Geodezyjne metody wyznaczania przemieszczeń i odkształceń obudowy szybów w ZG Polkowice-Sieroszowice

Transkrypt

1 WARSZTATY nt. Zagrżena naturalne w górnctwe Meczysław JÓŹWIK Akadema Górncz-Hutncza, Kraków Mat. Symp. Warsztaty str Gedezyjne metdy wyznaczana przemeszczeń dkształceń budwy szybów w ZG Plkwce-Serszwce Streszczene W referace przedstawn metdykę pmarów blczeń wychyleń budwy szybów raz jej dkształceń pnwych przy zastswanu tzw. metdy pnwych ln prflwych. Wynk z wybranych, welletnch pmarów dla wybraneg szybu kpaln rud medz ZG Plkwce-Serszwce udkumentwan wykresam przemeszczeń dkształceń.. Wstęp Pzyskwane nfrmacj aktualnym stane techncznym szybu jeg zmanach prwadzne jest za pmcą różnrakch metd, które mżna ująć w trzy grupy: cenę wzualną, eksperymenty raz bserwacje metryczne (rys..). Dbór metd zależy m.n. d rdzaju przejawów skutków zman, zachdzących w naprężenw-dkształcenwym stane szybu (Zych n. 986). Ocena wzualna bejmuje nwentaryzację wdcznych zewnętrznych zman struktury elementów wypsażena szybów znacznych zman ch gemetr raz kreślene stanu wzajemnych płączeń pszczególnych elementów. D rejestrwanych cech (parametrów) należą m.n.: pęknęca, szczelny, dspjena w strukturze budwy, wybczena dźwgarów czy prwadnków, pęknęca elementów zbrjena, stpeń zużyca materałów wskutek prcesów krzj czy gnca, zerwane płączeń np. wypadnęce dźwgarów z gnazd w budwe szybu, wycek wdy spza budwy tp. Kntrle wzualne wyknywane są na beżąc, a ch wynk zapsywane są w ksążkach cdzennej kntrl stanu szybu. Oprócz cdzennych kntrl przeprwadza sę kresw bardzej szczegółwe przeglądy stanu szybu, płączne zwykle z nwentaryzacją mejsc wystąpena zabserwwanych uszkdzeń. Pjęcem eksperymenty kreśln w nnejszym referace wszelkeg rdzaju dśwadczalne próby bcążenwe sprawdzena sprawnśc funkcjnwana urządzeń techncznych, tj. urządzeń wycągwych, przedzału drabnweg czy np. rurcągów. D tej grupy metd badań zalczyć mżna m.n. badane drżnśc cągów prwadnczych (rewzyjny przejazd naczyna wycągweg), czy przedzału drabnweg, próby zwązane z awaryjnym hamwanem naczyń wycągwych, tp. Teg typu kntrle stanu szybu są z reguły ścśle kreślne zarówn pd względem zakresu badań jak częsttlwśc ch prwadzena przez dpwedne przepsy górncze. Wynk tych kntrl zapsuje sę w dpwednch ksążkach kreswych kntrl urządzeń wycągwych. 55

2 M. JÓŹWIK - Gedezyjne metdy wyznaczana przemeszczeń dkształceń budwy... METODY POZYSKIWANIA INFORMACJI Obserwacje wzualne (jakścwe) Obserwacje metryczne Eksperymenty zmany gemechanczne właścwśc fzyk-mech. (zmany struktury) próby bcążenwe testy pprawnśc dzałana metdy gedezyjne unwersalne nne badana nszczące badana nenszczące specjalne Badane dkształceń: tensmetryczne, fleksmetryczne, elastptyczne, td. Pmary grubśc budwy: ultradźwękwe, radarwe systemsir) Metdy gefzyczne: sejsmakustyczne, sejsmczne, ztpwe Metdy defektskp: elektryczne, magnetyczne td. Inne: ultradźwękwe, termwzyjne, czujnk td. Rys.. Metdy pzyskwana nfrmacj zmane technczneg gemetryczneg stanu szybu Obserwacje metryczne należą d grupy metd rejestrujących jakścw-lścwy charakter zman gemetr, struktury parametrów fzyk-mechancznych elementów wypsażena szybu. Przy ch wykrzystanu prwadz sę równeż pmary cech fzykchemcznych atmsfery czy wdy wycekającej spza budwy. Badana metryczne przeprwadzane są neregularne, zwykle na zlecene władz górnczych lub sób dpwedzalnych za bezpeczeństw szybu. Z reguły badana teg typu wyknywane są przez wyspecjalzwane nstytucje lub przedsębrstwa, a wynk dstarczane są w pstac ddzelnych pracwań częst zawerających także nterpretację bserwwaneg zjawska. Dbrane nfrmacje techncznym stane szybu, dkumentacja technczna szybu, nfrmacje zjawskach zachdzących w górtwrze szybe stanwą pdstawę d analzy stanu zagrżena szybu. D grupy bserwacj metrycznych zalcza sę także bserwacje wyknywane metdam gedezyjnym. Metdy gedezyjne umżlwają zarejestrwane aktualnych wymarów, kształtu płżena w przestrzen pszczególnych elementów wypsażena szybu, także ch zman w czase. Okresw pwtarzająca sę kntrla gemetr wybranych elementów szybu, umżlwa cenę zman jeg stanu. Szyb bwem pd wpływem ddzaływujących nań czynnków ulega: - rzcąganu lub ścskanu w kerunku pnwym, - rzcąganu ścskanu w płaszczyźne przekrju pzmeg, - przemeszczene sę pzmych przekrjów szybu, z reguły nerównmernym w p- 56

3 WARSZTATY nt. Zagrżena naturalne w górnctwe szczególnych mejscach rury szynwej. Pwduje t wystąpene dchylena d pnu krzywzny pnwej s szybu, - skręcenu wkół pnwej s. Wyznaczene tych zman dbywa sę pprzez pmar dległśc mędzy dpwedn wybranym punktam szybu lub w parcu wyznaczne ch współrzędne w przyjętym układze dnesena. D pdstawwych zalet gedezyjnych metd pmarów należy: - mżlwść rejestrwana zarówn małych jak dużych zman gemetr, - mżlwść rejestrwana zman wszystkch lub wybranych elementów wypsażena szybu, - mżlwść bjęca bserwacjam fragmentu szybu lub całej jeg długśc, - rejestrwane zman względnych bezwzględnych, - przedstawene psu gemetr szybu lub jeg zmany w jednltym układze dnesena. Z przedstawnych na rys.. metd pmaru szybu jedyne metdy gedezyjne pzwalają na zabserwwane zbudwane na pdstawe ch wynków generalneg brazu defrmacj szybu. Tradycyjne, w zależnśc d rejestrwanych parametrów wyznacznych wskaźnków dzel sę je na dwe grupy: pmary nwentaryzacyjne badana defrmacj (Jóźwk n. 999).. Charakterystyka metdy pnwych ln prflwych Od klku lat w szybach ZG Plkwce-Serszwce wyknywane są gedezyjne pmary defrmacj budwy szybów według metdyk pracwanej przez Dzał Mernczy kpaln. W każdym szybe załżne są p dwe pnwe lne bserwacyjne. Wyknywane pmary bejmują bserwacje wyskścwe, wyknywane taśmą górnczą raz bserwacje przemeszczeń pzmych, wyknywane pnwnkem ptycznym PZL (frmy Zess) przy zastswanu specjalnych tarcz z prstkątnym pdzałem, wyznaczającym pmarwy układ współrzędnych. D wyznaczana defrmacj budwy szybów zastablzwan w nch klkadzesąt znaków badawczych, które rzmeszczne są na w przekrju budwy w tak spsób, że twrzą układ dwóch pnwych ln bserwacyjnych. Przykładwy szkc układu punktów badawczych w szybe P V raz przekrój wzdłuż dcnka jednej z ln przedstawn na rys.... Pmary przy wyznaczanu przemeszczeń pzmych dkształceń pnwych budwy, które rzpczyna sę d pzmu zrębu szybu, składają sę z następujących czynnśc (rys..): a) załżene na znaku wyższym tarczy bserwacyjnej, wypzmwane śwetlene pwerzchn pdzału tarczy, puszczane pdweszane na znaku taśmy górnczej, b) zjazd na znak nższy, załżene na znak pdstawk pd pnwnk ptyczny PZL, ustawene na pdstawce pnwnka jeg spzmwane, wyknane pnwnkem dczytu X z pdzału tarczy raz dczytane kąta skręcena mędzy pdzałem tarczy są pdstawk pnwnka. Obrócene pnwnka 9 wyknane dczytu Y z pdzału tarczy, c) wyjęce pnwnka z pdstawk, zdjęce pdstawk ze znaku, d) wyknane dczytu z taśmy górnczej d górnej krawędz znaku (z przykładk mlmetrwej), e) wyjazd na pzm wyższy; zdjęce tarczy ze znaku, f) zjazd na pzm nższy (na którym wyknywan pmary pnwnkem); dalej czynnśc wg pkt. a-d. 57

4 M. JÓŹWIK - Gedezyjne metdy wyznaczana przemeszczeń dkształceń budwy... Rys.. Szkc ln bserwacyjnych w szybe PV Zrąb szybu Znak badawcze - Tarcza bserwacyjna Hryznt bserwacyjny Pnwnk PZL na pdstawce Y X Lkalny układ współrzędnych Rys. Schemat pnwej ln prflwej w szybe Wymenne wyżej czynnśc wyknują jedncześne dwa zespły pmarwe na dwóch lnach bserwacyjnych. Wymaga t zastswana dwóch pnwnków ptycznych dwóch tarcz bserwacyjnych. Analzując przedstawny spsób wyknywana pmarów w aspekce technlgcznym eknmcznym mżna uznać g za ptymalny. Każda czynnść jest wyknywana we właścwej klejnśc dstswana d uwarunkwań nstrumentalnych 58

5 WARSZTATY nt. Zagrżena naturalne w górnctwe knstrukcyjnych psadanej aparatury wypsażena. W najblższej przyszłśc planuje sę zastswane w pmarach pnwnków ZL frmy Leca, zamast pnwnków PZL. Zastswane pnwnków ZL lepszych parametrach techncznych wyelmnuje z czynnśc pmarwych wyknywane brtów pnwnka raz pdnese dkładnść wyknywana dczytów współrzędnych. 3. Algrytmy blczenwe wyznaczana przemeszczeń pzmych w metdze pnwych ln prflwych Pnżej pdan wzry na blczane współrzędnych punktów w każdej ln bserwacyjnej w układze współrzędnych tarczy na najnższym pzme pmarwym w szybe. Wyprwadzene wzrów wyknan przy przyjęcu znaczeń pdanych na rysunku 3.. budwa szybu X X znak badawczy X Y Y Y Y Rys 3. Schemat d blczana współrzędnych znaków zastablzwanych w budwe szybów Współrzędne śrdka tarczy wyższej w układze tarczy nższej (X,Y ) mżna blczyć wg wzrów: X ( X Y tg )cs X cs Y sn Y ( Y X tg )cs Y cs X sn (3.) gdze: - numer hryzntu pmarweg, lczny d hryzntu najnższeg (zerweg), X, Y - współrzędne punktu badawczeg w układze X,Y, X, Y - dczyty na tarczy na -tym punkce badawczym, - kąt skręcena układu współrzędnych na -tym punkce względem pzmu - (dczytywany na pdzałce pnwnka). Współrzędne śrdka tarczy na klejnych pzmach bserwacyjnych w układze pzmu najnższeg, blcza sę według wzrów: 59

6 M. JÓŹWIK - Gedezyjne metdy wyznaczana przemeszczeń dkształceń budwy... gdze: X, Y X cs[ ] Y sn[ Y cs[ ] X sn[ X X ], Y Y ], dla (3.) - współrzędne pnwnka na pzme - w układze X,Y (pzm najnższy - zerwy), [ ] - suma kątów skręcena d pzmu zerweg d pzmu, pzstałe znaczena jw. Przedstawne wzry są pprawne przy załżenu, że śrdek pnwnka pkrywa sę ze śrdkem tarczy bserwacyjnej przy zakładanu na ten sam znak badawczy (tzw. wymana wymuszna lub autmatyczne centrwane). Według pdanych wzrów wszystke punkty badawcze danej ln bserwacyjnej są kreślane w jednym układze współrzędnych, który jest układem lkalnym, wyznacznym przez współrzędne tarczy załżnej na najnższym znaku badawczym w szybe. Utrzymane cągłśc blczeń wymaga przejśca pmarem przez wszystke punkty badawcze danej ln - d pzmu najnższeg d pzmu zrębu. Jeśl w danej ser bserwacyjnej jeden lub klka punktów badawczych ulegne znszczenu t należy zachwać cągłść pmarów z jeg pmnęcem. Oblczne dla dwóch ln prflwych współrzędne punktów badawczych ne są ze sbą pwązane a przesunęca pzme budwy dla każdej ln są wykazywane w różnych kerunkach. P kreślenu elementów wyznaczających wzajemne płżene kerunk s bu układów mżlwe jest grafczne przedstawene przemeszczeń pzmych śrdków tarcz pmędzy pmarem aktualnym a pczątkwym lub aktualnym a przedstatnm (w krese rcznym). Mżna d teg wykrzystać grafczne prgramy kmputerwe np. AutCad. Przemeszczena pzme śrdków tarcz mżna blczyć też analtyczne wzdłuż kerunków s X Y jak różnce współrzędnych wyznacznych z aktualnej wyjścwej ser bserwacyjnej wg wzrów: ΔX = X a X w ΔY = Y a Y w (3.3) gdze: X a, Y a współrzędne śrdków tarcz na pzme -tym z aktualneg pmaru, X w, Y w współrzędne śrdków tarcz na pzme -tym z pmaru wyjścweg. Długść wektr pzmeg przemeszczena na -tym pzme mżna blczyć wg wzru: p X Y (3.4) a jeg kąt kerunkwy merzny d s X (rys. 3.) ze wzru: Y A ar ctg (3.5) X Oblczne wg pwyższych wzrów wartśc mżna zestawać w tabelach raz przedstawać grafczne na wykresach. 6

7 WARSZTATY nt. Zagrżena naturalne w górnctwe 4. Analza dkładnśc metdy pnwych ln prflwych Dkładnść metdy pnwych ln prflwych kreślana będze błędam średnm wyznaczena współrzędnych X,Y śrdków tarcz bserwacyjnych na pszczególnych hryzntach pmarwych względem pzmu zerweg (najnższeg). Błędy średne mżna wyznaczyć ze zróżnczkwana wzrów na współrzędne punktów badawczych, pdane w punkce, stsując gólne praw przenszena sę błędów d spstrzeżeń nezależnych. Stsuje sę przy tym pewne uprszczene, gdyż blczane klejnych współrzędnych zależy d kątów skręcena układu na -tym pzme względem pzmu najnższeg, które stanwą spstrzeżena zależne. Ne wpływa t jednak, c sę dalej każe, w sttny spsób na cenę dkładnśc. Przyjmując, że kąty skręcena są bardz małe, a zatem sn cs trzymamy: x m m m ( ) Y m y gdze: m błąd dczytu współrzędnych z pdzału tarczy, m φ błąd dczytu kąta skręcena. m m ( ) X (4.) Dla przyblżnej ceny błędów średnch przyjmjmy następujące wartśc: Otrzymamy wtedy: x m m m.5 mm, stąd m.5 mm, stąd m m.5*( ) Y m y.5 mm / 76* 6 m.5*( ) X (4.) Dla danych z pmarów w szybe PV z ln L trzymamy ( = - lść hryzntów): stąd: x m =.5*(+) + 76* -6 *534 = mm y m =.5*(+) + 76* -6 *88949 = mm m 7.7 ; m 7.8 mm x y Jeśl w pdanych wyżej wzrach pmnemy składwą wywłaną błędam kąta skręcena, t trzymamy: m m 6.9 mm. x y Wdać stąd, że główną przyczyną błędów wyznaczana współrzędnych są błędy dczytu ch narastane w marę zwększana sę pzmów bserwacyjnych. Błędy wywłane błędam kąta skręcena stanwą kł -5% całeg błędu dlateg przy cene mgą być pmnęte. Pdane wzry przeprwadzna analza wykazały, że dkładnść metdy pnwych ln 6

8 M. JÓŹWIK - Gedezyjne metdy wyznaczana przemeszczeń dkształceń budwy... prflwych w szybach ZG Plkwce-Serszwce mżna cenć błędem pnżej mm, c należy uznać za bardz dbry wynk. 5. Wyznaczane pnwych dkształceń budwy szybu Odkształcena pnwe budwy szybu blcza sę z różnc długśc dcnków pnwych merznych taśmą mernczą (w klejnych serach) mędzy znakam zastablzwanym w szybe (rys..). Średna dległść mędzy znakam w szybach ZG Plkwce- Serszwce wyns kł 5 m. Wartśc dkształceń pnwych blcza sę wg wzru: A l l [ mm] (5.) w l [ m] gdze: l A długść dcnka z aktualnej ser pmarów, l W długść dcnka z wyjścwej ser pmarów. Ddatna wartść ε wskazuje na występwane rzcągań a ujemna na ścskane budwy. 6. Oblczena przemeszczeń pzmych dkształceń pnwych z wykrzystanem prgramów kmputerwych D pracwana wynków pmarów według pracwanych algrytmów wykrzystan prgramy Mcrsft Excel 7. Grapher v..8. Opracwane kmputerwe wynków pmarów z zastswanem arkusza kalkulacyjneg prgramu Mcrsft Excel parte jest na wzrach pdanych w punkce 3. Oblczne w tabel zmany współrzędnych znaków badawczych wzdłuż s X Y mżna przedstawć w spsób grafczny na wykresach. Wykresy te mżna sprządzć wykrzystując prgram Mcrsft Excel. Ne zaleca sę jednak wykrzystana w tym celu teg prgramu ze względu na trudnśc w zachwanu skal s wykresu. Z teg względu pracwane grafczne wynków part na prgrame Grapher. Przykłady wyknanych wykresów przemeszczeń pzmych budwy szybu PV przedstawn na rysunku Wyknane wykresy przedstawają prfle pnwe budwy szybu PV wzdłuż s X Y dla wybranych ser bserwacyjnych. Przemeszczena pzme budwy są różncam mędzy prflam z klejnych ser. Z pdanych przykładów wynka, że zrąb szybu wychylł sę względem dłu kł mm wzdłuż s X 4 mm wzdłuż s Y. P uwzględnenu kerunków tych s względem półncy trzyman wykres wypadkweg wychylena śrdka szybu, który przedstawn w pstac wektra na rys Jest n zgdny z kerunkem łączącym śrdek szybu ze śrdkem cężkśc wyeksplatwaneg w tczenu szybu złża. Na rys. 6.4 przedstawn wykresy dkształceń pnwych budwy szybu PV. Wskazują ne na występwane ścskana budwy, szczególne wzdłuż prflu LI. Zrąb szybu bnżył sę w krese mm. w 6

9 WARSZTATY nt. Zagrżena naturalne w górnctwe LINIA I LINIA II wyskść hryznt pmarwy 3 4 wyskść X - [mm] X [mm] Rys. 6. Zmany współrzędnej X na lnach LI LII w latach w szybe PV LINIA I LINIA II wyskść hryznt pmarwy 3 4 wyskść Y [mm] Y [mm] Rys. 6. Zmany współrzędnej Y na lnach LI LII w latach w szybe PV 63

10 M. JÓŹWIK - Gedezyjne metdy wyznaczana przemeszczeń dkształceń budwy... Rys. 6.3 Wektry przemeszczeń pzmych szybu PV na pzme zrębu LINIA I LINIA II wyskść hryznt pmarwy 3 4 wyskść dkształcena [w prmlach] - - dkształcena [w prmlach] Rys. 6.4 Odkształcena pnwe X na lnach LI LII w latach w szybe PV 64

11 WARSZTATY nt. Zagrżena naturalne w górnctwe 7. Pdsumwane Przeprwadzna analza dtychczaswej metdyk pmarów blczeń przemeszczeń pzmych budwy w szybach Z.G. Plkwce-Serszwce wykazała, że zapewna na wystarczającą dla celów praktycznych dkładnść. Właścwa pełna nterpretacja wynków blczeń wymaga ch przelczana na jeden układ współrzędnych dla bu ln prflwych w szybe. Aktualne brak jest danych pmarwych d takeg przelczena. Wyknana analza dkładnśc metdy wykazała, że zapewna na kreślane przemeszczeń pzmych góry szybu względem pzmu najnższeg z błędem średnm równym 8 mm. Wynk dtychczaswych badań wskazują na systematyczne skracane sę budwy szybów wywłane zacskanem szczeln mędzy tubngam budwy raz wzrstem naprężeń ścskających. Lteratura [] Jóźwk M., 998: Wyznaczane współrzędnych punktów budwy szybów górnczych w metdze pnwych ln prflwych. Mat. KNT nt. Nwczesne technlge w badanach defrmacj na terenach eksplatacj górnczej, Zakpane 998, s [] Jóźwk M. n., 999: Wykrzystane nwczesnych technk pmarwych d kreślena dkształceń rury szybwej. Praca naukw-badawcza. WGGIŚ AGH, (nepublkwana). [3] Zych J. n., 986: Opracwane spsbu kreślana przemeszczeń defrmacj w szybach pd wpływem eksplatacj górnczej. Praca nauk.-bad. IPBKOŚ Pl.Śl., (nepublkwana). Gedetc methds f determnatn dsplacements and strans f shaft lnng used n ZG Plkwce-Serszwce shafts The measurement and calculatn methd f mnng shaft lnng nclnatns and strans are presented n the paper. The results frm selected, lng-tme bservatns carred ut n ne shaft f ZG Plkwce-Serszwce were based n the vertcal prfle lnes methd. They are llustrated by dsplacement and stran graphs. 65