Wykorzystanie metody odwrotnej w estymacji osiadań powierzchni terenu dla złóż soli

Modelowanie przemieszczeń i deformacji w rejonie kopalń soli napotyka na znaczne trudności ze względu na zmienne właściwości wytrzymałościowe soli, złożoną budowę morfologiczną złóż wysadowych, własności reologiczne soli. Te czynniki powodują, że wpływy eksploatacji złóż soli ujawniają się przez setki lat, a precyzyjne wyznaczenie przemieszczeń w danym, żądanym momencie i miejscu są obarczone większą niepewnością, niż w przypadku innych typów złóż kopalin stałych. Modelowanie numeryczne dobrze się sprawdza przy ograniczeniu obszaru modelu do jednej lub kilku komór. Większy zakres znacznie obniża potencjał dokładnościowy i wydajność obliczeniową tego typu modeli. Zastosowanie modeli stochastycznych pozwala na modelowanie 3D dla całego kompleksu wyrobisk, pod warunkiem precyzyjnej parametryzacji takiego modelu. W artykule omówiono sposób modelowania przemieszczeń i deformacji dla jednej z największych kopalń soli w Europie o objętości wyeksploatowanego złoża ponad 21 mln m³. Parametryzacja modelu stochastycznego możliwa była dzięki udokumentowanym wynikom pomiarów konwergencji wyrobisk i pomiarów wysokościowych na powierzchni. Zastosowanie inwersji niecki obniżeniowej w metodzie najmniejszych kwadratów pozwoliło na estymację optymalnych wartości parametrów modelu stochastycznego. Modelowanie prowadzone było przy wykorzystaniu modelu stochastycznego i dwuparametrycznej funkcji czasu, która pozwala uwzględnić czas konwergencji wyrobisk i czas przejścia zaburzenia (przemieszczeń) na powierzchnię terenu. Szczegółowe analizy warunków geologicznych, które przeprowadzono w trakcie badań pozwoliły również na uwzględnienie dewiacji niecki obniżeniowej w modelowanym obrazie pionowych ruchów powierzchni terenu. Jakościowe i ilościowe potwierdzenie poprawności estymacji wykazano w graficznym zestawieniu modelowanych i mierzonych wartości przemieszczeń pionowych, w ujęciu przestrzennym. Wykorzystany w ramach badań model znajduje zastosowanie w prognozowaniu przemieszczeń i deformacji dla dowolnych okresów, dla przyszłych projektów eksploatacji złoża soli.

The modeling of strains and deformations in salt mine areas encounters considerable difficulties because of the varying strength properties of salt, the complex morphological build of dome deposits and the rheological properties of salt. These properties have impacted the development of salt extraction for hundreds of years and the fact that the accurate determining of strains in a given specified moment and place are burdened with high uncertainty. Numerical modeling is useful when the model is reduced to one or several salt chambers. A broader range of underground post mining void considerably lowers the accuracy and efficiency of the calculations of such models. Stochastic models allow for a 3D modeling of the entire mining complex deposit, provided the model has been parametrized in detail. The methods of strains and deformations modeling were presented on the example of one of the biggest salt mines in Europe, where a volume of over 21 million m³ of salt was extracted. The stochastic model could be parametrized thanks to the documented results of measurements of convergence of the underground mining panels and leveling on the surface. The use of land subsidence inversion in the least squares method allowed for estimating the optimum values of parameters of the model. Ground deformation modeling was performed using the two-parameter time function, which allows for a simulation to be carried out in time. In the simulation, the convergence of underground excavations and the transition in time the effects of convergence into ground subsidence was taken into account. The detailed analysis of the geological conditions lead to modeling deviation of the subsidence trough. The accuracy of the modeling results was qualitatively and quantitatively confirmed by a comparison ofthe modeled to measured values of the vertical ground movement. The scaled model can be applied in future mining extraction projects in order to predict the strains and deformations for an arbitrary moment in time.