Modelowanie numeryczne zagrożeń naturalnych dla eksploatacji na przykładzie kamieniołomu „ODRA II”

W pracy przedstawiono ocenę możliwości wystąpienia zagrożeń naturalnych w kamieniołomie margli i wapieni. Ze względu na położenie zakładu górniczego w centrum miasta Opola w zmodyfikowanym procesie eksploatacji zrezygnowano z wykorzystania materiałów wybuchowych, wprowadzono urabianie skał koparkami łyżkowymi pracującymi podsiębiernie. W celu określenia bezpieczeństwa eksploatacji założenia projektowe wymagały szczegółowej analizy mogących wystąpić zagrożeń naturalnych. Zakres prac obejmował analizę dokumentacji geologicznej, badania geologiczno-inżynierskie i analizy numeryczne stateczności zboczy. W celu poznania parametrów wytrzymałościowych skał wykorzystano kartowania terenowe, testy jednoosiowego ściskania oraz klasyfikację Hoeka-Browna.Napodstawiepozyskanychdanychscharakteryzowano warunki geotechniczne w odkrywce. Przekroje przez zbocza odkrywki, wykorzystane w analizach stateczności, zawierały wyniki wcześniejszych dokumentacji i wykonanych prac terenowych. Kartowania skarp stwierdziły możliwość powstania zagrożeń w silnie zwietrzałych skałach wapiennych do głębokości ok. 6-8 m, zwłaszcza w warunkach saturacji wodami opadowymi. Modelowanie stateczności zboczy wykonano metodami równowagi granicznej LEM. Obliczenia metodami Felleniusa i Janbu uwzględniały warunki wynikające z przyjętej metody eksploatacji i wpływ warunków atmosferycznych. Wyniki obliczeń wykazały, że zbocza będą stateczne w warunkach suchych, dla których współczynniki stateczności FS wynosiły od 1,19 do 2,45. Po opadach atmosferycznych w warunkach nasycenia skał wapiennych wodami opadowymi, wskaźniki stateczności FS były zredukowane i wynosiły od 1,01 do 1,65. Modelowanie numeryczne z uwzględnieniem obciążeń statycznych i dynamicznych spowodowanych przez koparkę wykazało, że dwa z badanych przekrojów charakteryzowały się bardzo niskimi wartościami współczynnika stateczności. Wykonane analizy zawierały różne warianty lokalizacji koparki w stosunku do krawędzi zbocza, wpływ obciążeń i warunków atmosferycznych. W celu zminimalizowania zagrożeń naturalnych zalecono, że przy eksploatacji górnej części złoża do głębokości 6-8 m, koparka powinna znajdować się, co najmniej 3 m od krawędzi zbocza. Opisano także uwarunkowania geotechniczne związane z eksploatacją w kamieniołomie.

The paper presents an assessment of natural hazards occurrence in a marl and limestone quarry. Due to the location of the mine in the center of the city of Opole explosive exploitation method was abandoned. New project developed by Poltegor-Institute Institute of Direct included quarrying excavators working from the upper level. In order to determine the safety of mining processes the objectives of the design required a detailed analysis of potential natural hazards. The scope of the research included analysis of geological documentation, geological engineering investigations and numerical analysis of slope stability. In order to determine the rock strength parameters, terrain mapping, uniaxial compression testing and the rock classification by Hoek-Brown were used. On the basis of the obtained data geotechnical conditions in open-pit were characterized. The cross-sections through the slopes of the pit were used for the analysis of the slope stability. These contained the results of previous investigations and performed field works. Mapping of the slopes stated the possibilities of hazard in a strongly weathered limestone rocks to a depth of approx. 6-8 m, especially in saturated conditions cased by rainfalls. Modeling of slope stability was performed using limit equilibrium LEM methods. Calculations methods by Fellenius and Janbu took into account the conditions resulting from the exploitation method and weather conditions. The calculation results showed that the slope will be stable in dry conditions, for which the coefficients of stability FS ranged from 1.19 to 2.45. After precipitation and saturation of lime-stones by rainwater, FS were reduced and ranged from 1.01 to 1.65. The numerical modeling taking into account the static and the dynamic loads by an excavator showed that two of the analyzed sections were characterized by very low values of stability factor. This analysis included different variants of excavators location in relation to the edge of the slope, the excavator loads and weather conditions. In order to minimize natural hazards it was recommended that during the operation in the upper part of the deposit to a depth of 6-8 m, excavator should be at least 3 m from the edge of the scarp. Geotechnical recommendations associated with the operation of the quarry were also described.