MONITORIZAREA POST INCHIDERE A CONSTRUCTIILOR MINIERE DE IZOLARE DIN SUBTERANUL SI DE LA SUPRAFAT A MINELOR, ECOLOGIZAREA SUPRAFETELOR DE TEREN AFECTATE DE EXPLOATAREA SUBTERANA

MONITORIZAREA POST INCHIDERE A CONSTRUCTIILOR MINIERE DE IZOLARE DIN SUBTERANUL SI DE LA SUPRAFAT A MINELOR, ECOLOGIZAREA SUPRAFETELOR DE TEREN AFECTATE DE EXPLOATAREA SUBTERANA

Monitorizarea post inchidere a constructiilor din subteranul si de la suprafata unei mine inchise are rolul de a preveni si detecta eventualele probleme ce pot aparea in timp dupa finalizarea lucrarilor de inchidere si ecologizare efectuate in zona, si care pot avea urmari dintre cele mai grave asupra mediului inconjurator si asupra populatiei.

1. Monitorizarea constructiilor de izolare din subteran

Aplicarea corecta a procedurilor de monitorizare dupa izolarea galeriilor miniere afectate de focurile endogene are scopul final de a asigura managementul optim al acestei activitati, prin stabilirea unor obiective generale si specifice, in vederea detectarii problemelor care influenteaza "factorii afectati/interesati" ce pot aparea pe parcurs [7].

Implementarea strategiei de monitorizare a constructiilor de izolare accesibile din subteranul unei mine se face de catre operatorii minieri, persoane fizice sau juridice care propun, detin sau gospodaresc activitatea de monitorizare post inchidere, pe baza prevederilor prescriptiilor tehnice la normele specifice de protectie a muncii pentru minele de carbune, ed. 1997.

In urma inchiderii unor galerii miniere cu constructii de izolare, un numar de responsabilitati pot sa apara datorita necesitatii de a controla aceste lucrari, care au ramas accesibile dinspre zonele active ale minei, ce se afla inca in activitate.

Dezvoltarea unei strategii de monitorizare cere o evaluare initiala a constructiilor de izolare ce vor face obiectul monitorizarii, pentru a identifica siguranta individuala si cea a zacamantului, elementele care trebuie monitorizate, frecventa inspectiilor si orice alte subiecte specifice. O astfel de abordare va asigura o metodologie structurata si consistenta aplicabila punctelor monitorizate, cat si inregistrarea corecta a datelor in timpul vizitelor.

1.1.. Controlul constructiilor de izolare

In conditii de monitorizare normala post inchidere, controlul curent al constructiilor de izolare preventiva se efectueaza bilunar [7]. Acesta va cuprinde verificarea starii de etanseitate, a concentratiei de gaze din spatele constructiei de izolare si a temperaturii din zona inchisa. In situatia in care se va constata o diminuare a gradului de etanseitate a constructiilor de izolare, se vor lua masuri urgente de refacere a integritatii tencuielii exterioare, asigurarea accesului la dig, consolidarea sustinerii galeriei in fata acestuia, cat si lucrari de intensificare a aerajului.

Managementul lucrarilor necesare de executat pentru refacerea etanseitatii constructiilor afectate de actiunea presiunii miniere asupra acestora se va realiza dupa urmatoarele proceduri:

Planare lucrari miniere

Se executa in cazul in care este necesara refacerea accesului la una din constructiile de izolare supuse monitorizarii subterane.

Lucrarile de planare constau din taierea si evacuarea rocii din vatra lucrarii miniere, rezultata in special ca urmare a manifestarii fenomenului de umflare a vetrei.

Curatirea canalului de scurgere a apelor

Se executa atunci cand nu se mai asigura scurgerea normala a apelor in sectiunea canalului de scurgere din vatra lucrarilor miniere, ca urmare a colmatarii acestuia in timp.

Montarea unei sustineri suplimentare

Se executa in cazul cand este necesara asigurarea securitatii personalului care efectueaza operatiunile de monitorizare subterana.

Consolidarea lucrarilor miniere se face cu juguri longitudinale sau poligonale din lemn.

1.2.. Monitorizarea gazelor din spatele constructiilor de izolare

Strategiile pentru monitorizarea si controlul emisiilor de gaz pot fi operate satisfacator daca responsabilitatile pentru actiune sunt identificate clar de catre agentul operator de specialitate. El trebuie sa aiba resurse suficiente pentru a putea oferi un raspuns eficient, care sa sustina programul de monitorizare post inchidere pe toata perioada de timp necesara masuratorilor de control a gazelor.

Monitorizarea gazelor se impune de obicei cand impactul schimbarii nu este clar, cand exista un raspuns tehnic ce trebuie controlat si cand legislatia cere dovezi care sa demonstreze eficienta actiunilor prin masurile de control adoptate. Trebuie luate in considerare resursele locale si experienta operatorului in proiectarea unui sistem de monitorizare corespunzator. In ce priveste gazele, nici un risc pe termen lung nu este probabil sa apara, in conditiile in care s-au luat masurile de protectie corespunzatoare.

Baza pentru proiectarea monitorizarii post inchidere si a programului de actiune pentru realizarea acesteia o constituie informatiile adunate in procesul de inchidere. Schimbari semnificative pot aparea in cazul lucrarilor miniere subterane la care aerajul a fost oprit.

Concentratiile de gaze vor avea tendinta de a creste si ca urmare pot aparea concentratii ridicate de gaze potential periculoase pe caile principale de aeraj.

Parametrii gazului, de la care va actiona sistemul, trebuie stabiliti astfel incat variatiile naturale si previzionate, acceptabile in subteran, sa asigure un raspuns rapid in cazul unor variatii periculoase.

Criteriile de actiune sunt determinate de evaluarea riscurilor, a particularitatilor zonei si a informatiilor referitoare la situatia gazelor din subteran. Conditii corespunzatoare actiunii sunt acelea care indica o schimbare semnificativa in regimul gazelor din subteran sau faptul ca se dezvolta un risc inacceptabil la suprafata.

Frecventa de monitorizare a gazelor din spatele zonelor izolate va fi lunara sau in functie de rezultatele anterioare si riscurile percepute. Acolo unde vor exista probleme referitoare la siguranta personalului, va fi luata in considerare adunarea de date saptamanale sau chiar continue, frecventa vizitelor depinzand de numarul de factori referitori la riscul perceput.

Nivelele de concentrare critica si tendintele sunt alese atunci cand sunt detectabile usor si sigur, cu aparate de monitorizare portabile.

Daca nu exista riscuri, nu este necesara nici intocmirea unui program detaliat de monitorizare.

1.3. Monitorizarea debitelor apelor de infiltratie

Acolo unde problemele de calitate a apei, asociate cu recuperarea si eliminarea acesteia sunt relativ minore, iar rata recuperarii va fi probabil lenta, abordarea corecta pentru reducerea riscurilor este compararea nivelului apei inainte si dupa inchiderea galeriei, combinata cu monitorizarea ulterioara.

Prin monitorizarea apelor subterane se stabileste efectul potential pe care il au emisiile de levigat asupra acestora. Masuratorile ce se vor executa vor oferi informatii despre apele subterane ce pot fi afectate de descarcarea levigatului.

Preluarea de mostre din apele subterane se va face in conformitate cu prevederile ISO 5667. In selectarea apei pentru analiza se va lua in considerare mobilitatea in zona a apei subterane. Parametrii vor include indicatii care asigura o recunoastere timpurie a schimbarii calitatii apei. Frecventa de preluare va fi urmatoarea:

-nivelul apei subterane: lunar in primul an, iar dupa aceea la fiecare 3 luni;

-compozitia apei: frecventa specifica zonei, posibil lunar in primul an, iar dupa aceea la fiecare 3 luni; frecventa se va baza pe posibilitatea unor actiuni de remediere intre doua prelevari, daca se atinge nivelul critic.

De asemenea, una dintre problemele cheie ale monitorizarii apei [7] se refera la nivelul acesteia in diferite zone ale minei si la calitatea apei acumulate. Daca nivelul apei prin sistemul minier este uniform si recuperarea acesteia este mentinuta la o rata rapida, este mai probabil ca vor aparea scurgeri minore, difuze si imprastiate, acolo unde nivelul variaza in cadrul sistemului de galerii miniere si debitul de pompare a apei este mic.

Daca monitorizarea arata o degradare rapida a calitatii apei, trebuie sa se revizuiasca predictiile si sa se dezvolte masuri de atenuare, mai ales daca nivelul elementelor toxice este in crestere.

Rezultatele controlului efectuat se consemneaza in "Registrul constructiilor de izolare", pe fise al caror model se reda mai jos:

OPERATOR________

FISA DE EVIDENTA A DIGURILOR DE INCHIDERE A LUCRARILOR MINIERE SUBTERANE

DENUMIREA DIGULUI_______

Tabel nr. 1

2. Monitorizarea suprafetei afectate de exploatarea subterana

Lucrarile specifice de la suprafata supuse monitorizarii se refera la urmatoarele domenii:

-monitorizarea suprafetei terenului;

-monitorizarea calitatii solului;

-monitorizarea vegetatiei;

-monitorizarea apelor de la suprafata;

-monitorizarea aerului.

2.1. Monitorizarea suprafetei terenului

In urma exploatarii subterane a zacamintelor de substante minerale utile, se modifica starea de echilibru a rocilor inconjuratoare, care au tendinta de a umple golurile create. Fenomenul de miscare a rocilor inconjuratoare incepe dupa momentul exploatarii si continua in timp, propagandu-se catre suprafata terestra, la nivelul careia pot aparea rupturi si scufundari, a caror amplitudine poate deveni periculoasa pentru stabilitatea constructiilor sau a altor obiective situate in zona.

Daca zona acoperitoare are inaltimea mai mica decat inaltimea zonei de prabusire, la suprafata vor aparea rupturi, iar atunci cand zona exploatata se gaseste fata de suprafata la o adancime situata in zona de crapaturi, atunci la nivelul suprafetei vor aparea crapaturi si rupturi. Acolo unde exploatarea s-a desfasurat la o adancime ceva mai mare, la suprafata se vor produce scufundari line [10].

Pentru urmarirea deplasarilor si deformatiilor suprafetei sub influenta exploatarii subterane, se vor constitui aliniamente amplasate corespunzator zonei mediane a fostului camp de abataj. Orientarea aliniamentului directional va fi paralela cu directia stratului si respectiv directia de avansare a abatajelor, iar cea a aliniamentului transversal va fi paralela cu directia fronturilor de abataj. Capetele celor doua aliniamente vor fi amplasate in zone stabile, neafectate de exploatarea subterana.

In cazul monitorizarii terenului de la suprafata minelor inchise se procedeaza la evaluarea procesului de miscare si deformare a rocilor inconjuratoare ce isi modifica starea de echilibru in tendinta lor de a umple golurile create prin exploatarea subterana a zacamintelor de substante minerale utile.

Referitor la modul de deformare a suprafetei terenului, se apreciaza ca fenomenul de miscare a rocilor inconjuratoare incepe dupa momentul exploatarii si continua in timp, propagandu-se catre suprafata terestra, la nivelul careia pot apare rupturi si scufundari, a caror amplitudini pot deveni periculoase pentru stabilitatea constructiilor sau a altor obiective situate in zona.

In urma extragerii unui volum de substante minerale utile dintr-un zacamant, starea de tensiuni si deformatii din masiv se modifica, avand ca efect distrugerea stabilitatii rocilor inconjuratoare. Astfel ca, rocile fracturate de pe conturul excavatiei se pun in miscare, deplasarea transmitandu-se in masiv pe o distanta ce este functie de capacitatea acestora de a se afana si a umple golul rezultat in urma exploatarii. Daca golul rezultat prin exploatare este foarte mare, depasind posibilitatile rocilor inconjuratoare de a umple golul si a stopa fenomenul de deformare a rocilor, miscarea acestora poate atinge suprafata terenului, determinand degradarea acesteia.

Marimea degradarii suprafetei si caracterul miscarii rocilor sunt influentate, in principal, de urmatorii factori [10]: dimensiunile golului creat prin exploatare; adancimea de situare a exploatarii; grosimea si inclinarea zacamantului; metoda si tehnologia de exploatare; modul de dirijarea presiunii; caracteristicile geomecanice ale rocilor; tectonica zacamantului; durata exploatarii etc.

Analiza acestor factori arata ca procesul de dislocare a rocilor acoperitoare, in anumite conditii, poate sa se manifeste numai pe o anumita inaltime, fara sa afecteze terenul de la zi. Alteori, acest proces poate sa se extinda pana la suprafata, distrugand constructiile de la zi sau din subteran. Pentru a proteja obiectivele situate in zona de exploatare, sub acestea se lasa portiuni de zacamant neexploatate, denumite pilieri de siguranta.

Deplasarea suprafetei este rezultatul redistribuirii tensiunilor din masivul de roci sub influenta excavatiilor subterane create de activitatile miniere, ori ca efect al asecarii unor formatiuni acvifere [12].

Scufundarile sau deranjamentele provocate suprafetei pot fi continue si discontinue.

Scufundarile discontinue sunt caracterizate prin deplasari importante ale suprafetei, peste aria suprafetei exploatate si formarea de discontinuitati in profilul suprafetei de la zi. Acestea pot fi specifice unui numar de metode de exploatare, care declanseaza o serie de mecanisme ce se pot dezvolta brusc sau progresiv si se pot manifesta la scari diferite. In fig.1 sunt prezentate cateva forme de scufundari discontinue. Scufundarile discontinue includ fisurile, surparile in trepte etc. si sunt specifice anumitor domenii ale albiei de scufundare, reprezentand fenomene de rupere locala a rocilor.

Fig.1. Diferite tipuri de scufundari discontinue

In categoria scufundarilor continue sau scufundarilor propriu-zise se includ acele deformari ale suprafetei care formeaza un profil intins al albiei de scufundare si care se extinde progresiv, odata cu extinderea suprafetei exploatate (fig.2). Deplasarile punctelor suprafetei terenului de la zi, in comparatie cu dimensiunile ariei de scufundare sau adancimea de exploatare sunt ca ordin de marime, in limitele de elasticitate ale formatiunilor geologice. Acest tip de scufundari este caracteristic stratelor sau filoanelor subtiri, orizontale sau usor inclinate, cantonate in roci slabe sau roci sedimentare plastice. Acestea rezulta in urma exploatarii stratelor de carbune cu fronturi lungi de abataj sau exploatarii altor zacaminte de substante minerale utile, cum sunt cele de sulf sau zacamintele de evaporite, cantonate in depozite sedimentare.

Fig.2. Scufundare continua deasupra unui front lung de abataj[19]

Dupa Brauner, scufundarile continue apar in fiecare punct al albiei de scufundare, fiind caracterizate de cinci marimi importante: scufundarea verticala, inclinarea si curbura albiei de scufundare si deformatiile orizontale de compresiune si de intindere. Fiecare factor de influenta induce diferite tipuri de distrugere a suprafetei.

Mentionam ca efectele scufundarilor continue nu sunt asa de dramatice ca cele ale scufundarilor discontinue [10]. Acestea din urma, dat fiind caracterul lor dinamic, adesea au condus la pierderi de vieti omenesti, inchiderea partiala a unor mine si distrugerea unor instalatii si echipamente situate la suprafata.

2.1.1. Scufundarile discontinue

Ca exemple de scufundari discontinue putem aminti: golurile de coroana; cosurile de surpare; golurile de prabusire si o serie de scufundari discontinue, generate de exploatarea prin surparea rocilor inconjuratore.

A. Golurile de coroana

Golurile de coroana (fig.1.a) apar in urma pierderii stabilitatii acoperisului lucrarilor miniere abandonate, situate la adancimi relativ reduse. Aceste forme de deformare a terenului de la suprafata se intalnesc in cazul exploatarii unor mine vechi de antracit si de fier. Golurile de coroana pot fi privite ca un caz particular al cosurilor de surpare.

B. Cosurile de surpare

Cosurile de surpare (fig.1.b) se caracterizeaza prin migrarea progresiva a deformatiilor generate de excavatiile miniere nesustinute, prin rocile acoperitoare, catre suprafata. Suprafata de scufundare poate fi similara cu cea a excavatiei subterane. Cosurile de surpare se pot forma in urma exploatarii unor zacaminte cantonate in roci slabe, in roci deja surpate sau in roci fisurate regulat. Cosurile de surpare se propaga catre suprafata, pe distante de cateva sute de metri.

Formarea cosurilor de surpare are loc cel mai frecvent brusc (mai rar progresiv), fenomenul fiind cunoscut sub denumirea de scufundare dinamica (fig.1.c). In general, scufundarile dinamice apar in cazul exploatarii zacamintelor ce au caracteristici structurale particulare, cum ar fi dyke-urile sau faliile. Acestea prezinta plane de discontinuitate cu o stabilitate scazuta, a caror rezistenta la forfecare este depasita in anumite conditii critice induse de procesul de exploatare. Dezvoltarea acestor fenomene este insotita de refulari puternice de aer in reteaua de lucrari miniere subterane.

In concluzie, se pot identifica trei mecanisme de producere a cosurilor de surpare, asociate diferitelor formatiuni geologice.

1) Primul mecanism, apare in conditiile rocilor alterate sau slabe sau in cazul rocilor deja surpate. Este un mecanism progresiv, care se declanseaza prin ruperea acoperisului direct, dupa suprafete inclinate. Daca rocile nu sunt capabile sa formeze o bolta de echilibru, fenomenul de rupere a rocilor se propaga pana la suprafata. Rocile surpate tind, prin afanare, sa umple spatiul creat, fenomenul oprindu-se atunci cand volumul rocilor afanate este suficient de mare pentru a stopa propagarea degradarii rocilor. Din acest motiv, fenomenul este asimilat cu evacuarea minerului abatat si inmagazinat in goluri subterane. Acest mecanism odata initiat, propagarea ruperii rocilor spre suprafata este foarte rapida, lasand impresia ca fenomenul se manifesta aproape instantaneu.

2) Al doilea mecanism este de asemenea progresiv, dar apare ca rezultat al discontinuitatii masei de roci. In acest caz, rocile pot fi destul de tari, incat sa nu se rupa decat solicitate la incovoiere. Mecanismul este controlat de catre discontinuitatile regulate din masa de roci. Ca si in cazul precedent, in spatiul exploatat trebuie sa se mentina un gol suficient de mare pentru ca fenomenul sa se propage pana la suprafata.

3) Ultimul mecanism difera de celelalte doua prin faptul ca, este controlat de unul sau mai multe caracteristici geomecanice principale ale rocilor, care determina aparitia unor suprafete cu o rezistenta scazuta la forfecare pe care, anumite bancuri de roci, pot aluneca gravitational. In acest caz, masa de roci se va deplasa ca un corp rigid, fara a se sfarama sau dilata in mod esential. In acest caz, va lua nastere o deplasare verticala, dupa limitele rocilor deplasate, care se va transmite la suprafata, la aceeasi dimensiune cu cea a golului din subteran.

Atkinson si altii [23] arata ca analiza echilibrului la limita, aplicata cosurilor de surpare, aproximeaza destul de bine aceste fenomene pentru conditiile de colaps. Aceasta concluzie este sustinuta si de datele obtinute din teren si din testele efectuate pe modele.

C. Golurile de prabusire

Uneori cosurile de surpare sunt cunoscute si sub denumirea de goluri de prabusire. De asemenea, acest termen mai este folosit, in special, pentru a descrie scufundarile asociate cu golurile preexistente de dizolvare din rocile dolomitice sau calcaroase (fig.1.d.). Aceste fenomene, initial carstice, apar cel mai adesea in mod natural si uneori pot fi influentate de activitatea miniera.

D. Scufundari discontinue generate de exploatarea cu surparea rocilor inconjuratoare

Scufundarile discontinue pot apare si ca rezultat al exploatarii prin surparea rocilor inconjuratoare. In fig.1.e. este ilustrat cazul unei scufundari la scara mare, in urma exploatarii cu surpare in blocuri. De asemenea, in fig.1.f. este prezentata suprafata de scufundare produsa in urma surparii progresive a peretilor de roca din acoperis, in cazul exploatarii prin surparea minereului si a rocilor inconjuratoare.

1) Surparea in blocuri

In acest caz este vorba, in special, de exploatarea zacamintelor de minereuri prin surparea rocilor inconjuratoare sau prin surparea minereului si a rocilor inconjuratoare. Fenomenul este cu atat mai accentuat la suprafata, cu cat dimensiunile corpului de minereu sunt mai mari si adancimea de situare a zacamantului mai redusa. Aria de extindere a fenomenului de deformare este delimitata de unghiurile de rupere, fiind functie de urmatorii factori: caracteristicile de rezistenta ale minereului si rocilor inconjuratoare; prezenta unor elemente structurale importante (de exemplu, faliile); adancimea nivelului de exploatare; eventuala utilizare a rambleerii spatiului exploatat; alunecarea masei de roci dupa suprafetele naturale de minima rezistenta.

Mentionam ca, in cazul rocilor tari, unde nu exista discontinuitati naturale inclinate care sa influenteze dezvoltarea acestui fenomen, se pot produce scufundari dupa suprafete aproape verticale.

Tot in acest caz, se pot incadra si fenomenele de formare a unor cosuri de surpare cauzate de modul de evacuare a minereului (fig.1.a.) sau din cauza diferentei dintre calitatea minereului si a rocilor acoperitoare (fig.1.b).

2) Surparea progresiva a rocilor din acoperis

In general, este vorba de zacamintele de minereuri cu inclinare mare, cu roci inconjuratoare de tarie medie sau mare. Procesul de surpare incepe prin formarea unor suprafete verticale si inclinate de rupere a rocilor din acoperis, care se dezvolta discontinuu, pe masura coborarii nivelului de exploatare (fig.3.).

Fig.3. Dezvoltarea progresiva a fenomenului de rupere odata cu cresterea adancimii, in cazul exploatarii corpurilor groase de minereu cu inclinare mare (Hoek,[98])

In conditiile unor roci inconjuratoare cu o structura continua, in cazul folosirii rambleerii

spatiului exploatat, poate avea loc deformarea terenului prin incovoierea stratelor de roci acoperitoare (fig.4).

Pentru prognoza, dezvolta o teorie de analiza a echilibrului la limita, incepand cu pozitia initiala a peretelui de surpare, mecanism care se dezvolta odata cu cresterea adancimii de exploatare. Aceasta teorie presupune existenta unei suprafete plane a terenului de la zi si drenajul total al apelor subterane.

Brown si Ferguson ,extind teoria lui Hoek, tinand seama de inclinarea terenului de la suprafata si de presiunea apelor subterane ce actioneaza asupra fracturilor de tractiune si asupra planelor de forfecare.

Fig.4. Incovoierea stratelor din acoperis, in cazul exploatarii cu rambleere a corpurilor groase de minereu cu inclinare mare

2.1.2. Scufundarile continue

Functie de conditiile de situare a zacamantului si de exploatare a acestuia, in urma procesului de extragere, in masivul de roci acoperitoare iau nastere, in general, trei zone de deformare si anume: 1) zona surparilor neregulate; 2) zona surparilor regulate; 3) zona indoirii rocilor dupa stratificatie (fig.5). Se considera ca zona a treia poate lipsi, atunci cand adancimea de situare a exploatarii este de sub 100-150m.

Fig. Deplasarea si deformarea masivului de roci

Propagarea miscarii masivului de roci spre suprafata se face in limitele unui spatiu cu o forma aproximativ piramidala, delimitata de niste plane inclinate fata de orizontala canumite unghiuri, numite de scufundare ( si ). Planele de rupere, din interiorul zonei de scufundare, sunt inclinate fata de orizontala cu unghiurile de rupere ( si

2.1.3.Parametrii zonei de scufundare

Deplasarea terenului de la suprafata determina aparitia unei cavitati in scoarta terestra numita albie de scufundare. Principalii parametri ce definesc aceasta albie de scufundare sunt unghiurile de scufundare si unghiurile de rupere.

Unghiurile dintre planele de scufundare si orizontala sunt numite unghiuri de scufundare. Acestea se noteaza cu (in aval), (in amonte) si (pe directie) (fig.6). Aceste plane determina limitele de la care nu se mai resimte miscarea rocilor, sub influenta procesului de exploatare.

Fig.6. Deformarea terenului de la suprafata si extinderea zonei de scufundare

La suprafata, spre interiorul albiei de scufundare, apare o linie de fracturare ce corespunde unor plane, din jurul spatiului exploatat, inclinate fata de orizontala cu niste unghiuri corespunzatoare, dupa inclinare, si , iar dupa directie, . Acestea poarta denumirea de unghiuri de rupere.

Cu cat rocile de deasupra excavatiei sunt mai moi, cu atat unghiurile de scufundare vor fi mai reduse, iar diferenta fata de unghiurile de rupere mai importanta. Rocile tari determina formarea unor unghiuri de scufundare cu valoare mai mare si mai apropiate de cele de rupere.

Daca in urma exploatarii stratelor orizontale se formeaza unghiuri de scufundare egale pe contur, acestea difera intre ele la exploatarea stratelor cu inclinare mica si medie. La exploatarea zacamintelor cu inclinare mare fenomenul de deplasare a rocilor este oarecum diferit, datorita aparitiei deplasarii rocilor din culcus.

Parametrii albiei de scufundare se stabilesc in urma masuratorilor topografice. In acest scop se stabilesc o serie de aliniamente dupa directia zacamantului si dupa inclinarea acestuia, urmarindu-se in timp dinamica acestor parametri, pana la stabilizarea deformatiilor. Unghiurile de scufundare si de rupere sunt parametri specifici, stabiliti pentru fiecare zacamant.

Pe langa unghiurile de scufundare si de rupere, alti parametri importanti ce definesc deformarea si deplasarea suprafetei terenului sunt: deplasarea verticala sau scufundarea, W, in mm; deplasarea orizontala, U, in mm; deformatia specifica orizontala, , in mm/m; inclinarea, T, in mm/m; curbura, K, in m^-1.

Studiind parametrii reprezentati prin curbele din fig.7. si fig.8. constatam ca intre acestia exista o serie de dependente si anume: deplasarile verticale sunt maxime, atunci cand inclinarea este zero si prezinta un punct de inflexiune pentru o valoare maxima a inclinarii (in punctul unde curbura albiei de scufundare are valoarea zero); pentru valoarea zero a deformatiilor specifice orizontale, curba deplasarilor orizontale detine un maxim.

Fig.7. Curbele de deplasare si deformare a suprafetei terenului, pentru cazul exploatarii stratelor orizontale si cu inclinare mica

Pentru a exprima matematic dependentele enuntate, definim urmatoarele functii ale curbelor reprezentate in fig.7. si fig.8.: W(x) - functia deplasarilor verticale; T(x) - functia inclinarilor; K(x) - functia curburii albiei de scufundare; U(x) - functia deplasarilor orizontale; - functia deformatiilor orizontale.

Fig.8. Curbele de deplasare si deformare a suprafetei terenului, pentru cazul exploatarii stratelor cu inclinare medie si mare

Intre aceste functii exista urmatoarele corelatii matematice si anume:

(1)

Dependentele matematice dintre parametrii albiilor de scufundare, exprimate mai sus, sunt verificate in urma observatiilor topografice efectuate in teren.

Aversin, analizand datele obtinute in urma efectuarii unui mare numar de masuratori in teren a determinat o functie B(y), dependenta de adancimea de exploatare si de caracteristicile geologice si care se stabileste experimental pentru fiecare bazin. Astfel ca, el a exprimat parametrii albiei de scufundare in felul urmator:

(2)

(3)

Dupa stabilirea ecuatiei matematice care defineste functia deplasarilor verticale si tinand seama de corelatiile exprimate mai sus, se pot stabili ecuatiile celorlalti parametrii ai albiei de scufundare.

Trebuie remarcat faptul ca daca in cazul exploatarii zacamintelor orizontale curbele definite mai sus au o configuratie simetrica, dupa inclinare, in conditiile stratelor inclinate acestea devin asimetrice. Diferentele sunt cu atat mai pronuntate cu cat stratul are o inclinare mai mare (fig.8.).

2.1.4.Stadiile de dezvoltare a albiilor de scufundare

Pentru cunoasterea stadiilor de dezvoltare a albiilor de scufundare pe masura avansarii exploatarii zacamantului, se ia in considerare raportul dintre marimea suprafetei exploatate si inaltimea unui presupus pilier de siguranta H, a carui baza ar fi chiar suprafata exploatata. Daca, de la marginile spatiului exploatat se ridica niste plane inclinate cu unghiurile de scufundare, se obtine o piramida cu inaltimea H .

Daca notam cu A, adancimea medie de exploatare si facem raportul H/A , pe masura dezvoltarii suprafetei exploatate, vom obtine urmatoarele trei stadii de dezvoltare a albiilor de scufundare si anume de:

1) albie subcritica, cand H/A<1 , adica varful piramidei imaginare nu atinge suprafata; albia de scufundare are forma unei caldari, pentru care nici un punct de la suprafata nu atinge scufundarea verticala maxima;

2) albie critica, cand H/A=1, situatie in care piramida nu atinge suprafata; in acest caz, in dreptul centrului suprafetei exploatate se atinge intr-un singur punct scufundarea verticala maxima;

3) albie supracritica, cand H/A>1, caz in care piramida depaseste nivelul suprafetei de la zi; albia de scufundare este larga, mai multe puncte de la suprafata ating valoarea maxima a scufundarii verticale, iar in aceasta zona nu apar deplasari si deformatii orizontale.

2.1.Metode de analiza a principalilor parametri ai albiilor de scufundare

S.S.Peng considera ca pentru analiza parametrilor de scufundare metodele utilizate au la baza: teorii descriptive si teorii ale mecanicii mediilor continue. G.Oncioiu clasifica metodele de studiu al deplasarilor si deformarilor suprafetei terenurilor in: metode topografice si metode matematico-analitice de calcul.

Teoriile descriptive includ pe cele ale lui Lane si Roberts, Briggs, Grond, Wardel etc. Acestea, numite si metode topografice, deriva doar de la observatiile efectuate in teren si constau in amplasarea la suprafata a unor statii de masurare topografica a parametrilor de deplasare si de deformare. Prin masuratori de nivelment se determina scufundarile verticale ale suprafetei si se ridica curba scufundarilor verticale sau albia de scufundare. Apoi, din calcule se determina curba inclinarii si curba curburii albiei de scufundare.

Teoriile mecanicii mediului continuu au fost dezvoltate pentru aproape toate tipurile de comportament al materialelor, incluzand comportamentul elastic (Berry), vasco-elastic, elasto-plastic(Dahl si Choi) etc. Definite mai larg de Oncioiu ca metode matematico-analitice, acestea constau dintr-o serie de relatii de calcul de prognoza a parametrilor de deplasare si deformare a suprafetei terenului, in care se pot aminti: teoria lui Bayer, teoria lui King-Wardell, metoda de calcul a lui Aversin, teoria lui Martos, teoria Knothe-Budryk etc.

Odata cu evolutia computerelor si perfectionarea programelor ce au la baza metodele numerice de calcul (metoda elementelor finite, metoda elementelor de frontiera, metoda diferentelor finite etc.), aceste metode se utilizeaza tot mai mult in evaluarea parametrilor albiilor de scufundare.

Determinarea valorii parametrilor ce definesc deformarea si deplasarea suprafetei terenului, se face prin masuratori directe si indirecte, prin aplicarea metodelor geodezica, topografica, fotogrametrica, G.P.S., pentru evaluarea marimilor masurate.

Una dintre problemele esentiale in determinarea deplasarii si deformarii suprafetei terenurilor sub influenta exploatarii subterane, o reprezinta stabilirea frecventei masuratorilor.

Luand in considerare adancimea exploatarii si recomandarile din literatura de specialitate, distanta medie dintre punctele aliniamentelor de observare va fi de cca. 20 m, putand varia in functie de conditiile concrete din teren. Punctele ce constituie aliniamentul de observare vor fi materializate prin tarusi metalici din fier circular cu sectiune plina, cu diametrul de 20 mm, marcati prin chirneruire.

Avand in vedere adancimea de exploatare, metodele de exploatare si de dirijare a presiunii utilizate, masuratorile din statia de urmarire se vor planifica si se vor executa trimestrial.

Constructia retelelor si aliniamentelor topografice, precum si modul de efectuare a masuratorilor trebuie sa aiba la baza un proiect.

Retelele de alimentare amplasate deasupra campurilor miniere formeaza o statie de urmarire a deplasarii sau deformarii suprafetei.

Un ansamblu de aliniamente paralele si perpendiculare intre ele formeaza o retea de urmarire.

Una din problemele esentiale in determinarea deplasarii si deformarii suprafetei terenurilor - sub influenta exploatarii subterane - o reprezinta stabilirea frecventei masuratorilor. In acest scop este necesar sa se stabileasca: termenul de incepere a masuratorilor, numarul de masuratori topografice, frecventa lor si durata ciclului de control, cat si termenul de efectuare a ultimei masuratori.

Termenul de incepere a masuratorilor reprezinta primul ciclu de observatii de control a stabilitatii reperelor, care se executa inainte de inceperea monitorizarii.

Masuratorile curente se efectueaza imediat dupa demararea activitatii de monitorizare, executandu-se la intervale bine stabilite, dupa cum urmeaza:

-de o luna, atunci cand adancimea de exploatare a fost mica;

-din 3 in 3 luni pentru adancimi medii de exploatare;

-din 6 in 6 luni pentru adancimi mari de exploatare.

Timpul dintre masuratori se determina in functie de viteza de transmitere a miscarii la suprafata si de precizia efectuarii masuratorilor. In perioada de stingere a fenomenului de miscare a suprafetei, masuratorile curente se efectueaza din 6 in 6 luni.

Pentru determinarea deplasarilor verticale ale reperelor de lucru, se efectueaza masuratori de nivelment geometric de la mijloc, sau nivelment trigonometric, iar pentru deplasarile orizontale ale reperelor se utilizeaza metode directe rezultate din masuratori sau metode indirecte, obtinute pe baza masuratorilor, a calculelor si reprezentarilor grafice. Masurarea deplasarilor longitudinale se face in lungul aliniamentului de urmarire, folosindu-se ca instrumente ruleta de otel cu lungimea de 50 m, dispozitivul reductor format dintr-o mira de invar de 2 m si un teodolit de precizie, respectiv telemetru electro-optic.

2.2. Monitorizarea haldelor de steril

Monitorizarea de la suprafata cuprinde si modul de protectie si conservare a haldelor de steril, in scopul prevenirii unor evenimente cu impact deosebit de grav asupra mediului inconjurator.

In vederea realizarii protectiei si conservarii haldelor, se vor lua in considerare:

- amplasamentul haldelor;

- depozitul propriu-zis;

- dimensionarea si constructia haldelor;

- studiile de teren si laborator;

- controlul haldelor;

- urmarirea haldelor in exploatare, conservare si protectie.

Monitorizarea haldelor se face prin:

- supraveghere vizuala, care consta din deplasarea in teren a unei persoane competente, care va consemna intr-un raport observatiile referitoare la terenul monitorizat;

- supravegherea prin studii speciale, care se pot face prin masuratori directe, cu aparate de masura ce pot scoate in evidenta eventualele modificari ale morfologiei suprafetei terenurilor (deplasari orizontale si verticale ale terenului), cat si prin studiile de specialitate, cum ar fi:

- studii geotehnice, pentru determinarea proprietatilor fizico-mecanice ale rocilor ce intra in alcatuirea terenurilor;

- studii geochimice, pentru determinarea compozitiei rocilor si a gradului de alterare a acestora.

Pentru monitorizarea stabilitatii haldelor de steril sunt necesare de efectuat urmatoarele lucrari:

a) stabilirea aliniamentelor topografice pe haldele de steril (aceeasi modalitate ca si in cazul urmaririi miscarii suprafetelor sub influenta spatiilor exploatate din subteran);

b) masuratori topografice;

c) inregistrarea masuratorilor, analiza si interpretarea rezultatelor masuratorilor.

Aliniamentele topografice se dispun la distante de 50 m intre ele, reperele topografice din lemn fiind amplasate la adancimi de 0,5-0,7 m.

Amplasamentul aliniamentelor topografice va fi redat pe planuri la sc. 1:200, 1:500, 1:1000.

Masuratorile topografice se vor face in fiecare luna in primii doi ani si cate o masuratoare trimestriala, in urmatorii trei ani.

Inregistrarea masuratorilor se va face in tabele centralizatoare, cu rubrici separate pentru deplasarile orizontale si verticale, masurarea deplasarilor facandu-se in raport cu reperele fixe de pe cadrul perimetrului de protectie.

In cazul aparitiei crapaturilor si fisurilor in corpul haldei si terenurile invecinate, pentru monitorizarea acestora trebuie evaluate urmatoarele elemente:

- forma de propagare a crapaturii sau fisurii (linii drepte, curbe continue sau intrerupte, in zigzag);

- orientarea, deschiderea, adancimea si lungimea crapaturii;

- gradul de raspandire pe suprafata terenului etc.

pentru urmarirea in timp a evolutiei crapaturilor sunt necesare repere speciale, dispuse de ambele parti ale crapaturii. Distanta dintre repere se va masura periodic, rezultatele obtinute fiind centralizate sub forma tabelara. Evolutia in timp a crapaturilor se va reprezenta grafic sub forma de diagrame.

In general, pentru evaluarea monitorizarii suprafetei terenurilor si a haldelor de steril se vor avea in vedere urmatoarele elemente:

- Localizarea minei si a lucrarilor miniere in raport cu ariile populate;

- Accesul publicului;

- Liniile de distributie a energiei electrice;

- Orice informatie privind rambleierea golurilor si a lucrarilor miniere subterane;

- Reutilizarea potentiala a zonei;

- Rezultatele masuratorilor topografice executate pe aliniamentele topografice de pe zona de protectie a perimetrului de exploatare-dezvoltare inchis.

Rezultatele vor fi inregistrate in tabele centralizatoare, cu rubrici separate pentru deplasarile orizontale, verticale, data masuratorilor si alte observatii de natura tehnica.

- Alte evenimente (inundatii, precipitatii abundente, variatii inghet-dezghet, temperaturi ridicate etc.).

Pe parcursul monitorizarii se vor intocmi rapoarte de evaluare a riscului in aceasta zona, rapoarte ce vor fi centralizate intr-un registru de evidenta, pentru o mai buna gestionare a informatiilor.

2.3.. Monitorizarea calitatii solului

Aceasta se va realiza prin investigatii care vor trebui sa scoata in evidenta eventualele acumulari de poluanti in sol, migratia pe verticala a acestora, capacitatea de tamponare si permeabilitatea. Investigatiile vor consta din prelevari de probe si analiza acestora in laboratoare specializate, urmarindu-se urmatoarele caracteristici; compozitia chimica a solului, umiditatea acestuia, structura fizica, compozitia gazelor inmagazinate, continutul de humus, flora solului, indeosebi plantele indicatoare, tendinte de evolutie.

Monitorizarea se va realiza atat pe terenurile ecologizate cat si pe cele aflate in vecinatatea acestora. Vegetatia va fi indepartata complet de pe aria de prelevare a probei. Depunerea probei prelevate se va face in recipienti speciali gen container, care trebuie sa contina numarul probei cu sistemul de evidenta din registrul prelevarilor.

Intr-un singur punct de probare, se vor recolta doua probe de sol de la adancimi diferite (5 cm, respectiv 30 cm de la suprafata).

Evaluarea calitatii solurilor se va baza pe rezultatele studiilor pedologice, precum si pe observatiile directe din teren.

Rezultatele studiilor pedologice se vor inregistra in tabele centralizatoare, care trebuie sa contina referiri la: numarul, locul de prelevare, data recoltarii, compozitia chimica, prezenta gazelor si circulatia lor, umiditatea, temperatura la care a fost executata analiza, grad de mineralizare, valori admise de normativele in vigoare.

2.4. Monitorizarea vegetatiei

Aici trebuie sa se aiba in vedere aspectele biologice si fiziologice: masa arborilor plantati, ritmul de crestere si dezvoltare a plantelor si a puietilor, sporul anual de biomasa, masuratori dendrologice uzuale, rezistenta la doborare, boli si daunatori, intensitatea fotosintezei (coloritul frunzelor), evapotranspiratia.

Controlul plantatiilor se face cu ajutorul suprafetelor de proba sau al pietelor de proba. Suprafata pietelor de proba trebuie sa reprezinte minimum 4 % din suprafata totala a zonei ecologizate. Marimea unei suprafete de proba este de 100 m², 200 m², 300 m² sau 400 m². Cele mai indicate sunt suprafetele de 100 m² si 200 m², care fiind mai multe, pot cuprinde situatiile mai variate de teren, rezultatele fiind astfel concludente.

Forma suprafetelor de proba poate fi circulara, patrata sau dreptunghi. La suprafetele de proba circulare bornele se planteaza in centrul lor, iar la cele patrulatere intr-un colt, celelalte colturi materializandu-se cu tarusi mici bine infipti in pamant.

Evaluarea monitorizarii suprafetei consta in controlul anual al impaduririlor, de regula toamna, in lunile septembrie - octombrie.

Controlul se va efectua atat in culturile de un an, cat si la cele mai vechi, care nu au realizat o reusita definitiva. O cultura este considerata cu reusita definitiva atunci cand se poate dezvolta normal, fara sa mai fie nevoie de executarea lucrarilor de intretinere.

2. Monitorizarea apelor de suprafata

Prin aceasta activitate se vor avea in vedere urmatoarele aspecte: conductivitate electrica, turbiditate, pH, alcalinitate totala, oxigen dizolvat, temperatura, ioni majori, compusi organici, solizi in suspensie, salinitate, etate meteorologica.

Apele de suprafata se vor monitoriza prin prelevare de probe din amontele punctului de deversare in parau, de la confluenta cu un alt canal colector sau din aval de acesta.

Valorile parametrilor tehnologici rezultati in urma masuratorilor se vor inregistra in tabele centralizatoare, in care se va consemna si data recoltarii probelor. Analiza statistica a datelor poate da o imagine realista a caracteristicilor acviferelor din din zonele monitorizate, putandu-se astfel prognoza si preveni eventualele inundatii ale zonelor invecinate, precum si o eventuala poluare cu substante provenite din lucrarile miniere inchise.

Evaluarea riscului se va face pe baza rezultatelor obtinute in urma analizelor de laborator a apei, a masuratorilor efectuate in teren si prin compararea cu valorile admise de legislatia in vigoare.

2.6. Monitorizarea aerului

Monitorizarea calitatii aerului in zona reamenajata va avea in vedere in special gazele din spatele digurilor si placilor de izolare, precum si a celor din zona haldelor de steril si va consta din masurarea periodica a eventualelor emisii de gaze de pe suprafata haldelor cu scopul prevenirii acumularii acestora, efectul putand fi autoaprinderea sterilului carbunos ce intra in alcatuirea haldei.

Evaluarea riscului se va baza pe masuratorile realizate in zonele mai sus amintite, fiind necesara evaluarea emisiei fata de un anumit numar de receptori diferiti si nu pentru un singur receptor localizat intr-un anumit punct.

Pentru studiul concentratiilor la nivelul solului, suprafata unui receptor va fi amplasata la o anumita inaltime deasupra solului, astfel incat sistemele de masurare sa dea valori reprezentative pentru intreaga suprafata.

In vederea evaluarii riscului sunt necesare urmatoarele date: concentratii medii zilnice ale posibililor poluanti atmosferici, variatii diurne ale acestora, durata in care anumite valori au fost depasite, concentratii medii ale poluantilor atmosferici in diferite pozitii, cand vantul bate dinspre anumite zone dominante, valori maximale (pe ora, pe zi, pe luna).

Prezentarea datelor se poate face fie prin tabele centralizatoare, fie grafic, prin histograme sau curbe cumulative, care sa scoata in evidenta distributia frecventelor unor posibili poluanti atmosferici, un exemplu fiind redat mai jos.

OPERATOR________

FISA DE EVIDENTA A DIGURILOR DE INCHIDERE A LEGATURILOR CU SUPRAFATA

DENUMIREA DIGULUI_______

Coordonatele lucrarii miniere de inchidere X=_____Y=_____Z=______

Tabel nr. 2

OPERATOR________

FISA DE EVIDENTA A PLACILOR DIN BETON ARMAT DE INCHIDERE A LEGATURILOR CU SUPRAFATA

DENUMIREA PLACII DIN BETON ARMAT_______

Coordonatele lucrarii miniere de inchidere X=_____Y=_____Z=______

Tabel nr. 3

OPERATOR________

FISA DE EVIDENTA A PUNCTELOR DE PRELEVARE A PROBELOR DE SOL

(LUCRARI DE RECONSTRUCTIE ECOLOGICA; SUPRAFETE ECOLOGIZATE)

DENUMIREA zonei ecologizate_______

Coordonatele lucrarii miniere de inchidere X=_____Y=_____Z=______

Tabel nr. 4

OPERATOR________

FISA DE EVIDENTA A STARII TEHNICE A CANALELOR PROIECTATE SI A PROBELOR RECOLTATE

DENUMIREA OBIECTIVULUI MONITORIZAT__________

DENUMIRE CANAL COLECTOR GARDA __________

Coordonatele lucrarii miniere de inchidere L =______ ; b =______ ; m =______ ; h =______ 

Tabel nr. 5