Problematyka ochrony obiektów budowlanych na tle sytuacji i perspektyw rozwoju górnictwa w Polsce

This paper discusses issues involved in protecting buildings and utilities infrastructure located on areas affected by mining exploration. They have been presented against the backdrop of current situation and growth perspectives for Polish mining. Characteristics of Polish mineral deposits have been determined and the scale of mining-induced impact has been given as an aggregate mining areas and regions. Current situation and growth perspectives have been evaluated through analysing geological concessions granted by Ministry of the Environment. The nature of mining influences induced by underground coal - black coal being the most intensively explored mineral in the country - mining has been discussed. Building protection issues have also been presented from three angles: forecasting of mining influences, designing protections and structural health monitoring.Ochrona powierzchni i obiektów budowlanych przed niekorzystnym wpływem eksploatacji górniczej stanowi w naszym kraju istotny problem naukowy i inżynierski. Sytuacja ta związana jest z licznymi zasobami złóż kopalin użytecznych oraz z istniejącą strukturą pozyskiwania energii, której źródłem w ponad 80% jest węgiel (Gospodarka paliwowo-energetyczna..., 2009; Energetyka…, 2010) (rys. 1). Artykuł odnosi się do zagadnień związanych z ochroną zabudowy i infrastruktury technicznej na terenach objętych wpływami eksploatacji górniczej. Problematyka ta przedstawiona została na tle sytuacji i perspektyw rozwoju górnictwa w Polsce. W pracy wymieniono najważniejsze złoża kopalin występujących na terenie kraju oraz podano zasięg oddziaływania prowadzonego wydobycia. Zestawienie polskich zasobów bilansowych wybranych kopalin opracowane na podstawie danych zawartych w dokumencie Bilans Zasobów Kopalin i Wód Podziemnych w Polsce wg stanu na 31 XII 2010 r. podano w tabeli 1. Zasięg oddziaływania eksploatacji górniczej charakteryzuje sumaryczna powierzchnia zajmowana przez obszary górnicze w Polsce. Stanowi ona ponad 2,6% powierzchni całego kraju. Powierzchnia terenów górniczych wynosi natomiast ok. 5,3% (Sektorowy program..., 2005). Jest to ponad 17 200 km2 powierzchni objętej potencjalnymi szkodami górniczymi. Największa koncentracja wydobycia ma miejsce na terenie Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, gdzie występuje ok. 79% udokumentowanych zasobów bilansowych polskich węgli kamiennych - pozostających najintensywniej eksploatowaną w Polsce kopaliną. Sytuacja bieżąca oraz perspektywy rozwoju górnictwa w Polsce ocenione zostały na podstawie analizy koncesji geologicznych wydawanych przez Ministerstwo Środowiska. Zestawienia koncesji na wydobywanie złóż węgla kamiennego oraz koncesji na poszukiwanie i rozpoznawanie złóż gazu łupkowego w Polsce, wg stanu na dzień 1 czerwca 2012 r., podano w tabelach 2 i 3. Prowadzenie eksploatacji górniczej w tak dużej skali powoduje liczne problemy wynikające z jej oddziaływania na środowisko. W przypadku górnictwa podziemnego oddziaływanie to wynika przede wszystkim z naruszenia naturalnej struktury górotworu, co pociąga za sobą szereg następstw klasyfikowanych jako bezpośrednie i pośrednie skutki eksploatacji górniczej (Kwiatek, 1997; Florkowska, 2010a). Najbardziej odczuwalne pozostają niewątpliwie zmiany morfologii terenu i przekształcenia hydrogeologiczne, które powodują szkody w infrastrukturze technicznej oraz zabudowie a także wstrząsy (Firek & Wodyński, 2012; Walaszczyk i in., 2009). Podstawą ochrony zabudowy jest znajomość rodzaju i wielkości oddziaływań wywołanych planowaną eksploatacją. Ważne jest zatem, by umiejętnie prognozować skutki projektowanych robót górniczych, szczególnie w zakresie deformacji przypowierzchniowych warstw górotworu. Prawidłowe zabezpieczenie budynku zagrożonego wystąpieniem szkód górniczych wymaga spełnienia dodatkowych rygorów konstrukcyjnych, wynikających z konieczności zabezpieczenia konstrukcji przed niekorzystnymi deformacjami podłoża (Kawulok, 2005). Deformacje te mają swe źródło zarówno w bezpośrednim oddziaływaniu prowadzonych robót wydobywczych, jak i w zmianach właściwości podłoża następujących wskutek wielokrotnie powtarzających się procesów kształtowania się niecki górniczej. Prawidłowe wyznaczenie wielkości oraz rozkładów czasowo-przestrzennych tych oddziaływań ma podstawowe znaczenie dla profilaktyki szkód górniczych, bowiem stanowi zarówno podstawę projektowania zabezpieczeń jak i sprawdzania nośności konstrukcji istniejących. W przypadku obiektów o szczególnym znaczeniu, których koszty realizacji są pokaźne, zaś ewentualna awaria przynieść może ogromne straty, wskazane jest dokonanie indywidualnej, szczegółowej analizy, uwzględniającej specyficzne warunki geotechniczne, górnicze i konstrukcyjne inwestycji. Dobrym narzędziem tego rodzaju analiz jest modelowanie numeryczne. Istotnym elementem profilaktyki jest również stały nadzór i obserwacja stanu obiektu w trakcie ujawniania się głównych wpływów eksploatacji. Monitoring automatyczny jest w tym przypadku użytecznym narzędziem wspomagania nadzoru technicznego. W Instytucie Mechaniki Górotworu PAN opracowywana jest metodyka, która, poprzez połączenie symulacji numerycznej z systemem pomiarowym, umożliwia bieżące i zdalne śledzenie zmian stanu konstrukcji w trakcie oddziaływania górniczych deformacji podłoża (Florkowska, 2010; Kanciruk, 2005). Problem ochrony obiektu budowlanego przed oddziaływaniami wywoływanymi eksploatacją górniczą należy niewątpliwie do klasy trudnych zagadnień geotechnicznych. Wymaga zarówno opracowania trafnej prognozy tych oddziaływań, jak i prawidłowego wyznaczenia wywołanych nimi naprężeń w konstrukcji obiektu oraz zaprojektowania i wykonania skutecznych zabezpieczeń. Warto zauważyć, że problem ten pozostaje aktualny także w przypadku ograniczenia bądź zaprzestania działalności wydobywczej. Zagospodarowanie tzw. terenów pogórniczych już dzisiaj wymaga podejmowania odpowiednich działań i stosowania rozwiązań chroniących powstające obiekty przed procesami deformacyjnymi, które zachodzić będą w silnie naruszonym górotworze jeszcze w długim okresie czasu. Koszty szkód powodowanych przez górnictwo w obiektach budowlanych są w skali kraju niebagatelne. W roku 2010 wyniosły one ponad 350 mln złotych (Raport GUS „Ochrona środowiska 2011“). Niestety, niemal całość nakładów skierowana była na naprawę powstałych uszkodzeń. Zabezpieczenia i profilaktyka to, według wspomnianego raportu, niecałe 8% wymienionej kwoty. Z całą pewnością nie są to dobre proporcje. Wydaje się, że należałoby skierować więcej wysiłków w stronę poprawy procedur profilaktyki oraz prowadzenia badań naukowych mających na celu opracowywanie odpowiednich narzędzi prognozowania i monitorowania oddziaływań górniczych w obiektach budowlanych