ANALIZA SKUTKÓW DUŻEGO WSTRZĄSU GÓRNICZEGO NA ZABUDOWĘ POWIERZCHNIOWĄ MIASTA POLKOWICE.pdf

Dr inŜ. Maciej Yan MINCH, maciej.minch@pwr.wroc.pl

Instytut Budownictwa Politechniki Wrocławskiej

Mgr inŜ. Zbigniew SAMOKAR,

KGHM Polska Miedź S.A., Oddział ZG „Rudna”

ANALIZA SKUTKÓW DU ś EGO WSTRZ Ą SU GÓRNICZEGO NA

ZABUDOW Ę POWIERZCHNIOW Ą MIASTA POLKOWICE

ANALYSIS OF RESULTS OF LARGE MINING IMPACT ON THE SURFACE BUILDINGS

OF THE POLKOWICE TOWN

Streszczenie W referacie przedstawiono analizę skutków wstrząsu górniczego o energii 1,9E10 9 J na zabudowę

powierzchniową miasta Polkowice. Dokonano analizy parametrów wstrząsu w zakresie energii i amplitud

przyśpieszeń drgań podłoŜa gruntowego oraz porównano je z parametrami największych wstrząsów ostatnich lat

w ZG Rudna. Omówiono sposoby naprawy uszkodzonych budynków i przedstawiono skalę ilościową i

jakościową uszkodzeń w Polkowicach.

Abstract The paper presents the analysis of results of the mining impact of energy of about 1, 9E10 9 J on the

surface buildings of Polkowice city. The analysis of parameters of the mining impact in the range of the energy

and amplitudes of accelerations of the soil vibrations were done. These parameters were compared with

vibrations parameters of greatest shocks of last years in ZG Rudna. The ways of the repair of damaged buildings

were described. The scale of quantitative and qualitative damages of buildings in Polkowice town was analyzed.

1. Wst ę p

Od ponad dwudziestu lat prowadzona jest eksploatacja górnicza w filarze ochronnym

miasta Polkowice. Istotnym utrudnieniem jest duŜa miąŜszość złoŜa rud miedzi dochodząca

do 15 m. Eksploatacja ta prowadzona przy odpowiednich rygorach górniczych, przenosi się

jednak na powierzchnię poprzez deformacje ciągłe i wpływy parasejsmiczne oddziaływując

na zabudowę powierzchniową.

Rejestrację wstrząsów górniczych rozpoczęto z inicjatywy Instytutu Geofizyki (IGf) PAN

w 1967 roku jeszcze przed rozpoczęciem eksploatacji złoŜa. Do chwili obecnej w obszarze

LGOM wystąpiło kilka tysięcy wstrząsów o magnitudach M>2,5 wg skali Richtera (energia w

dŜulach En>5E10 6 J). Wstrząsy występujące w LGOM charakteryzowały się duŜą

rozpiętością częstotliwości drgań podłoŜa gruntowego od 0,1 Hz do 50 Hz. Przeliczenia

wartości M na energię sejsmiczną liczoną w Joul’ach moŜna dokonać następująco:

log En = 1,8M + 2,2

(1)

W ostatnich kilku latach oprócz częstych wstrząsów małej i średniej energii wystąpiły trzy

duŜe wstrząsy: dnia 20 lutego 2002 roku o energii 1,5E10 9 J, dnia 16 maja 2005 roku o

299

energii 8,4E10 8 J oraz dnia 21 maja 2006 roku o energii 1,9E10 9 J. Amerykańskie stacje

geofizyczne USGS oceniły wielkość tego wstrząsu według skali Richtera na M=4,8, zaś

badania IGf PAN określiły magnitudę na M=4,3.

Lokalizację epicentrów wyŜej wymienionych trzech największych wstrząsów w

odniesieniu do usytuowania istniejącej zabudowy kubaturowej Polkowic przedstawiono na

rys. 1.

wstrząs

16.05.2004r.

energia: 8,4E8J

wstrz ą s

21.05.2006r.

energia: 1,9E9J

wstrząs

20.02.2002r.

energia: 1,5E9J

Rys.1. Epicentra największych wstrząsów górniczych w obrębie miasta Polkowice

Celem niniejszego referatu jest ilościowe przedstawienie wpływu wstrząsu z dnia 21 maja

2006 roku o energii 1,9E10 9 J na zagroŜenia awaryjne i uszkodzenia obiektów

powierzchniowych miasta Polkowice oraz porównanie ilościowe szkód w nieruchomościach z

wcześniejszymi wstrząsami o mniejszej energii. Zamieszczono równieŜ parametry wstrząsu w

zakresie amplitud przyśpieszeń i prędkości drgań podłoŜa gruntowego oraz odniesiono je do

skal MSK-64 i GSI-2004.

300

2. Eksploatacja górnicza w filarze ochronnym miasta

Eksploatację w filarze rozpoczęto w 1978 roku, wydobywając do końca 2005 roku 83%

zasobów rudy miedzi. Całkowita powierzchnia filara wynosi 486 ha. Do wybrania w filarze

miasta została jeszcze powierzchnia zasobów 81 ha. W tym obszarze zasoby bilansowe rudy

szacowane są na 12 385 123 Mg, zaś zasoby miedzi na 281 032 Mg.

Eksploatacja prowadzona jest z zastosowaniem systemów komorowo-filarowych z pełnym

podsadzeniem wybieranej przestrzeni podsadzką hydrauliczną. Mimo tego na powierzchni

terenu miasta wykształciły się dwie niecki obniŜeniowe: w centralnej części miasta Polkowice

o wartości w max =~2,5m oraz w części południowej w max =~2,1m, w tym około 60 %

powierzchni terenu uległa deformacjom odpowiadającym I kategorii terenu górniczego, zaś

pozostałe 40% obejmuje strefę II kategorii. Na rys. 2 przedstawiono ilościowe zestawienie

zarejestrowanych wstrząsów w filarze miasta Polkowice wraz z określeniem energii

wstrząsów. NaleŜy podkreślić, Ŝe parametry zarejestrowanego dnia 21 maja 2006 roku

wstrząsu o energii 1,9E10 9 J przekroczyły znacznie wielkości prognozowane dla filara miasta

Polkowice w przedziale czasowym 2005-2007r. Zarejestrowano amplitudy przyspieszenia a =

1800 mm/s 2 (prognoza a = 1000 mm/s 2 ), oraz prędkości v = 72 mm/s (prognoza v = 40 mm/s)

Li c zba

I okres 01.01.2000 do 31.03.2002

II okres 01.04.2002 do 30.06.2004

III okres 01.07.2004 do 21.05.2006

I OKRES

II OKRES

III OKRES

Energia

E6J

E7J

E8J

E9J

Rys. 2. Zestawienie ilościowe wstrząsów w filarze miasta Polkowice dla określonej wartości energii.

3. Analiza wpływów wstrz ą su o energii 1,9E10 9 J na elementy obiektów budowlanych

Zabudowa kubaturowa na terenie miasta Polkowice została w większości wzmocniona na

wpływy parasejsmiczne. Dotyczy to w szczególności wykonanych w technologii WWB i

WWP budynków 11-kondygnacyjnych, które mają wylewaną Ŝelbetową konstrukcję

przyziemia oraz wzmocnienia fundamentów na wpływy deformacyjne. Na budynkach tych

poczynając od 1982 r. wykonano uzupełniająco dość duŜy zakres wzmocnień

konstrukcyjnych w celu podniesienia ich sztywności przestrzennej. Budynki w zabudowie

niŜszej (poniŜej 6 kondygnacji), zostały wzmocnione lokalnie w najsłabszych fragmentach, w

szczególności w miejscach „przejść” gdzie wprowadzono uciąglenie tarcz stropowych nad

piwnicą oraz w obrębie ścian szczytowych..

PoniewaŜ liczba zgłoszonych uszkodzeń na budynkach po wstrząsie z 21 maja 2006 r. była

znaczna, poniŜej przedstawiono ich jakościową charakterystykę w sposób bardzo skrócony, a

ilościowy obraz zjawiska pokazuje tab. 1. Oprócz uszkodzeń budowli stwierdzono takŜe

zniszczenia mienia ruchomego, w tym: przewrócenia mebli, spadanie przedmiotów z górnych

301

półek, uszkodzenia sprzętu RTV. Tablica 2 przedstawia porównanie ilości stwierdzonych

uszkodzeń nieruchomości i mienia ruchomego dla trzech największych wstrząsów, które

wystąpiły w ciągu ostatnich lat.

Tablica 1. Wykaz zgłoszonych uszkodzeń w nieruchomościach po wstrząsie z 21 maja 2006 o energii 1,9 E10 9

kwalifikacja po przeglądach

Liczba

zgłoszeń

liczba

zawarte

ugody

BAU

liczba

napraw

suma przeglądów:

999

229

649

632

999

A - nie uznano

B - uznano - jednorazowe odszkodowanie w formie ugody

C - uznano - usunięcie szkód przez O/ZG "Rudna"

D - do obserwacji

BAU - brak akceptacji warunków ugody

Tablica. 2. Porównanie liczby uszkodzeń mienia ruchomego i nieruchomego 3 największych wstrząsów

Wstrząs z dnia 20.02.2002 o energii 1,5E9 J

Rodzaj uszkodzenia Rejon

R I

Rejon

R II

Rejon

R III

Rejon

R IV

Rejon

R V

Rejon

R VI

Rejon

R VII

Polkowice

Dolne

Pozostałe

osiedla

Razem

miasto

Wioski

Mienie nieruchome

233

350

222

156

126

1186

Mienie ruchome

250

1436

Razem

Wstrząs z dnia 16.05.2004 o energii 8,4E8 J

Rodzaj uszkodzenia Rejon

R I

Rejon

R II

Rejon

R III

Rejon

R IV

Rejon

R V

Rejon

R VI

Rejon

R VII

Polkowice

Dolne

Pozostałe

osiedla

Razem

miasto

Wioski

Mienie nieruchome

156

Mienie ruchome

173

Razem

Wstrząs z dnia 21.05.2006 o energii 1,9E9 J

Rodzaj uszkodzenia Rejon

R I

Rejon

R II

Rejon

R III

Rejon

R IV

Rejon

R V

Rejon

R VI

Rejon

R VII

Polkowice

Dolne

Pozostałe

osiedla

Razem

miasto

Wioski

Mienie nieruchome

134

360

157

102

999

Mienie ruchome

201

1200

Razem

Po wstrząsie z dnia 21 maja 2006 roku stwierdzono następujące jakościowe uszkodzenia

budynków na terenie miasta Polkowice:

dwa przypadki zawalenia się fragmentu ściany szczytowej w starym budynku

jednorodzinnym i budynku gospodarczym (rys. 3 i 4)

zarysowania na złączach między prefabrykatami ścian poprzecznych budynków

wysokich (kilkanaście przypadków)

drobne zarysowania tynku w okolicach drzwi, nadproŜy w mieszkaniach i na

klatkach schodowych budynków wysokich (kilkanaście przypadków)

zarysowania najsłabszych fragmentów konstrukcji pozostałych budynków niskich

Ze względu na brak moŜliwości obiektywnej oceny odczuć mieszkańców na występujące

wstrząsy górnicze w niniejszej pracy pominięto tę analizę.

Zestawienie parametrów drgań wywołanych wstrząsem o sile 1,9E10 9 J rejestrowanych

czujnikami w róŜnych miejscach pomiarowych zamieszczono w tab. 3 i tab. 4. Tablica 3

podaje wartości przyśpieszeń i prędkości według skali MSK-64 (Miedwiediew-Sponheuer-

Karnik z 1964 roku) [1, 2, 3] oraz maksymalnej wartości przyśpieszeń PGA (Peak Ground

Acceleration) i maksymalnej wartości prędkości PGV (Peak Ground Velocity) [4], a takŜe

czas trwania wstrząsu t Ha i jego częstotliwość f xy .

302

Rys. 3. Zawalenie się w wyniku wstrząsu górniczego fragmentu ściany szczytowej

Rys. 4. Zniszczenie fragmentu ściany szczytowej budynku stodoły

Zastosowanie tutaj skali opisowej intensywności wstrząsów MSK-64 uznano jako celowe i

przydatne. Wynika to z potwierdzonych w praktyce informacji, iŜ często precyzyjne zapisy

pomiarów drgań powierzchniowych złoŜonych efektów sejsmicznych są trudne w

interpretacji i nie oddają poprawnie skali intensywności wstrząsów.

303

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: