Mecanica rocilor. Monografie

  CUPRINS:
INTRODUCERE 11

1. DISCONTINUITATILE MASIVULUI DE ROCA 15

2. CARACTERISTICILE GEOTEHNICE ALE TERENULUI DE FUNDARE 17
2.1. Studii geotehnice 17
2.2. Riscuri geotehnice 18
2.2.1. Incadrarea in categoria geotehnica a rocilor 20

3. CARACTERISTICILE GEOTEHNICE ALE ROCILOR SI AGREGATELOR 22
3.1. Caracteristici fizice 22
3.2. Caracteristici mecanice 22
3.3. Caracteristici geomecanice ale agregatelor 23
3.3.1. Caracteristicile geomecanice ale rocilor din perimetrul minier Certej 28
3.3.2. Caracteristicile mecanice ale rocilor de pe raurile Jiu si Gilort 35
3.3.3. Caracteristici tehnologice. Metoda Los Angeles 54
3.4. Caracteristicile geomecanice ale rocilor din judetele Hunedoara, Timis, Alba si Sibiu 56
3.4.1. Studiu de caz 1 - Andezit Valea Capitanului - Certej 56
3.4.2. Studiu de caz 2 - Andezit Almasul Mare - Albini 59
3.4.3. Studiu de caz 3 - Bazalt Dobra 62
3.4.4. Studiu de caz 4 - Granit Savarsin 64
3.4.5. Studiu de caz 5 - roci recoltate de la Branisca, Sacaramb, Almasul Mare, Cazanesti, Dobra si Valea Capitanului 65

4. PROIECTAREA EXCAVATIEI DE MARI DIMENSIUNI EXECUTATA LA SLANIC PRAHOVA 69
4.1. Analiza stabilitatii excavatiei 78

5. EXPLOATAREA SARII IN ROMANIA 83
5.1. Caracterizarea geomecanica a sarii de la Gura Slanic 83
5.2. Analiza statistica a datelor experimentale 85
5.3. Prelucrarea datelor de nivelment si planimetrie 109
5.4. Verificarea grosimii planseului de sare 114
5.5. Stabilirea cotelor de risc aferente perimetrului impropriu constructiilor 122
5.6. Stabilitatea podului Tisesti peste raul Slanic 123
5.7. Previziuni privind stabilitatea generala in perimetrul Gura Slanic 126
5.8. Exploatarea sarii la Targu Ocna mina Trotus si impactul asupra suprafetei 128
5.9. Monitorizarea stabilitatii structurilor de rezistenta de la mina Trotus 137
5.10. Exploatarea sarii la Cacica 160
5.10.1. Caracterizarea geomecanica a sarii de la Salina Cacica 161
5.10.2. Urmarirea prin metode topografice a deplasarilor de la Cacica 180
5.10.3. Analiza stabilitatii golurilor de dizolvare 187
5.10.4. Verificarea deschiderii camerelor de exploatare 195
5.10.5. Stabilitatea putului de extractie nr. 1 196

6. RISCURI DE ACCIDENTE LA IAZURILE DE DECANTARE 198
6.1. Deseuri din industria miniera 198
6.2. Halde de steril 201
6.3. Drenajul apelor de suprafata 208
6.4. Relocarea haldelor de steril 209
6.5. Deseuri negeneratoare de ape acide 210
6.6. Constructia si conservarea depozitelor de deseuri miniere 211
6.7. Iazuri de decantare 211
6.8. Metode de constructie a iazurilor de decantare 213
6.9. Depozitarea rocilor predispuse autoaprinderii 213
6.10. Consideratii asupra ruperii versantilor si taluzurilor 214
6.10.1. Grupa proprietatilor de legatura create in timp de fenomenele geotectonice 215
6.10.2. Grupa proprietatilor geomecanice 218
6.10.3. Metode de analiza ale fenomenelor de instabilitate 224
6.10.4. Analiza stabilitatii taluzului unei halde prin MEF 229
6.10.5. Analiza stabilitatii pantelor utilizand metoda Mathematica si algoritmul MathSlope 231
6.10.6. Riscuri si situatii de criza 234
6.10.7. Managementul deseurilor din industria miniera 236
6.10.8. Situatia iazurilor de decantare si a haldelor de steril 238
6.10.9. Obiective specifice pentru Romania 240
6.10.10. Analiza de risc la iazurile de decantare 242
6.10.11. Managementul riscului 244
6.10.12. Evaluarea riscului si riscul acceptabil al alunecarilor de teren 247
6.10.13. Impactul depozitelor de deseuri asupra mediului 250
6.10.14. Concluzii privind riscurile la iazurile de decantare 252

7. EXPERTIZE TEHNICE MINIERE 256
7.1. Expertiza tehnica accident Baia Noua 256
7.2. Experiza tehnica DJ 675 C Bustucini-Poiana Seciuri 266
7.2.1. Cercetari geotehnice pentru terenul de fundare 267
7.2.2. Stabilitatea terasamentului pentru DC 29 273

8. PROIECT DE EVACUAREA APELOR DIN MINA MOLDOVA VECHE SI ORIZONTUL III MINA TROTUS 276
8.1. Obiectivul de investitii 276
8.2. Evacuarea apelor de infiltratie din mina Moldova Veche 283
8.3. Protectia suprafetei si a zacamantului 284
8.4. Tehnologia de sapare prin perforare puscare 286
8.4.1. Tehnologia de sapare cu masina de taiere in calupuri 286

9. EXPERTIZE TEHNICE 291
9.1. Expertiza accident, Ab. Fr, pan. 7C, str. 3, bl. IV, E.M. Lupeni 291
9.1.1. Dinamica fenomenului 294
9.1.2. Influenta lucrarilor de perforare-impuscare asupra stabilitatii masivului 295
9.1.3. Determinarea tensiunilor tangentiale de pe sustinerea tavanului 297
9.1.4. Mecanismul de producere a fenomenului geomecanic 299
9.1.5. Expertizarea tehnica si calitativa a elementelor de sustinere 301
9.2. Analiza fenomenului geodinamic de la E.M. Petrila 303
9.2.1. Caracterizarea geomecanica a rocilor si carbunilor 303
9.2.2. Analiza gazodinamicii din zona abatajelor 431 si 433 305
9.2.3. Analiza fenomenului geodinamic produs in abatajul 431 308
9.3. Analiza fenomenului produs la mina Uricani 312
9.4. Expertiza accidentului din 15.05.2002, la metoda de exploatare SCRI, str. 3, bl. VI, sector I, de la E.M. Vulcan 316
9.5. Analiza fenomenului gazodinamic de la E.M. Livezeni 317

10. IMPACTUL ASUPRA SUPRAFETEI LA E.M. IARA 321
10.1. Studiu de caz E.M. Iara 321
10.2. Exploatarea zacamantului Baisoara Cacova 323
10.3. Caracterizarea geomecanica a rocilor 325
10.4. Criterii de stabilitate a rocilor 327
10.5. Miscarea rocilor in jurul golurilor subterane 330
10.7. Evolutia conului de surpare 334
10.8. Monitorizarea fenomenelor dinamice 335
10.9. Diminuarea impactului asupra mediului 338

11. EXPERTIZA FENOMENULUI GEODINAMIC DE LA OCNA MURES 340
11.1. Istoria evenimentului 340
11.2. Hidrogeologia perimetrului minier 344
11.3. Parametrii hidraulici ai acviferului 345
11.4. Caracterizarea geomecanica a sarii si a rocilor acoperitoare 348
11.5. Influenta exploatarii sarii pe cale uscata asupra suprafetei 349
11.6. Modelul digital 3D al golurilor subterane 351
11.7. Influenta exploatarii sarii in solutie asupra suprafetei 356
11.8. Interpretarea masuratorilor cavernometrice 356
11.9. Verificarea grosimii planseului de sare din campul de sonde 359
11.10. Interpretarea masuratorilor topografice 360
11.11. Masuri de limitare a fenomenului natural de dizolvare 362
11.12. Stabilirea cotelor de risc ale perimetrului impropriu constructiilor 363

12. CERCETARI GEOMECANICE ALE PERIMETRULUI CERTEJ 367
12.1. Geomorfologia, hidrologia si clima 370
12.2. Procesele de degradare a solului 371
12.3. Caracterizarea geomecanica a rocilor de la Certej 372
12.4. Cercetari privind utilizarea rocilor la infrastructura cailor de comunicatii terestre 375
12.5. Conditiile de admisibilitate pentru roci 376
12.6. Proiectarea geometriei carierei Certej 379
12.6.1. Tehnologia de exploatare prin perforare-impuscare 379
12.7. Cercetari privind amplasarea uzinei Certej 381
12.8. Categoria geotehnica a rocilor 388
12.9. Teren de fundare constituit din roci tari 391
12.10. Impactul asupra mediului indus de proiectul Certej 392
12.11. Concluzii privind proiectul minier Certej 396

13. CERCETARI PRIVIND REGIMUL DE PRESIUNE MINIERA LA MINA PETRILA 399

Bibliografie 409

Anexe 415
  PREZENTARE:
DESPRE AUTOR

Dumitru Victor ARAD este membru titular al Sectiei X a ASTR, Ingineria Petrolului, Minelor si Geonomiei si secretar al Filialei Petrosani al ASTR. S-a nascut la 01.12.1951 la Petrosani. A absolvit Liceului Teoretic din Petrosani in 1970 si a urmat cursurile Institutului de Mine din Petrosani, Facultatea de Mine, in perioada1970-1975, obtinand in anul 1975 diploma de Inginer minier. In perioada august 1975 - mai 1977 a lucrat la TCH Bucuresti - Grup santiere Raul Mare Retezat. Intre iunie 1977 si septembrie 1980 si-a desfasurat activitatea la mina Petrila. Din 1980 a inceput cariera universitara la Institutul de Mine din Petrosani si a obtinut titlul de doctor inginer in domeniul Mine, Petrol si Gaze in anul 1992. Din anul 2004 este conducator de doctorat in domeniul Mine, Petrol si Gaze la Universitatea din Petrosani, unde a coordonat 24 teze de doctorat. Este conducator de doctorat in cotutela la Universitatea Tehnica a Moldovei din Chisinau. A condus Laboratorul de Geomecanica acreditat RENAR intre anii 2003 si 2009 si Laboratorul de Analize si Incercari in Constructii, Gradul I al Universitatii din Petrosani, autorizat de ISC, intre anii 2009 si 2017. A elaborat peste 310 contracte de cercetare stiintifica. In perioada 2012-2016 a fost prorector cu cercetarea si managementul proiectelor. A fost vicepresedinte al Panelului 2 din CNATDCU, Comisia de Inginerie geologica, geodezica mine, petrol si gaze in perioada 2011-2016 si membru in comisia de contestatii a aceleiasi comisii in perioada 2016 - 2020. Este Membru al Academiei de Stiinte Naturale a Federatiei Ruse si al Academiei Tehnice Miniere a Ucrainei. Este membru fondator al forumului World Forum of Universities of Resources on Sustainability WFURS la TU Bergakademie, Freiberg (2012), reprezentant focal al Universitatii din Petrosani la organismul interguvernamental al statelor membre ICSTI, Moscova (2015). Este expert la nivel guvernamental la Comisia Economica pentru Europa a Organizatiei Natiunilor Unite al Grupului de lucru privind emisiile de gaz metan din minele de carbune (Group of Experts on Coal Mine Methanethe, Joint Meeting of UNECE and the Coal Subcommittee of the Global Methane Initiative), Geneva, din 2014. Din anul 2015 a devenit membru corespondent al Academiei de Stiinte Tehnice a Romaniei, sectia X, Ingineria petrolului, minelor si geonomiei, iar din 2021 a devenit Membru titular al acestei Academii. Din 7 noiembrie este secretar al Filialei Petrosani a ASTR. A elaborat peste 310 lucrari stiintifice, 45 fiind indexate ISI, care au fost citate de 155 ori. A publicat 24 carti care au fost citate de 91 ori. Are un hi-index de 8, si i-10 index 6. A coordonat peste 310 granturi, proiecte, contracte de cercetare stiintifica si expertize tehnice. Recunoasterea internationala i-a adus premii, distinctii, precum si nominalizari in mai multe comisii de doctorat din strainatate: comisia AK Rainbow; University of Nottingham, Anglia, 2003 si IIT Kharagpur, 2007, si 5 comisii de doctorat la Universitatea Tehnica a Moldovei din Chisinau. A fost membru in comisia de evaluare a activitatii lui Samir Kumar Das pentru postul de profesor, de la IIT Kharagpur India in 2004. Professor invitat la Universitatea Tehnica din Wroclaw, Polonia, Universitatea Tehnica din Ostrava, Cehia si la Universitatea Tehnica a Moldovei din Chisinau. A efectuat vizite de documentare la Politehnica din Torino, TU Bergakademie Freiberg, Wroclaw University of Science and Technology, National University of Mineral Resources Saint-Petersburg, Russia, National University of Science and Technology „MiSIS” Moscova, Rusia, Indian Institute of Technology IIT Kharagpur, IIT Danbad India si IIT New Delhi India.
  PREFATA:
Studiile teoretice si cercetarile de laborator cu privire la rocile ce alcatuiesc scoarta terestra au o mare importanta practica si, in perspectiva, se vor concretiza fara indoiala si in accelerarea progresului tehnologic, precum si la reducerea impactului asupra mediului.

Mecanica rocilor se inscrie la granita dintre proprietatile geomecanice si ingineria materialelor de constructii. Ingineria miniera, a materialelor de constructii si mecanica rocilor sunt parte integranta a stiintei miniere.

Importanta mecanicii rocilor este determinata de marea ei semnificatie practica pe care o are, deoarece ingineria miniera si a materialelor de constructii, prin specificul lor, ne pune in fata unor probleme complexe si pline de raspundere legate de asigurarea stabilitatii constructiilor miniere, civile si industriale, de determinare a parametrilor optimi de exploatare si de reducere a impactului asupra mediului produs de exploatarea materialelor de constructii.

Monografia de fata trateaza problemele de mecanica rocilor si implicatiile lor in stabilitatea constructiilor miniere, civile si industriale.

In Monografie se trateaza notiuni generale despre compozitia rocilor, proprietatile geomecanice ale rocilor utilizate ca materiale de constructie, impingerea activa si pasiva a rocilor, zidurile de sprijin ca metoda de asigurare a stabilitatii taluzurilor la constructiile de suprafata, calculul deformatiilor in functie de caracteristicile terenului de fundare, fundatiile diferitelor tipuri de constructii, stabilitatea taluzurilor, terasamentelor, si lucrarile de consolidare si sustinere ale acestora, precum si stabilitatea terenurilor de la suprafata afectate de exploatarea rocilor utilizate ca materiale de constructii si stabilitatea iazurilor de decantare. Monografia reuneste cercetarile personale si originale din perioada 1980-2022, care s-au materializat prin 24 carti de specialitate si materiale didactice, care au fost citate de 66 de ori. Autorul a elaborat peste 306 lucrari stiintifice, 45 fiind indexate ISI, din care doua cu factor de impact de 1,513. La lucrarile stiintifice, are un numar de 175 citari. Cartile si articolele publicate au fost citate de 241 ori.

Monografia trateaza studii de caz si expertize tehnice realizate de autor in cei peste 40 de ani de experienta in domeniul Mecanicii Rocilor. Incercarile de laborator privind caracterizarea geomecanica a rocilor si materialelor de constructii au fost realizate in laboratorul de Mecanica Rocilor in perioada 1980-2000, apoi in laboratorul de Geomecanica al Universitatii din Petrosani, acreditat RENAR, in perioada 2000-2003, si in Laboratorul de Analize si Incercari in Constructii acreditat de Inspectoratul de Stat in Constructii din Ministerul Dezvoltarii in perioada 2009-2017.

In Monografie se prezinta rezultatele cercetarii a peste 300 contracte de cercetare stiintifica realizate de catre autorul monografiei.

Avand ca obiect analiza si caracterizarea geomecanica a rocilor utilizate in constructii, in monografie se regasesc metodele moderne de solutionare a problemelor tehnice si demersurile teoretice si practice pentru domeniul constructiilor civile, industriale si miniere.

Monografia ofera o baza larga de informatii primare si o tratare sintetica a proceselor din industria materialelor de constructii, ce se produc in masivul de roca, cat si al diferitelor tipuri de constructii miniere, civile si industriale. Lucrarea familiarizeaza cititorul cu caile si mijloacele prin care sa poata aborda singur, din punct de vedere teoretic si experimental, fenomenele legate de industria materialelor de constructii.

Prin continutul monografiei autorul a incercat sa puna la dispozitia specialistilor din domeniul minier si al constructiilor civile si industriale, sa aiba o vedere de ansamblu a problematicii ridicate de utilizare a rocilor ca materiale de constructii.

Autorul, profesor universitar si conducator de doctorat la Universitatea din Petrosani, asigura lucrarii profunzimea teoretica si posibilitatea de prezentare a celor mai semnificative rezultate obtinute in domeniul utilizarii rocilor in constructii. Problemele sunt abordate treptat, se prezinta pe larg baza matematica pentru rezolvarea lor si sunt indicate numeroase surse bibliografice pentru a le putea cerceta si dezvolta mai departe.

Consider ca aceasta Monografie, alaturi de alte 24 carti valoroase, referitoare la implicatiile si importanta mecanicii rocilor in domeniul minier, vine sa completeze cu oportunitate literatura de specialitate.

Tematica abordata, prin modul sistematic si rigoarea logica de tratare, prin contributiile originale aduse de autor, este valoroasa si utila pentru toti specialistii si pentru cei care se specializeaza in aceasta ramura a stiintei miniere si a materialelor de constructii.

Profesor universitar doctor inginer Ilias Flaviu Nicolae
  CUVINTE CHEIE: