Present state and perspectives of geoengineering methods

W artykule przedstawiono propozycję podziału metod geoinżynieryjnych z uwzględnieniem szeroko rozumianej geotechniki, geomechaniki i geologii inżynierskiej. Geoinżynieria zaczyna rozwijać się w nowych, dawniej nieznanych obszarach, takich jak: budownictwo lądowe, inżynieria środowiska, budownictwo górnicze, technologie bezwykopowe, budownictwo hydrotechniczne, powierzchniowe konstrukcje ziemne. Można zaryzykować stwierdzenie, że w najbliższych dziesięcioleciach rola geoinżynierii będzie wzrastać. Z tego powodu trzeba nie tylko rozwijać badania w tam zakresie, ale także kształcić odpowiednio przygotowanych geoinżynierów, którzy sprostają tym wyzwaniom. Należy mieć świadomość, że niewłaściwe przygotowanie kadry, źle wykonane projekty oraz budowle podziemne i nadziemne mogą prowadzić do katastrof o trudnych do przewidzenia skutkach.A division of geoengineering methods has been proposed, accounting for geotechnics, geomechanics and engineering geology, in their broadest sense. Geoengineering started to develop in new, unknown domains, i.e.: civil engineering, environmental engineering, mining construction, trenchless construction, hydrotechnical construction, surface earthworks. One may risk a conclusion that geoengineering is going to grow in power in the coming decades. Therefore, it is vital to develop researches in this respect and also educate future geoengineers who could undertake this challenge. It should be born in mind that unprofessional staff, erroneous projects and badly done surface and underground works may result in grand catastrophes of unpredictable scale

Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne zaczynów cementowych

Odpowiednio dobrany rodzaj oraz koncentracja superplastyfikatorów wpływa korzystnie na parametry reologiczne zaczynu uszczelniającego, sporządzanego na osnowie cementu hutniczego

Corrosion resistance of injection grouts produced at different w/c ratio in magnesium sulphate environment

Warunki wiązania i twardnienia spoiw hydraulicznych stosowanych w wiertnictwie, górnictwie i geotechnice różnią się zdecydowanie od warunków występujących w budownictwie lądowym, wodnym czy morskim. W zależności od stopnia zmineralizowania wód złożowych, a także ich charakteru chemicznego, zaczyny cementowe stosowane w górnictwie (w tym także górnictwie soli), a także aplikowane metodami iniekcji otworowej, narażone są często na ekstremalne warunki eksploatacji. Jak wykazuje wieloletnie doświadczenie praktyczne, szczególnie w warunkach korozji siarczanowo-magnezowej destrukcja zaczynów cementowych postępuje niezwykle intensywnie. W artykule przedstawione zostaną wyniki badań trwałości stwardniałych zaczynów o zróżnicowanych wielkościach stosunku w/c od 0,4-0,6 eksponowanych w warunkach korozji siarczanowo-magnezowej. Badaniom poddano następujące cementy: portlandzki CEM I 52,5R - Górażdże; portlandzki popioły CEM II - AV 32,5R - Górażdże oraz cement hutniczy CEM III/A 32,5 NA - Strzelce Opolskie. Oceny trwałości stwardniałych zaczynów w warunkach oddziaływania roztworu MgSO4 dokonano według wzoru normy europejskiej PN-EN 196-10.Setting and hardening of hydraulic binders used in drilling, mining and geotechnology are quite different from those occurring in civil, water and marine engineering. Depending on the degree of mineralization of deposit waters and their chemical composition, the cement grouts applied in mining (including salt mining) as well as those introduced by means of bore hole injection, are exposed very frequently for the extremely hard exploitation conditions. As it results from many years lasting practical experiences, the destruction of cement grouts, particularly in the magnesium sulphate environment, goes on very extensively. In this work the results of experiments on hardened grouts, produced at water to cement ratio varying in the range from 0,4 to 0,6 exposed to magnesium sulphate attack, will be reported. The following cements were taken into account: portland cement CEM I 52,5R - Górażdże, portland fly ash cement CEM II/A - V 32,5 R - Górażdże and metallurgical cement CEM III/A 32,5 NA - Strzelce Opolskie. The durability of hardened grouts in MgSO4 solutions was tested according to the Polish - European standard PN-EN 196-10

The present state and development of drilling technology

W artykule przedstawiono kryteria klasyfikacyjne podziału otworów wiertniczych oraz sfery działalności inżynierskiej, w której wykorzystuje się technologie wiertnicze. Następnie dokonano przeglądu najnowszych rozwiązań technicznych w zakresie urządzeń wiertniczych, przewodu wiertniczego, konstrukcji narzędzi wiercących, płynów wiertniczych oraz rur okładzinowych. W dalszej części artykułu opisano kilka nowych technologii wiercenia, w tym: różne rozwiązania techniczno-technologiczne umożliwiające wiercenie z równoczesnym rurowaniem, wiercenie z zastosowaniem kolumn rozszerzalnych oraz pionowanie trajektorii otworów wiertniczych.The classification criteria of wells, where drilling technology and engineering activity is used, are presented in the paper. The newest technical solutions are surveyed in view of drilling rigs, design of drill bits, drilling fluids and casing. Some new drilling technologies enabling drilling with concurrent casing, drilling with reaming, and vertical wells designing, are presented further in the paper

Method used for safety pillar reconstruction on the example of the Dunajewski gallery in the “Wieliczka” Salt Mine

Preserving such unique objects as the “Wieliczka” Salt Mine for the future generations is an obvious obligation. Water is the biggest threat to this object and many similar ones. At the last stage or even in the course of mine exploitation salt mines are flooded as this is the simplest method of their liquidation applied worldwide. However this method cannot be used in the “Wieliczka” Salt Mine , which was put on the UNESCO World Cultural and Natural Heritage list in 1978. Geological and hydrogeological conditions in the Dunajewski gallery are presented in this paper. The Dunajewski gallery is localized directly east of the Mina gallery, where a catastrophic water flux was observed in 1992, threatening the mine with flooding and with considerable damage on the surface. Authors describe the pipeline injection method which was used in that situation. This was a fast and economic method thanks to which the Dunajewski gallery and the adjoining leaching gallery could be efficiently and tightly filled. Specialist recipes for sealing slurry had to be worked out. The slurry was prepared in an injection column elevated in the neighborhood of the Kościuszko shaft and then transported with special pipelines through the Kościuszko shaft and some workings to the Dunajewski gallery. In this way the off-side safety pillar in the area of the Dunajewski gallery was reconstructed

Designing the trajectory of a HDD well

Rokrocznie wzrasta ilość nowo budowanych podziemnych instalacji rurowych, wykonywanych dla potrzeb inżynierii i ochrony środowiska. Oprócz klasycznych metod budowy (otwartych wykopów liniowych) coraz częściej wykorzystuje się technologie bezwykopowe takie jak: przeciski, mikrotunelowanie lub różne odmiany metod przewiertowych. Coraz częściej stosuje się horyzontalne przewierty sterowane. Skuteczność aplikacji tej technologii uwarunkowana jest poprawnością zaprojektowania i wykonania trajektorii otworu. Przebieg osi horyzontalnego przewiertu sterowanego jest pochodną takich czynników jak: warunki geologiczne i hydrogeologiczne, morfologiczne, istniejąca infrastruktura napowierzchniowa i podpowierzchniowa, oraz techniczne i technologiczne możliwości wykonania otworu. Na podstawie przyjętych danych projektowych podejmuje się decyzję o rodzaju przestrzennego przebiegu trajektorii horyzontalnego przewiertu sterowanego. Artykuł przedstawia, opracowane na Wydziale Wiertnictwa, Nafty Gazu AGH, zasady wyznaczania współrzędnych przestrzennych trajektorii horyzontalnego przewiertu sterowanego, projektowanej zarówno w przestrzeni dwu- jak i trójwymiarowej, Dla realizacji tego zagadnienia przedstawiono profile osi otworów wiertniczych, stosowane w praktyce inżynierskiej oraz podano podstawy matematyczne, umożliwiające wielowariantowe wyznaczanie wielkości charakteryzujących odcinki prosto- i krzywoliniowe projektowanych trajektorii. Proponowana metodyka powinna być stosowana w praktyce inżynierskiej.Each year the number of new pipeline systems made for engineering and environmental purposes increases. Apart from classic construction methods (open linear trenches) there are more and more frequently applied trenchless technologies, e.g. push-through methods, microtunneling and various near-wellbore methods. Horizontal directional well drilling methods are frequently applied. The efficiency of this use of this technology is conditioned by the correctly designed and performed trajectory of the well's axis. The trajectory of a HDD well is a derivative of such factors as: geologic and hydrogeologic conditions, morphology, existing surface and underground infrastructure, as well as technical and technological feasibility. Basing on the assumed design data, a decision can be made as to the type of spatial trajectory of a HDD well. The paper presents principles of determining spatial coefficients of HDD well's trajectories for 2D and 3D spaces, worked out at the Faculty of Drilling, Oil and Gas, AGH-UST. Accordingly, profiles of drilling wells used in the engineering practice as well as mathematical bases for multivariant determining parameters characterizing rectilinear and curvilinear trajectories, were presented. The proposed methods are recommended to be used for engineering applications

Laboratory methods of determining technological parameters of fresh sealing slurries prior to sealing casing in boreholes

W procesie prawidłowego uszczelniania otworu wiertniczego główną rolę odgrywa jakość użytego zaczynu cementowego. Skład i parametry zaczynu uzależnione są przede wszystkim od warunków geologicznych oraz hydrogeologicznych otworu, w którym następuje proces wiązania i tworzenia się kamienia cementowego, rodzaju przewiercanych skał, głębokości, temperatury i ciśnienia na dnie otworu wiertniczego. Dlatego też, każdy zaczyn cementowy przed zastosowaniem go do uszczelniania rur okładzinowych w otworze wiertniczym powinien być szczegółowo zbadany w laboratorium. Badania te muszą obejmować wszystkie te parametry technologiczne, które mogą bezpośrednio wpływać na przebieg i skuteczność wykonania zabiegu cementowania rur w otworze wiertniczym.The quality of the applied cement slurry plays an important role in the correct sealing of the well. The composition and parameters of sealing slurry mainly depend on geologic and hydrogeologic conditions of the well in which the binding processes and cement stone formation take place, depth, temperature and pressure downhole. Therefore, prior to the application for sealing casing pipes in a drilling well, the sealing slurry should be analyzed in laboratory conditions. The tests should cover all the technological parameters which could have a direct influence on the course and efficiency of cementing procedure in a drilling well

Protecting Wieliczka Salt Mine against water hazard on the example of the Mina traverse

Water surrounding every salt mine creates catastrophic hazard for that place. One of such cases is uncontrollable flooding of the Wapno Salt Mine, near Innowrocław (see article Kortas G. and Maj A., Przegląd Solny, 10, 2014). The causes of catastrophic water fluxes to the Mina traverse located in level IV at a depth of 170 m b.s. in the historical Wieliczka Salt Mine is presented in this paper. The complex geological build of the immediate neighborhood of the Mina traverse was described, paying attention to the evidently disadvantageous hydrogeological conditions in the northern part of the salt dome. The most important actions aimed at limiting the water hazard in Wieliczka Salt Mine concentrated on managing and so liquidating the disastrous flux of water and solids to the Mina traverse, which started in 1992. A unique solution was proposed to solve this problem, i.e. an internal safety pillar was construed with the use of dedicated unique technologies

Laboratory methods of assessing durability of hardened cement slurries used for sealing wells

W artykule omówiono laboratoryjne metody oceny trwałości stwardniałych zaczynów cementowych stosowanych do uszczelniania otworów wiertniczych, które polegają na ocenie m.in. parametrów wytrzymałościowych stwardniałego zaczynu cementowego, jego porowatości i przepuszczalności dla gazu oraz typu powstałej mikrostruktury. Artykuł przedstawia również przykładowe wyniki badań stwardniałych zaczynów cementowych uzyskane dla próbek eksponowanych przez długi czas w symulowanych warunkach otworowych w wodach złożowych o wysokiej mineralizacji i temperaturach 95-120 stopni Celsjusza.The paper deals with laboratory methods of assessing durability of hardened cement slurries used for sealing drilling wells lie in evaluation of, e.g. strength parameters of hardened cement slurry, its porosity and gas permeability as well as the type of the formed microstructure. There are also presented exemplary results of analyses of hardened cement slurries obtained for samples long exposed to the simulated well conditions in highly mineralized waters and temperature 95-120 degrees of Celsius

Fly ashes from the combustion of lignite as additive to the cement slurry used in the work of filling voids in the rock mass

W Polsce podstawowym źródłem energii elektrycznej i cieplnej jest nadal węgiel kamienny i brunatny. Podczas procesu spalania węgli powstają duże ilości produktów ubocznych, m.in.: popioły lotne, żużle paleniskowe oraz dostające się do atmosfery szkodliwe związki chemiczne w postaci gazu (CO2, NOx, związki siarki). Popioły lotne, z uwagi na swoją dużą miałkość (zbliżoną do cementu), skład chemiczny i fazowy oraz reaktywność, znalazły szerokie zastosowanie w rozwiązaniach technologicznych, m.in.: w produkcji cementu zwykłego, masywnego, hydrotechnicznego oraz cementów nowej generacji. Stosowanie odpowiedniego dodatku popiołów lotnych ma pozytywny wpływ na właściwości świeżego i stwardniałego betonu, a także umożliwia proekologiczne i ekonomiczne wytworzenie mieszanki cementowej. Eksploatacja bogactw naturalnych Ziemi związana jest z wykonywaniem na różnych głębokościach wyrobisk górniczych. Po pewnym czasie pułap wyrobiska ulega załamaniu, co pociąga za sobą obsunięcie się górnych warstw i wytworzenie się na powierzchni ziemi zagłębienia, tzw. niecki lub zapadliska. Taki rozwój sytuacji, wymusza potrzebę wzmacniania podłoża oraz uszczelniania górotworu. Aby zminimalizować ryzyko związane z problemami geotechnicznymi na terenach pogórniczych, należy stosować takie rozwiązania inżynierskie, które w sposób uniwersalny, ekonomiczny oraz wydajny poprawią nośność gruntów. Prowadzi to do rozwoju badań nad nowymi recepturami cementu stosowanego podczas prac geoinżynieryjnych, zwłaszcza na terenach górniczych. Co więcej, wymagania ekonomiczne zmuszają inżynierów do stosowania tańszych rozwiązań techniczno- technologicznych przy jednoczesnym zachowaniu właściwości wytrzymałościowych. Przykładem takiego rozwiązania jest użycie odpowiednich dodatków do receptur zaczynów uszczelniających, które zmniejszają całkowity jednostkowy koszt zabiegu.The main energy source in Poland is still hard coal and lignite. The coal combustion process produces large quantities of by-products, e.g. fly ashes, slag furnace and harmful chemical gases (CO2, NOx, sulfur compounds) which enter the atmosphere. Fly ashes, due to their being fine grained (cement-like), chemical and phase compound and reactivity, have also been widely used in various technological solutions e.g. in the production of ordinary cement, hydro-technical cement and the new generation of cements. The adequate amount of fly ashes additive has a positive effect on fresh and hardened cement slurry properties. What is more, it allows for the pro-ecological and economic production of cement mix The exploitation of natural resources is connected with performance mining excavations at different depths. After a certain period of time, those voids break down which, in turn, leads to the slip of upper layers and the so-called landslides forming on the surface. This situation imposes the necessity of basis and sealing rock mass reinforcement. To minimize the risk connected to geotechnical problems on the mining areas, there is a need to use engineering solutions which could improve soil bearing in a universal, economical and efficient way. This leads to the development of new cement slurry recipes used during geoengineering works, especially in the mining areas. Moreover, economic requirements are forcing engineers to use less expensive technical and technological solutions simultaneously maintaining strength properties. An example of such a solution is to use suitable additives to cement slurry which could reduce the total unit cost of the treatment