Oddělení geomechaniky a báňského výzkumu
Pracovníci
|
|
Hlavní témata výzkumu
Oddělení se zabývá zkoumáním přirozených i antropogenních vlivů na geomechanické pochody v zemské kůře. Problémy hlubinného dobývání ložisek, podzemního stavitelství a dílčí problémy geotechnické a geomechanické i problémy větrání podzemních prostor jsou řešeny jak na bázi vědecko-výzkumné, tak i v oblasti praktického využití s ohledem na hodnocení resp. návrhy zajištění stability přirozených i uměle vytvořených podzemních prostor a staveb, zajištění bezpečných funkčních podmínek.
- Výzkum napěťových a deformačních stavů horského masivu
Zjišťování prostorové distribuce, velikosti a orientace přirozeného i indukovaného napěťového pole v závislosti na geologické a tektonické situaci, antropogenních aktivitách v masivu a analýza jeho projevů. Výzkum je zaměřen na zjišťování skutečného napěťového pole v masivu a jeho změn metodou hydroporušování, využitím kuželové tenzometrické sondy a tenzometrických svorníků; geomechanický monitoring, měření deformací podzemních prostor a analýzu stabilitních stavů; aplikace matematických modelů na geomechaniku a geotechniku s důrazem na zkoumání procesů v horninách a zeminách z inženýrského hlediska; dynamické geomechanické jevy v horském masivu; charakter vlivů geologie a antropogenní podzemní aktivity na pohyby zemského povrchu.
- Výzkum prostředků zpevňování a cílené úpravy vlastností masivu
Rozvoj moderních metod stabilizace masivu zejména chemickými injektážními médii, svorníkováním a kotvením, resp. vzájemnou kombinací. Studium vlastností používaných injektážních médií - chemoreologie, pružnost, pevnost, přetvárnost, propustnost v závislosti na různých parametrech aplikace. Příprava a studium fyzikálně mechanických vlastností vzniklých geokompozitů, včetně adhezní pevnosti. Proudění injektážních hmot v pórovitém a mezerovitém materiálu. Ověřování technologických postupů. Návrhy a hodnocení reálných projektů zpevňování chemickou injektáží, svorníkováním a kotvením, resp, jejich kombinací, z hlediska geotechnického zajištění stability a funkčnosti podzemní stavby, měření únosnosti svorníkové výztuže. Matematické modelování proudění tuhnoucích injektážních médií v trhlinách.
- Výzkum v oblasti proudění ovzduší v podzemních prostorách
Matematické modelování proudění plynů ve specifických podmínkách. Výpočty větrání v chodbách podzemního díla, případně s použitím strojního chlazení. Modelování a výpočty šíření spalin požáru v důlním díle. Modelování rozvoje požáru v závale. Modelování proudění plynů v odvalech.
Významné vědecké výsledky
- Zlepšování vlastností horninového masivu injektážemi
Soubor poznatků o postupech a výsledcích cíleného ovlivňování vlastností horninového masivu pomocí chemických injektážních prostředků především za účelem zvýšení bezpečnosti a stability podzemních děl v podmínkách zvýšeného statického a dynamického namáhání. Zejména zpevnění málo pevných, ale křehkých vrstev masivu v okolí podzemních děl je charakterizováno kvalitativní změnou přetvárných vlastností vzniklého geokompozitu, projevující se ve významném zvýšení soudržnosti a vznikem reziduální pevnosti materiálu za mezí porušení původního materiálu. Podobně lze použitím vhodně volených injektážních materiálů cíleně ošetřit systém již existujících trhlin v masivu a zajistit tak v případě významných deformací jeho zvýšenou soudržnost nebo dosáhnout v makro měřítku rehabilitace až původní pevnosti neporušeného materiálu. Práce byla završena návrhy a reálným ověřením metodik a technologií zpevnění masivu pomocí chemických injektáží v podmínkách uhelného hornictví. Experimenty in-situ prokázaly reálnost a oprávněnost využití chemických injektáží pro cílenou úpravu materiálových vlastností masivu v praxi. Výborných výsledků zpevnění je dosahováno zejména v kombinaci s kotevními prvky.
- Indukované napěťové pole na pozadí primárního napětí ovlivněného
strukturně geologickými nehomogenitamiByl rozšířen unikátní soubor měření horizontálních napětí v české části hornoslezské pánve. Větší hlavní napětí se směrově sbližuje s významnými geologickými strukturami, tj. nejen s významnými tektonickými poruchami, ale i podél vrásových struktur. Větší napětí dosahuje v průměru k hodnotě vertikálního geostatického zatížení, menší pak k jeho 0,5 - 0,6 násobku. Byl vytvořen a analyzován rozsáhlý 3D matematický model oblasti obsahující podrobné informace o důlně geologické situaci ve 2. kře Dolu ČSM. Výsledky verifikace hypotéz objasňujících prostorovou distribuci skutečného napěťového pole ve sledované a modelované oblasti regionu umožňují předpokládat, že distribuce horizontálního napětí ve vybrané oblasti v hloubkách do 1 km pod povrchem je indukována zejména geostatickým zatížením a formována stavbou a geomechanickýnu vlastnostmi materiálu masivu. Aditivní složka napětí, odvozená od násunu karpatských příkrovů, není v těchto hloubkách dostatečně prokazatehá v celé analyzované oblasti. Její případný vliv je akceptovatelný pouze ve východní části sledované oblastí přiléhající Těšínskému zlomu. Byl vyvinut prototyp v České republice unikátního zařízení pro měřeni napětí metodou odlehčení vrtného jádra. Podstata spočívá ve využití kuželového tvaru tenzometrické hlavy, umožňující měření celého tenzoru napětí vjednom místě a bezdrátový záznam dat zjednodušuje a umožňuje sledovat celý proces úspěšného obvrtávání. Zjednodušená varianta sondy umožňuje využít kuželovou hlavu i pro dlouhodobá měření změn napětí.
- Matematické modelování vlivu důlního požáru na proudění větrů
a šíření zplodin ve větrní síti doluPřes veliký rozmach zabezpečovací a měřící techniky, rozvoje využívání materiálů se značně sníženou hořlavostí nelze vyloučit možnost vzniku exogenního požáru v kterémkoliv místě v dole. Vznik požáru je velmi nebezpečný pro pracovníky dolu nejen vznikem a šířením požárních zplodin obsahujících toxické látky, které jsou unášeny do jiných důlních děl, ale rovněž tím, že vlivem tepla, které při požáru vzniká,dochází ke změnám množství a směru objemových průtoků ve větrní síti dolu. Hlavním cílem projektu bylo vytvoření matematického modelu,který postihne vliv exogenního požáru na proudění větrů a šíření požárních zplodin ve větrní síti dolu. Matematický model byl zpracován ve formě počítačového programu s názorným grafickým editorem pro zobrazení větví a jejich hlavních parametrů - objemový průtok, tlaková ztráta, teploty v oblasti požáru, chemické složení důlních větrů v rámci celé větrní sítě dolu.
- Poklesová kotlina u rudných žilných ložisek deskového typu
Prognóza vývoje poklesových kotlin nad hlubinně dobývanými rudnými žilnými ložisky, deskovitého typu s pevnými průvodními horninami (ložiska typu Rožná) je velmi specifickým problémem a podle dostupné odborné literatury není doposud uspokojivě vyřešena. V návaznosti na dlouhodobá geodetická pozorování byl popsán nově pojatý mechanismus vzniku poklesové kotliny nad uranovým ložiskem Rožná. Na jeho základě je vypracován geomechanický model situace na ložisku, který pak s využitím matematického modelování vývoje poklesů povrchu umožňuje prognózovat vývoj poklesové kotliny jak ve fázi dobývání ložiska, tak i období po ukončení těžebních prací.
- Soubor poznatků o příčinách důlních otřesů a opatření pro minimalizaci jejich účinků
Na základě podrobné analýzy otřesů v OKR od roku 1989 a matematického modelování byly shromážděny a analyzovány poznatky o hlavních příčinách důlních otřesů, byla navržena opatření k minimalizování jejich vzniku. Dále byla studována možnost zlepšení dynamické únosnosti výztuže v exponovaných částech dolu k minimalizaci případných projevů důlního otřesu. Poznatky byly formulovány do nově vzniklé vyhlášky ČBU 659/04 Sb. a navazných předpisů Pracovní pravidla a Metodické principy.
Vybrané publikace
- M. Bojko, Z. Michalec, M. Čarnogurska: Numerical modelling of the stratified smoke. In International scientific conference held on the occasion of the 55th anniversary of founding the Fakulty of Mechanical Engineering. Proceedings of the Session 10-Fluid Mechanics and Mechanisms, Ostrava, 7.-9.9.2005. pp. 21-26. ISBN 80-248-0890-0.
- A. Hájek, K. Hortvík, P. Konečný, R. Šňupárek: Matematické modelování poklesů povrchu vlivem dobývání na ložisku Rožná a jejich prognóza. Uhlí-rudy-geologický průzkum, 48 [7] 3-9 (2000).
- J. Holečko, J. Ptáček, G. Takla, P. Konečný: Rock bursts in the Czech part of the upper Silesian Coal Basin - Features, theoretical models and conclusions for practice. In: International Congress on Rock Mechanics. Proceedings. - (Ed. Vouille, G.
- K. Hortvík, L. Staš: Prognosis of surface subsidence affected by underground exploitation of ore vein deposits of Rozna type. In: Transactions of Nonferrous Metals Society of China 15: 296-301 Sp. Iss. 1 MAR 2005.
- P. Konečný: Changes of nature of rockbursts with increasing mining depth in Czech part of Upper Silesian Coal Basin. In: Rockbursts and seismicity in Mine. Dynamic rock mass response to minig. - (Ed. Aswegen, G. van). - Johannesburg, South African Institute of Mining 2000. - pp. 331-336.
- M. Kozubková, Z. Michalec, A. Taufer: Numerical modelling of the stratified smoke transport in a passage. In School of mine ventilation 2006. Proceedings of 4th International Conference, Kraków, 10.-13.10.2006. pp. 117-124. ISBN 83-913109-7-3.
- I. Kroutilová, L. Matějka, A. Sikora, K. Souček, L. Staš: Curing of epoxy systems at sub-glass transition temperature. Journal of Applied Polymer Science. Roč. 99, č. 6 (2006), pp. 3669-3676. ISSN 0021-8995.
- Z. Michalec, A. Taufer, M. Kozubková: Numerická simulace šíření požárních zplodin v důlní chodbě. Uhlí, rudy, geologický průzkum 2005, č. 12, s. 23-25. ISSN 1210-7697.
- K. Souček, L. Staš, Y. Obara, D. Fukahori: X-ray CT observation of failure in coal geo-composites. In: Advances in Geomaterials and structures AGS´06. Proceedings of the First Euromediterranean Symposium on Advances in Geomaterials and Structures. Tunis : Commission universitaire pour le developpment, 2006 - (Darve, F.) pp. 269-274. ISBN 978-9973-61-317-2.
- K. Souček, L. Staš, Y. Obara, D. Fukahori: Chemical grouts influence on mechanical properties of coal – Laboratory research, In: Z. Aioutantis, K Komnitsas (eds.): Advanced in Minerál Resources Managment and Enironmental Geotechnology 2006 - AMIREG 2006, Hania, Greece, pp. 523 – 528, ISBN: 960-89228-1-X.
- K. Souček, L. Staš, P. Koníček, P. Dvorský, L. Schellong: Theoretical knowledges and practical experiences with reinforcing of coal seams in Ostrava-Karviná coalfield. In: 12. International Scientific-technical Conference Natural Mining Hazards 2005. Sublevel Mining-Mining Hazards. Katowice : Glówny Instytut górnictwa, 2005. pp. 300-321. ISBN 83-87610-81-X.
- K. Souček, L. Staš, R. Šňupárek: Reinforcing of the coal by chemical grouts. Prediction, analysis and design in geomechanical applications. Bologna, Patron Editore, 2005 - (G. Barla), pp. 215-222. ISBN 88-555-5812-2. [International Conference on Computer Methods and Advances in Geomechanics/11./. Torino(IT), 19.06.2005-24.06.2005]
- K. Souček, L. Staš, J. Šimkovičová, I. Kroutilová, L. Matějka: Možnosti využití epoxidových materiálů pro zpevňování hornin skalního typu. In: Geotechnika 2004. 9. ročník medzinárodnej konferencie. Zborník referátov. Stupava, Orgware, 2004, pp. 67-72. ISBN 80-8073-151-9.
- K. Souček, L. Staš, R. Šňupárek: Laboratory research of coal geocomposits - some results. Nonferrous Metals Society of China. Transactions. Vol. 15, No. 1 (2005), pp. 271-275. ISSN 1003-6326.
- K. Souček, J. Šimkovičová, R. Šňupárek: Polyuretanové injektážní hmoty a jejich použití ke zpevňování horninového masivu v uhelných dolech. Uhlí, rudy, geologický průzkum, 50 [6] 4-12 (2002).
- L. Staš, J. Knejzlík, K. Souček, Z. Rambouský: Conical strain gauge probe for stress measurement (development), (Z. Aioutantis, K Komnitsas eds.), In Advanced in Minerál Resources Managment and Enironmental Geotechnology 2006 - AMIREG 2006, Hania, Greece, pp. 523 – 528, ISBN: 960-89228-1-X.
- L. Staš, J. Knejzlík, Z. Rambouský: Conical strain gauge probes for stress measurement. In: P. Konečný (ed.): Eurock 2005. Impact of Human Activity on the Geological Environment. Proceedings. Leiden, A.A.Balkema Publishers, 2005 - pp. 587-592. ISBN 04-1538-042-1.
- L. Staš, J. Knejzlík, Z. Rambouský: Development of conical probe for stress measurement by borehole overcoring method. Acta geodynamica et geomaterialia. Vol. 1, 4/136/ (2004), pp. 93-98. ISSN 1214-9705.
- L. Staš, A. Kolcun, J. Šimkovičová, K. Souček: Horizontální napětí v české části hornoslezské pánve. In: Mineral Raw Materials and Mining Activity of the 21st Century. Ostrava, VŠB-TU, 2003. pp. 579-585. ISBN 80-248-0492-1.
- L. Staš, A. Kolcun, J. Šimkovičová, K. Souček: Stress measurement in Carboniferous massif in eastern Czech part of Upper Silesian Basin and numerical model. In: (Myrvoll, F.) Field Measurements in Geomechanics. Lisse, Balkema, 2003 - pp. 361-368. ISBN 90-5809-602-5.
- R. Šňupárek, K. Souček: Laboratory Testing of Chemical Grouts. Tunnelling and Underground Space Technology, 15 [2] 175-185 (2000).
- R. Šňupárek: Nové typy kotevní výztuže při stavbě tunelů. Tunel, 9 [4] 17-22 (2000).
- R. Šňupárek, L. Staš, K. Souček, V. Zeman, L. Schellong, P. Horyl, P. Janas: Hlavní výsledky řešení Projektu ČBÚ č.34/2003 Opatření ke zvýšení odolnosti porubních chodeb a chodeb v předpolí porubu proti deformačním účinkům otřesů. Uhlí, rudy, geologický průzkum. Roč. 54, č. 2 (2006), s. 29-33. ISSN 1210-7697.
- R. Šňupárek, K. Souček: Chemické stabilizační injektáže horninového masivu. Uhlí, rudy, geologický průzkum, 48 [6] 14-18 (2000).
- R. Šňupárek, K. Souček: Polyurethane geocomposites. Mechanical properties and deformation. In: Mine, Water and Environment. International Congress. - (F. Rubio). - Madrid, Intituto Tecnológico Geominero de Espaňa 1999. - pp. 657-661.
- R. Šňupárek: Geotechnical aspects of an underground interim storage of spent nuclear fuel. In: 5th International Symposium on Tunnel construction and underground structures. Book of Proceedings. - Ljubljana, Naravoslovnotehniška fakulteta 2000. - pp. 11-18.
- R. Šňupárek, P. Horyl: The shape stability of reinforcing steel arch support in shotcrete tunnel lining. In: AITES-ITA 2000 World Tunnel Congress. - (R.G. Stimson, J.L. Stimson eds.). - Johannesburg, South African Institute of Mining and Metallurgy 2000. - pp. 471-477. - (Symposium Series. S24).
- R. Šňupárek, P. Konečný: A Heat stress of rocks and support in underground repository of nuclear waste. In: Underground Construction Praha 2000. Proc., Czech Tunneling Committee ITA/AITES 2000. - pp. 35-40.