Sveučilište u Zagrebu
Geotehnički fakultet
Iva Matić
SANACIJA DIJELA PODZEMNIH PROSTORIJA
NAPUŠTENOG RUDNIKA SV. BARBARA U RUDAMA
Diplomski rad
Varaždin, 2011.
Sveučilište u Zagrebu
Geotehnički fakultet
Diplomski rad
SANACIJA DIJELA PODZEMNIH PROSTORIJA
NAPUŠTENOG RUDNIKA SV. BARBARA U RUDAMA
Kandidat: Mentor:
Iva Matić Prof.dr.sc. Josip Mesec
Varaždin, 2011.
SADRŽAJ
1. Uvod .......................................................................................................................... 1
2. Podzemna eksploatacija .......................................................................................... 3
2.1. Koraci u tehnološkom procesu podzemne eksploatacije ................................... 3
2.2. Tehnološki proces otkopavanja podzemnih rudnih ležišta ................................ 6
2.3. Podgrada ............................................................................................................. 6
3. Injektiranje .............................................................................................................. 8
3.1. Smjese za injektiranje ........................................................................................ 8
3.2. Izrada injekcijskih bušotina ................................................................................ 9
3.3. Nestabilnost stijenske mase i podzemnih građevina ........................................ 10
4. Rudnik željeza Sv. Barbara u Rudama ............................................................... 12
4.1. Zemljopisni položaj i prometna povezanost .................................................... 12
4.2. Gospodarske prilike i stanovništvo .................................................................. 13
4.3. Hidrografske i klimatske prilike kraja .............................................................. 13
4.4. Geološke i hidrogeološke značajke šireg područja .......................................... 14
4.4.1. Tektonika .................................................................................................. 14
4.4.2. Geološka građa ......................................................................................... 14
4.5. Geomehaničke značajke stijenske mase ........................................................... 16
4.6. Rudne pojave .................................................................................................... 17
4.7. Rudarski istražni radovi ................................................................................... 18
5. Tehnologija izvođenja rudarskih radova u rudniku željeza Sv. Barbara u inijaRudama .................................................................................................................. 19
5.1. Osnovna polazišta pri iznošenju projektnih rješenja ........................................ 20
5.2. Prognozni geološki profil potkopa Sv. Trojstvo .............................................. 20
6. Potkop Sv. Trojstvo ............................................................................................... 21
6.1. Portal i ulazni dio potkopa Sv. Trojstvo........................................................... 21
6.2. Sanacija zarušenog dijela potkopa Sv. Trojstvo .............................................. 22
6.3. Otkopna radilišta (između potkopa Sv. Trojstvo i kokel) ................................ 22
6.4. Osiguranje potkopa u ostalim dijelovima ........................................................ 23
6.5. Obrazloženje potrebe izrade dopune rudarskog projekta ................................. 23
7. Poliuretanske smole ............................................................................................... 24
7.1. Probno injektiranje poliuretanskim smolama ................................................... 24
7.2. Kemizam poliuretanskih injekcijskih smjesa ................................................... 24
7.3. MEYCO MP 355 A3 ........................................................................................ 27
7.4. Mehaničke značajke PU smjesa ....................................................................... 29
8. Rezultati probnog injektiranja poliuretanskim smjesama ................................ 30
8.1. Tehnologija izrade potkopa .............................................................................. 30
8.2. Injektiranje PU smolama – stvaranje samonosivog svoda ............................... 31
8.3. Izvedba injektiranja PU smjesama ................................................................... 35
8.4. Zapunjavanje PU smolama otvorenih prostora u stropu .................................. 36
8.5. Iskop i ugradnja podgrade ................................................................................ 38
9. Zaključak ................................................................................................................ 39
Literatura ...................................................................................................................... 41
Sažetak ........................................................................................................................... 42
1
1. UVOD
Rudarenje na području Ruda ima višestoljetnu tradiciju. Pouzdani podaci o počecima
rudarenja u Rudama nisu poznati. Najstariji zapisi govore da se već 1210. godine vadila
bakrena ruda. Prvi pouzdani podaci iz XVI stoljeća spominju vlasnika Leonarda
Grubera koji je prodavao bakar. Eksploatacija bakrene rude obustavljena je 1851.
godine. Godine 1850. započela je proizvodnja željezne rude (siderita). Radi
nerentabilnosti rudnik je 1959. godine zatvoren. Za vrijeme desetogodišnjeg rada
otkopano je oko 26 000 tona željezne rude.
Nakon zatvaranja rudnika, u više navrata izvođena su geološka istraživanja. Pored
istraživanja ležišta željezne i bakrene rude, istraživao se i vadio gips. Eksploatacija
gipsa započeta je početkom 20. stoljeća, trajala je sa manjim prekidima do ranih
pedesetih godina. Eksploatacija je obustavljena, uglavnom zbog prevelikog sadržaja
anhidrita (~15%), iako su rezerve značajne.
U proljeće 2002. godine mještani Ruda (uglavnom članovi KUD-a Oštrc) sami su
otkopali ulaz u potkop Kokel koji je odabran kao najpogodniji i najočuvaniji za
otvaranje. Saniranjem urušenog dijela u duljini 22 metara od ulaza izvedeni su radovi I
faze.
U siječnju 2006. godine izrađen je Projekt uređenja starog rudnika željeza u Rudama
kraj Samobora. U sklopu izrade ovog projekta u ožujku 2007. napravljena je geodetska
kontrola položaja i visina u pristupačnim dijelovima jame (potkop Kokel, otkopna
radilišta) i na ulazu u jamu kod zarušenog potkopa Sv. Trojstvo.
2
Treba napomenuti da je ovo u Hrvatskoj jedan od prvih pokušaja zaštite i očuvanja
tehničke rudarsko-geološke baštine (rudničkih prostorija). Ovim programom predviđen
je za sanaciju samo manji dio postojećih prostorija rudnika željeza. U stvarnosti postoji
znatno veća mreža podzemnih prostorija (desetke kilometara) u geološki vrlo
atraktivnom okruženju.
U ovom radu je, osim na projekt sanacije dijela podzemnih prostorija napuštenog
rudnika Sv. Barbara, naglasak stavljen i na primjenu poliuretanskih smola kod
injektiranja. Iako je njihovo korištenje pri podzemnim i drugim radovima slabo poznato
u Republici Hrvatskoj, stručnjaci na tom području tvrde da su rezultati veoma
zadovoljavajući. Prilikom sanacije potkopa Sv. Trojstvo korištene su upravo
poliuretanske smole za injektiranje stropa i čela radilišta.
3
2. PODZEMNA EKSPLOATACIJA
Pod pojmom podzemne eksploatacije mineralnih sirovina podrazumijeva se dobivanje
mineralnih sirovina koje se nalaze ispod površine, a najčešće u dubljim dijelovima.
Jamsko pridobivanje je složenije i zahtjevnije od površinskog, jer se kopanje izvodi u
podzemlju. Osim različitosti u metodama otkopavanja, u rudnicima (jamama) treba
uspostaviti djelotvoran sistem vjetrenja, podgrađivanja, poseban način transporta i
izvoza iskopane rude, opažanja i otkrivanja štetnih plinova i drugih opasnosti
specifičnih za podzemnu eksploataciju. Zbog toga, najznačajniji utjecaj na primjenu
jamskog načina otkopavanja imaju: vrsta, kvaliteta i gospodarski značaj mineralne
sirovine, dubina zalijeganja rudnog tijela, inženjersko-geološka i fizičko-mehanička
svojstva krovine i rude, hidrogeološki odnosi u podzemlju i danas sve izraženija zaštita
okoliša. Povijest, ali i sadašnjost podzemnog rudarenja pripada kopanju ugljena, zlata i
dijamanata, te metalnih ruda kao na primjer olova, cinka, željeza i ostalih mineralnih
sirovina iz slojevitih i neslojevitih ležišta. Ipak, zahvaljujući razvoju moderne
tehnologije dobivanja i pooštrenim uvjetima zaštite okoliša, u današnje doba sve su
učestaliji primjeri podzemne eksploatacije ležišta relativno plitkog zalijeganja ispod
površine Zemlje, kao na primjer arhitektonsko-građevnog pa čak i tehničko-građevnog
kamena u blizini urbanih sredina (Mesec, 2009).
2.1. Koraci u tehnološkom procesu podzemne eksploatacije
Koraci u tehnološkom procesu podzemne eksploatacije su:
- otvaranje,
- priprema,
- otkopavanje,
- otprema.
4
Otvaranjem se podzemna ležišta mineralnih sirovina povezuju sa površinom Zemlje. U
ovisnosti o uvjetima zalijeganja ležišta, veličini i položaju rudnog tijela, inženjersko-
geološkim i fizičko-mehaničkim svojstvima stijena, predmetnom reljefu i infrastrukturi
okoline budućeg rudnika, otvaranje se izvodi:
- vertikalnim oknima i niskopima,
- potkopima,
- kombinirano.
Okno (šaht) je okomiti ili kosi jamski objekt kojim se povezuje površina Zemlje sa
izvoznim ili vjetrenim horizontom (slika 1, lijevo). Okno služi za prijevoz radnika,
izvoz otkopane rude, dopremu materijala i opreme u jamu, te dovod i odvod zraka.
Presjek okna je najčešće okrugli, a može biti i kvadratni, pravokutan ili eliptičan. Za
osiguranje okana i površinskih rudničkih objekata ostavljaju se sigurnosni stupovi. Ti
stupovi se ne otkopavaju sve dok je rudnik u funkciji, zbog mogućih slijeganja i
zarušavanja. Kada se određuje lokacija okna, osobito je važna dovoljno velika površina
oko njegovog ušća. Naime, kada se na primjer projektira željeznički transport potrebna
je najmanje 600 metara duga horizontalna površina za kolosijeke.
Potkop (rov) je horizontalni ili blagousponski jamski objekt za prilaz ležištu, i nalazi se
iznad dna doline. Potkop je jednostavno, brzo i jeftino tehničko rješenje kojim se
omogućava uspješan izvoz, gravitacijsko odvodnjavanje i jednostavno provjetravanje
jame. Otvaranje potkopom sve je više u uporabi, jer se brdska ležišta mineralnih
sirovina locirana u blizini velikih urbanih središta, radi pooštrenih ekoloških uvjeta, sve
češće otkopavaju podzemnim metodama (slika 2, lijevo).
Prednosti kombiniranog načina otvaranja su u brzoj uspostavi veze površine Zemlje sa
cijelim ležištem, kratkoći poprečnih hodnika i lakšem postizanju većih dubina (slika 2,
desno). Nedostaci su u otežanom prijevozu ljudi te sporijem izvozu rude na površinu.
5
Pripremnim radovima se podzemna otkopna radilišta povezuju sa prostorijama
otvaranja jame (oknima ili potkopima). Jama se dijeli na revire odnosno otkopna polja
ili horizonte, te se završno uspostavlja sustav protočne ventilacije odnosno vjetrenja i
odvodnjavanja rudnika. Podzemne prostorije koje se u tu svrhu izrađuju su smjerni i
poprečni hodnici, kose prostorije (uskopi i niskopi) (slika 1, desno), slijepa okna, sipke,
navozišta i odvozišta.
Slika 1. Otvaranje oknom (lijevo), otvaranje niskopom (desno)
Slika 2. Otvaranje potkopima (lijevo), kombinirano otvaranje (desno)
Mreža hodnika na horizontu povezuje pojedine revire sa objektima koji jamu spajaju sa
površinom Zemlje. Služi za transport iskopane rude, materijala, opreme i radnika,
dovođenje i odvođenje zraka, odvodnjavanje i smještaj svih potrebnih cijevnih,
energetskih i drugih instalacija. Mreža hodnika sastoji se od jednog ili dva glavna
smjerna hodnika i više poprečnih hodnika, izrađenih približno okomito na smjerne
hodnike, koji omogućavaju pristup pojedinim revirima. Glavni smjerni hodnik izrađuje
se u smjeru slojevitosti, i povezuje se na okno poprečnim hodnicima (Mesec, 2009).
6
2.2. Tehnološki proces otkopavanja podzemnih rudnih ležišta
Tehnološki proces otkopavanja podzemnih rudnih ležišta sastoji se od slijedećih koraka:
- dobivanje,
- utovar, jamski transport i izvoz iskopane rude na površinu,
- osiguravanje jamskih prostorija.
Remećenjem prirodne ravnoteže, tehnološkim procesom otkopavanja stvaraju se jamski
tlakovi. Procesom otkopavanja stvaraju se slobodne površine (10 < P < 1000-5000 m2),
koje su tijekom otkopavanja izložene jamskim tlakovima. Nekontrolirano zatvaranje,
zarušavanje ovih prostorija, izazvalo bi goleme materijalne troškove i ugrozilo ljudske
živote. Zbog toga se kod otkopavanja (otkopne metode) nastoji u tehnologiju ugraditi
tehnološke postupke i sigurnosne mjere u cilju suprostavljanja jamskom tlaku. Radi
suprostavljanja silama koje djeluju na slobodan prostor poduzimaju se sljedeće mjere:
- podgrađivanje,
- osiguranje zaštitnim stupovima,
- osiguranje zasipom,
- osiguranje skladištenjem korisne mineralne sirovine,
- zarušavanje.
Otkopne metode s ostavljanjem slobodnih prostora, primjenjuju se tamo gdje krovina i
podina (prateće naslage) imaju sa stajališta stabilnosti jako povoljna fizičko-
geomehanička svojstva.
2.3. Podgrada
Termin podgrada često se koristi za opis procedura i materijala koje se koriste za
poboljšanje stabilnosti i održavanje samonosivosti stijenske mase u blizini granica
podzemnog iskopa. Primarna svrha podgrađivanja je mobilizacija i konzerviranje
7
čvrstoće stijenske mase tako da ona postane samonosiva. Bilo bi korektnije procedure i
materijale korištene u ovom slučaju opisati kao armiranje. Termin podgrada tada može
biti rezerviran za slučajeve kada je stijenska masa stvarno poduprta konstruktivnim
elementima koji podnose, u cjelini ili djelomično, težinu individualnih stijenskih
blokova izdvojenih diskontinuitetima ili zone razrahljene stijene (Vrkljan, 2003.).
Primarna podgrada ili armiranje primjenjuje se za vrijeme ili odmah nakon iskopa kako
bi se osigurali sigurni radni uvjeti tijekom kasnijeg iskopa, te inicirao proces
mobiliziranja i konzervacije čvrstoće stijenske mase na način da se kontrolira pomak
granica iskopa (slika 3). Svaka dodatna podgrada ili armiranje primjenjena u kasnijoj
fazi naziva se sekundarnom. U rudarstvu se podgrada nekada djeli na privremenu i
stalnu. Često se privremena podgrada, djelomično ili u cijelosti, uklanja prije ugradnje
stalne podgrade (Živković, 1999.). Postoje slučajevi kada se ne može upotrijebiti
primarna podgrada već se ugrađuje jedinstvena podgrada koja ima funkciju i primarne i
sekundarne podgrade. Ovaj slučaj se javlja kada se iskop vrši u materijalima sa izrazito
niskom čvrstoćom koji se ne mogu stabilizirati osim podgradom koja na sebe preuzima
ukupna opterećenja (ukupna primarna naprezanja). Obično se u ovim slučajevima
koristi podgrada od prefabriciranih elemeneta a nekada se koristi i podgrada od betona
koji su ugrađuje na licu mjesta (slika 4).
Slika 3. Drvena primarna podgrada,
rudnik Sv. Barbara
Slika 4. Betonska podgrada, tunel Petro
8
3. INJEKTIRANJE
Pod općim pojmom injektiranja podrazumijeva se tehnički postupak kojim se posebne
injekcijske smjese posredstvom bušotina ubrizgavaju u čvrste stijene ili nevezana tla.
Ubrizgana masa se u porama (tlo) i diskontinuitetima (stijena) stvrdne što poboljšava
njihova mehanička svojstva i smanjuje vodopropusnost. Pojava mlaznog betona kao i
nove tehnike sidrenja, revolucionarno su promijenile tehnike građenja podzemnih
objekata.
3.1. Smjese za injektiranje
Izbor smjese za injektiranje ovisi o svrsi injektiranja i svojstvima tla koje se injektira.
Dugo je vremena cement bio jedino sredstvo za injektiranje tla. Smjese koje se koriste
za injektiranje:
- guste suspenzije cementa, gline, bentonita i pijeska za smanjenje
propusnosti,
- cementni pijesak i plastifikatori za konsolidaciju,
- umjetne smole, pjene i otopine kemijskih spojeva u vodi.
Suspenzije se primjenjuju za injektiranje raspucale stijene i veoma porozna
nekoherentna tla, a malter koji sadrži veću količinu sitnog do krupnog pijeska i sredstva
za plastifikaciju, služi za ispunjavanje veoma širokih pukotina i šupljina u tlu. Otopine
kemikalija koje stvrdnu nakon injektiranja u pukotine ili pore služe za injektiranje
poroznog zrnastog tla sa sitnim porama u koje se ne može utisnuti suspenzija. Na tržištu
su se pojavile i razne umjetne smole s manjim viskozitetom od otopina silikata, koje
lakše prodiru u još sitnije pore. Područje koje se ovako zapunjava ovisi o tlaku, trajanju
injektiranja, viskozitetu sredstva i o veličini pora. Masa ne može blokirati pore jer u njoj
nema čestica i ne može se zgušnjavati filtriranjem. Formuliranjem gela postiže se
čvrstoća koja odgovara sastavu u kojem je injektirana (Nonveiller, 1989).
9
3.2. Izrada injekcijskih bušotina
Za bušenje injekcijskih bušotina koriste se:
- rotacijske bušilice, s prstenastim ili s punim krunicama,
- udarno rotacijske bušilice.
Injektiranje počinje bušenjem bušotina po redoslijedu i u međusobnom razmaku koji se,
unutar određenih granica, utvrđuje projektom, a konačno se prilagođava rezultatima što
se postižu injektiranjem na jednoj ili više probnih dionica. Osnovni uvjeti za uspješno
injektiranje je dobro ispiranje bušotine tijekom bušenja i prije samog injektiranja, kako
se otvorene pukotine uz stijenku bušotine ne bi začepile. Za ispiranje se upotrebljava
čista voda.
Rotacijske bušilice dopuštaju vađenje jezgre pa se njima buši određen broj primarnih
bušotina kako bi se za sigurnije upravljanje radom dobili dodatni geotehnički podaci o
svojstvima stijene. Udarno-rotacijskim bušenjem se sav materijal mrvi i iznosi na
površinu vodenom isplakom ili uz pomoć zraka, pa otpada rad pražnjenja jezgrene
cijevi.
Kod injektiranja se u bušotinu uvodi cijev kroz koju se doprema injekcijsko sredstvo.
Na njezinom je kraju brtvilo koje izolira dionicu određene duljine, koja će biti
injektirana, od ostalog dijela bušotine.
10
3.3. Nestabilnost stijenske mase i podzemnih građevina
Postupak identificiranja mogućeg modela nestabilnosti stijenske mase obuhvaća
sljedeće korake:
- sakupljanje inženjersko-geoloških podataka površinskim kartiranjem i bušenjem,
- definiranje inženjersko-geoloških i geotehničkih svojstava stijenske mase,
- klasifikacija stijenske mase i identifikacija potencijalnog modela loma.
Nestabilnosti podzemnih građevina iskazuje se kao:
- nestabilnost zbog nepovoljne strukturne geologije (lom kontroliran strukturom i
gravitacijom),
- nestabilnost uslijed niske čvrstoće u odnosu na naprezanje (lom izazvan
naprezanjima i gravitacijom),
- nestabilnost uslijed jakog trošenja ili bubrenja stijena,
- nestabilnost uslijed visokog tlaka ili tečenja vode.
U čvrstoj stijenskoj masi s velikim brojem diskontinuiteta, stabilnost iskopa na malim
dubinama biti će kontrolirana strukturnim lomovima uslijed gravitacije. Radi procjene
moguće nestabilnosti po ovom modelu potrebno je poduzeti sljedeće radnje:
- određivanje srednjih nagiba i pravaca nagiba značajnih diskontinuiteta u
stijenskoj masi,
- identificiranje potencijalnih klinova koji mogu kliznuti ili ispasti iz kalote i
bokova,
- proračun faktora sigurnosti identificiranih klinova ovisno o modelu loma,
- proračun potrebnog osiguranja kako bi se faktor sigurnosti pojedinih klinova
doveo na zadovoljavajuću vrijednost.
11
Slika 5. Nailazak na ruševnu zonu prilikom kopanja rudnika, Rude
Kada je in-situ čvrstoća stijenske mase manja od in-situ naprezanja, probleme
stabilnosti mogu izazvati lomovi izazvani naprezanjima (slika 5). Kada se govori o
teškim geotehničkim uvjetima, najčešće se misli na gnječenje i/ili bubrenje stijena.
Naime, u bubrivim stijenama, negativni efekti bubrenja su gotovo redovito pojačani i
efektima gnječenja. Na terenu je vrlo teško razlikovati ta dva fenomena.
Tečenje podzemne vode može prouzročiti otapanje lako topivih minerala kao što su
kuhinjska sol, gips i sl. Otapanje slojeva stijena koje sadrže ove minerale, može
značajno ugroziti stabilnost podzemnih iskopa. Posebna pravila projektiranja treba
primijeniti ako se tunel projektira u masivu koji se sliježe zbog podzemnog rudarenja.
12
4. RUDNIK ŽELJEZA SV. BARBARA U RUDAMA
4.1. Zemljopisni položaj i prometna povezanost
Rudnik željeza Sv. Barbara nalazi se u mjestu Rude, koje administrativno pripada gradu
Samoboru, koji se nalazi unutar Zagrebačke županije (slika 6).
Slika 6. Zemljopisni položaj Ruda
Istraživani lokalitet Rude obuhvaća područje između 45°75' i 45°68' sjeverne
zemljopisne širine te između 15°55' i 15°66' istočne zemljopisne dužine, a smješteno je
na obroncima Samoborskog gorja, ispod vrha Oštrc (753 m). Prvi najbliži grad je
Samobor, od kojeg je selo Rude u smjeru jugozapada udaljeno svega 5 km, dok je od
Zagreba udaljeno 25 km. Uz cestu i potok nalazili su se brojni rudnici bakra i željeza.
Rudnici su se stoljećima iskorištavali, imali su velik gospodarski značaj i znatno su
utjecali na razvoj Ruda koje su se u XIV stoljeću zvale Rovi.
13
4.2. Gospodarske prilike i stanovništvo
Današnji stanovnici Ruda potomci su doseljenih rudara. Osim rudarstva razvijeni su bili
i obrti posebice kožarski i kovački. Maksimalni broj stanovništva Rude bilježe 1910.
godine otkada je uglavnom stalno u padu (slika 7).
Litološki sastav tla veoma varira u vrstama i kvaliteti na što posebice utječe nagib
terena te zbog ispiranja i klizanja nije pogodan za obrađivanje. Poljodjelska proizvodnja
ne podmiruje vlastite potrebe. Prinosi su slabi i predstavljaju tek dodatni izvor prihoda.
Slika 7. Rude (stara razglednica)
4.3. Hidrografske i klimatske prilike kraja
Mjesto Rude smješteno je u dubokoj, uskoj i tipičnoj alpskoj dolini, strmih stranica,
omeđenoj gorskim grebenima Plešivice i Ištrca. Najznačajniji vodeni tok na
istraživanom području je potok Rudarska Gradna, koji teče duž cijelog sela Rude i na
ulazu u Samobor se spaja s potokom Lipovačka Gradna. Oba potoka pripadaju u širem
smislu slivu rijeke Save.
14
Duboko usječena dolina Rudarske Gradne morfološki je vrlo markantna. Zbog prisustva
manje propusnog dolomita u građi terena čitavo je područje bogato izvorima vode i
mnogobrojnim potocima.
Dolina Rudarske Gradne posebno je rasjedno uvjetovana geomorfološka jedinica u
okviru Žumberačkog gorja. Na malom prostoru doline susreće se relativno veliki broj
geoloških formacija, što uvjetuje složene strukture stijenja različite geološke starosti od
perma do paleocena.
Područje je okarakterizirano tipičnom umjerenom kontinentalnom klimom. Količina
oborina godišnje se kreće između 1000 i 1200 mm.
4.4. Geološke i hidrogeološke značajke šireg područja
4.4.1. Tektonika
Istraživano područje nalazi se na dodiru alpskih, dinarskih i panonskih struktura. Stoga
je tektonika vrlo komplicirana. Moguće je izdvojiti sisteme strukturnih oblika smjerova
SZ-JI, SI-JZ, S-J i I-Z (Herak, 1956.). djelovanje tektonike vrlo je izraženo i u rudištu,
gdje su stijene i rudne žile poremećene djelovanjem mnogobrojnih rasjeda, pri čemu su
minerali rudnih žila često zdrobljeni (Šinkovec, 1971.).
4.4.2. Geološka građa
Paleozoik
Najstarije stijene na području Samoborskog gorja pripadaju gornjopaleozojskim
naslagama. Nađene su u području Velikog Černeca, Rudarske Gradne i Braslovja.
Gornji dio paleozojskih naslaga najčešće je predstavljen pješčenjacima i kvarcnim
konglomeratima i brečokonglomeratima srednjeg i gornjeg perma. Šejlovi i siltiti dolaze
kao ulošci i proslojci unutar pješčenjaka.
15
U gornjem dijelu pješčenjaka nađen je sloj dolomita debljine 15 m. u krovini tog
dolomita je sloj anhidrita i gipsa debeo mjestimice do 10 m, a u njegovoj podini se
mjestimice nalazi anhidrit i gips, a mjestimice pješčenjak.
Dalje u još višim područjima pješčenjaka pojavljuje se sloj siderita debljine do 8 m.
Iznad tog sloja leže pješčenjaci debeli oko 5 m, a na njima leže glavne mase anhidrita i
gipsa. U okviru rudarskih radova nije dosegnuta krovina anhidrita i gipsa, stoga se ne
zna njihova prava debljina, ali je pouzdano utvrđeno da je ona najmanje 45 m.
Mezozoik
Mezozojske stijene dominiraju u izgradnji Samoborskog gorja. Od njih trijaski
sedimenti imaju najveću rasprostranjenost.
Na istraživanom području Ruda donjotrijaski sedimenti su najzastupljeniji. Oni su
predstavljeni sa pješčenjacima, siltitima, vapnencima, dolomitiziranim vapnencima,
dolomitima i vapnovitim laporima. Najznačajniji litološki član su ljubičastocrveni,
zelenkastosivi, rjeđe sivi do tamnosivi tankouslojeni tinjčasti pješčenjaci s prelazima u
tinjčaste siltite. Dolomitizacija je u vapnenim sedimentima jače izražena, tako da
postoje varijateti od djelomice dolomitiziranih do gotovo čistih dolomita. (Šikić i dr.,
1972.). U gornjem trijasu najznačajnije stijene jesu dolomiti. U području istraživanja i
bližoj okolici nisu nađene naslage jure.
Donja kreda je karakterizirana vulkanogeno-sedimentnim kompleksom. Na
istraživanom lokalitetu se sastoji od izmjene zelenkastih grauvaknih pješčenjaka,
šejlova i radiolarijskih rožnjaka. Stijene gornje krede karakterizirane su debelom
flišolikih sedimenata smeđastosive do tamnosive boje u kojoj prevladavaju vapnoviti i
glinoviti lapori, šejlovi i kalkareniti. U bližoj okolici istraživanog područja još nisu
prisutne stijene paleocena čije se protezanje prostorno poklapa sa stijenama
vulkanogeno-sedimentnog kompleksa donje krede.
16
4.5. Geomehaničke značajke stijenske mase
Na širem području ležišta nađeno je pet različitih tipova stijena. To su konglomerati,
šejlovi, dolomit, anhidrit i gips te pješčenjaci. Nabrojane stijene se razlikuju po svojim
geomehaničkim značajkama.
Konglomerati su vrlo čvrsti i u njima nije potrebno podgrađivanje. Međutim na njih se
ne nailazi u dijelu ležišta u kojem se planiraju radovi. Šejlovi su male čvrstoće i u njima
je potrebno podgrađivanje. Sloj dolomita se nalazi na krajnjem zapadnom dijelu ležišta i
ne proteže se do dijela ležišta u kojem će se izvoditi radovi. Anhidrit i gips pokazuju
vrlo visoku čvrstoću tako da u njima ne treba podgrađivati osim ako su zdrobljeni
djelovanjem tektonskih procesa. Pješčenjaci su čvrsti, ali opet ne dovoljno da se u njima
ne bi moralo podgrađivati.
Općenito geomehaničke karakteristike ovise o većem broju varijabla. To su veličina
zrna i njihova ujednačenost u uzorku stijene, npr. pješčenjaka, veličina pornog prostora,
karakter granica zrna i njihova dužina, količina matriksa odnosno cementa te mineralni
sastav stijene. Na primjer, istraživanja su pokazala da su sitnozrnatiji pješčenjaci u
odnosu na krupnozrnatije karakterizirani većom čvrstoćom, a pješčenjaci s velikim
pornim prostorom su slabije čvrstoće. Pješčenjaci čije su granice između zrna
nepravilne pokazuju veću čvrstoću, dok oni s ravnim granicama zrna imaju slabiju
čvrstoću. Nadalje pješčenjaci s većom količinom cementa kao i većom količinom
kvaraca karakterizirani su većom čvrstoćom.
U recentnim ispitivanjima (Vrkljan, RGN-fakultet, 2008.) na uzorcima uzetim u
potkopima Kokel i Sv. Trojstvo (ukupno 10 uzoraka) određene su gustoće pojedinih
stijena. Ovisno o količini siderita u rudi i vrsti stijene, gustoće variraju od 3,1 g/cm3 u
kvarcnim pješčenjacima s manje siderita, preko 3,45 g/cm3 u kvarcnim pješčenjacima
bogatim sideritima do 3,8 g/cm3 u sitnozrnatim konglomeratima izuzetno bogatim
sideritnim matriksom.
17
4.6. Rudne pojave
Na istraživanom području prisutne su rude željeza i bakra koje su međusobno prostorno
i genetski povezane (Šinkovec, 1972.).
Slika 8. Željezna ruda, hematit Slika 9. Bakrena ruda
Željezna ruda je vezana za željezovite pješčenjake i sitnozrne konglomerate,
paleozojske starosti. Zona pojave ruda dugačka je 1,5 km a proteže se u pravcu SI-JZ s
obje strane potoka Rudarske Gradne. Glavni mineral je hematit (slika 8), osim u
centralnom dijelu ležišta gdje je siderit glavni mineral. Hematitna ruda se javlja u obliku
leća i lećastih slojeva dužine 5-30 m, debljine 1-4 m. u podini i krovini ruda prelazi u
željezovite pješčenjake. Sideritna ruda se javlja u obliku tijela dugačkog 180 m, širokog
80 m a debelog 8 m. nagib rudnog tijela je 25-35°prema SZ. Lateralno, rudno tijelo
prelazi u željezovite pješčenjake. I u podini se nalaze željezoviti pješčenjaci s
proslojcima gline.
Najveća pojava bakrene rude (slika 9) nalazi se u Rudama, neposredno ispod sideritnog
tijela. Rudne pojave imaju oblik žica koje se pružaju u smjeru SSZ-JJI s nagibom od 40-
75°, a presjecaju paleozojske pješčenjake. Debljina većine rudnih žica je 5 do 20 cm,
manji broj njih je debljine do 1 m, a iznimno zadebljale žice su i do 3 m. Glavni mineral
žica je siderit, zatim kvarc, a sulfidi i bariti su rjeđi.
18
4.7. Rudarski istražni radovi
Prilikom zadnjih istraživanja ležišta izvođenih između 1952. i 1956. godine, očišćen je
najniži potkop Vlašić čiji se ulaz nalazi u neposrednoj blizini ambulante u Rudama.
Potkop je dug oko 550 m i bio zarušen do 430-og metra jer je taj dio u neotpornim
glinovitim pješčenjacima. Ostali dio potkopa je u gipsu i taj dio hodnika nije bio
zarušen. Nadalje je počišćen potkop Sv. Trojstvo koji je prilično razgranat s ukupnom
dužinom oko 520 m. Prvih 120 m rov je bio zarušen, dok je ostali dio bio uglavnom
prohodan. Zatim je očišćen najviši rov Kokel koji je dug oko 200 m i čijih je prvih 70
metara bilo zarušeno. Potkopi Sv. Trojstvo i Kokel povezani su otkopima željezne rude
(siderita) koji su prohodni. Na kraju potkopa Vlašić je okno Josip koji ide naviše i
naniže oko 22 m (Vrkljan, 2008).
19
5. TEHNOLOGIJA IZVOĐENJA RUDARSKIH RADOVA U
RUDNIKU ŽELJEZA SV. BARBARA U RUDAMA
Projektiranim se rudarskim radovima uspostavila komunikacija ulaznih dijelova jame
starog rudnika željeza Sv. Barbara i njihovo uređenje za siguran obilazak posjetitelja. U
tom cilju uspostavljena je prolaznost na trasi donji potkop Sv. Trojstvo – otkopna
radilišta – gornji potkop Kokel (prilog 1).
Glavni radovi na pročišćavanju jamskih prostorija odnose se na potkop Sv. Trojstva
gdje je zarušen ulazni dio dok je jamski dio bio neizvjesnog, ali očekivano stabilnijeg
statusa. U cilju probijanja zarušenog potkopa Sv. Trojstvo provedene su slijedeće
tehnološke faze:
- iskop predusjeka,
- probijanje zarušenog dijela probojnom podgradom,
- utovar i izvoz iskopine (na vanjsko ili unutarnje odlagalište),
- podgrađivanje potkopa i otkopa.
Iskop predusjeka potkopa Sv. Trojstvo izvedeno je bagerom gusjeničarom. Probijanje
zarušenog dijela potkopa Sv. Trojstvo izvedeno je primjenom ručnog alata,
pneumatskog otkopnog čekića. Po potrebi, gdje nije bilo moguće probijanje zarušenog
dijela, izrađeni su novi dijelovi potkopa. U tom slučaju, ukoliko nije bilo moguće
probijanje primjenom otkopnog čekića, izvedeni su bušačko-minerski radovi.
Vjetrenje slijepih radilišta tijekom probijanja potkopa Sv. Trojstvo izvodeno je
separatno. Nakon proboja potkopa Sv. Trojstvo uspostavljena je protočna zračna struja.
Za vjetrenje radilišta, separatno i protočno koristio se cijevni ventilator, ugrađen u
vjetreni kanal uz portal Sv. Trojstva. Za odvodnjavanje radilišta bila je predviđena
potporna muljna crpka.
20
5.1. Osnovna polazišta pri iznošenju projektnih rješenja
Podzemne prostorije projektirane su na način da u najvećoj mogućoj mjeri prate
postojeće rudarske prostorije. Podzemne prostorije obzirom na ulazak velikog broja
posjetioca, nevičnih na jamske prostore, moraju imati visok stupanj sigurnosti.
Podzemne prostorije predviđene za obilazak i kretanje posjetitelja moraju imati
potrebne gabarite za njihov siguran prolazak. Potrebno je osigurati dobro vjetrenje
podzemnih prostorija predviđenih za obilazak posjetitelja te odvojiti ostale dijelove
jame od jamskih prostora predviđenih za obilazak posjetitelja.
Podgradni elementi, posebice u potkopu Sv. Trojstvo, mogla su se mijenjati (pojačati)
ovisno o stvarnim zatečenim geomehaničkim prilazima u jamskim prostorijama.
Promjene podgradnih elemenata izvedene se uz suglasnost i dogovor sa nadzornim
inženjerom i projektantom.
5.2. Prognozni geološki profil potkopa Sv. Trojstvo
U području zahvaćenom rudarskim radovima sanacije, sukladno raspoloživoj
dokumentaciji i predviđanjima prof. Šinkovca, očekivano se naišlo samo na
pješčenjake.
Pješčenjak nije dugotrajno stabilan, za razliku od željezovitog pješčenjaka i siderita koji
su znatno stabilniji i kroz duže razdoblje. Nepostojanost pješčenjaka uzrok je
zarušavanja ulaznih dijelova potkopa Sv. Trojstvo i Kokel. Ulazni dio starog potkopa
Sv. Trojstvo (ušće na koti oko +341,0 m) zarušen je i nije ucrtan na kartu iz 1954.
godine.
21
6. POTKOP SV. TROJSTVO
Na dijelu zemljišne čestice k.č. br. 3817, na desnoj obali potoka Mrzlak, izveden je
predusjek potkopa Sv. Trojstvo. Predusjek potkopa, u duljini 25 m, izveden je na mjestu
gdje se pretpostavlja da je bio stari portal potkopa Sv. Trojstvo koji je tijekom vremena
zarušen. U predusjeku je bio nanos humusnog materijala koji se lako kopa bagerom.
Bokovi predusjeka su od pješčenjaka. Iskopom se nije stiglo do samog ulaza u potkop.
Početna kota u predusjeku Sv. Trojstva osigurava gravitacijsko dreniranje vode iz
jamskih prostorija.
6.1. Portal i ulazni dio potkopa Sv. Trojstvo
Portal potkopa Sv. Trojstvo izvoden je zidanjem kamenom (slika 10). Bokovi
predusjeka Sv. Trojstvo osiguravani su potpornim kamenim zidovima visine do 1,2 m,
debljine 40 cm, u duljini od oko 8,0 m. U iskopanom predusjeku izveden je kamenom
ozidani profil potkopa („lažni potkop“) površine 2,9 m2, u duljini cca. 12,0 m.
Slika 10. Portal potkopa Sv. Trojstvo
22
Nakon izrade, potkop je zatrpan iskopanim materijalom. Maksimalna visina nadsloja
iznad ozidanog ulaznog dijela potkopa iznosi 4,0 m. Oko portala zidan je portalni
kameni zid, visine do 4,0 m, površine cca. 13 m2.
6.2. Sanacija zarušenog dijela potkopa Sv. Trojstvo
Potkop Sv. Trojstvo bio je u početnom dijelu potpuno zarušen (slika 5). Ulaz u potkop
trebalo je pronaći iskopom također zarušenog predusjeka. Karakter zarušenog dijela
potkopa najbolje je uočen u vidljivom zarušenom dijelu pri otkopnim radilištima. Pri
podini potkopa zarušena stijenska masa je sitnije granulacije na kojoj leže veći stijenski
blokovi. To ukazuje da je zarušavanje prostorije započelo opadanjem sitnijih komada
stijenske mase. Povećanjem zarušenog svoda povećali su se i zarušeni stijenski komadi.
Podgrađivanje je izvedeno drevnom trapeznom podgradom. Po potrebi razmak profila
može je smanjen. Ukupno je za podgrađivanje drevnom trapznom podgradom
podgrađeno 63 m potkopa. Postojeći profil potkopa proširen je u cilju ugodnije
prolaznosti posjetitelja. Svijetli profil iskopa iznosi 2,9 m2. Kod pojave zarušaka
primijenjene su tehnologija sanacije, odnosno izvedeno je podgrađivanje profila
armiranim betonom.
6.3. Otkopna radilišta (između potkopa Sv. Trojstvo i kokel)
Naprezanja u otkopima svakako su najveća jer su i otvorene površine najveće.
Primijenjena je metoda otvorenih otkopa sa ostavljanjem neregularnih zaštitnih stupova.
Na podu otkopa zamjećen je mali broj manjih komada stijene iz krovine. Obzirom na
vrijeme otkad su otkopi stajali otvoreni; to ukazuje na stabilnost prostora. Za siguran
prolaz posjetitelja kroz otkope izrađen je prolaz od plastificiranih čeličnih profila
(Vrkljan, 2010.).
23
6.4. Osiguranje potkopa u ostalim dijelovima
Sidra se uvode u bušotine prethodno ispunjene cementnim mortom omjera 1:1. Mort je
injektiran ili su ugrađena tzv. perfo sidra. Kod ovih sidara mort se stavlja u perforiranu
cijev koja se uvodi u bušotinu. Zatim se u perforiranu cijev uvlače sidra. Na taj način
cementni mort ispunjava cijelu bušotinu. Dio morta djelomično ispunjava i pukotine uz
bušotinu čime se dodatno homogenizira stijena uz ugrađena sidra. Sila potrebna za
izvlačenje ovih sidara u sličnim stijenama je po pravilu veća od 10 000 kN.
6.5. Obrazloženje potrebe izrade dopune rudarskog projekta
Rudarski radovi sanacije i uređenja jame Sv. Barbara odvijali su se sukladno projektnim
rješenjima provjerenog i ovjerenog Glavnog rudarskog projekta sanacije i uređenja
rudnika željeza Sv. Barbara u Rudama. Čelo radilišta potkopa Sv. Trojstvo ušlo je u
ruševnu zonu i došlo je do provale blokovitog materijala iz krovine. Tehnologija
izvođenja rudarskih radova na proboju potkopa Sv. Trojstvo projektirana Glavnim
projektom sanacije ne daje tehničko rješenje za izvođenje prostorije u navedenim
neočekivanim uvjetima.
Dopunom rudarskom projektu dana su projektna rješenja za izradu potkopa Sv. Trojstvo
u ruševnoj zoni. Sukladno ažurnoj geodetskoj snimci (prilog 1) do spajanja sa starim
potkopom Sv. Trojstvo u zoni ispod otkopa, preostalo je oko 15 m (Vrkljan, 2010.).
24
7. POLIURETANSKE SMOLE
7.1. Probno injektiranje poliuretanskim smolama
Obzirom na nepostojanje odgovarajuće relevantne i racionalne geofizičke i rudarske
istražne metode kojom se mogla istražiti struktura stijenskog masiva uokolo čela
potkopa, postala je najracionalnija opcija – prolaz potkopa kroz ruševinu. U tom smislu
26. veljače 2010. godine javila se ideja o injektiranju stijenskog materijala u zarušku
poliuretanskim smolama. Nezgoda je u tome što su ti materijali i njihovo korištenje
slabo poznati pri podzemnim i drugim radovima u Republici Hrvatskoj. Kontaktiran je
predstavnik firme BASF Croatia d.o.o. koja proizvodi i prodaje poliuretanske materijale
na hrvatskom tržištu. Nakon kratkih informacija i upoznavanja sa ključnim značajkama
ovih materijala, dogovoreno je probno injektiranje na samom zarušenom čelu potkopa
Sv. Trojstvo. Izvođač probnog injektiranja bila je tvrtka Dr Beton d.o.o. Tvrtka je ove
materijale koristila na sanaciji starih tunela na riječkoj obilaznici. Ugradnja injekcijskih
smjesa u svod zarušenog potkopa trajala je oko dva sata.
7.2. Kemizam poliuretanskih injekcijskih smjesa
Kemijske injekcijske smjese sastoje se od isključivo tekućih sastavnica što im daje
sasvim drugačije značajke u odnosu na cementne injekcijske smjese. Kemijske
injekcijske smjese su Newtonovi fluidi, posjeduju viskozitet a nemaju koheziju. Stoga
udaljenost prodiranja kemijskih injekcijskih smjesa od bušotine i vrijeme ugradnje za
određeni volumen ovisi isključivo o viskozitetu smjese i upotrijebljenom pritisku
injektiranja. Raspoložive kemijske značajke injekcijskih smjesa uključuju silikate, natrij
ugljičnu metilcelulozu, ligno sulfonate, akrilamid i akrilate, epoxy, poliuretane i neke
druge materijale.
25
Iz praktičnih razloga na raspolaganju su dvije osnovne grupe kemijskih injekcijskih
smjesa:
- reaktivne plastične smole,
- vodeni gelovi.
Reaktivne smole mogu biti monomeri ili polimeri, miješanjem kojih se reakcijom
polimerizacije kao konačni produkt dobiju stabilni trodimenzionalni polimeri. Kada je
vrijeme reakcije kratko, injektiraju se dvokomponentni materijali, koji se miješaju na
pakeru prije ubacivanja u stijenu. Kod vremenskih reakcija koje duže traju
dvokomponentni materijali se mogu ubacivati jednokomponentnom pumpom. Takvi
proizvodi ne razrjeđuju se vodom, ali mogu reagirati sa vodom. Za pravilnu reakciju i
kakvoću konačnog proizvoda važna je pravilna proporcija komponenti.
Poliuretanske smjese (PU smjese) su reaktivni plastični polimeri širokog spektra
značajki za različite vrste primjena. Polimeri su velike molekule koje nastaju
udruživanjem malih molekula (monomera) u takozvanom postupku stupnjevite
polimerizacije (kondenzacije) u poliuretanske proizvode. Proizvodi gdje se ponavlja
grupa NHCO2 zovu se poliuretani.
Primjer ovakve reakcije je reakcija između izocijanata i alkohola i dobivanje uretana:
CH3−N=C=O + HO−CH2−CH3 → CH3−NH−C−O−CH2−CH3
izocijanat + alkohol → uretan
Dobiveni proizvodi mogu biti čvrsti ili meki, bez pora ili pjenasti do 30 puta volumena
tekućih sastavnica. Vrijeme reakcije varira od nekoliko sekundi do nekoliko sati.
Viskozitet sastavnica prije početka reakcije i brzina reakcije su temperaturno ovisni.
Značajke konačnog proizvoda su prvenstveno ovise o materijalu u koji se injektiraju.
26
Značajke se mogu podešavati dodavanjem katalizatora i drugih kemikalija. Široki rang
mogućih značajki PU smjesa nude mogućnost specijalistima da kreiraju materijale za
posebne namjene. Za mnoge korisnike, kompleksnost smjesa može biti frustrirajuće,
budući je teško ocijeniti koji komercijalni proizvod je najpodesniji za određenu
namjenu.
Poliuretani se dobiju reakcijom poliizocijanata (difenilmetana – diizocijanata ili
skraćeno MDI) i polialkohola (skraćeno ploliol). Ako se poliolu doda voda, ili
mješavina sastavnica, dio izocijanata reagira stvarajući poliureu ili ugljični dioksid. Ova
se reakcija odvija istovremeno sa stvaranjem poliuretana pa se mjehurići plina
zarobljavaju u pjeni. Stvaranje pjene ima učinak samoinjektiranja poliuretanske smjese,
budući pritisak CO2 može doseći 50 bara (temperaturno ovisan). Prodiranje injekcijske
smjese nije ovisno samo o pritisku pumpe i viskozitetu već i o pritisku punjenja.
Poliuretani se odlikuju visokim viskozitetom, što je ograničavajući faktor prodiranja u
stijenu. Na sobnoj temperaturi viskozitet je 200 cPa, ali ga je moguće sniziti do 100 cPa.
Ako se komponente razrijede dodavanjem otopina moguće je viskozitet smanjiti na 20
cPa, ali otopine mogu uzrokovati zdravstvene i okolišne teškoće u podzemlju. PU
proizvodi su nepopularni iz zdravstvenih razloga zbog prisustva izocijanata (mogućih
alergijskih i dišnih poteškoća). Također, smatra ga se prljavim proizvodom jer prianja
uza sve s čime dođe u kontakt. Međutim, korištenje modernih niskorizičnih
komponenti i profesionalna posada, sa odgovarajućom osobnom zaštitom uz dobru
proceduru postupanja, rizičnost uporabe poliuretana svodi se na minimum.
Volumni trošak ugradnje materijala je visok, budući da je faktor pjenjenja pri ugradnji u
stijenu puno niži od onog dobivenog laboratorijski. Uporabljivost je prvenstveno vezana
uz brzo zaustavljanje dotoka vode u podzemne prostorije, lokalno zapunjavanje
otvorenih podzemnih prostora te ponekad da ograniči i kontrolira širenje primarnih
injekcijskih materijala.
27
7.3. MEYCO MP 355 A3
MEYCO MP 355 A3 je visoko reaktivna, bezotapalna, dvokomponentna poliuretanska
pjena, specijalno namijenjena za zaustavljanje brzog prodora vode i stabilizaciju tla.
Primjenjuje se za kontrolu prodora velikog volumena vode, stabilizaciju lomljene
stijenske mase, pijeska i šljunka te nasipnih materijala. Također se koristi u svrhu
ispune šupljina i reparature betonskih građevina.
Prednost ovog proizvoda je brza reakcija materijala kod potrebe za strukturalnom
čvrstoćom i krutošću. MEYCO MP 355 A3 uvijek reagira, bez obzira na prisutnost
vode. Ovo je važno sigurnosno svojstvo, jer znači da materijal uvijek stvrdnjava. U
dodiru s vodom, materijal stvara krutu pjenu. Brzo reagira sa vodom pri čemu je kratko
i ukupno vrijeme reakcije. Proizvod također reagira bez prisutstva vode, pri čemu
stvara tvrd materijal, nalik gumi. Modifikacija reakcije može se postići posebnim
dodavanjem ubrzivača i tiksotropnog sredstva komponenti A.
Komponenta A je smeđe boje, viskoziteta 250 mPa i gustoće 1,0 kg/m3. Komponenta B
je tamno smeđe boje, viskoziteta 200 mPa i gustoće 1,25 kg/m3. Ubrzivač za ovaj
proizvod je svijetlo smeđe boje, viskoziteta 500 mPa i gustoće 1,0 kg/m3.
Komponente A i B isporučuju se već spravljene (slika 11). Injektiraju se u volumnom
omjeru 1:1 koristeći dvokomponentnu pumpu za injektiranje opremljenu statičnom ''in-
line'' mlaznicom. Ako se zahtjeva brzo stvaranje pjene, vrijeme reakcije može se ubrzati
dodajući ubrzivač za MEYCO MP 355 A3. Ubrzivač se komponenti A dodaje
neposredno prije pumpanja, u količini od 1 do 5% komponente A (težinski). Vrijeme
stvaranja pjene značajno ovisi o temperaturi PU pjene, stijene i stijenske vode.
Komponente A i B potrebno je skladištiti u suhim uvjetima, u neotvorenim, tijesno
zatvorenim originalnim kontejnerima na temperaturi između +5° C i +35° C.
28
Slika 11. Komponente A i B spremne za upotrebu
PU smjesa tip MEYCO 355 A3 ispitana je u pogledu prikladnosti utjecaja na podzemne
i površinske vode. Ispitivanja su provedena u pogledu utjecaja na boju, zamućenost,
sklonost pjenjenju vode, miris, okus, prisutstvo organskih ugljika i vezanje klora.
Ispitivanja su izvedena na način da su tri plastična stupića (promjera 29 cm, visine 50
cm) punjena sitnim kvarcnim pjeskom. Ona su injektirana preko bočnih pakera sa 400
ml PU smjese tip MEYCO 355 A3. Neposredno nakon injektiranja kroz stupove je,
odozdo prema dolje, propuštana pitka voda iz lokalnog postrojenja za opskrbu pitkom
vodom (4 l/h). u određenim vremenskim razmacima, tijekom tri dana, uzimani su uzorci
propuštene vode te su fizikalno-kemijski ispitani, dok su uzorci vode iz jednog stupića
ispitani na sadržaj ukupnog organskog ugljika. Ispitana je obojanost, zamućenost, miris
i stvaranje pjene, određivanje pH vrijednosti, električna vodljivost, toksičnost sastojaka
vode pomoću djelovanja na bakterije i alge te razgradivost.
Uzorci vode bili su tijekom cijelog vremena izvođenja bezbojni i bistri, u početku
slabog organskog mirisa, koji se zatim smanjivao. Ni u jednom uzorku nisu dokazani
aromatski amini. Dato je mišljenje da nema zapreka za stručno i namjensko korištenje
proizvoda MEYCO 355 A3.
29
7.4. Mehaničke značajke PU smjesa
PU smjesa MEYCO tip MP 355 A3, koja je odabrana za uporabu u potkopu Sv.
Trojstvo, dvokomponentna je smjesa, od komponente A poliola i komponente B
izocijanata, koji se koriste za proizvodnju proizvoda koji razvija visoku pjenu.
Komponente se miješaju u volumnom omjeru 1:1. Kemijska reakcija ne ovisi o vodi
budući su svi potrebni elementi za razvoj reakcije sadržani u komponentama. Svojstva
proizvedene smjese pri temperaturi od 25° iskazana su u tablici.
Tablica 1. Svojstva PU smjese MEYCO MP 355 A3
Gustoća (g/cm3) 1,013
Viskoznost (mPa) 220
Vrijeme reakcije (s) 42 – 48
Faktor pjenjenja varijabilan
Brzina reakcije može se pospješiti dodatkom različitih vrsta akceleratora.
Postignuta tlačna čvrstoća PU smjese (tip MP 355 A3) ovisna je i upravo
proporcionalna postignutoj gustoći ugrađenog materijala, odnosno obrnuto
proporcionalna faktoru ekspanzije. Ovisno o postignutoj gustoći, tlačna čvrstoća kreće
se između 0,7 MPa (gustoća 90 kg/m3) i 67,7 MPa (gustoća 1000 kg/m3). Postignute
tlačne čvrstoće odgovaraju po vrijednostima odgovarajućim klasama betona. Vlačna
čvrstoća PU smjese (tip MP 355 A3), ovisno o postignutoj gustoći kreće se između 1,6
MPa (gustoća 90 kg/m3) i 30 MPa (gustoća 1000 kg/m3). Postignute vlačne čvrstoće i
do deset puta su veće od vrijednosti vlačnih čvrstoća odgovarajućih klasa betona (Knut,
2007).
30
8. REZULTATI PROBNOG INJEKTIRANJA
POLIURETANSKIM SMJESAMA
Uspješnost, svrsihodnost i učinkovitost izvedenih injektiranja PU smjesama na
postizanju odgovarajuće mehaničke nosivosti i stabilnosti stropa, može se potkrijepiti
činjenicom da i više od dva mjeseca od izvedenog injektiranja nije došlo do pokreta
stijenskih masa iznad čela radilišta potkopa Sv. Trojstvo. Temeljem navedenog
ocjenjuje se probno otkopavanje uspješnim. Smatra se da primjena PU smjesa ima
opravdanja prvenstveno sa sigurnosnog aspekta radilišta.
8.1. Tehnologija izrade potkopa
Tehnologija izrade potkopa u zarušenoj izlomljenoj stijenskoj masi izvedena je na način
da se prije iskopa izvede injektiranje u strop i čelo potkopa PU injekcijskim smjesama,
u cilju stabilizacije stijenske mase i stvaranja samonosivog svoda. Injektiranje se izvodi
dok se čelo potkopa nalazi u ruševnom, nevezanom stijenskom materijalu. Pretpostavka
je da je ruševna zona lokalnog ograničenog karaktera i da će se nakon toga ući u
kvalitetniju stijensku sredinu.
Tehnologija izrade potkopa sastojala se od sljedećih faza:
- injektiranje PU smolama
- iskop nevezane stijenske mase
- ugradnja podgrade
31
8.2. Injektiranje PU smolama – stvaranje samonosivog svoda
U cilju stabilizacije nevezane stijenske mase izvedeno je injektiranje PU smolama u
strop i čelo radilišta. Na taj način u svodu potkopa stvoren je samonosivi svod. Ukupno
su po jednom injektiranju ugrađene 22 cijevi:
a) injektiranje u strop (iznad grede) – dva reda u strop (ukupno devet cijevi) i
dvije cijevi u bokove (slika 12, 13, 14 ), (tablica 2),
b) injektiranje u čelo (ispod grede) – dva reda u čelo (ukupno devet cijevi) i
dvije cijevi u bokove (slika 15), (tablica 3).
Slika 12. injektiranje PU smjese u strop Slika 13. Injektiranje PU smjese u bokove
32
I. r
ed c
ijev
i u
str
opu
(S
I)
II.
red
cij
evi
u s
tro
pu (
S I
I)
bočn
e ci
jevi
Slika 14. Injektiranje u strop (iznad grede)
33
I. re
d ci
jevi
u č
elu
(Č I)
II. r
ed c
ijevi
u č
elu
(Č II
)
bočn
e ci
jevi
Slika 15. Injektiranje u čelo (ispod grede)
34
Tablica 2. Injektiranje u strop (iznad grede)
Tablica 3. Injektiranje u čelo (ispod grede)
red bušotina
broj
kut ugradnje, ° duljina cijevi, m
bočni, a čelni, b
Č I
1 -23 55 1,25
2 -12 55 0,18
3 0 55 0,15
4 12 55 0,18
5 23 55 1,25
Č II
6 -18 46 0,29
7 -6 46 0,24
8 6 46 0,24
9 18 46 0,29
BČ 10 -39 37 0,77
11 39 37 0,77
Ukupno m' cijevi 12,61
red bušotina
broj
kut ugradnje, ° duljina cijevi, m
bočni, a čelni, b
S I
1 -30 90 1,03
2 -16 90 0,92
3 0 90 0,89
4 16 90 0,92
5 30 90 1,03
S II
6 -24 55 0,97
7 -8 55 0,9
8 8 55 0,9
9 24 55 0,97
B 10 -50 21 0,42
11 50 21 0,42
Ukupno m' cijevi 9,37
35
8.3. Izvedba injektiranja PU smjesama
Injektiranje se izvodilo dvokomponentnim (komponenta A i komponenta B) tekućim
poliuretanskim smolama (tip MP 355 A3). Radi se o brzo reaktirajućim smjesama
kojima se postiže mehanička čvrstoća materijala na koji se primjenjuje. Reakcija se
odvija uz prisustvo ili bez prisustva vode. Uz prisustvo vode dobije se čvrsta pjena.
Reakcijom se upravlja dodavanjem akceleratora ili vode komponenti A. O brzini
reakcije, temperaturi i vlazi ovisi faktor ekspanzije. Potrebiti faktor ekspanzije ovisi o
vrsti stijenske mase koju je potrebno stabilizirati. Ukoliko se radi o krupnijem
stijenskom materijalu potrebno je postići veći ekspanzijski faktor u cilju da pjena
popuni praznine između pojedinih blokova stijene. Ukoliko se radi o sitnijem
nevezanom materijalu brzina reakcije treba biti manja pa je i ekspanzijski faktor manji.
Ugrađenu injekcijsku smjesu trebalo je prilagoditi i podesiti sukladno uvjetima na čelu
radilišta. Ukupni utrošak injekcijske smjese po jednom injektiranju iznosio je 100 litara
(A + B komponenta), odnosno 4,5 litara po pojedinoj cijevi. Komponente A i B
injektiraju se pomoću dvokomponentne crpke opremljene statičkim mješačem na kraju
prije ispuštanja u stijensku masu (slika 16). Pritisak injektiranja minimalno je 80 bara.
Vrijeme reagiranja komponenti značajno ovisi o temperaturi komponenti, stijene i
podzemne vode. Smola može imati tri potpuno različita svojstva dodatkom različitih
ubrzivača. Ubrzivači se dodaju u količini 0,1% do 1,0%. Ukoliko je stijena (radilište)
suha, komponenti A dodaje se do 2% volumena vode, da se ubrza reakcija. Dobro
miješanje komponenti A i B postiže se ugradnjom statičkog mješača, duljine oko 32 cm,
u izlazna injekcijska crijeva crpke. Uvođenje poliuretanske smole u nevezanu stijensku
masu izvodi se pomoću cijevi čiji je zadnji dio perforiran (u duljini od 0,5 m). Tako se
postiže dovoljna debljina stabiliziranog samonosivog svoda minimalne visine 1,0 m i
minimalne duljine 1,5 m.
36
Slika 16. Dvokomponentna crpka
Injektiranje se izvodilo sa korakom od 1,5 m (0,3 m u strop izvedenog potkopa i 1,2 m
ispred čela). Obzirom na duljinu proboja od 15 m očekivalo se da je potrebno
primijeniti 13 injektiranja. Međutim ovdje se radi o maksimalno potrebnom broju
injektiranja. Ostvaren je ipak manji broj potrebnih injektiranja. Ritam injektiranja je
svaki drugi dan. Vrijeme za izvođenje jednog injektiranja iznosi oko dva sata. Vrijeme
potrebno za izvođenje jednog napretka iznosi šest sati (iskop i ugradnja okvira) tako da
se ciklus zatvara unutar dva dana pri radu u jednoj smjeni od osam sati. Vrijeme proboja
(izrade) je 40 radnih dana (uz napredak od 0,4 m/dan i rad u jednoj osam-satnoj dnevnoj
smjeni).
8.4. Zapunjavanje PU smolama otvorenih prostora u stropu
Ukoliko se prilikom iskopa u stropu potkopa otvorio prazni prostori, dodatno se
injektiralo u cilju zaštite čela radilišta (slika 17). Injektiranje se izvodilo PU smjesama u
strop u cilju zapunjavanja otvorenih praznih prostora i zaštite čela radilišta od padanja
komada stijene iz stropa. Pri tome se aplicirala ugradnja smjesa najvećeg faktora
ekspanzije (do 30). Prije injektiranja izvedena je zaštita čela ugradnjom probojne drvene
podgrade.
37
Prije početka radova osigurano je radilište ugradnjom injekcijske smjese u prazan
prostor koji se otvorio u stropu u lijevom boku radilišta. Daljnje potrebe za
zapunjavanjem otvorenih praznih prostora u stropu pokazale su se tijekom izrade
prostorija. Ukupno tri injektiranja otvorenih praznih prostora u stropu potkopa Sv.
Trojstvo. Utrošak injekcijskih komponenti po jednoj zapuni je 50 litara (uz faktor
ekspanzije 25).
probojna drvena
podgrada
PU smjesa visokog
ekspandirajućegfaktora
Slika 17. Zapunjavanje praznog prostora u stropu
38
8.5. Iskop i ugradnja podgrade
Nakon injektiranja (30 minuta po ugradnji) pristupa se iskopu čela i ugradnji okvira
drvene podgrade. Iskop stijenske mase izvodeno je pomoću pneumatskih otkopnih
čekića i ručnog alata. Iskop i podgrađivanje izvedena su u dva napretka po 0,4 m.
Nakon svakog napretka slijedi ugradnja okvira na razmaku 0,2 m. U slučaju otvaranja
praznih prostora u stropu potkopa izvedeno je osiguranje čela radilišta probojnom
drvenom podgradom. Prazan prostor ispunjava se PU smjesama (faktor ekspanzije 20
do 30).
39
9. ZAKLJUČAK
Prilikom izvođenja projekta sanacije starog, djelomično zarušenog rudnika, redovito se
nailazi na neočekivane situacije. Obzirom na nepostojanje odgovarajuće relevantne i
racionalne geofizičke i rudarske istražne metode kojom se može istražiti struktura
stijenskog masiva oko čela potkopa; sam potkop prolazi kroz ruševinu. Tada se
primjenjuju metode osiguranja potkopa predviđene projektom. Najčešće se injektira
čelo i strop potkopa. Ovisno od vrste stijene, stanja stijene, vrstu loma stijene i sl. bira
se adekvatna smjesa za injektiranje.
Uobičajeno je korištenje smjese od cementnog pijeska i različitih glina. Ovisno od
veličine pora u stijeni, smjese imaju različita svojstva. U novije vrijeme koriste se i
razne umjetne smole te kemijske smjese. Kod sanacije dijela podzemnih prostorija
zarušenog rudnika u Rudama korištene su poliuretanske smjese kao smjese za
injektiranje. Te su smjese, zbog svojih ključnih karakteristika, ocjenjene kao
najpogodnije za spomenuti zahvat. Rezultati probnog injektiranja ispunili su očekivanja
projektanta i izvođača.
Poliuretanske smjese su reaktivni plastični polimeri širokog spektra značajki za različite
vrste primjena. Dobiveni proizvodi mogu biti čvrsti ili meki, bez pora ili pjenasti do 30
puta volumena tekućih sastavnica. Vrijeme reakcije varira od nekoliko sekundi do
nekoliko sati. Značajke se mogu podešavati dodavanjem katalizatora i drugih
kemikalija. Široki rang mogućih značajki PU smjesa nude mogućnost specijalistima da
kreiraju materijale za posebne namjene.
U ovom radu kao primjer je korišten rudarski projekt sanacije i uređenja rudnika željeza
Sv. Barbara u Rudama. Taj projekt dopuna je glavnom rudarskom projektu sanacije i
uređenja rudnika željeza Sv. Barbara u Rudama, također spomenut u radu. U Rudama
su obnovljena dva rudarska okna, ukupne dužine 250 metara, otvorena za turiste na
poučnoj rudarsko-botaničkoj stazi od središta Ruda do botaničkoga vrta s ljekovitim
biljem u Manjoj Vasi.
40
Projekt rudnika Sveta Barbara zapravo ne završava otvorenjem okna, već je njegova
budućnost održivi razvoj, a Europska Unija očekuje da će od njega korist
imati stanovništvo. Ideja za kreiranje ovakvog projekta krenula je od grupe entuzijasta a
realizacijom tog projekta, Hrvatska je dobila jedan od prvih muzeja te vrste na svom
području. Na ovaj se način štiti i održava tehnička rudarsko-geološka baština (rudničkih
prostorija).
41
LITERATURA
1. Herak, M. (1956): Geologija Samoborske gore, JAZU, Zagreb
2. Katalog Injection: Solution for tunneling and mining, BASF The Chemical
Company
3. Knut, F. (2007): Pre-excavation grouting in tunneling, UGC International
Division of BASF Construction Chemicals Ltd., Switzerland
4. Mesec, J. (2009): Mineralne sirovine vrste i načini dobivanja, Sveučilište u
Zagrebu, Geotehnički fakultet, Varaždin
5. Nonveiller, E. (1989): Injiciranje tla teorija i praksa, Školska knjiga, Zagreb
6. Šikić i dr., (1972): Tumač za osnovnu geološku kartu SFRJ, Savezni geološki
zavod, Beograd
7. Šinkovec, B. (1971): Ležišta željezne i bakrene rude u Rudama, Geološki
vjesnik, 24, 165-181
8. Vrkljan, D. (2008): Glavni rudarski projekt sanacije i uređenja rudnika željeza
Sv. Barbara u Rudama, Sveučilište u Zagrebu, RGN fakultet, Zagreb
9. Vrkljan, D. (2010): Rudarski projekt sanacije i uređenja rudnika željeza Sv.
Barbara u Rudama – I. dopuna, Sveučilište u Zagrebu, RGN fakultet, Zagreb
10. Vrkljan, I. (2003): Podzemne građevine i tuneli, Sveučilište u Rijeci,
Građevinski fakultet, Rijeka
11. Živković i dr., (1999): Podzemna eksploatacija mineralnih sirovina, Sveučilište
u Zagrebu, RGN fakultet, Zagreb
42
SAŽETAK
Autor: Iva Matić
Naslov rada: Sanacija dijela podzemnih prostorija napuštenog rudnika Sv. Barbara
u Rudama
U Rudama kraj Samobora postojalo je desetak lokacija na kojima se od šesnaestog
stoljeća vadila željezna i bakrena ruda. Budući da su pedesetih godina dvadesetog
stoljeća trajno zatvoreni svi kopovi u Rudama, većina njih je u većoj ili manjoj mjeri
zarušena, ovisno o geološkom sastavu lokacije. U siječnju 2006. godine izrađen je
rudarski projekt uređenja starog rudnika željeza u Rudama kraj Samobora. Potkop Sv.
Trojstvo bio je u početnom dijelu potpuno zarušen. Čelo radilišta potkopa ušlo je u
ruševnu zonu i došlo je do provale blokovitog materijala iz krovine. Dopunom
rudarskom projektu dana su projektna rješenja za izradu potkopa Sv. Trojstvo u
ruševnoj zoni. Čelo i strop potkopa injektirani su poliuretanskim smolama. Uređenje
starog rudnika željeza u Rudama kod Samobora je jedan od pionirskih pokušaja zaštite i
očuvanja tehničke rudarsko-geološke baštine (rudničkih prostorija) u Republici
Hrvatskoj.
Ključne riječi: Rude, sanacija rudnika, poliuretanske smjese, injektiranje u strop
potkopa, injektiranje u čelo potkopa