná hloubka zakládání a všechny části, které nejsou rozměrově přizpůsobeny zvýšeným nárokům na odolnost proti vlivům dobývání. V obytných budovách se projevuje vliv nejen na nosných stavebních konstrukcích (pilíře a pod), ale přeneseně na zbývajících stavebních prvcích (stavební příčky, výplně, schodiště…), spojovacích materiálech, ale i na dveřích, oknech a rozvodech (voda, plyn, elektrorozvody, topení). Poškození některých z těchto zařízení je velmi nebezpečné, i když jde o vliv malých 37

pohybů. Týká se to např.plynového, vodovodního i elektrického rozvodu, kde v důsledku poškození může dojít k výbuchu plynové směsi, zatopení bytu, k požáru od elektrické jiskry apod. Zvláště nebezpečné jsou např. malé trhliny komínovém zdivu, které mohou mít za následek unikání kysličníku uhelnatého do obytných místnosti. Poškození základů může mít za následek průsak spodní vody do sklepů a následně zamokření základového zdiva. V takových případech se podstatně snižuje životnost stavby, a tím i její hodnota.

Vliv zakřivení terénu

Zakřivení terénu má značný vliv u obytných domů stojících v řadě vedle sebe (obr 25) a to zvláště u zakřivení vydutého. Stlačení (sblížení) dvou sousedních objektů závisí na poloměru křivosti R, na výšce h, na délce b a je možno jej určit ze závislosti

α R = b,

αh = ∆l ,

(62)

b ∆l = , R h

(63)

h b. R

(64)

∆l =

Toto stlačení se ovšem projeví ve formě tlakového napětí, které v případě, že překročí mez pevnosti objektu v tlaku, vede k destruktivnímu porušení zdiva. Styk dvou samostatných objektů vede při konkávním zakřivení základové půdy k tlakovým deformacím, které jsou závislé na výšce budovy h, na délce b a nepřímo na poloměru zakřivení R. Pak v oblasti svahů poklesové kotliny bude záviset velikost deformací hlavně nepřímo na hloubce ložiska pod povrchem.

Dynamické vlivy na obytné stavby

Při dobývání metodami, které dovolují rychlý postup porubní fronty, se dostávají jednotlivé objekty poměrně rychle do různých míst vyvíjející se poklesové kotliny, takže z počátku jsou poklesy malé, ale posuny značnější. Podobně také naklonění se zvětšuje až k maximu. Potom s přibývajícím vlivem se pokles blíží k svému maximu, naklonění se postupně zmenšuje, vodorovné pohyby mění svůj směr v opačný až do doby, kdy se poklesová kotlina ustáli tak, že se objekt dostane na rovné dno kotliny. Je-li ložisko v nevelké hloubce pod povrchem, jsou svahy poklesové kotliny příkřejší, deformace větší a nebezpečnější. Rychlost postupu porubní fronty se v krátké době přenáší na

38

povrch, takže se budova postupně dostává do všech poloh na svahu. Tím také podléhá všem druhům vlivů dobývání. V případě, že objekt je opatřen proti vlivům poddolování a hloubka dobývání je větší, lze očekávat, že budova snese krátký čas změny deformací a že se dostane do polohy na dně kotliny bez poškození. Předpokladem hořejších úvah je, že v nadloží ložiska budou horniny spíše plastické, které umožní tvoření plynulé křivky svahů kotliny bez schodovitých deformací, a že také postup porubní fronty bude nepřerušený. Dynamické vlivy se projevují různě také s ohledem na polohu k kraji dobývané plochy. Také deformace ve všech fázích dynamického ovlivnění v poměrně krátké době, která uplyne mezi postupem porubní fronty proti objektu, mění svoje znaménko.Na objektu se to projeví deformacemi, které mají důsledek ve škodách často velmi nesnadno napravitelných. Jde-li o důležité povrchové objekty, pak je třeba plánovat vedení porubů tak, aby porubní fronty neprocházely ve vlivné vzdálenosti ve větším časovém odstupu, ale v krátkém časovém intervalu, čímž lze zmírnit nepříznivý vliv. Všeobecně lze říci, že pro proměnlivé působení vlivů dobývání má důležitost časový faktor. Jak již bylo uvedeno má časový vývoj dynamických hodnot několik etap, z nichž první tvoří dobu potřebnou k tomu, aby se vliv zaboření nadloží přenesl na povrch, a aby se v ložisku vyrubala plocha v rozsahu plné účinné plochy nebo v jiném menším plánovaném rozsahu. Posledními etapami je doba konsolidace nadložních vrstev opět do rovnovážného stavu. Pro dynamické vlivy má hlavní význam rychlost porubní fronty dobývaného ložiska v oblasti povrchového objektu. Jak je patrno je při rozborech o možnosti ovlivnění obytných objektů nutno uvažovat také o průběžných – dynamických hodnotách poklesů, posunů a deformací, které se mohou – zejména v dosti velkých hloubkách pod povrchem – projevit jako příznivý faktor, ale případně při velkých rychlostech postupů porubních front a malých hloubkách také velmi nepříznivě. Vždy jsou však tyto hodnoty menší než konečné po uklidnění a skončení dobývání. Objekty v hustě zastavěné části města procházejí postupně všemi druhy deformací, až ve středu poklesové kotliny po proměnlivých změnách deformací ve velikosti i charakteru nabývají menších hodnot než na svazích kotliny. Důležité je, aby se u dynamických vlivů zkrátila pokud možno doba ovlivnění porubními pracemi, tj. nepřipouštět přerušování nebo zpomalování dobývání z jakéhokoliv důvodu v místech s přímým vlivem na uvažované objekty. Příznivý vliv se projevuje u ložisek se vzrůstající hloubkou pod povrchem,neboť, jak už bylo uvedeno, se svahy poklesové kotliny prodlužují a deformace se zmenšují. Naproti tomu má rostoucí hloubka následek ve zpomalení vyrubání plochy potřebné k dobývání plné účinné plochy, která se zvětšuje úměrně se čtvercem hloubky. Opět však celkem stejné plochy porubů ve větších hloubkách mají za následek menší hodnoty poklesů, a tím i deformací.

39

Jak patrno, jsou závěry těchto úvah dosti složité a nelze jich používat všeobecně, ale vždy s ohledem na dané poměry.

Opatření na ochranu objektů

Zajištěním objektu (ochrana jednotlivých objektů) se rozumí souhrn opatření zajišťujících jeho spolehlivost v době působení účinků hlubinné těžby. Návrh zajištění objektu musí splňovat požadavky nejvýhodnějšího řešení z hlediska technického provedení i investičních a provozních nákladů. Zajištění se provádí jen v rozsahu, vyplývajícím z báňských podmínek a výsledků průzkumných prací. Při vypracování báňských podmínek průzkumných prací a návrhu zajištění objektu se vždy uváží doba realizace objektu a jeho navrhovaná doba životnosti ve vztahu k plánovanému časovému průběhu přetvoření terénu od poddolování. U objektů realizováných po doznění účinků poddolování lze provést návrh jako na nepoddolovaném území, pokud průzkumné práce vezmou v úvahu případné změny geologických a hydrogeologických poměrů staveniště účinkem poddolování. K účinkům poddolování se nemusí přihlížet, kdy lze očekávat první projevy účinků poddolování po skončení předpokládané doby životnosti objektu. Při návrhu zajištění stávajícího objektu proti účinkům poddolování je třeba vycházet zejména ze zjištění skutečného stavu objektu. Při volbě způsobu zajištění je rozhodující předpokládaná zbytková doba životnosti objektu. Při návrhu zajištění objektu se musí vycházet z báňských podmínek, které stanoví předpokládané povrchové projevy důlní činnosti při dobývání ložiska hlubinným způsobem. Výchozím podkladem pro návrh zajištění objektu na poddolovaném území je inženýrskogeologický průzkum. Tento se zpracovávána základě báňských podmínek v rozsahu přiměřeného druhu, významu a předpokládanému způsobu založení objektu. Vzhledem k přetváření na poddolovaném území mají všechny údaje ze zaměření staveniště časově omezenou platnost. Proto by měly výškové údaje komentovány.

Staveniště na poddolovaném území

Použitelnost stavenišť na poddolovaném území se posuzuje na základě: 1) očekávané intenzity přetvoření terénu podle báňských podmínek (viz tab. 1), 2) základových poměrů a hydrogeologických podmínek, 3) druhu a významu zajišťovaných objektů a podmínek pro jejich zajištění proti účinkům poddolování.

40

Tab. 1. Skupiny stavenišť na poddolovaném území podle zadaných parametrů přetvoření terénu.

Skupina stavenišť I 1) II III IV V

Parametry přetvoření terénu Vodorovné Poloměr Naklonění poměrné zakřivení i v rad 2) přetvoření ε R v km -3 ε > 7 . 10 R< 3 i > 10 . 10 -3 -3 -3 7 . 10 ≥ ε > 5 . 10 3≤R<7 10 . 10 -3 ≥ i > 8 . 10 -3 5 . 10 -3 ≥ ε > 3 . 10 -3 7 ≤ R < 12 8 . 10 -3 ≥ i > 5 . 10 -3 3 . 10 -3 ≥ ε > 10 -3 12 ≤ R < 20 5 . 10 -3 ≥ i > 2 . 10 -3 10 -3 a méně 20 a více 2 . 10 -3 a méně

1)

Do skupiny I patří i staveniště s předpokládaným výskytem nespojitých přetvoření terénu. Terénní stupně a vlny o výšce menší než 100 mm a trhliny o šířce menší než 100 mm se řadí do skupiny stavenišť II. O zatřídění podle tabulky rozhoduje nejméně příznivá hodnota parametru přetvoření terénu. 2)

V oboru praktických hodnot se dále využívá relace sin i = tg i = i.

Objekty na staveništi skupiny V podle výše uvedené tabulky nevyžadují zajištění proti účinkům poddolování kromě objektů obzvláště citlivých vzhledem k zadaným parametrům přetvoření terénu podle báňských podmínek (např. podzemní objekty širší než 6 m, tlaková potrubní vedení, velké nádrže apod.), přičemž je nutno respektovat dodržení požadavků na konstrukce. Vždy je však nutno posoudit účinky zvýšené hladiny podzemních vod o předpokládanou hodnotu poklesu terénu. Na staveništích III. a IV. skupiny podle tabulky lze zpravidla zajistit proti účinkům poddolování ekonomicky přijatelným způsobem všechny druhy objektů, pokud se postupuje podle konstrukčních zásad a ostatních ustanovení. Využití stavenišť I. A II. skupiny podle výše uvedené tabulkuje třeba zdůvodnit kromě objektu nezbytně nutného pro nutné zabezpečení provozu těžební organizace, pokud se nejedná o jednoduché objekty odolné proti účinkům poddolování, nebo o účelově celospolečenský zájem (např. objekt železniční stanice). Stavenišť s předpokládaným výskytem propadů nelze pro výstavbu použít. Pro výstavbu je třeba přednostně využívat stavenišť na poddolovaném území, kde: 1) povrchové projevy poddolování dozněly, 2) první projevy účinků poddolování lze očekávat po vyčerpání předpokládané doby životnosti objektu. Nevhodnými pro výstavbu jsou na poddolovaném území staveniště ohrožená zátopou v důsledku relativního zvýšení hladiny podzemní vody, staveniště ohrožená sesuvy a území s výchozy tektonických poruch. 41

Nepříznivé vlastnosti z hlediska zvýšených účinků zatížení od poddolování mají staveniště se základovou půdou tvořenou skalními horninami, kamennými a balvanovitými zeminami a tvrdojemnými zeminami. Příznivější vlastnosti mají v tomto ohledu méně pevné, ale dostatečně únosné jemnozrnné horniny. Nepříznivé hydrogeologické podmínky mají na poddolovaném území staveniště s vysokou úrovní podzemní vody, staveniště s vodotečemi a vodními nádržemi, jejichž hladina může při poklesech terénu relativně stoupat. Kromě zajištění podzemních částí objektů je na těchto staveništích třeba posoudit vliv zvýšené úrovně vody na vlastností základových půd, stabilitu svahů, popř. další vlivy. U stavenišť, kde mohou poklesy způsobit změnu odtokových poměrů povrchových vod, je třeba posoudit nezbytná hydrotechnická opatření. Při posuzování použitelnosti staveniště na poddolovaném území je třeba přihlédnout i k proveditelnosti zajištění objektů podle požadavku příslušné normy, např. při dodatečném, popř. etapovém zajištění ve vztahu k užívání objektu, nákladům na zajištění aj. Na staveništích s vymezenými oblastmi účinků poddolování o rozdílné intenzitě přetvoření terénu se rozmisťují objekty podle odolnosti a citlivosti vůči účinkům poddolování. Obsahujíli báňské podmínky izokatabázy (čáry spojující na povrchu body stejného poklesu), doporučuje se podle možnosti situovat osu směrových liniových objektů, popř. podélnou osu jiných objektů ve směru izokatabáz. U vysokých objektů menšího půdorysu se doporučuje situování podélné osy kolmo k izokatabazám. Podrobněji je tato problematiku uvedená v normě ČSN 73 0039 ze dne 11.10.1989 platné v době zpracování této publikace

Opatření v dole na ochranu povrchových objektů

Úplnou ochranou pro jednotlivé povrchové objekty je ponechání ochranného pilíře, což je – jak už bylo dříve uvedeno – ponechání užitkového nerostu v původním uložení v ložisku v takovém rozsahu, aby nadloží až k povrchu, na němž se nachází chráněný objekt, nevykazovalo žádný pohyb.Tento způsob ochrany je úplný pro určitý objekt, který svou citlivosti nesnese ani velmi malou deformací základové půdy. Naproti této výhodě má ochranný pilíř značné nevýhody. Plocha, která se v ložisku blokuje k ochraně objektu, je základnou kuželového tělesa, v jehož horní základně je plocha chráněného objektu. Velikost této základny roste se čtvercem hloubky ložiska pod povrchem, a tedy ve větších hloubkách dosahuje rozměrů, které podstatně snižují možnost ekonomického dobývání ložiska. Objem takto blokované části ložiska vypočteme ze vztahu: V = πH 2 cot g 2ϕM ,

(65)

kde M je mocnost sloje φ je pilířový úhel. Další nevýhodou je skutečnost, že vyrubáním okolních částí ploch v ložisku se vytvoří kolem pilíře chráněné plochy svahy poklesové kotliny, které jak známo jsou místem největších

42

deformací. Vzniká tedy situace, kdy při totální ochraně jednoho objektu se zhorší situace řady objektů dalších. Ochranný pilíř se týká nejen dobývacích prací, ale také ražení všech důlních děl ve svém obvodu. Jiným druhem ochrany povrchových objektů je základka vyrubaných prostor, která zmenšuje poklesy, naklonění a deformace, a tedy umožňuje, aby tyto hodnoty se dostaly na míru, která v daném případě umožní zachovat stabilitu jednotlivého objektu na povrchu. Lze říci, že základka použitá u dobývacích metod je jedním z nejlepších prostředků pro ochranu povrchových objektů před škodlivými vlivy dobývání. Velkou roli v tomto případě má druh a charakter základky.Doporučuje se používání materiálu o nejmenší stlačitelnosti Pro úplnost je třeba dodat, že má velký význam také pro vlastní technologii dobývání, zejména u velmi mocných slojí. Dalším opatřením pro ochranu povrchových objektů jsou postupy porubní fronty, které upravují technologii dobývání vhodným způsobem. Tyto úpravy se řídí zásadami vyplývajícími z teoretických i praktických závěru při zkoumání velikosti a charakteru vlivu dobývání na povrch. Z dřívějších úvah vyplývá také skutečnost, že s přibývající hloubkou ložiska pod povrchem se zmenšují deformace na povrchu v důsledku rozšíření poklesové kotliny a z toho vyplývajícího zmenšení svahovitosti na jejích okrajích. Zmenšuje se za jinak stejných okolností Dmax a tím také deformace lineární i jejich tlakové projevy. Proto v určitých případech – zejména u početných slojových ložisek – je možno chránit objekt na povrchu také tím, že se předem dobývají části hlubší, u nichž jsou předpokládané deformace v přípustných mezích. Takové opatření se může použít např.v případě, že povrchový objekt má určitou životnost a že po uplynutí této doby se lze vrátit k vyrubání ponechaných slojí v nadloží. V této souvislosti se někdy používá pojem – neškodná hloubka dobývání -, což lze objasnit jako hloubku, v niž dobývané ložisko určité mocnosti nemá na povrchu větší deformace, než jsou přípustné. Vyjdeme-li z hodnoty Dmax pak

Dmax =

s max , H cot gµ

(66)

Matgµ , Dp

(67)

lze s úpravou smax = Ma vypočítat

Hn =

kde Hn je neškodná hloubka pro přípustnou denivelaci Dp , nebo při velikosti přípustné délkové deformace εp = 0,6 Dp

43

Hn =

0,6Matgµ

εp

.

(68)

Dalším možným způsobem k zmenšení vlivů dobývání na povrchové objekty je rozdělení mocných ložisek na více lávek, které se pak dobývají v časovém odstupu, umožňujícím uklidnění nadložních vrstev, provedení potřebných oprav nebo rektifikací objektu. Vlastní deformace u dílčích vlivů jsou podstatně menší.

3.3 Výškové stavby Tyto stavby se vyznačují vcelku malou plochou půdorysu, která je zlomkem jejich výškového rozměru. Poklesy a deformace v důsledku poddolování mají na provozní použitelnost různý vliv.

Průmyslové komíny

U průmyslových komínů (obr.28), dosahujících velkých výšek, závisí stabilita na odchylce osy objektu od tížnice, která nemá být větší, než by průsečík tížnice vedený středem nejvyššího průřezu komína (Q) přešel mimo základovou desku.

Obr.28. Naklonění komínu vlivem poddolování.

44

Podmínka je tedy d < l tg D.

(69)

Z mezního případu pro poloměr základové desky d´ plyne maximální naklonění D

Dmax = arctg

dú . l

(70)

Této hodnoty by mohlo být dosaženo jen v nepříznivých případech, které se při hlubinném dobývání v praxi nevyskytují. Je možno tedy říci, že naklonění komínu vlivem dobývání ve středních i velkých hloubkách nedosáhne hodnot, které by byly pro stabilitu objektu nebezpečné. Z toho vyplývá, že vzhledem zakřivení základové půdy vlivem dobývání a z toho vznikajících deformací je vhodné základovou (železobetonovou) desku konstruovat jen z hlediska statické pevnosti, bez ohledu na naklonění. V malých hloubkách dobývání je možno komín chránit ponecháním ochranného pilíře, jehož rozměr je poměrně malý. Jinak je komínové těleso velmi pevným a homogenním objektem, jehož stavba je prováděna s ohledem na síly větrů, popř. otřesy, takže s hlediska bezpečnosti v souvislosti s důlními vlivy je při použití příslušných bezpečnostních předpisů pro tyto komínové stavby také z hlediska poddolování dostatečně dimenzována.

Vysoké pece

Z hlediska důlních vlivů jsou citlivější, i když se při pohybech i deformacích chovají jako celek, postavený na dobře dimenzované základové desce. Zvýšenou péči si vyžadují potrubní armatury, zvláště v místech, kde přecházejí do prostoru mimo vysokou pec. Pokud se projektují v oblasti dobývání uhlí a rud, je třeba počítat s možnosti rektifikace svislé osy objektu. Moderní způsoby výroby železa už nevyžadují žádné monstrozní stavby

Těžní věže

Těžní věže jsou často vystaveny nepříznivým vlivům dobývání, hlavně v případech neúplně chráněných svislých jam. Z těchto vlivů působí nejvíce naklonění vznikající v důsledku nestejných poklesů základů věže a patek vzpěr. V takovém případě je nevýhodná tuhá konstrukce věže, která při překročení maximálně možných hodnot deformací vede k porušení stability a destrukci. Pro tyto případy je výhodná konstrukce věže n tříbodových základech. Tříbodové uložení umožňuje do určité míry změnu polohy věže, aniž by došlo ke zmenšení její stability. Jiná možnost uložení jsou tři samostatné vzpěry na samostatných základech. Jsou li základy vzájemně pevně spojeny, pak při stlačení nebo roztažení půdy nemění svojí relativní polohu,

45

takže pohyb mezi základy a základovou půdou se provádí na kluzné ploše tzv. kluzné spáry, která musí být tomuto relativnímu pohybu přizpůsobena. Jestliže se mohou základy vzájemně pohybovat, pak vyžadují zajistit možnost pohybu v rovině mezi vzpěrami a základy pomocí kluzných ložisek. V případech ovlivnění těžních věží je nutno pravidelně kontrolní měření. K opravě polohy se používá rektifikace, spočívající ve zvednutí vzpěr a podložení do správné polohy. Rektifikace je třeba průběžně sledovat vhodnou měřickou metodou nejméně ve dvou na sebe kolmých svislých rovinách.

Poznámka autora – s výstavbou vysokých pecí a těžních věží se v současné době ani v budoucnu neuvažuje a je o nich zmínka v této publikaci jen pro názornost.

Chladicí věže

Chladicí věže jsou prostorově (půdorysně) objekty, jejichž stabilita se dá dobře konstrukčně zajistit. Při ovlivnění poddolováním jsou však citlivé na trhliny ve sběrných nádržích chladicí vody, které mají často za následek značné ztráty vody. Je nutno tedy nádrže, které jsou spojeny obvykle se základy, zajistit tak, aby snesly s určitou bezpečnosti tahové i tlakové deformace, aniž by se tvořily trhliny. Výhodnou konstrukcí pro základ chladicí věže je tvar parabolické nebo kulové mísy, u niž jsou tlaky základové půdy stejné i v případě, že je chladič poddolován.

Plynojemy

Ocelová konstrukce plynojemu je vůči vlivům z poddolování značně odolná, poněvadž tvoří jednotlivý celek kruhového průřezu se základy z betonových dílů. Při pohybech terénu je tedy stabilita vlastní konstrukce dobrá. Obtíže vznikají tehdy, když je nutno zajistit bezvadný chod pístového tělesa uvnitř plynojemu, které odděluje plyn v dolní části od volného prostoru v části horní. Pohyb pístu musí bez obtíží reagovat na změny objemu plynu. Pokud je plynojem situován v oblasti uhelných slojí, kde dochází k soustavnému a objekt se pohybuje se pohybuje převážně směrem svislým jde o poklesy, které jsou pro objekt nepříznivé hlavně proto, že jsou nerovnoměrné, takže konstrukce se soustavně naklání směrem po svahu poklesové kotliny. Následkem toho je pak změna polohy pístu vůči vnitřku plynojemu, která v případě, že překročí maximální hodnotu naklonění ± 2 ‰ ve směru příčném (ve směru průřezu), dosáhne nebezpečné hodnoty a může způsobit zakřivení pláště a zachycení pístu. Aby k tomuto případu nedošlo, je nutno objekt pozorovat, zaměřovat v krátkých časových intervalech a podle potřeby rektifikovat. Jedná z možností spočívá vtom, že v základovém prstenu se zabudují hydraulické zvedáky a pomocí výškových značek se určují míry zvedání v jednotlivých bodech.

46

Vodojemy

Konstrukce vodojemu se vyznačuje pevnou nosnou kostrou, která je buď ocelová, nebo častěji železobetonová a je schopná bez deformací unést plné zatížení vodou (500 až1500 tun). Půdorys není obvykle velký a proto se na stavbě projevuje nepříznivě hlavně naklonění. Při ovlivnění pohyby během dobývání je třeba zjišťovat průběh naklonění. Vzhledem k tomu, že při tak značném zatížení se jako základů používá železobetonové desky, jejíž průměr je o 20 až 30 % větší než průměr nosné konstrukce, nedojde při běžných způsobech ovlivnění z větších hloubek k porušení stability vodojemu. Hladina vody v nádrží se může naklonit nejvíce o 10 až 15 ‰ . To je také minimální pro přeplnění vodojemu, u něhož se dá očekávat ovlivnění důlní činnosti. Spojení vodojemu s výtlačným a odpadním potrubím je v místech přechodu ze stavby do terénu v případě důlních vlivů značně namáháno. Potrubí musí mít proto dilatační zařízení a má být vedeno přiměřeně velkými otvory ve stěnách nebo základech. Tyto části potrubí by měly být v případě poruchy dobře přístupné a demontovatelné.

3.4 Velkoplošné průmyslové objekty Halové objekty

Halové objekty mají převážně půdorysné plochy o velkých rozměrech. Důlní vlivy se u nich projevují ve všech tvarech deformací, jaké se vyskytují v poklesové kotlině. Je proto zřéjmé, že při jejích stavbě nelze používat tuhých konstrukčních systémů, které nejsou schopny odolávat pohybům a silám vznikajícím na takové ploše. Proto nejvhodnější je zde ocelová konstrukce, popřípadě kombinace železobetonových sloupů a ocelových vazníků. Jde zde tedy o použití poddajné konstrukce, která umožňuje vyrovnání vodorovných i svislých deformací přímo v konstrukci pomocí vhodných kloubových spojení.

Kotelny

Jiným příkladem velkého objektu jsou kotelny, kdy vlastní kotel je založen na samostatném betonovém základě, takže tvoří samostatný celek. Podobně zauhlovací část je založena na desce, zatímco budova se postaví na jednoduchých základech a proti pohybům se zajišťuje v úrovni střešní konstrukce klouby. V těchto případech je důležité, aby technologické spojovací prvky mezi oběma částmi kotelny umožňovaly rovněž vzájemný pohyb. Tento postup platí rovněž pro veškerá kabelová vedení a potrubní tahy, které musí být opatřeny kompenzačními a rektifikačními prvky. Ještě větší pozornost je nutno věnovat spojovacím, dopravním mostům, které musí být při určité možnosti pohybu zajištěny proti vysunutí z úložních podpěr.

47

Koksové pece

Koksové pece jsou objekty z hlediska poddolování zvláště citlivé, neboť tvoří soustavu úzkých dlouhých pecím oddělených mezi sebou tenkými zdmi a rozdělených střídavě na komory pro výrobu koksu a pro vytápění plynem. Soustava je citlivá na pohyby jednak v důsledku nízké mechanické odolnosti, která je snižována změnami teploty uvnitř pece, střídajícími rytmy vytlačování koksu a naplňováním uhlím, jednak v důsledku nutností utěsnění proti unikání plynu mezi komorami nebo do ovzduší. Z tohoto důvodu se staví celá baterie na betonový základ tak dimenzovaný, aby se při pohybu terénu nevytvářely podmínky pro přenášení deformací na jednotlivé části baterie. Základy mezi bateriemi se musí od sebe oddělit přiměřenou mezerou a stejně oddělené musí být baterie od plošiny se strojním zařízením pro zakládání uhlí a vytlačování koksu. Základy musí být konstruovány tak, aby celek byl zajištěn jak proti deformací stlačením i roztažením, tak i s ohledem na ohýbání v důsledku zakřivení terénu. Samostatnou částí musí být také věž pro uhlí a koks jejíž půdorys není velký. Pro její zajištění platí podmínky, které byly uvedeny u podobných objektů dříve. Zajišťuje se obvykle na účinky denivelace a vodorovné deformace základové půdy. Důležitá pro zajištění je síť plynového potrubí, která musí být bez porušení snášet změny polohy mezi jednotlivými částmi koksovny; k tomu se používají konstrukční díly, které tyto změny umožňují. U všech staveb tohoto typu je nutno dát pozor na zajištění základů proti změnám hladiny spodní vody a jejich vysychání v důsledku činnosti pecí. Viz výše uvedená poznámka autora

Kruhové zahušťovače a zemní nádrže

Kruhové zahušťovače slouží v úpravnách uhlí i rud k rychlému snížení obsahu vody ve vydobytém produktu. Z hlediska vlivů poddolování jsou tato zařízení citlivá pro svojí velkou plošnou výměru. Obvykle se jedná o nízké válcové nádoby ze železobetonu, do nichž se čerpá vytěžený rmut. Nádrž má mírně kuželové dno na němž se usazuje kal, který se shrnuje hřebly, otáčejících se malou rychlostí kolem svislé osy, směrem ke středu nádrže, odkud se zahuštěný produkt odčerpává. Vyčeřená voda přepadá do odvodového žlábku a odvádí se do kanalizace. Správná funkce zahušťovače závisí na pravidelném odpadu vyčeřené vody přes vodorovnou hranu do žlábku; je tedy nutno, aby v případě ovlivnění zařízení bylo možno rektifikovat jeho naklonění přesně do vodorovné polohy. Rektifikace se týká hlavně roviny přepadové hrany, kdežto ostatní části mechanismu by bylo nutno vyrovnávat jen v případě velkého naklonění. Citlivost proti důlním vlivům vyplývá také z vlastní konstrukce nádrže, kde se betonová deska při nestejném poklesu (zakřivení) deformuje; pak se mohou vytvořit trhliny a dochází k únikům vody i zahuštěného produktu. Proto je nutno již při realizaci provést taková opatření

48

(zesílení dna nádrže – armováním, úpravy základové jámy – armovaný podkladový beton), aby nádrž s veškerým technologickým zařízením tvořila jeden celek

Jeřábové dráhy

Jeřábové dráhy postavené mimo výrobní haly mohou mít mostovou konstrukcí obdobnou konstrukcí v halách, portálovou s pojezdem na zemní dráze, jednoramennou (pro stavební práce, přístavní) apod. Všechny tyto konstrukce vyžadují, aby pojezdné dráhy pro pohyb jeřábu v podélném směru i pro příčný pohyb zdvihadla byly vodorovné. V místech kde se předpokládají pohyby půdy vlivem dobývání je proto nutno často kontrolovat vodorovnost pojezdových kolejnic a vzniklá naklonění vyrovnávat. Způsoby upevnění kolejnic musí počítat s možností takové rektifikace. Vzhledem k ostatním strojním a jiným zařízením v prostoru jeřábové dráhy musí být jeřábové dráhy situovány tak, aby po deformací vlivem dobývacích prací a po rektifikaci zůstaly zachovány předepsané vzdálenosti a průjezdné profily.

Hutní provozovny

Hutní provozovny mají mimo ty, o nichž už bylo pojednáno samostatně (vysoké pece, koksovny), řadu dalších těžkých provozů, z nichž při nových stavbách na poddolovaném území jsou citlivé na deformace hlavně pohony těžkých válcovacích stolic, obráběcí stroje velkých rozměrů, jako např. dlouhé soustruhy pro hřídele a těžké nádoby apod. opatření proti deformacím je dáno požadavkem tuhé a dostatečně dimenzované konstrukce základů, která umožňuje urovnání rotačních os do vodorovné (nebo svislé) polohy. Obtíže vznikají hlavně při velkých soustruzích, u nichž je požadavek přesného obrábění často na stejné úrovni přesnost jako u obrábění v jemné mechanice. Tyto druhy strojů si v případech ovlivnění poddolováním vyžadují průběžnou a přesnou kontrolu vhodnými měřickými metodami (přesná nivelace, zaměření přímého směru apod.).

Papírenské stroje

Tato zařízení na výrobu papíruje vyznačují značnými rozměry, s délkou až 130 m a šířkou 16 až 20 m. Je to tedy z hlediska vlivu poddolování objekt velmi citlivý jak na působení nestejných poklesů i naklonění. Deformace zde působí jednak na porušení stability a jednak na vznik trhlin, který je pro provoz zařízení nepříznivý hlavně proto, že jím prochází průběžně (po téměř celé délce) voda i emulze papírové hmoty. Každá trhlina by způsobila ztráty a měla by a měla by vliv na poškozování základů i strojního zařízení. Pro zajištění základů je nutno počítat s tím, aby tyto u jednotlivých dilatačních celků byly založeny v jedné vodorovné rovině s vodorovnou dilatací, jak je to doporučováno i pro jiné stavby na poddolovaném území. Vdaném případě je důležité, aby byly přesně dodržovány vodorovné polohy os bubnů, přepadových hran a jiných součástí, což lze již při konstrukci zajistit rektifikačními prvky,

49

které umožňují vyrovnávat vodorovné přímky v mezích potřebných pro technologii papíru a z hlediska poddolování v mezích očekávaných hodnot naklonění.

Dílčí závěr

V předcházejících statích a kapitolách byl uveden jen výběr technologií a průmyslových objektů s opatřeními na jejich zabezpečení před vlivy dobývání. Jedná se o objekty jenž mají jak z hlediska stavebního, tak z hlediska výrobního stacionární charakter na určité neměnné ploše (prostoru). Opatření pro celou řadu dalších velkorozměrových objektů se dá odvodit z příkladů zde uvedených. Je nutno podotknou, že u velkých výrobních celků (továren) jsou jednotlivé objekty chráněny více méně samostatně a je proto nutno dbát na vzájemné propojení inženýrskými sítěmi, aby nedocházelo přerušování výroby.

3.5 Kanalizace, vodovody a plynovody Kanály a stoky

Jsou převážně uloženy v hloubce v zemi, která závisí na tvaru povrchu a na požadovaném spádu. Vlivy dobývání se projevují jednak tím, že se mění spád dna kanalizačního tělesa, jednak v místech značných pohybů se podle způsobu provedení mohou vyskytnout deformace tělesa, které mohou mít za následek zmenšení průtočného profilu nebo i úplné zaplnění kanalizačního prostoru, a tím znemožnění jeho funkce, tj. odvedení odpadních vod v maximálním projektovaném množství. Vytvoření poklesové kotliny má za následek změny spádu, které mají na vrchní části trasy příznivý účinek (spád se zvětšuje), na spodní působí zase zmenšováním spádu, a tedy nepříznivě. Může také nastat případ, že naklonění na odtokové straně kanálu se zmenší . V tomto případě se i při malých průtocích naplní kanál až ke stropu. Stoka pak v tomto místě působí jako spojitá nádoba. Jeli původní spád malý přestává stoka odvádět odpadní vody a ztrácí svojí účinnost. Opatření proti vzniku této možnosti spočívá v tom, že při stavbě kanalizace se volí největší možný spád, pokud to je pro tvar terénu v souvislosti s vyústěním kanalizace do vodních toků nebo čisticích stanic možné. Někdy je možné, zejména u rozsáhlých kanalizačních sítí, že místní vlivy z dobývání se v obvodu této sítě vyrovnávají, takže směr odtoku jinou cestou zajistí funkci kanálu. Obtíže s odpadem kanalizačních vod vznikají často v městech chráněných před vlivy dobývání ochrannými pilíři, takže vznikají oblasti bez poklesu, zatímco v okolí se těžbou

50

snižuje soustavně terén na povrchu, a tím i kanalizační síť. V těchto případech se kolem chráněné plochy zřizují odváděcí (kmenové) stoky s dostatečným spádem a vyústěním do vodotečí. Hlavní kanalizace v městském centru se pak zaústí na vhodném místě do obvodové stoky v místě s dostatečným spádem. Při projektování takového řešení je nutno počítat s poklesy podle dlouhodobého výhledového plánu těžby. V případě, že deformace terénu je místně nadměrná, a že nelze zajistit odvod pomocí obvodní stoky, pak se musí v projektu vymezit místo, na němž by bylo podle potřeby možno vybudovat přečerpávací stanici. Tato stanice se často umísťuje blízko vyústění kanalizační sítě do vodoteče. Jestliže je čistící stanice také ve vlivu dobývání, je nutno kmenový sběrač v místě před vstupem do čističky opatřit zvláštní výpusti do vodního toku, nebo do odpadního kanálu za čisticí stanici, aby v případě její poruchy mohla být tato urychleně opravena. Toto zařízení se smí použít jen po dobu opravy porušené čisticí stanice. V místech nacházejících se ve vlivu dobývání působí na kanalizační těleso hlavně vodorovné složky pohybu, které mají za následek stlačování nebo roztahování tělesa po délce, a tím vznik tlakových nebo napěťových sil. Odolnost závisí na konstrukci sběrače, který může být vystavěn z cihel, tvárnic, betonových skruží nebo z betonu, popř.železobetonu zhotoveného na místě. Stlačování má za následek drcení výztuže a tím vytváření trhlin většinou podélných. Roztahování vytváří porušení výztuže ve směru kolmém na osu kanálu. Trhliny mají za následek netěsností, které však pro funkci kanalizace nemají vliv, který by znemožnil její činnost. Vodorovné pohyby, které mají za následek porušení zdiva nebo poškození značnějšího rozsahu, mohou průtočný profil tak zmenšit, že při maximálním průtoku přestane v tomto místě kanál plnit svoji funkci. Při stavbě kanalizace je nutno volit profil kanálu a ohledem na nejmenší očekávaný spád a směr odtoku pokud možno souhlasně se směrem narůstajících poklesových hodnot v poklesové kotlině. Hlavní stoky a sběrače se doporučuje umístit mimo oblast s intenzívní důlní činnosti. Je důležité, aby připojením jednotlivých větví kanalizační sítě navzájem i jednotlivých dílčích objektů (šachtice, výpustě apod.) bylo jejich spojení provedeno poddajně tak, aby umožnilo v případě potřeby menší vzájemné pohyby. Kontrola spádu kanalizace se provádí obvykle přesným výškovým měřením (nivelaci) v šachticích. Výšková značka bývá umístěna uvnitř kanálu. K přenesení výšky z bodu na povrchu na bod uvnitř kanálu se použije při menších hloubkách laťového měřítka, při větších ocelového pásma. Výška kanálu se doměří pomocí vodováhy.

Vodovody

Vodovody, zejména pro pitnou vodu, jsou převážně ukládány do země, výjimečně jsou vedeny nad zemí. Představují rozsáhlou liniovou stavbu, která se skládá z dílčích potrubních

51

úseků, které jsou sice málo citlivé na výškové změny (poklesy) i na pohyby v příčném směru tedy na osu potrubí, naproti tomu jsou velmi citlivé na pohyby nebo jejich složky ve směru osy potrubí (podélném). Je proto třeba znát v poklesové kotlině velikost těchto pohybů, z nichž pak se odvozují podélné deformace prodloužení nebo stlačení. Tyto deformační síly působí hlavně na nejméně pevných místech, kterými jsou spojovací místa mezi jednotlivými úseky potrubí. Vodovodní potrubí se vyrábějí z různých materiálů od litiny, ocelových trubek (bezešvých nebo podélně svařovaných, skleněná nebo keramická, v poslední době z PVC materiálů, které jsou opatřeny kovovým vodícím proužkem pro snadné vyhledávání v zemi. Škody (zejména u starších typů potrubí) vlivem roztažení se projeví příčnými trhlinami, které naruší jejich těsnost, stlačení deformuje potrubí obvykle v podobě podélných trhlin nebo zkroucením. Často tyto deformace dosahují hodnot, které mají za následek přetržení potrubí obvykle ve spojích nebo jejich okolí. U hrdlových spojů se používá v poddolovaných územích delší přesah, který umožňuje předcházet poruchám při roztržení i při stlačení. Do vodovodního potrubí se větších vzdálenostech vkládají kompenzátory, které umožňují vyrovnání podélných pohybů v obou směrech. Pryžová kompenzátory umožňují do určité míry i změny ve směru příčném. Kompenzátory se používají jen hlavních částech vodovodních tahů (v přímých úsecích), kde je nutno předpokládat tahové nebo tlakové napětí vlivem dobývání ve směru podélném. Umožňují pohyby v tomto směru a mají mít možnost tato napětí vyrovnávat. Výše uvedená opatření lze při kladení nových potrubních tahů pod zem doplnit výhodně tím, že se potrubí do pískového lože (předepisuje norma), což umožňuje při vzniku pohybů vzájemný posun mezi potrubím a okolní horninou i ve značných vzdálenostech. Maximální deformace v poklesová kotlině se vyskytují obyčejně v omezeném úseku a pak se pohyby v hornině vyrovnávají napětími mezi sebou a nepřenášejí se téměř na potrubí. Je nutno podotknout, že tyto relativní jsou možné jen u potrubí bez větších výstupků a tento způsob uložení je neúčinný tam, kde navazují na hlavní řád přípojky a odbočky (hustá obytná zástavba) obvykle příčně na směr hlavního potrubí. Pohyb horniny zde narazí na příčnou překážku, která může způsobit deformací a porušení potrubí. To platí taká pro uzavírací ventily (šoupátka), vodoměrné šachtice apod. V těchto případech je třeba v místě odbočení vložit pružný díl, který tyto pohyby umožní, nebo ponechat kolem odboček zděnou jímku, kde by bylo dostatek místa na případné pohyby. Podobně průchody potrubí zdivem budov musí být dostatečně volné (utěsněné pružným materiálem) ze stejného důvodů. Tato opatření jsou nutná i rozvody vodovodního potrubí v budovách. Deformace v podélném směru nejsou u potrubí způsobovány jen důlními vlivy, ale působí zde také teplotní změny a vzhledem k jejich společnému působení je nutno při kladení potrubí s nimi počítat. Přes tato opatření, které mají chránit vodovodní potrubní tahy před následky důlních vlivů, se mohou vyskytnout extrémní případy poruch, které způsobí nedostatek vody. V oblastech důlní činnosti se proto doporučuje zdvojení hlavních potrubních řádů tak, aby každý byl položen

52

v jiném dosti vzdáleném místě, nebo vytvoření okružního řádu, který by byl položen v terénu s minimálními vlivy poddolování.. Trasa vodovodního řádu by měla být vedena tak, aby důlním vlivům byla vystavena jen nejkratší část a podle možnosti směrem podél izočár stejných poklesů, které se předběžně zjistí podle plánu těžby. V zastavěném území se vodovodní řády přednostně kladou do zelených pásů, chodníků, příkopu apod. Pro zvláště důležité vodovodní řády (horkovody) se doporučuje s hlediska možných důlních vlivů i z hlediska provozních (opravy) ukládat tyto do betonových kanálů, případně při větším množství potrubních a kabelových tahů do kolektoru.

Plynovody, parovody a vzduchovody

Slouží k rozvodu plynu, páry nebo vzduch pod tlakem, který může být nízký (0,1 až 0,2 MPa), střední (DO 0,6 AŽ 1,0 MPa) a vysoký (přes 1,0 MPa). Ve všech případech při porušení potrubí vzniká únik, který je nebezpečný hlavně při rozvodu plynu. Plyn se mísí v takovém případě (hlavně v uzavřených prostorách) se vzduchem a tato směs v určitém poměru je silně výbušná. Stačí elektrická jiskra, plamen apod., aby nastala explose. Z hlediska vlivů poddolování zde platí plně úvahy uvedené v kapitole vodovody. U plynovodů se používá pro místní rozvod a menší průřezy potrubí (do DN 100) hrdlových spojů, u plastového potrubí objímek, u větších průřezů ocelových trub svařovaných nebo válcovaných se svařovanými spoji. Pohyby nebo složky pohybů v důsledku poddolování jsou také u těchto rozvodů nebezpečné, zejména jsou-li ve směru podélném. Přitom nejslabšími místy pro deformaci jsou místa spojů mezi jednotlivými díly potrubí (hrdla sváry, příruby objímky apod.). Uprostřed délky potrubí (v podélné ose) vzniká porušení jen v případě, že se nachází v místě zlomu terénu.

Stlačení má za následek poškození ve spoji tím, že se jeden konec pohybuje do hrdla druhé části, a je-li tlak silný dojde ke zlomu. Roztažení a následný tah, který je větší než pevnost, může mít v důsledku přetržení (obvykle ve spoji mezi trubkami). Zakřivení terénu a tím i ohnutí potrubí má zřídka následek v porušení potrubí. Někdy se však stává, že se v těchto místech shromažďují odloučené vodní částečky, které překážejí v pohybu plynu (páry, vzduchu) a při menších rychlostech prodění media mohou způsobit ebeny. přerušení přívodu. Netěsností se omezí pomocí těsnicích vložek. Nebezpečí, které sebou přináší plynového i parního a vzduchového potrubí v zemí, která je ve vlivu dobývání, kdy mohou vzniknou stupňovité deformace, trhliny v terénu nebo i propadliny, vede k požadavku realizace těchto liniových staveb formou nadzemního vedení. Výhodou je, že se takto uložená potrubí snadno kontrolují a případně i opravují. Unikající plyn se rozptyluje ve volném prostoru a netvoří výbušnou směs.

53

Potrubí se ukládá na podpěry, které umožňuji svislou vodorovnou rektifikaci ve směru podélné i příčném. Také v tomto případě se volí trasa nadzemního vedení pokud možno ve směru vrstevnic poklesové kotliny. Podpěry jsou ve zvolených vzdálenostech pevné, mezi nimi musí být podpěry s kluzným nebo valivým uložením. Při přechodu přes silnice cesty a železnice se volí podpěry tak vysoké, aby byl při největším poklesu se současným vyrovnáním komunikací na původní úroveň zachován potřebný průjezdný profil. V těchto místech se potrubí ukládá většinou na ocelové přechodové mosty , nebo je zavěšeno, aby nedocházelo k jeho prověšení a následné destrukci. U elektrifikovaných železničních tratí se smí při křížení klást potrubí jen v zemi a průchod se nejčastěji provádí pomocí propustí. Pro potrubí parní, vzduchové ale i plynové, kde se počítá z kondenzovanou vodou je třeba počítat s možností odvedení kondenzátu z nejníže položených míst potrubí.

3.6 Elektrické vedení vysokého napětí, zemní kabely, transformátory Stožáry elektrického vedení vysokého napětí

Nadzemní elektrické vedení se dostává se dostává do přímého vlivu poddolování svými sloupy a stožáry, které jsou samy celkem jednoduchým objektem, takže deformace povrch se projeví jen poklesem a jejich nakloněním. Složitějším se stává působení pohybů na soustavu vedení spojujících stožáry v jeden celek (o délce 100 až 300 i více metrů). Jestliže se tyto díly pohybují vlivem dobývacích prací tak, že poklesy i naklonění jsou stejné, pak na objektu vedení nenastanou takové změny, které by mohly mít za následek deformace. Deformace nemají význam ani v případech, když vedení je sice postaveno nad ložiskem, v němž se dobývá v hloubkách větších než 3200 až 300 m. V takových případech se vyskytuje naklonění svahu poklesové kotliny v hodnotách větších než 10 mm/m, což u sloupu výšky až 30 m znamená výchylku v místě vedení q = ID = 0 ⋅ 30 ⋅ 0,01 = 30cm Z hlediska stability portálové konstrukce by však při takovém naklonění (10mm/m), které nemusí být po celé šířce základů portálu (vzdálenost vnějších hran patek portálu) stejné, mohlo by dojít k nestejnoměrnému vývoji v jednotlivých částech portálu, a tím i k destrukci. Proto je třeba zajistit stejnoměrný pohyb celého portálu tím, že se postaví na společnou železobetonovou desku, místo dílčích a samostatných základů, používaných mimo oblast důlní činnosti. Složitější se stává situace, jestliže elektrické vedení je situováno tak, že prochází středem poklesové kotliny. Naklonění ve svých maximálních hodnotách může působit podél vedení a mít vliv nejen ne stabilitu konstrukce stožárů, ale také na změnu délky a tvaru vodícího lana. V případě, že při vzdálenosti dvou stožárů l0 jeden z nich je ve vlivu dobývání a nakloní se o denivelaci D, pak jak znázorněno na obr.29, se průvodní tvar na pronesení lana o hodnotě h1 změní na h1 – ∆h.

54

Obr.29. Vliv naklonění na změnu velikosti průvěsu lanového vodiče

Použijeme-li s dostatečnou přibližností vzorců odvozených pro průhyb měřického pásma v I dílu Důlního měřictví, pak pro základní tvar křivky vodiče o rozměrech l0, h platí ∆l =

8 h2 3 l0

(71)

pro případ s nakloněným stožárem (B/) pro D = 0,01

∆l / =

8 h/2 3 l0 + ∆

(72)

přičemž rozdíl ∆l – ∆l/ = ∆. Pro l0 + ∆ ve jmenovateli, kde l0 jsou stovky metrů a ∆ centimetry, můžeme položit:

∆=

(

)

(

)(

)

8 h2 8 h/ 2 8 h/2 8 2 8 − = = h − h/2 = h − h / h + h / (73) 3 l 0 3 l 0 − ∆ 3 l 0 + ∆ 3l 0 3l 0

Rozdíl obou hodnot prohnutí je ∆h, takže h/ = h – ∆h

(74)

a dále

∆=

8 8 8 ∆h(2h − ∆h ) = + 2h∆h − ∆h 2 3l 0 3l 0 3l 0

(75)

55

∆h 2 − 2h∆h +

3l 0 ∆=0 8

∆h = h ± h 2 −

3l 0 ∆ 8

(76)

(77)

V našem případě platí znaménko – (průvěs se zmenšuje) takže platí:

∆h = h − h 2 −

3l 0 ∆ 8

(78)

V opačném případě, když se stožár B nakloní směrem k stožáru A, se prohnutí zvětší o +∆h. Jestliže dojde v nepříznivém případě k naklonění obou sloupů ve směru visutých vodičů, pak se prohnutí sčítá a může dosáhnout velikosti, která si při přechodu vedení nad dopravními trasami vyžádá rektifikaci. Taková rektifikace je obtížná u pevného zavěšení vodičů a snadnější u volného zavěšení. V terénech s důlními vlivy je proto volné zavěšení přijatelnější a vhodnější. Jak je patrno. Při dobývání ve větších hloubkách je možno zajišťovat bezpečnost elektrického vedení ve většině případů běžnými prostředky, zejména tehdy, když stožáry a vedení jsou konstruovány již s ohledem na vlivy dobývání. Obtíže nastávají již v oblastech, kde dobývání je realizováno v menších hloubkách, což je typické pro některá ložiska (lignit, hnědé uhlí). Zde se při dobývání ve velkých plochách vyskytují značné poklesy a deformace, dosahující hodnot nad 10 až 20 mm/m. V důsledku toho se může zvětšit také prodloužení nebo zkrácení délky mezi stožáry a tím se znění výška vodičů nad zemí.. Minimální výšky pro jednotlivá vedení jsou dámy normou ČSN, případně vnitřními předpisy správců sítí nebo státní správou. Opatření pro bezpečnost provozu je třeba dodržovat u nově navrhovaných a projektovaných staveb. Stožáry vedení se musí projektovat tak, aby bylo je možno rektifikovat a při očekávaných větších poklesech navrhovat jejich větší výšku, aby bylo možno vyrovnávat hodnoty poklesu. U vysokých stožárů portálového typu se doporučuje tyto zakládat na železobetonových základových deskách. Pokud probíhají pod elektrickým vedením a v jeho blízkostí dobývací práce je nutno provádět pravidelné kontroly, případně měření poklesů. Opatření pro zajištění stability elektrického vrchního vedení a jejich použití závisí na daných podmínkách uložení ložiska užitkového nerostu a nedají se zevšeobecňovat. Lze říci, že jednotlivá opatření se dají k poměrně pružné konstrukci zařízení aplikovat bez větších potíží.

56

Zemní elektrické silnoproudé a slaboproudé kabely

Pravidelné svislé pohyby v poklesové kotlině nemají zde takový vliv, aby způsobily poruchy. Obtíže mohou nastat, jestliže se přenášejí na kabely vodorovné deformace buď jako protažení nebo stlačení terénu. Těmto deformacím se předchází obvykle tím, že se kabel klade do země volně v podobě smyček nebo se zajišťuje určitá míra možnosti pohybu v podélném směru, převážně u kabelových spojek. Je nutno proto volit kabelové lože z takového materiálu, aby tento pohyb byl umožněn. Příliš pevné stlačení kabelu jak podložím, tak zásypem (mnohdy udusaným) může způsobit tak pevné sevření kabelu, že místo jeho přirozeného protažení (stlačení) dojde k přetržení (tahem) nebo polámaní (stlačením). Nevhodné je ukládat kabely v poddolovaném území do tvárnicových panelů (mimo propustě, kde kabel voně položen).

Transformátorovy a rozvodny

Jsou to stavby, které mají charakter průmyslových objektů, obvykle o menším půdorysu. Jsou to zařízení s hustou sítí elektrických volných vodičů, kabelů a jiných elektrických zařízení velmi citlivých na důlní vlivy. Stavební provedení objektu se zajišťuje obdobně jako u jiných druhů průmyslových objektů, a je-li při stavbě počítáno s pohyby v obvyklé míře, pak není se třeba obávat následků deformací na provozuschopnost objektu. Problémem je ovšem propojení těchto objektů s přívodním a výstupním vedením, kdy v některých případech je jich značný počet (nemusí být souhlasný na obou stranách). Jedná se o propojen stacionárního (pokud je položen na železobetonové desce – kompaktního) objektu s liniovým vedením. V těchto případech hraje velkou úlohu dostatečná rezerva v zapojovacích délkách a t o nejen volného vedení ale i u kabelových rozvodů, které jsou v těchto případech volně položeny. Důležité jsou rovněž i průchody stěnami stavebních objektů, které musí být dostatečně pružné. Kontrola zařízení které se dostává do vlivu dobývání, spočívá opět ve výškovém měření i přímém sledování deformací

3.7 Železniční tratě a silnice Železniční tratě

Železniční tratě, které patří svým charakterem mezi liniové stavby jsou z hlediska důlních vlivů charakterizovány svými rozměry, z nichž délka převažuje mnohonásobně ostatní rozměry. Z těchto důvodů se dostávají převážně do všech části poklesové kotliny, takže na ně

57

působí jak poklesy a z nich odvozená naklonění, tak i vodorovné posuvy, a to v podélném i příčném směru. Žádné objekty nedávají o tvaru pohybech uvnitř poklesové kotliny takovou bezprostřední představu jako železniční dráhy. Jsou také svým rozsahem nejčastějším předmětem úvah spojených s deformacemi v kotlině. Které z pohybů a deformací budou v určité oblasti převažovat, to závisí na mocnosti a hloubce ložiska pod povrchem, na geologických vlastnostech zejména nadložní části ložiska.

Opravy drážního tělesa

Opravy drážního tělesa spočívají tedy v prvé řadě ve výškové vyrovnání kolejového lože buď do původní polohy, nebo do polohy, která je z hlediska spádových poměrů na trati výhodnější (v tomto případě jde o vyrovnání v menší nebo i větší výšce než odpovídá poklesu). Současně se vyrovnají hlavy kolejnic jak ve směru podélném, tak i příčném. Tím se odstraní deformace v podobě stlačení nebo roztažení a vychýlení ve směru kolmém na osu trati. V případě, že trať leží na náspu zvětší se při zvedání kolejiště někdy podstatně plocha (půdorysu náspu) potřebná pro zvýšení náspu a v případě, že jsou v blízkosti jiné objekty musí se násep od úrovně terénu zajistit opěrnou zdi. Jednoduší je vyrovnávání traťového tělesa ve výkopu nebo v rovině. Obtíže s vyrovnáváním traťového tělesa nastávají tam, kde toto funkčně souvisí s objekty, jejichž výškové vyrovnání je obtížné nebo nemožné. V některých případech provozu tratí nevadí pokud je objekt pod úrovni tratě, pokud s nim není dopravně propojen. Obtíže při sanaci traťového tělesa nasypáváním a zvedáním kolejiště se vyskytují na potrubních o kabelových tazích umístěných pod nebo blízkosti drážního tělesa, které se tím dostávají do velkých hloubek, takže v případě nutných oprav je k nim znesnadněn přístup. Jiné potíže při opravách v prostoru železniční stanice, která se dostala do vlivu dobývání, mohou vzniknou u skladištních budov, které jsou zařízený na přímé vykládání vagónu přes rampu do skladu. V takových případech se musí současně s kolejištěm zvedat i rampy a po případě celá budova skladiště. Podobné zvedání a rektifikace zařízení se musí provést u jiných objektů svázaných výškově s kolejištěm. Jsou to také nástupiště, lokomotivní depa, otočné plošiny, kabely, signalizační zařízení atd.

Denivelace a deformace v oblasti železnic

Podélná denivelace (naklonění) má důsledek ve změně spádu, a tím ve zhoršení jízdních podmínek. Úprava (jak již bylo uvedeno) se provádí zvedáním kolejiště. Příčná denivelace může mít nepříznivý vliv na sloupy a stožáry, které jsou umístěny vedle trati blízko průjezdného profilu, a v případě, že při úpravě kolejí bylo na jejich naklonění

58

zapomenuto, může dojít k poškození vlakovou soupravou. Jinak dojde také k poškození, jestliže se trať se sloupem dostala do svahu poklesové kotliny s maximálním konkávním zakřivením. Na svahu poklesové kotliny vznikají deformace roztažením nebo stlačením. U roztažení se zvětšují styčné spáry mezi kolejnicemi, které mohou mít za následek poškození spojovacích svěr a střihové praskání šroubů. Spoje jsou nejslabším místem kolejí. Deformace v úseku roztažení v poklesové kotlině jsou zvětšovány ještě změnami délky kolejnic, způsobenými vlivem rozdílné teploty v letním a zimním období, které dosahují značných hodnot. Při stlačení se zmenšují stykové spáry tak dlouho, až úplně zmizí. Při dalším působení tlaku se kolejnice zvedné což má za následek její zakřivení, což má obvykle za následek změnu rozchodu. V případě, že kolejnice mohou vybočit do strany, vznikne opět zakřivení v rovině se stejnými následky. Odstranění těchto druhů deformací se provádí především výměnou poškozených kolejnic která je někdy – v případě, že koleje jsou ve větších úsecích svařované – velmi obtížné. Z tohoto důvodu se nepřipouští v místech, kde se očekávají takové deformace, používat svařovaných kolejnic. K umožnění pohybu na stykových plochách kolejových úseků se používají kolejnice s klínovými konci, které umožňují vzájemný pohyb ve značném rozsahu. Taková spojení jsou vhodná i u pouličních tramvajových tratí.

Propustě, viadukty a mosty na železničních tratích

Propustě, viadukty a mosty na železničních tratích se při poklesech musí vyrovnat do stéjné úrovně jako okolní traťové úseky. Přitom se musí zachovat možnost plnit původní funkci objektu s ohledem na okolní terén (odvod vody, místní doprava apod.). Důležitá jsou např. opatření proti spodní vodě, která vlivem poddolování a změnou propustnosti stoupne k povrchu a působí nepříznivě na stabilitu traťového tělesa. Nebo se ve vytvořené kotlině povrch dostat do opačného sklonu, než měl původně, a místa, která byla dříve odvodňována, jsou nyní zaplavována povrchovými vodami. Pokud jde o zděné propustě a viadukty, je nutno před ovlivnění je přiměřeně zesílit, jednak aby snesly dynamické přechodné pohyby, které jsou nebezpečnější než síly působící nekonečnou klidovou polohu objektu, jednak aby byly schopny snést přídatné zatížení z násypového materiálu, kterým se vyrovnává spád trati na potřebnou úroveň. Jde-li o větší hodnoty zvedání mostovky, volí se obyčejně míra zvednutí větší, než je předpokládaný pokles, zvláště tehdy, když je objekt v místě, které bude opakovaně ve vlivu dobývání. V těchto případech jde o zvýšení o 1 až 2 m nebo o i více a mostní pilíře se musí prodloužit a zesílit. Jestliže trať přechází postem přes vodoteč, je s tratí současně ovlivněna hladina vody, která musí být při svém maximálním vodním stavu být spolehlivě po spodní hranou mostu. Vodní hladina se v průběhu času vyrovnává sedimentací v nejnižších místech kotliny, takže ze strany traťového tělesa není nutno počítat v tomto směru s nějakými úpravami. Toto platí také pro případ podjezdu cesty nebo silnice pod tratí s tím, že silnice v případě, že není zatopená spodní vodou, může si podržet svojí původní polohu v poklesové kotlině.

59

Jinak ovšem tomu bude v případě, že železniční trať se křižuje se silnicí ve výkopu. Nutnost udržet niveletu tratě má za následek zvednutí o pokles a tím zmenšení průjezdné výšky pod silničním mostem. V tomto případě je nutno zvýšit také silniční most tak, aby byla původní výška nad tratí zachována.

Elektrifikované železnice

Elektrifikované železnice jsou na vlivy dobývání ještě citlivější. Je to hlavně proto, že zde rozsáhlé vrchní vedení, zavěšené na lanovém systému ve výšce a poloze, která je přesně závislá ne vzdálenosti od koleji. Tato soustava je závislá na mechanickém napětí v nosných lanech, které je - jak již bylo uvedeno – opět závislé na deformacích traťového tělesa a nosných sloupů v poklesovém terénu. Také kolejový systém vyžaduje nejen dobrou mechanickou pevnost a stálost, ale také dobré elektrické spojení jednotlivých úseků kolejí. To jsou požadavky velmi přísné a v podmínkách vlivu dobývání velmi obtížně splnitelné. Vlivy důlních prací se zde projeví, obdobně jako u tratě neelektrifikované, poklesy a vodorovnými posuny, které se odstraňují zvedáním kolejí a opravami jejich uložení. U elektrifikované tratě působí na vrchní vedení mimo posunu (hlavně v příčném směru) naklonění terénu, které má za následek prodloužení nebo zkrácení závěsných drátu nebo lan, a tím změnu napětí; tato se projeví pak ve zvednutí nebo snížení troleje, a tím v poruše dodávky proudu nebo v přetržení troleje. Na volné trati je vrchní vedení jednodušší, v nádražích a seřadištích je velmi složité a vyžaduje značnou péči a kontrolu. Je-li rozdíl v naklonění mezi sloupy o vzdálenost l dán hodnotou ∆D pak při výšce h se tato vzdálenost zvětší (nebo zmenší) o

∆l = h∆D,

(79)

a pak je přírůstek (nebo úbytek) napětí v nosném lanku o modulu pružnosti E a průřezu lanka F

∆P = ∆l

EF , l

(80)

Zvětšení napětí o tuto hodnotu má za následek zvýšení troleje o ∆h, která se dá s určitou přibližnosti určit orientačně jako u volně zavěšeného lanka v podobě paraboly. Prohnutí h je pak dáno vzorcem

ql 2 h= , 8P

(81)

kde q je hmotnost 1m lanka, l je vzdálenost stožárů a P napětí. 60

Při změně napětí se změní také výška (při minimálních hodnotách není nutno tuto změnu v dalším výpočtu uvažovat).

qj 2 dP dP dh = =h 2 8 P P

∆h = h

a dále

∆P . P

(82)

(83)

Odstraňování důlních škod na elektrifikované trati si vyžádá samozřejmě také zvedání stožárů a rektifikací vrchního vedení a je velmi nákladné.

Sanace železniční tratě – opatření na povrchu i v dole

Odstraňování důlních škod na železnicích se provádí z pravidla po skončení pohybů. Podkladem pro tyto práce jsou jednak pravidelná měření během doby ovlivnění úseku trati, jednak postupy a opatření, které byly již před zahájením dobývání stanoveny na základě odborného posudku. Na tomto základě určí příslušný drážní úřad opatření k zajištění provozu jeho plynulosti a bezpečnosti. Na volném úseku tratě, kde nejsou objekty ani pozemní stavby, se účinky dobývání odstraňují obyčejně jen v rámci zvýšené údržby tratě. Tato spočívá v podbíjení pražců a vyrovnávání krátkých poklesových míst, dále v opravě dilatačních spár a ve směrovém vyrovnání kolejí. V předstihu k budoucím větším předvídaným úpravám se rozšiřuje železniční těleso. Pro nivelační měření se stabilizují výškové body mimo trať, která se během ovlivnění upravuje. V případech, kdy je úsek trati dobýván postupně několika poruby v v několika slojích, se upravuje trať již během sedání podle potřeby provozu. Jak už bylo uvedeno, není vždy účelné zvedat pokleslou trať do původní výše. Někdy je možno správně provedenou sanací spádové poměry zlepšit.

Opatření v dole se volí podle poměru v ložisku užitkového nerostu tak, aby zlepšovala nebo zamezila pohyby z poddolování a aby přitom nebyla překážkou při dobývání. Ochranné pilíře se musí použít v případech, že ložisko je dobýváno v malých hloubkách, kde jsou následky dobývání na povrchu velmi intenzívní (propadliny, schodové poklesy, nálevky apod.). Pilíře mají tvar podélného hranolu o šířce základny š = 2Hcotgµ + l,

(84)

Kde H je hloubka dobývaného ložiska pod povrchem, µ je mezný úhel vlivu a l šířka traťového tělesa.

61

I když pilíř není příliš velký, přesto u mocných slojí může blokovat značné množství užitkového nerostu. Ale často i v takových případech nezajistí ochranný pilíř bezpečnost provozu na trati (průtahy vzduchu a následné zapaření a oheň). Ve větších hloubkách roste objem blokovaného ložiska do značné míry a toto množství roste s hloubkou. Toto jsou důvody, aby se ve větších hloubkách ochranné pilíře pro železniční tratě nepoužívaly. V některých případech se pro zmenšení poklesů a deformací používá základka.

Jiná opatření při dobývání spočívají ve zrychleném a rovnoměrném postupu porubní fronty a v jejím směrování. Někdy se také uvažuje o směru postupu porubní fronty buď ve směru podélném (směrem k ose trati), nebo napříč k ose trati. Volba směru závisí spíše na stavebních objektech u dráhy než na vlastním postupu oproti trati. V obou případech vznikne stejná poklesová kotlina, avšak s různými dynamickými etapami.

Silnice

Silnice jsou na nepříznivé působení vlivů hlubinného dobývání méně citlivé. Důvody spočívají v jiném charakteru provozu, který se vyznačuje individuálním způsobem dopravy převážně automobily bez nutnosti udržovat kolejový systém a bez dodržování požadavku stálého a optimálního spádu, který je naproti tomu nutný u železnic. Tyto lepší podmínky mají za následek, že některé deformace vozovky v důsledku poddolování se dají lépe zvládnout. Také zde platí jako i při poddolování jiných objektů, že vlivy od dobývání ve větších hloubkách jsou menší, neboť v těchto případech je poklesová kotlina protáhlejší s mírnými svahy. Pak v mnoha místech stačí k udržení provozu pravidelná zesílená údržba, prováděná současně s nutnou údržbou v důsledku provozu silnic. Změny spádu vozovky, tak jak navazují na povrch poklesové kotliny, nejsou tedy pro provoz obtížné s výjimkou případu, že se současně změní nepříznivé spády vodotečí v okolí a vytvářejí možnost zatopení silnice. V tomto případě je nutno trasu silnice vyrovnat a spádové poměry povrchových vod upravit. Silnici je vhodné vést pokud možno rovnoběžně s vrstevnicemi předpokládané poklesové kotliny. V případě, že tato podmínka není uskutečnitelná, vést trasu tak, aby poskočení deformací od poddolování se provedla úprava trasy a minimálními výlohami. Zejména je nutno dbát toho, aby budoucí hladina spodní nebo povrchové vody byla nejméně 1,5 m pod úrovní vozovky. Spodní stavba silnice musí být provedena z materiálu, který by byl nosný i při zaplavení vodou. Drobné objekty v silničním tělese nesmějí v průběhu deformací ztratit svojí funkci nebo mají mít možnost, aby tato funkce byla jednoduchými prostředky obnovitelná. V oblasti důlních vlivů je výhodnější stavět silnicí v násypu, jehož výška by měla být stanovena již s ohledem na budoucí poklesy.

62

Konstrukce vozovky má být dostatečně pružná a snadno opravitelná. Vhodné jsou vozovky z asfaltových směsí na takovém podkladě, který zamezuje vzlínání vlhkosti, která je příčinou poškození vozovky za mrazivého počasí. V území s účinky poddolování není vhodné zřizovat betonové vozovky trvalého charakteru. U dlážděných vozovek musí být spáry zality asfaltem nebo jinou měkkou hmotou. Menší předpokládané nebo již skutečné propadliny je možné překlenout jednoduchými způsoby, nejčastěji zásypem s propustí u dna propadliny. Někdy v případech, kdy nadloží je málo pružné a hloubka dobývání je malá mohou vzniknout na silnicích schodovité deformace, které mají za následek ohrožení provozu. Ochrana před takovými deformacemi spočívá ve výškovém měření (pochůzkové kontrole), případně snížení rychlosti. U silnic se nepoužívají k ochraně pilíře, přesto se dají i v oblastech s intenzívní těžbou udržovat v uspokojivém stavu. Je ovšem třeba počítat při stavbě i údržbě silnic se zvýšenými náklady.

3.8 Vodoteče – řeky, potoky, rybníky, přehradní nádrže a průplavy Řeky a potoky

Řeky, potoky a ostatní přirozené vodoteče mění vlivem poddolování v prvé řadě spádové poměry. Na návodní straně se o hodnotu denivelace spád zvětší, na Dolejší se spád zmenší. Je-li spád toku větší než D poklesové kotliny nemusí tato okolnost mít nepříznivé následky na odchod vody. Obtíže mohou vzniknout při zvýšení hladiny při deštivém počasí v místech s nízkými břehy, kdy snáze dochází k rozlití vody mimo řečiště. Je-li spád toku menší než D poklesové kotliny, dochází k vytvoření vodních nádrží, z nichž začne odtékat voda, až když hladina vody dosáhne úrovně dolejšího okraje kotliny. V těchto proláklinách naplněných vodou jsou někdy i stavební objekty. Opatřením je jedině zasypání a rekultivace terénu. Velké řeky jsou obvykle chráněny před důsledky povodní inundačními hrázemi, u nichž je možnost zvýšením koruny hráze vyrovnat i poklesy způsobené důlní činnosti. Celkem nižší spád u velkých řek má v případě dalšího zmenšení spádu v dolejší části poklesové kotliny za následek zmenšení rychlosti vody a tím zvětšení sedimentace. Dno řeky se vyrovnává samočinně k původním spádovým hodnotám. Poddolováním vodotečí při málo hlubokých ložiskách mohou za určitých okolností vzniknout trhliny v korytu, které pak přivádějí vodu do důlních prostor. Ochrana koryta (a tím i zabezpečení důlního prostoru) spočívá v utěsnění dna vodoteče nebo překlenutí umělým korytem. Jde-li o větší řeku, pak za výše uvedených podmínek je jediným opatřením ponechání ochranného pilíře.

63

Mosty přes řeky

Poklesy vlivem dobývacích prací se projevují na zvedání hladiny vodní hladiny se současnýn klesáním mostu tak, že hladina maximálního průtoku (stoletá voda) se může zvednout do úrovně spodní hrany nosníků mostovky, a tím je ohrozit. V takovém případě je nutno most zvednout nejméně o skutečný pokles, nebo o pokles očekávaný, jehož velikost se stanoví i s ohledem na příští očekávané vlivy z dobývání.

Přirozené a umělé vodní nádrže

U rybníků se v důsledku poklesů snižuje dno a současně je nutno zvedat nebo stavět hráze nové na odtokové i návodní straně v případě, že plocha rybníka se nemůže zvětšovat. Hloubka se zvětšuje podle poklesu až na mnoho metrů, takže se rybník nedá obvyklým způsobem vypustit a stává nepoužitelným pro chov ryb.

Přehradní nádrže mají svoji přesně vymezenou funkci, např. v zadržování povodňových vln a v udržování hladiny v určitém rozmezí, jako vodní energetická díla apod. Přehradní hráze jsou proto z hlediska statického, z hlediska propustnosti i z hlediska zajištění své funkce velmi citlivými objekty. Proto směrnice pro stavby na poddolovaném území připouštějí jen výstavbu zemních hrází za dodržení těchto předpokladů: -

území je z hlediska základové půdy pro stavbu zemní hráze vhodné a nevyžaduje umělé zlepšení podkladu; osa hráze se uspořádá, pokud je to možné, rovnoběžně s vrstevnicemi výsledných poklesů; postup dobývání je uzpůsoben tak, aby v podloží hrázového tělesa docházelo k rovnoměrným poklesům. Vyloučeny musí být deformace střihového charakteru; hráz je řešena s převýšením s ohledem na budoucí případné poklesy nebo s možností rychlého a jednoduchého zvýšení koruny hráze.

Pokud jde o objekty a zařízení související s funkci přehrady, je nutno je umístit mimo vlastní těleso grizeta, aby byla možná jejich snadná rektifikace. Potrubí procházející tělesem hráze smí být pouze s průtokem o volné hladině, tlakové potrubí je možno vést hrázi jen vyjímečně zvláštní štolou. Spád potrubí musí být volen tak, aby byl možný odtok i po skončení důlních vlivů. Tuhé spojovací prvky se u potrubí vylučují.

Všeobecné podmínky pro navrhování vodních staveb a úpravu vodních toků na poddolovaném území

Břehy a hráze vodních toků musí být upraveny a udržovány tak, aby nedošlo k zaplavování okolního území. Výška dna a průtočný profil musí být stále kontrolovány, aby mohla být včas provedena opatření k zajištění dostatečných průtoků. Na území, kde je nebezpečí vzniku trhlin musí být provedeno takové opatření, aby nedošlo k průvalu vod do dolu.

64

Jezy, přepadové stupně, prahy a jiné vodní stavby musí být rektifikovatelné a zajištěny proti účinkům poddolování. Stav hrází a objektů je nutno pravidelně sledovat vizuálně, výškovým i směrovým měřením pevných bodů a pravidelným měřením průsaku. V období aktivního vlivu dobývání je vhodné snížit hladinu v nádrží a zvýšit počet měřických bodů.

Průplavy a vodní cesty

Tato zařízení, využívaná pro dopravu, jsou citlivá opět především na svislé pohyby, zatímco vodorovné pohyby se projevují hlavně na objektech, které mají charakter inženýrské stavby (např. zdymadla). Rozdíl mezi nimi spočívá v tom, že u průplavu jde o stálou výšku vodní hladiny, kde poklesy mění základní parametry důležité pro vodní dopravu, kdežto u vodních cest má hladina vody obvyklý spád, který v případě poklesu může být do jisté míry neškodný.

Průplavní objekty v oblasti dolování musí mít konstrukci, která by v případě ovlivnění zajišťovala jejich funkci. Mimo to musí odpovídat podmínkám platným za těchto okolnosti pro stabilitu z hlediska stavebního. Pokud jde poklesy, budou muset být objekty dimenzovány tak, aby v době vlivu dobývání snesly největší předpokládaný pokles smax, nebo aby v této době mohly být postupně upravovány tak, aby poklesy byly vyrovnány. Pokles u jezů znamená snížení výšky vodní hladiny nad jezem, a tím zhoršení funkce jezu. Pak by bylo třeba upravit vzdutou hladinu na původní výšku. Naproti tomu se sníží dno koryta pod jezem, což může mít za následek v případě a) při nedotčeném dolním úseku vlivy dobývání, zlepšení plavebních podmínek nebo v případě b) jejich zhoršení. V třetím případě (c ) je jez uprostřed poklesové kotliny, takže klesne stejnoměrně s okolním terénem, přičemž záleží na tom, zda je nutno udržovat původní výšky obou hladin, nebo zda stačí, aby se hladiny udržovaly na potřebné výšce nade dnem. Tento případ je zjednodušený a řešení každého určitého případu závisí na dané situaci. Obdobné řešení si vyžádá plavební komora, kde jde o překonání výškového rozdílu vodních hladin. Je nutno počítat s tím, že jednotlivé části plavební komory poklesnou o rozdílné hodnoty a nižší část dna pod zdymadlem, takže o stejné hodnoty musí být zdviženy uzávěry.

Vodní cesty se vyznačují jak již bylo uvedeno, tím, že mají určitý spád, který se ovšem v důsledku poklesu terénu může zmenšit nebo zvětšit, což má pak za následek zhoršení podmínek pro plavbu. V prvním případě vzniknou prohloubené místa na řece i v okolí, která mohou v případě zvýšení hladiny za povodní vytvořit vodní nádrže a ztížit orientaci při řízení plavidla. V druhém případě má zvětšení spádu za následek změnu výšky hladiny nade dnem, a tím i zhoršení splavnosti nedostatečnou hloubkou pro ponor plavidla. Opatření na ochranu těchto plavebních cest spočívají buď ve vybudování hrází kolem řeky (pro první případ zmenšení spádu), nebo v úpravě dna koryta prohrábnutím (vybagrováním) v případě zmenšení hloubky pro plavbu.

Mosty přes vodní dopravní cestu klesají vlivem dobývání společně s korytem řeky a s okolním terénem. Se vzdutím vodní hladiny se zmenšuje volná výška nad hladinou

65

průplavu, a tím vznikají obtíže pro propustnost plavby. Tento případ lze řešit zvednutím mostu na zvýšeném náspu, což si obvykle vyžádá také zesílení nosných pilířů. Nejde-li jen o místní poklesy, ale o rozsáhlé oblasti ovlivněné dolováním, pak úprava se bude týkat delšího úseku vodní cesty hlavně tím, že se upraví absolutní výška vodní hladiny většinou směrem dolů. V případě projektování nové plavební cesty v terénu ovlivněném dolováním lze upravit podélný profil dna předem tak, aby po uklidnění poklesů se dostala trasa do optimálního tvaru. Takové úpravy se týkají ovšem i bočních svahu toku, které mohou být ze sypaného materiálu nebo zajištěny svislými stěnami. Poklesy vlivem poddolování mohou mít také příznivé následky, např.v tom, že se zvětší plocha vodní hladiny. Ovlivnění vodních dopravních cest dobývacími pracemi hlubinného dolu je ve všech případech otázka složitá, zvláště když je nutno její ochranu řešit v oblasti průmyslového revíru.

3.9 Města a sídliště

Vlivy dobývání na městské aglomerace

Vlivy dobývání na městské aglomerace jsou souhrnem všech dílčích vlivů na nejrůznější druhy objektů, jak bylo o nich pojednáno. Jde ve většině případů o velká průmyslová střediska s obytnými a administrativními objekty s továrnami a těžkým průmyslem doly hlubinnými případně povrchovými. Možnost dobývání hlubinnými doly pod městy lze předpokládat tam, kde vzájemná souvislost mezi ložiskem užitkového nerostu, hutními závody, které jej zpracovávají, a těžkým průmyslem je bezprostřední a přímo si vynucuje dobývání pod těmito rozsáhlými s následky poškozování objektů důlními vlivy v rozsahu daném místními podmínkami na podkladě ekonomických úvah a s ohledem na bezpečnost a optimální životní prostředí. Tyto podmínky vznikají většinou u uhelných ložisek s velkým počtem slojí, které jsou uloženy v mocných souvrstvích do hloubky mnoha set metrů. Příklady na dobývání pod hustě zastavěnými aglomeracemi jsou známy zejména z uhelných revírů s dlouholetou dobou těžby. Ve všech případech se tyto vlivy uplatňovaly víceméně s následky v deformacích, které se dal průběžně odstraňovat, aniž by bylo nutno měnit základní vztahy mezi povrchovou a důlní činností.

Všeobecné zásady

Všeobecné zásady pro dobývání pod městy a sídlišti vyplynuly z dlouhodobých zkušeností. Jestliže je nutno stavět soubor obytných nebo průmyslových objektů na ploše, která byla v minulosti ovlivněna hlubinným dobýváním, nebo kde se toto budování v budoucnu 66

předpokládá, pak lze sestavit pro takový projekt všeobecné zásady. Ty do určité míry vyplývají z toho, co bylo u jednotlivých druhů objektu již řečeno.

1) Předpokladem pro bezpečné dobývání pod aglomeracemi je takový plánovaný postup dobývání, který má za následek v daném případě nejmenší poklesy, denivelace, zakřivení a vodorovné deformace. Maximální velikosti těchto hodnot jsou zvoleny podle citlivosti objektů a sestaveny do čtyř kategorií. Pro velmi citlivé objekty (kat. I) je přípustné naklonění D = 4 mm/m a deformace ε = 3 mm/m, pro kat. II (některé průmyslové objekty) je D= 8 mm/m, ε = 3 mm/m, pro kat. III ( s poměrně velkou pružností v pohybu) je D = 12 mm/m, ε = 6 mm/m a pro kategorii IV (ostatní objekty) je přípustná denivelace D = 20 mm/m a ε = 10 mm/m. 2) Těchto hodnot se dosáhne nejlépe u ložisek se značnou hloubkou uložení. 3) Doporučuje se plánovat dobývání ve velkých plochách a plynule. Takové vlastnosti má dobývání stěnováním s co nejdelší porubní frontou. 4) Pokud jde o mocná ložiska a z toho vyplývající velké poklesy a deformace, doporučuje se zakládat vyrubané prostory hlušinami o co nejmenší stlačitelnosti. 5) Polohu porubu je třeba volit tak, aby se zvlášť citlivé objekty nedostaly nad okraje porubů, ale spíše aby byly ve středu poklesové kotliny. 6) Řízení těžby pod městem v oblasti několika důlních závodů musí být vedeno z jednoho místa, aby bylo možno vést porubní práce koordinovaně s ohledem na vlivy na povrchové objekty. 7) Takový způsob řízení dobývání sleduje hlavně vyloučení nepříznivých deformací. Které by vznikly sčítáním ze sousedních porubů. Nebo zmenšením těchto součtových hodnot při plánovitém vzniku deformace + a -. 8) Projekt dobývání obsahuje časový postup dobývání a uvádí potřebná opatření k jeho kontrole, včetně způsobu provádění měřických prací a grafické dokumentace. 9) Při zajišťování jednotlivých objektů proti důlním vlivům vycházet ze zásady, že je lepší stavbu předem zajistit než ji později obtížně a nákladně opravovat.Konstrukci volit nejlépe podle místních osvědčených zkušeností než na základě nevyzkoušených složitých výpočtů, které mají často za následek 10) Z hlediska konstrukce objektů používat co nejvíce kluzné spáry, které snižují náklady na stavbu základů. Do těchto všeobecných zásad by snad patřila i ta, která doporučuje stavět sídliště (závody) nejlépe mimo důlní terény, pokud by jejich uplatnění bylo možné.

67

4. Zdánlivé důlní škody

Zdánlivými důlními škodami označujeme poškození budov, průmyslových a veřejných zařízení u nichž je příčina jiná než v následcích hornické činnosti. Poněvadž se taková poškození vyskytují často také v oblast důlních revírů, vznikají mezi správci těchto objektů a důlními podniky spory o náhrady škod, i když lze prokázat, že důlní činnost je ve sporném případě tak vzdálená od místa sporu, že vlivy z poddolování nepřicházejí v úvahu. To je příčinou toho, že otázky tzv. zdánlivých důlních škod jsou zařazeny do této publikace.

4.1 Vliv podzemní nebo povrchové vody

Vliv podzemní vody

Vliv podzemní vody na stabilitu objektů může být způsoben příčinami mechanickými, fyzikálními nebo chemickými.

Mechanický vliv se projevuje vyplavováním nerozpustných látek (písku, hlíny), které jsou obsaženy v podzemních ložiscích a u nichž vznikne možnost pohybu v souvislosti s pohybem spodní vody. Jiným příkladem mechanického vlivu vody je vyplavování písku z ložisek zvodnělého písku (kuřavky). Jestliže se při ražení chodby narazí na zvodnělý pás jemného písku, pak jeho výtokem do důlního díla pod tlakem se vyprázdní ložisko, které může být vzdáleno 500 i metrů a v nadloží se vytvoří nálevkovitá propadlina. V případě, že se v tomto místě nachází budova nebo jiný objekt, dojde k destrukci. Bezpečnostní opatření před nebezpečím výronu kuřavky spočívá v pozvolném odvodňování pomocí vrtů se zvláštními odpouštěními ventily. Jako mechanický vliv na povrch se projevuje také odčerpávání vody obsahujícími i velmi jemné podíly písku v oblastech ložisek pitné vody. Projevy deformací povrchu se vyskytují také při čerpání ropy a plynu ložiskách s intenzívní těžbou, i když tento způsob ovlivnění povrchu spadá spíše do pravých důlních škod.

Fyzikální vliv vody má značný vliv pro deformace povrchu a hlavně stavebních objektů na něm, který se projevuje promrzáním hornin nebo změnou obsahu podzemní nebo adhezní vody v podzákladech objektů. Promrzávání se projevuje různě podle druhu horniny. Štěrkové, písčité a sypké horniny mají dosti velké mezery mezi částicemi, takže mrznoucí voda, jejíž objem se zvětšuje o 9%, má dosti velký prostor a toto zvětšení nemá vliv na zvětšování celkového objemu horniny.

68

Zeminy zejména s velkým obsahem koloidních částic, mají jemné póry, které se zaplňují volnou vodou a pak ledovými krystalky, zvětšují objem, takže dříve soudržná zemina se trhá. V těchto trhlinách se dále soustřeďuje vnitřní vlhkost zeminy z nižších vrstev pomocí kapilárních sil, které v některých případech působí ze značné hloubky. Důsledkem je zvedání povrchu až o 30 cm. Promrzávání působí také na tvrdé skalní horniny, které jsou často popraskané a zvětralé až do kloubky 2 až 4 m. Proto se také u hornin tohoto druhu provádí základová spára tak hluboko, aby byla bezpečně pod úrovní promrzávání (tzv. nezamrzlá hloubka). Tato hloubka je odvislá nejen od druhu horniny, ale i od klimatických podmínek oblastí kde se stavba realizuje. Důsledky nesprávného založení objektu se projeví v poškození nosných stěn. Podobný způsob poškození se projeví i u přístavku k velké budově, jehož základy jsou založeny v rozdílné hloubce, aniž by byla ponechána svislá dilatační spára mezi oběma objekty. Fyzikální vliv vody se může projevit na povrchu také opačným způsobem než promrzáváním a to střídavým zavlažováním a vysoušením půdy. Tyto druhy poškozování objektů se vyskytují např. u koksových nebo ohřívacích pecí. V období dešťů se základová dostane vlivem zvýšené hladiny spodní vody a působí silným tlakem vzhůru; po poklesu spodní vody se působením ohřívání pecí půda nepřirozeně vysušuje a smršťuje a působí svým pohybem dolů na základy. Výsledkem je poškození objektu, které má podobu jako při ovlivnění dobýváním.

Chemické působení vody se projevuje různým způsobem např. tím, že u měkkých vod se jimi rozrušují kovy, cement, malty apod., takže tyto ve styku s ní měknou a rozpadají se. Agresivní vody porušují zdivo základů staveb a ohrožují jejich pevnost. Chemické působení povrchové i podzemní vody se jeví zvláště ve vyluhování snadno rozpustných látek v jejich transportu a usazování na jiných místech.

4.2 Svahové pohyby a sesuvy

Svahové pohyby Svahové pohyby vznikají na mírně ukloněných terénech hlavně v případech, kdy v důsledků zamokření klesá soudržnost zeminy a zmenšuje se vnitřní tření. Tím se základová půda pod objekty stává kluznou plochou, po nichž dochází k pozvolným, ale nebezpečným pohybům, které mají za následek poškození objektů. Takové kluzné plochy se mohou vytvořit také na promrzlé půdě, která se po dlouhotrvajících mrazech při náhlém teplém a deštivém počasí dostává do nerovnovážného stavu a začne se pohybovat. Pohyby jsou obvykle pomalé a sotva znatelné, takže v případě objektů nacházejících v důlních oblastech vypadají trhliny na objektech podobně jako u důlních škod. Pohybu zeminy může rovněž dojít mechanickým narušením rovnovážného stavu (výkopem). Pohyby půdy vznikají také vytlačováním měkkého podloží, když toto bylo zatíženo nad míru únosnosti. 69

Sesuvy Jako sesuvy se označují pohyby, které vznikají z náhlých změn v rovnováze v povrchových vrstvách. Příčiny těchto náhlých pohybů mohou být ve změně sklonu svahu, způsobeného podemletím svahu poblíž břehů vodních toků nebo obvyklým postupem při erozi. Jinou příčinou je náhle přetížení, otřesy vlivem dopravy těžkých nákladů, mechanické i chemické změny apod. Sesuvy pro svou rychlost vytvářejí pro objekty nebezpečí havárií, které postihne často celé skupiny objektů Největší počet náhlých sesuvů bývá zaznamenán v období největších dešťových srážek nebo silného tání sněhu.

Tektonické pohyby

Tektonické pohyby vznikají v důsledků vzájemného pohybu větších nebo menších horninových ker v podloží.Tyto pohyby se vyskytují i v současné době v míře, kterou lze pozorovat jen velmi přesným výškovým měřením, protože jsou velmi malé. Obvyklým přímým (vizuálním) pozorováním se nedají zjistit. Na objekty nemají škodlivý vliv.

4.3 Umělé vyvolané pohyby půdy Otřesy půdy

Otřesy půdy vznikají v důsledku po ulicích měst, silnicích a železnicích, dále následkem trhacích prací, důlních otřesů aj.

Doprava těžkých nákladů po vozovkách městských ulic a silnic způsobuje otřesy podkladových vrstev i samotného pevného podloží, které se přenášejí do okolí a působí často na objekty často tak, jako by byly ve vlivu dobývání. Tyto otřesy závisí na rychlostí a zátěží dopravovaných hmot, na únosnosti a jakosti vozovky a jejich přímým zdrojem jsou trhliny a výmoly v povrchu vozovky. Opatření, která mohou podstatně omezit vznik a působení těchto otřesů, spočívají ve zvýšení únosnosti vozovek a zejména v soustavné údržbě jejich povrchu. Nemalý význam má i konstrukce a velikost vozidel, která tyto náklady přepravují. Železniční tratě jsou budovány převážně ve volném prostoru, kde jsou otřesy ovlivněny jen vlastní objekty tratí (msty, propustě atd.), z části však působí na budovy zařízení nádražních objektů. Tyto jsou projektovány tak, aby provozní otřesy snášely bez větších škod. Větší potíže vytváří v městech doprava tramvajová, u níž vznikají otřesy při přejíždění kolejových výhybek, křížení, a to hlavně při větších rychlostech a u těžkých vozových

70

jednotek, zejména při jejich špatné údržbě. Poškozování budov těmito otřesy je omezeno na poměrně malou vzdálenost, která nepřekročí podle stavu podloží tratě 20 až 30 metrů. Působení otřesů na budovy je však často nepříznivé a závislé zejména na jejich špatném stavebním stavu. Škody způsobené provozem kompresorů, dmychadel a velkých strojních jednotek (drtičů, bucharů apod.) jsou způsobeny chvění základů, které se může přenášet na okolní objekty, a to někdy se zesílenými účinky rezonancí, tj., jestliže kmitočet strojů se blíží kmitočtu budovy.

Trhací práce v tunelech při zemních pracích, při hromadných komorových odstřelech v lomech a v nehlubokých dolech má za následek otřesy, které mohou způsobit značné škody, zvláště když se odpalují velké nálože a trhací páce se často opakuje. Vzdálenost, do niž tyto otřesy působí, je dosti velká (až 1 kilometr). Důlní trhací práce působí na poškození budov, jestliže je zdroj otřesu vzdálen do 100 metrů a v hloubce 60 metrů. To vše záleží na pevnosti a pružnosti hornin v nadloží. Síla otřesů se projevuje nejvíce u vysokých budov, a hlavně v jejich nejvyšších patrech.

Důlní otřesy mají do jisté míry charakter uměle vyvolaných pohybů, které se vyskytují v souvislosti s hornickou činnosti ve větších hloubkách a při určitém složení horského masívu. Projevují se někdy až na povrchu jako nárazy, které však nemají vcelku vliv na stabilitu objektů. K určení velikostí otřesů se nehodí stupnice intenzity užívaná v zemětřesení (Meralli – Cancani), poněvadž pohyby (kmitání) se projevují v jiných mezích. Lze proto používat lépe jiných měřítek, jako např. množství spotřebované práce pří otřesu během ¼ za časovou jednotku vyjádřené v jednotkách k (mm2 . s-1), které je možno porovnat s Mercalliho stupnici tak, že Hodnota k

st. Mercalli

50 až 500 500 až 2 000 2 000 až 7 000

IV. až V. stupeň VI. až VII. stupeň VIII. až IX. stupeň

nebo jednodušeji pomocí největších okamžitých rychlostí kmitu (Koch 1953) Rychlost kmitání

Očekávané škody na budovách

10 cm . s-1 5 cm . s-1 1 cm . s-1 0,5 cm . s-1

velmi pravděpodobné; pravděpodobné; nepravděpodobné; velmi nepravděpodobné.

Hodnoty rychlostí v přehledu se týkají základové půdy nebo suterénních zdí. Směrem do výšky – jak již bylo uvedeno – amplitudy kmitů rostou a jejich rychlost se zvětšuje. Zjednodušeně je možno uvést jako hranici pro škodlivost otřesů hodnotu 2cm . s -1.

71

4.4 Vliv základové půdy a provedení stavby na její stabilitu Základová půda Základové půdy mají podstatný vliv na stabilitu staveb, neboť jejich sedání může ohrozit stavby podobně jako poklesy způsobené poddolováním. Porušení zdiva má obdobný charakter jako u důlních škod a je v hornických oblastech častou příčinou sporu o jeho původu. Základové půdy dělíme zpravidla na 4 skupiny: • • • •

horniny skalního podklady nesoudržné horniny (štěrky a písky) soudržné zeminy (jíly, slíny apod.) organické uloženiny (slatiny, rašeliny apod.)

Horniny skalního podkladu (vyvřelé nebo krystalické horniny, pískovce, slepence, břidlice) jsou velmi dobrým podkladem pro zakládání staveb, pokud nejsou v hořejších vrstvách zvětralé. Pro zakládání je nepříznivé, jestliže zvětralé pásmo pod stavbou je nestejně mocné, neboť pak dochází k nestejnoměrnému klesání. Štěrky a písky mají různou únosnost. Nejméně vhodné jsou jemné, naváté písky a produkty zvětralých hornin, neboť jsou velmi stlačitelné pro svojí pórovitost (až 40 %). Jemné písky jsou nebezpečné v případě, že na ně působí spodní voda, která je z pod základů může vyplavovat. Štěrky jsou dobrou základovou půdou, zvláště když se před stavbou vhodným způsobem upraví (zhutní). Jíly a jílovité zeminy mění svoje vlastnosti podle obsahu vody. Přijímáním vody zvětšují svůj objem a vysýcháním se opět smršťují, takže se pro zakládání nehodí. Slíny jsou jíly s příměsí vápenných částic, které ve směsí s pískem tvoří únosnou základovou půdu. Tyto vlastnosti se opět mohou zhoršit přijímáním vody, která jednak vyluhuje vápenatou část slínu, jednak způsobuje zvětšování jeho objemu. Slatiny a rašeliny jsou jako základové půdy nevhodné pro velký obsah vody a malou únosnost. Při projektování staveb se musí druh základové půdy a její únosnost brát v úvahu; jestliže se tento požadavek nesplní, pak dochází k nestejnoměrným poklesům a deformacím stavby. Proto se zjišťuje charakter základové půdy velmi důkladně pomocí vrtného průzkumu (sond).

Provedení stavby

Provedení stavby může být příčinou poškození, které často vypadá jako důlní škoda. Mezi chyby v provedení stavby s podobnými následky patří:

72

• •

Chybné založení v nedostačující hloubce a na málo únosné základové půdě, nezpevněné navážce apod. Výsledkem jsou trhliny v nosné konstrukci a ve výplňovém zdivu. Založení ve nestejné úrovní, kdy v menší hloubce založené části stavby klesají více než ve větší hloubce. Vznikají trhliny převážně svislé.

•

Vady v konstrukci mají za následek trhliny, jestliže při spojení ocelové konstrukce se zděnými nebo betonovými stěnami dochází k nestejnoměrnému zatížení.

•

Chybějí dilatační spáry mezi samostatnými částmi stavby nebo rozhraním s použitými různými stavebními hmotami.

•

Suterénní místnosti nejsou opatřeny hydroizolací proti zemí vlhkosti.

Případů poškození staveb vlivem vlastního provedení, údržby je více, ale nejsou vžádná souvislost s důlními škodami.

4.5 Měření pohybů na povrchu a v dole Účel měření pohybů Měřením pohybů se mají zajistit podklady pro objasnění zákonitostí mezi nimi a dobývacími pracemi, které jsou jejich příčinou. Cílem je navržení přiměřených opatření pro ochranu budov, zařízení i přírodních objektů na povrchu a provozních zařízení v dole. Při měření se proto zjišťují všecky okolnosti, které podmiňují změny na povrchu i v dole, a to hlavně: - rozsah vlivu dobývání na povrchu, který je dán hranicemi deformací, poklesové kotliny, destrukcí apod. K tomu je třeba určit mezné úhly µ, µp (mezný úhel do podloží), µn (mezný úhel do nadloží); - hloubka poklesové kotliny, charakterizovaná maximálním poklesem Smax a poklesy Si, - poloha a velikost svahu poklesové kotliny, který má značný význam pro deformace objektů tam se nacházejících. V této souvislosti se měří naklonění D(denivelace) svahu, deformace vyskytující se v podobě délkových změn terénu a objektů (stlačení, roztažení ε) nebo v podobně z nich vyplývajících napětí v tlaku,v tahu; - dále poloměr zakřivení Rmin, který je důležitý při posuzování deformací na stavebních objektech nebo zařízeních na povrchu; - k doplnění měření se konají přímá pozorování, zachycující jevy v oblasti vlivu fotografické pomocí vizuálního pozorování a zakreslení na náčrtu;

73

- výsledky měření přímých pozorování se zachycují společně s příslušnými opatřeními na ochranu objektů v zápisníku měření a v souboru dokumentace,jehož součástí je podrobně vedený deník. Jestliže v dané oblasti se získá tímto způsobem dostatek podkladů, může být určena matematická závislost mezi zjištěnými faktory a tvarem poklesové kotliny nebo charakterem deformací objektů a zařízení. .

Metody měření Metody měření pohybů jsou založeny na postupech známých_z geodézie a důlního měřictví; naklonění, deformace, zakřivení a napětí se měří pomocí zvláštních měřických přístrojů, přizpůsobených k rychlému a přesnému získání výsledků. Tato část je podrobně popsána v publikaci Prof. Schenka - Měření pohybů a deformací (Ostrava 1999)

74

Literatura Neset K., Vlivy poddolování, SNTL Praha 1984, Kratzsch H., Bergschadenkunde , ISBN 3-00-001661-9, Berlín 2004 Žilavý B., Vplyvy poddolovania , Bratislava, 1968 Knothe, S., Prognozowanie wplywów eksploatacji górniczej. Wydawnictwo „ Slask „ 1984. Schenk J., Metodika výpočtu vlivu poddolování na počítači, Program SUBSCH , Ostrava 2004 Schenk,J., Knotheho rozdělení plné účinné plochy, Ostrava 2004

ČSN 73 0039 – Navrhování objektů na poddolovaném území, Praha, 1989

75