English
Projekt s podporou Operačního programu Výzkum a vývoj pro inovace (VaVpI) vzniká ve spolupráci Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava (příjemce dotace z evropských strukturálních fondů) a partnera – Ústavu geoniky AV ČR. Doba jeho řešení je čtyři roky (2011–2014); v následujících pěti letech udržitelnosti musí centrum vykazovat předepsané hodnoty kontrolovaných indikátorů z oblasti vědeckých a aplikovaných výsledků, zaměstnanosti, vzdělávání, příjmů ze smluvního výzkumu a grantových projektů. Výše dotace činí téměř 300 milionů korun; z toho investiční náklady na nákup a instalaci přístrojů okolo 225 milionů.
Obr. 1
Tomografické zobrazení pórovitosti vzorku pískovce
Základním cílem projektu je vytvořit unikátní centrum, které se přednostně zaměřuje na výzkum těžby a využití energetických surovin, ale i na rozšířené využití horninového prostředí při zajištění udržitelného rozvoje, jako jsou podzemní ukládání radioaktivních odpadů, podzemní skladování energetických zdrojů a využití geotermální energie. Sjednocení specifické výzkumné činnosti VŠB-TU a ÚGN umožní efektivněji reagovat na badatelské problémy a praktické úkoly uživatelů z hospodářské sféry.
Projekt zahrnuje dva programy, které obsahují sedm výzkumných cílů/aktivit se stanovenými milníky a výstupy řešení. Účelem zadání prvního programu Vícefázové horninové prostředí je získat poznatky o fyzikálních, chemických, izotopových, strukturních a mechanických vlastnostech složek horninového masivu pomocí moderní instrumentální techniky, jež zásadně zvyšuje úroveň poznání a možnosti jejich zobecnění pro dané geologické podmínky prostřednictvím matematického modelování. Poznatky základního výzkumu vytvářejí základní předpoklad pro návrh environmentálně šetrných technologií při exploataci nerostných surovin. Výzkumný program Environmentálně šetrné technologie se zabývá aplikovanými postupy pro minimalizaci bezpečnostních a environmentálních rizik a využitím vedlejších produktů směřujících k zavedení bezodpadových technologií při těžbě nerostných surovin. Těžiště programu ÚGN spočívá ve třech výzkumných oblastech.
Vymezení způsobu porušování geomateriálů v závislosti na jejich vnitřní stavbě, způsobu zatěžování a fyzikálních podmínkách
Tato oblast výzkumu se zaměřuje na řešení vztahů mezi složením a vnitřní strukturou geomateriálu a jeho deformačním chováním a porušováním při zatěžování za různých fyzikálních podmínek. Vlastní řešení spočívá v následujících směrech:
• Studium vlastností horninového prostředí na dvou základních úrovních: horniny (jako geomateriál nebo energeticky využitelná surovina) a horninový masiv (jako součást podzemní nebo geotechnické konstrukce nebo jako zdroj energetické suroviny).
• Neinvazivní vizualizace a kvantifikace 2D a 3D struktury a nehomogenit geomateriálů s využitím CT tomografie, mikroskopických zobrazovacích metod a metod zpracování a analýzy digitálního obrazu – obr. 1.
• Tvorba výpočetních sítí pro matematické modelování chování geomateriálů na základě prostorové vizualizace struktur.
(Pořízen byl výkonný počítačový tomograf pro zkoušky velkých vzorků geomateriálů, hydraulické zkušební zařízení – tuhý lis a triaxiální komora pro zkoušky hornin, FT-IR spektrometr spojený s FT-Ramanovým modulem, TG-DSC-DTA/MS-termální analyzér s hmotovým spektrometrem.)
Obr. 2
Pulzující paprsek – tlak vody 13 bar, průměr trysky 0,8 mm, plochá tryska Lechler s úhlem rozstřiku 10°, pulzy s frekvencí 20 kHz
Intenzifikace účinků vysokorychlostních vodních paprsků a vývoj technologie přípravy minerálních prekurzorů a nosičů nanočástic cestou dezintegrace vysokorychlostním vodním paprskem
Aktivity badatelů se v tomto odvětví soustřeďují na účinky vysokorychlostních vodních paprsků s využitím fyzikálního jevu vznikajícího při dopadu kapky na pevný povrch a řešení dezintegrace minerálních a keramických částic vysokorychlostním vodním paprskem. Vlastní řešení spočívá v následujících směrech:
• Studium a optimalizace třífázového proudění vody, minerálních částic a vzduchu uvnitř mlecí komory i po výstupu z ní s využitím software ANSYS CFD – obr. 2.
• Optimalizace podmínek procesu dezintegrace vodním paprskem, směřující k produkci materiálů s požadovanými morfostrukturními a disperzními charakteristikami.
• Charakterizace výsledných produktů dezintegrace z hlediska fyzikálně-chemických vlastností (elektronová mikrosonda), krystalické struktury a morfologie částic (RTG difraktometr, Ramanovský spektrometr).
(Pořízeno bylo robotické zařízení pro řezání vodním paprskem (obr. 3), zařízení pro měření kapalinových proudů metodou PIV, vysokorychlostní kamera a příslušné softwarové vybavení.)
Obr. 3
Robotické zařízení pro dezintegraci vodním paprskem
Vývoj změn indukovaných napěťových a deformačních polí při podzemním využití horninového masivu a technologie dobývání ochranných pilířů v uhelných dolech s minimálními vlivy na deformace povrchu
Výzkumný cíl se zaměřuje především na řešení hlubinného dobývání uhlí, přičemž vychází z aktuálních požadavků těžební společnosti OKD, a. s. Předpokládaným výstupem je získání relevantních poznatků a následná aplikace v hornictví a podzemní výstavbě; aplikace je zacílena na vývoj technologie dobývání uhelných zásob v ochranných pilířích s využitím metod komorování, respektive chodbicování. Při použití těchto metod se v dobývané sloji ponechává soustava stabilních pilířů, které spolu se systémem vyztužování a stabilizace vytěžených prostor způsobují pouze minimální – technicky nevýznamné – ovlivnění povrchu.
(Pořízena byla karotážní souprava pro zjišťování stavby a porušení hornin, kuželové sondy pro měření úplného tenzoru napětí – vlastní vývoj – a několik menších přístrojů pro nivelaci, ultrazvukové prozařování a měření vrtného odporu.)
Prostředky projektu umožnily řešitelům získat špičkové přístrojové vybavení, což se odrazilo v úrovni a počtu kvalitních publikačních i aplikačních výstupů, ve zvýšeném zájmu mladých vědeckých pracovníků a studentů o badatelskou činnost a v kvalitnějším zapojení do mezinárodních projektů. Na druhé straně jsou výsledky vykoupeny rozsáhlou administrativní zátěží (čtvrtletní monitorovací zprávy, změny podmínek administrace projektu), komplikovaným řízením programu s častými změnami pracovníků poskytovatele a prakticky průběžnými kontrolami všech kompetentních kontrolních orgánů.
RICHARD ŠŇUPÁREK,
Ústav geoniky AV ČR, v. v. i.