Počet návštěv: 28378        Začátek počítání: 03-11-2006        Poslední modifikace: 27-10-2009
© 2000 - 2009   Jiří Starý        Česky  Englicky

Oddělení geomechaniky a báňského výzkumu

Pracovníci
  • RNDr. Lubomír Staš, CSc.
    vedoucí oddělení
  • Ing. Kamil Souček, Ph.D.
    zástupce vedoucího oddělení
  • Lucie Georgiovská
  • RNDr. Jan Chura
  • Ing. Vlastimil Kajzar
  • Doc. Ing. Petr Konečný, CSc.
  • Ing. Petr Koníček, Ph.D.
  • Ing. Zdeněk Michalec
  • Zdeněk Nohejl
  • Ing. Jiří Ptáček, Ph.D.
  • Tomáš Rutar
  • Lenka Smetanová
  • Ing. Jarmila Šimkovičová
  • Doc. Ing. Richard Šňupárek, CSc.
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.

  • Bezvýlomové trhací práce v horninovém masivu a hodnocení jejich účinnosti

    Bezvýlomové trhací práce náleží v podmínkách české části hornoslezské uhelné pánve k nejdůležitějším aktivním prostředkům protiotřesové prevence. Jsou realizovány v uhelných slojích a v jejich průvodních horninách. Hodnocení účinnosti bezvýlomových trhacích prací ve smyslu uvolnění koncentrací napětí je důležitou součástí protiotřesové prevence. Současný systém hodnocení účinnosti je prováděn na základě údajů zjištěných při seismologickém monitoringu. Výzkum je zaměřen na parametry použitelné pro hodnocení účinnosti (registrovaná seismická energie, magnitudo, maximální objemové změny v ohniskové oblasti), přírodní podmínky a technické parametry realizovaných bezvýlomových trhacích prací.

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 nehomogenitami

    Byl 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 dolu

    Přes 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.

  • Hodnocení účinnosti bezvýlomových trhacích prací pro uvolnění napětí v horninovém masivu

    Důlní otřesy představují jeden s nejnebezpečnějších fenoménů vystupujících při dobývání černého uhlí v české části hornoslezské uhelné pánve. Bezvýlomové trhací práce patří v těchto podmínkách k nejdůležitějším aktivním protiotřesovým opatřením. Hlavním cílem těchto prací je desintegrace kompetentních hornin doprovázejících uhelné sloje a uvolnění lokálních koncentrací napětí. V rámci hodnocení protiotřesové prevence je důležité kvalifikovat i kvantifikovat uvolnění koncentrací napětí. Monografie shrnuje dosavadní poznatky o bezvýlomových trhacích pracech a popisuje současně užívaný systém hodnocení účinnosti na základě dat seismologického monitoringu. Seismický efekt (jako indikátor uvolnění napětí) představuje poměr registrované seismické energie k ekvivalentu seismické energie odpovídající hmotnosti odpálené nálože trhaviny. Monografie představuje analýzu velkého souboru dat bezvýlomových trhacích prací a dat seismologického monitoringu získaných v letech 2000 - 2008. Na základě analýzy cca 900 bezvýlomových trhacích prací je prezentován nový resp. verifikovaný systém hodnocení účinnosti bezvýlomových trhacích prací při použité registrované seismické energie a magnituda. Na základě statistické analýzy velkého množství dat monografie přináší nový systém hodnocení vypočteného seismického efektu.

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.
  • P. Dvorský, J. Golasowski, P. Koníček, M. Kubica: Geomechanical experience with coal working in the 4th block in the coal seam 37 at CSA colliery in Karvina. In Proceedings of the 11th International scientific-technical conference Rockbursts 2004, Ustron, November 8-11, 2004, Central mining institute in Katowice 2004.
  • P. Dvorský, P. Koníček: Systems of Rock Blasting as a Rock Burst Measure in the Czech Part of Upper Silesian Coal Basin. In Proceedings of the 6th International Symposium on Rockburst and Seismicity in Mines, Perth, Western Australia, March 9-11, 2005, Australian Centre of Geomechanics 2005.
  • P. Dvorský, P. Koníček, E. Morkovska, L. Palla: Rock blasting as a rockburst control measures in the safety pillar of SW crosscuts at Lazy colliery in Orlová. In Proceedings of the 10th International scientific-technical conference Rockbursts 2003, Ustron, November 12-14, 2003, Central mining institute in Katowice 2003, pp. 37 - 45.
  • 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, P. Koníček: Selected Geological Factors Impacting Effects of Induced Seismicity on Surface in Conditions of Ostrava-Karviná Coalfield in the Czech Republic. In Proceedings of the 11th Congress of the International Society for Rock Mechanics (ISRM 2007), Lisbon, July 9-13, 2007, Taylor & Francis, Balkema 2007, pp. 1177-1184.
  • 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.
  • P. Koníček: Evaluation of effectivness of rock blasting for stress release in rock massif (in Czech). Documenta Geonica 2009/1, Ústav geoniky AV ČR, v.v.i., Ostrava 2009.
  • P. Koníček, P. Dvorský, Č. Bonczek, A. Przeczek: The Rockburst Measure in Conditions of Ostrava-Karvina Coalfield (in Polish). In Proceedings of the 13th International scientific-technical conference Natural mining hazards 2006, Ustron, November 7-11, 2006, Central mining institute in Katowice 2006.
  • P. Koníček, A. Przeczek: Study of selected cases of local stress reduction due to rock blasting. In Proceedings of the 15th International scientific-technical conference GZN 2008, Andzrychów, November 3-7, 2008, Central mining institute in Katowice, 2008, pp. 143-161.
  • 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.
  • A. Przeczek, P. Dvorský, P. Koníček: System of Rock Blasting in Boreholes Diameter more than 100 mm as a Rockburst Measure. In Proceedings of the 12th International scientific-technical conference Rockbursts 2004, Ustron, November 21-24, 2005, Central mining institute in Katowice 2005.
  • 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.
  • G. Takla, J. Ptáček, J. Holečko, P. Koníček: Stress State Determination and Prediction in Rock Mass with Rockburst Risk in Ostrava-Karvina Coal Basin. In Proceedings of the International Symposium of the International Society for Rock Mechanics, EUROCK 2005, Brno, May 18-20, 2005, A. A. Balkema 2005, pp. 625-628.