ZMIENNO OBCIENIA SEKCJI OBUDOWY W CIANIE ZAWAŁOWEJ

Transkrypt

1 PRACE NAUKOWE GIG GÓRNICTWO I RODOWISKO RESEARCH REPORTS MINING AND ENVIRONMENT Kwartalnik Quarterly 1/2009 Marek Płonka ZMIENNO OBCIENIA SEKCJI OBUDOWY W CIANIE ZAWAŁOWEJ Streszczenie Przedstawiono wyniki pomiarów cinienia w przestrzeni podtłokowej stojaków obudowy zmechanizowanej, prowadzonych podczas eksploatacji pokładu w dwóch cianach zawałowych. Opisano system pomiarowy, jego modyfikacje oraz sposób rejestracji i gromadzenia danych. Pomiary wykonywano w czasie eksploatacji cianami zlokalizowanymi na głbokociach rednio około 750 i 900 m, które miały wysoko od 2,15 do 3,20 m. Wyniki pomiarów przedstawiono w postaci wykresów zmian cinienia oraz podpornoci obudowy, pokazanych na tle pola ciany, na którym zostały zaznaczone równie wpływy wczeniejszych eksploatacji w ssiadujcych pokładach. Do oblicze podpornoci obudów zmechanizowanych wykorzystano autorski program, w którym uwzgldniono zarówno wysoko eksploatacji, ci- nienie w stojakach obudowy, jak i szeroko cieki kombajnowej i zmniejszajce si z wysokoci obcienie osłony odzawałowej. Load variation of the set of support in the longwall with roof caving Abstract The results were presented of pressure measurements in a space under pistons of props of powered support, conducted during mining of seams in two longwalls with roof caving. The measurement system was described, its modifications as well as a way of data recording and storing. The measurements were executed during working for longwalls located on ca. 750 and 900 m depths in average, with height between 2.15 and 3.20 m. The results of measurements were presented in the form of plots of pressure variations and the support load-bearing capacity, showed on the background of working excavation, on which the impact of earlier workings in neighboring seams were also marked. The author's program was used for calculation of the powered supports load-bearing capacity, in which both the height of exploitation, the pressure in props of support, as well as the width of shearer path and the getting smaller with the height load of support caving shield, were considered. WPROWADZENIE W ramach realizowanego projektu badawczego własnego, dotyczcego rozkładu obcienia zmechanizowanej obudowy w cianie zawałowej, prowadzono pomiary zmiennoci cinienia w przestrzeni podtłokowej stojaków obudowy. Mona je interpretowa jako przejaw interakcji midzy obudow a stropem, odpowied na obcienie pochodzce ze strony górotworu. Rejestracja i przesyłanie wyników takich pomiarów okazały si moliwe po wprowadzeniu do praktyki górniczej nowoczesnych systemów sterowania i monitoringu, wspomagajcych efektywne prowadzenie procesu produkcyjnego. Postp techniczny, zwłaszcza w dziedzinie elektroniki, umoliwił przy duej czstotliwoci próbkowania traktowanie danych praktycznie jak Główny Instytut Górnictwa 41

2 Mining and Environment danych o charakterze cigłym. Systemy te umoliwiaj pomiar wybranych parametrów i rejestracj, na przykład cinienia w stojakach obudowy, zmian odległoci w przesuwnikach sekcji, a tym samym zmian jej połoenia, zapisu dokładnego czasu dokonania pomiaru, czasu trwania poszczególnych operacji technologicznych itp. Dotychczas pomiary obcienia obudowy były prowadzone najczciej za pomoc dynamometrycznych przyrzdów pomiarowych. Stanowiska badawcze składały si ze stosunkowo nieduej liczby punktów pomiarowych, odczytywanych kilka razy dziennie. Trudnoci w pomiarach wynikały take z braku moliwoci przemieszczania bazy pomiarowej wraz z postpem ciany. 1. SYSTEM POMIARÓW I MONITORINGU W wyniku współpracy Głównego Instytutu Górnictwa z firm Tiefenbach Polska, w jednej z kopal zaistniała moliwo rejestracji danych, z wykorzystaniem bazy systemu sterowania obudów zmechanizowanych. System monitoringu umoliwiał schematyczn obserwacj w czasie rzeczywistym połoenia sekcji obudów zmechanizowanych w cianie, urednionego cinienia w stojakach podstawowych kadej z sekcji obudowy, aktualnego wysuwu przesuwnika oraz sygnalizacji wytypowanych stanów, co przedstawiono na rysunku 1. 5K L#%$6 #5$L#%$6 42

3 Górnictwo i rodowisko System pomiarowy umoliwiał ponadto gromadzenie danych. Zapisywane były one na dysku zainstalowanego pod ziemi komputera pomiarowego typu BARTEC oraz przesyłane do komputera znajdujcego si na powierzchni, na którym zainstalowano system wizualizacji ciany. System został optymalnie skonfigurowany i oprogramowany dla maksymalnej czstotliwoci zbierania danych. Pogldowy schemat funkcjonowania systemu pomiarowego przedstawiono na rysunku 2. (3) (1) (2) 9$5K L#%$6 8#)+%#9GG+., 5$L#%$6 Urednione odczyty z próbkowa cinienia ze wszystkich sekcji wykonywane co 15 min były wysyłane w postaci pakietów i rejestrowane. Zainstalowane czujniki pomiarowe cinienia typu DANA 6024 umoliwiały pomiar cinienia w zakresie 0 50,0 MPa z dokładnoci 1,5%. Format zapisu danych pozwalał na odczyty cinienia wyraone w liczbach całkowitych. Zastosowana obudowa zmechanizowana o zakresie wysokoci 1,4 3,4 m była wyposaona w stojaki z zaworami roboczymi nastawionymi na warto 47 MPa (dokładno 5%). Praktycznie wic był wykorzystywany pełny zakres pomiarowy zastosowanych czujników. Przy takich parametrach systemu było rejestrowane cinienie w stojakach obudów zmechanizowanych zainstalowanych w cianie A, zlokalizowanej na głbokoci m, która była prowadzona od połowy kwietnia do połowy wrzenia 2006 roku, z wysokoci 2,15 2,45 m, i uzyskała wybieg około 480 m. Maksymalne wartoci cinie, po przeliczeniu na jednostkow powierzchni 1 m 2 (uwzgldniono długo stropnicy i cieki), zostały przedstawione na rysunku 3 w postaci barwnych punktów na obszarze pola ciany. Bezbarwne pola na wybiegu ciany s efektem braku pomiarów wynikajcych ze wzgldów technologicznych, na przykład z koniecznoci wykorzystywania podczas eksploatacji ograniczonej liczby linii kablowych lub awarii elementów systemu pomiarowego. 43

4 Mining and Environment 4 C#$ Dowiadczenia uzyskane z pomiarów w cianie A wykorzystano podczas drugiej serii pomiarowej w cianie B, zlokalizowanej w tym samym pokładzie, na głbokoci m i wyposaonej w takie same sekcje obudowy. ciana B była prowadzona od połowy marca do pocztku listopada 2007 roku, z wysokoci 2,40 3,20 m, i uzyskała wybieg około 460 m. Maksymalne wartoci cinie, osigane na jednostkowej powierzchni 1 m 2, zostały przedstawione na rysunku 4. W czasie eksploatacji pokładu cian B postanowiono dokona zmiany w funkcjonowaniu systemu pomiarowego. Wprowadzono nowe oprogramowanie sprztowe, co umoliwiło zwikszenie czstotliwoci rejestracji danych oraz ich zapisu. Zmodyfikowany systemu pozwolił, przy pozostawieniu jako podstawowego zapisu pakietowego wszystkich sekcji co 15 min, na prowadzenie rejestracji w czasie midzy tymi pakietami, zmian cinienia w pojedynczych sekcjach, osobno dla kadego stojaka, w przypadku kiedy wskazania cinienia czujnika zmieniły si o co najmniej 10 bar. Aktualnie trwaj pomiary w cianie C, w której rozpoczto eksploatacj pokładu w marcu 2008 roku, z której kompletne dane z komputera dołowego bd mogły by pozyskane do analizy dopiero po jej zlikwidowaniu. 44

5 Górnictwo i rodowisko 4 C#$ 2. MODEL OBLICZENIOWY OBUDOWY ZMECHANIZOWANEJ Do okrelenia podpornoci obudowy zmechanizowanej przy cinieniu zmierzonym w przestrzeni podtłokowej, posłuono si opracowanym w GIG modelem obliczeniowym, przedstawionym na rysunku 5. Na podstawie dokładnych wymiarów geometrycznych elementów obudowy zmechanizowanej, wartoci cinie w stojakach podstawowych i korekcyjnym stropnicy, kta nachylenia stropnicy itd., jest moliwe obliczenie aktualnej podpornoci obudowy zmechanizowanej. Do oblicze przyjto: załoon szeroko cieki kombajnowej, równoległo prowadzenia stropnicy i spgnicy, warto obcie osłony odzawałowej w zalenoci od kta jej nachylenia i zmienn, na odcinkach wybiegu, wysoko robocz. 45

6 Mining and Environment : 8 46 $ # $ # * $ %

7 Górnictwo i rodowisko Zaleno podpornoci zastosowanej obudowy o zakresie wysokoci 1,4 3,4 m w funkcji wysokoci roboczej, przy nominalnym cinieniu roboczym 47 MPa przedstawiono na rysunku 6. Kolejne obliczenia wykonano dla rónych cinie, w celu uzyskania zalenoci podpornoci od wysokoci roboczej obudowy oraz cinienia w stojakach. Wykorzystujc regresj wielorak (uzyskano współczynnik korelacji 0,999 dla odpowiednich przedziałów wysokoci roboczej ciany), wyliczono rozwijan podporno obudowy, co przedstawiono na rysunkach 7 i 8. :1H % $ % # -%#$$ 47

8 Mining and Environment 3. OBRAZ ZMIENIAJCEJ SI PODPORNOCI OBUDOWY ZMECHANIZOWANEJ JAKO REAKCJA NA OBCIENIE STROPU 4 # -% ' 94 9 # -% ' Zaprezentowane na rysunkach 3 i 4 maksymalne ci- nienia okrelone w przestrzeni podtłokowej stojaków zostały przeliczone na podporno obudowy podczas eksploatacji pokładu według metody opisanej w rozdziale 2 i przedstawionej na rysunkach 7 i 8. Dla ciany A, w której wykonano wicej pomiarów, na rysunku 9, przedstawiono wykres warstwicowy podpornoci, sporzdzony za pomoc pakietu STATISTICA 8.0. :4 : # -% ' 48

9 Górnictwo i rodowisko PODSUMOWANIE Zaprezentowane wykresy rozwijanej podpornoci, któr mona traktowa jako odpowied obudowy na obcienie warstw stropowych, umoliwiaj sformułowanie nastpujcych wniosków: 1. Rejestrujc zmiany cinienia w przestrzeni podtłokowej obudowy mona wyznaczy w polu ciany obszary o rónych wartociach cinienia górotworu spowodowane na przykład oddziaływaniem krawdzi, resztek czy zaburzeniami geologicznymi. 2. Odnoszc mierzon warto uzyskanej podpornoci do podpornoci wstpnej przy cinieniu zasilania 25 MPa, która powinna wtedy wynosi około 0,5 0,6 MPa w zalenoci od wysokoci roboczej obudowy, mona stwierdzi, e w wielu rejonach sekcje obudowy zmechanizowanej nie zostały dostatecznie rozparte. 3. W celu pełniejszej analizy oddziaływania obcienia jest konieczne dalsze prowadzenie tego typu bada i pomiarów, które pozwol na zgromadzenie wikszej iloci danych, aby były bardziej reprezentatywne. Równoczenie naley doskonali technik pomiarow zarówno w kierunku jej niezawodnoci, jak i zwikszenia czstotliwoci wykonywania pomiarów. Recenzent: doc. dr hab. in. Józef Kabiesz 49