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