Nr 3/2014 ŻYNIERÓW I TECHN IKÓ

Transkrypt

1 ISSN X INŻYNIERÓW STOWARZYSZENIE I TECHNIKÓW GÓRNICTWA

2

3 PRZEGLĄD Nr 3 GÓRNICZY 1 założono r. MIESIĘCZNIK STOWARZYSZENIA INŻYNIERÓW I TECHNIKÓW GÓRNICTWA Nr 3 (1096) marzec 2014 Tom 70 (LXX) UKD : : Analiza wpływu wybranych wielkości charakteryzujących złącze cierne na jego parametry pracy Analysis of the influence of selected quantities characterizing the frictional joint on its operational parameters Dr hab. inż. Jarosław Brodny, prof. ndzw. w Pol. Śl* ) Treść: Uwzględniając istotną rolę, jaką w obudowie podatnej wyrobisk korytarzowych pełni złącze cierne, w artykule dokonano analizy wpływu wybranych wielkości charakteryzujących złącze na parametry jego pracy. W oparciu o wyniki badań stanowiskowych określono wpływ typu zastosowanych strzemion w złączu ciernym, siły docisku współpracujących kształtowników, tarcia między nimi oraz klina oporowego na wartość siły przenoszonej przez złącze (jego nośność) oraz wielkość zsuwu (jego podatności). Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że poprzez odpowiedni dobór typu strzemion do złącza ciernego, wstępnych wartości sił osiowych w śrubach strzemion oraz zastosowania dodatkowych elementów konstrukcyjnych, np. w postaci klina oporowego, można w sposób istotny wpływać na parametry pracy złącza, a tym samym na parametry pracy całej obudowy podatnej. Abstract: Frictional joint is the crucial part of the friction props and yielding steel frames of roadways. It constitutes a constructional connection and have decisive influence on the basic operational parameters of the steel frames and props, i.e. their loading capacity and yielding capacity. Taking into account a significant role, played by the frictional joint in yielding support of roadways, this paper presents an analysis of the influence of the selected quantities characterizing the joint on its operational parameters. Basing on the results of stand tests, the paper shows the influence of stirrups applied in the frictional joint, pressing force of cooperating sections, friction between them and resistance wedge, on the value of force transmitted by the joint (its load capacity) and the magnitude of the yield (its yielding capacity). Basing on the obtained results, it was found that by the proper selection of these quantities, one can significantly influence on the operational parameters of the joint, thereby on the operational parameters of the entire yielding support. Słowa kluczowe: obudowa podatna, obudowa górnicza, złącze cierne Key words: yielding support, mining support, frictional joint 1. Wprowadzenie Podstawowym zadaniem obudowy górniczej jest zabezpieczanie podziemnych wyrobisk przed deformacyjnym oddziaływaniem górotworu. Cechą charakterystyczną obudowy podatnej wyrobisk korytarzowych, wykonanej z profilowanych kształtowników stalowych, jest możliwość samoczynnej zmiany gabarytów w czasie pracy. Pod wpływem obciążenia zewnętrznego mogą bowiem występować przemieszczenia (zsuwy) współpracujących kształtowników, po których obudowa przechodzi w nowy stan równowagi i w dalszym ciągu zapewnia ochronę wyrobiska. Stanowi to, obok * ) Politechnika Śląska, Gliwice prostej konstrukcji, łatwości zabudowy oraz niskich kosztów, podstawową zaletę tej obudowy [3, 6, 9]. Możliwość wzajemnego przemieszczania się kształtowników odrzwi i stojaków ciernych pod wpływem obciążenia zewnętrznego zapewniają złącza cierne, w których wykorzystuje się zjawisko tarcia między współpracującymi kształtownikami. W wyniku docisku w złączu ciernym kształtowników na ich stykających się powierzchniach powstają siły tarcia statycznego i kinetycznego, które decydują o parametrach pracy złącza. O parametrach tych, oprócz współczynników tarcia statycznego i kinetycznego między stykającymi się powierzchniami współpracujących kształtowników, w dużej mierze decydują więc strzemiona, które zapewniają odpowiednią siłę docisku między tymi kształtownikami. Wartość siły

4 2 docisku jest równa sumie wartości sił osiowych w śrubach strzemion. W czasie montażu złączy ciernych siły osiowe w śrubach strzemion są wynikiem działania momentu, z jakim są dokręcane ich nakrętki. Bardzo istotny wpływ na wartości tych sił mają także wartości współczynników tarcia w gwintach śrub i na powierzchniach oporowych nakrętek i kołnierzy jarzm strzemion [1, 5]. Uwzględniając powyższe uwagi przyjęto, że wielkościami, których wpływ na parametry pracy złącza ciernego zostanie rozpatrzony będą: wartość siły, z jaką dociskane są kształtowniki współpracujące w złączu ciernym oraz stan stykających się powierzchni tych kształtowników. Stan ten decyduje bowiem o wartości współczynników tarcia statycznego i kinetycznego miedzy tymi powierzchniami. Ponieważ o wartości siły docisku w złączu decydują strzemiona, w pracy przedstawiono także wyniki badań, których celem było określenie wpływu typu zastosowanych w złączu ciernym strzemion na jego parametry pracy. Analizowano także wpływ nowego elementu konstrukcyjnego w postaci klina oporowego montowanego między współpracującymi kształtownikami na parametry pracy złącza ciernego. Podstawowym celem utylitarnym przeprowadzonej analizy było określenie, które z charakteryzujących złącze cierne wielkości i w jakim zakresie wpływają na parametry jego pracy. Jednocześnie analizę przeprowadzono pod kątem określenia, w jaki praktyczny sposób można poprzez zmianę tych wielkości wpływać na parametry pracy złącza ciernego dostosowując je do warunków pracy. 2. Wpływ typu strzemion na parametry pracy złącza ciernego Strzemiona mają bardzo istotny wpływ na pracę złącza ciernego. Oprócz połączenia konstrukcyjnego, ich zadaniem jest zapewnienie odpowiedniej siły docisku między współpracującymi kształtownikami przez cały okres pracy złącza ciernego. Siła ta decyduje o parametrach pracy złącza, a w dalszej kolejności o pracy stojaków ciernych i odrzwi obudowy. Uwzględniając fakt obecności na rynku wielu różnych konstrukcji strzemion, przyjęto, iż typ zastosowanych strzemion w złączu ciernym ma wpływ na parametry jego pracy. W celu określenia tego wpływu przeprowadzono badania stanowiskowe złączy ciernych poddanych statycznemu osiowemu ściskaniu. Badania przeprowadzono dla złączy wykonanych z kształtownika V29 z dwoma strzemionami typu SDO29, SKL29, KX29 i KX29W oraz dla nowej wzmocnionej konstrukcji strzemienia typu SDO29w, której widok przedstawiono na rysunku 1. Dla każdego ze złączy ciernych przeprowadzono badania dla pięciu różnych wartości wstępnych sił osiowych w ich śrubach lub kabłąkach. W czasie badań wyznaczono przebiegi czasowe wartości siły R przenoszonej przez złącze, przemieszczenia z zsuwającego się kształtownika oraz wartości sił osiowych Q w śrubach strzemion. W oparciu o uzyskane przebiegi wyznaczono zależności między maksymalnymi wartościami siły R max przenoszonymi przez złącza cierne (maksymalne nośności) a wartością wstępnej siły N docisku współpracujących kształtowników (rys. 2). Wstępna siła docisku jest sumą wartości wstępnych sił osiowych w śrubach strzemion lub kabłąków. Analizując otrzymane zależności, można stwierdzić, iż wraz ze wzrostem wartości wstępnych sił osiowych w śrubach strzemion zwiększają się różnice pomiędzy maksymalnymi wartościami sił przenoszonych przez złącza cierne, w zależności od typu strzemion zastosowanych w danym złączu. Można więc przyjąć, że typ zastosowanych strzemion ma wpływ na parametry pracy złącza ciernego. W zakresie przeprowadzonych badań dla wartości wstępnej siły osiowej w każdej ze śrub strzemienia wynoszącej do 90 kn różnice w wartościach przynoszonych obciążeń przez złącza są niewielkie. Przy wartościach wstępnej siły osiowej w śrubie wynoszących 100 kn i 110 kn, zanotowano wyraźne różnice między maksymalnymi wartościami sił przenoszonych przez badane złącza. Spośród obecnie stosowanych strzemion najwyższe wartości maksymalnej siły przenoszonej przez złącze zanotowano dla złączy ze strzemionami o jarzmach wykonanych ze staliwa typu KX29W, a najniższe dla złączy ze strzemionami typu SDO29. Bardzo dobre wyniki zarejestrowano dla złączy ciernych z strzemionami typu SDO29w. Wraz ze wzrostem wartości wstępnych sił osiowych w śrubach tych strzemion rośnie wartości siły przenoszonej przez złącza z tymi strzemionami w stosunku do pozostałych złączy. Dla wstępnej wartości siły osiowej w każdej ze śrub tych strzemion wynoszącej 110 kn wzrost maksymalnej siły przenoszonej przez to złącze w stosunku do złącza ze strzemionami typu SDO29 wyniósł ok. 14%. Przyczyną tych wzrostów jest wzmocnienie kołnierzy jarzma dolnego tego strzemienia, co istotnie poprawiło jego sztywność w stosunku do strzemienia typu SDO29. W przypadku złączy ze strzemionami typu SKL29 i KX29, w których jarzma wykonane są z żeliwa, uzyskane maksymalne wartości przenoszonej przez nie siły w całym zakresie zmian wartości wstępnych sił osiowych w kabłąkach są bardzo zbliżone. Rys. 1. Widok złącza ciernego z dwoma strzemionami typu SDO29w Fig. 1. View of frictional joint with two stirrups SDO29w

5 Nr 3 PRZEGLĄD GÓRNICZY 3 Rys. 2. Zależności maksymalnej wartości siły R max przenoszonej przez złącze cierne od wartości wstępnej siły N docisku współpracujących kształtowników Fig. 2. Relationship between the maximum value of the force (Rmax) transmitted by frictional joint and the value of preliminary force (N) which presses down the cooperating sections 3. Wpływ siły docisku współpracujących kształtowników na parametry pracy złącza ciernego Jak już stwierdzono, bardzo istotny wpływ na parametry pracy złącza ciernego ma siła docisku współpracujących kształtowników. Siła ta jest wynikiem działania strzemion, w których wykorzystuje się połączenie gwintowe. W złączach ciernych obudowy podatnej mamy do czynienia z tzw. połączeniami gwintowymi sprężonymi (ze wstępnym obciążeniem) [5]. Połączenia te charakteryzują się tym, że w fazie montażu stojaków ciernych i odrzwi obudowy podatnej są obciążone zaciskiem wstępnym powodującym wystąpienie wstępnych sił osiowych w śrubach lub kabłąkach strzemion. Obecnie przyjmuje się, że miarą siły, z jaką są dociskane współpracujące w złączu ciernym kształtowniki, jest wartość momentu, z jakim dokręca się nakrętki ich śrub lub kabłąków [4, 6, 7, 8, 10]. Wyniki badań dowodzą, że korzystając z powyższego założenia, nie można w pełni zdefiniować siły, z jaką są dociskane kształtowniki w złączu ciernym [1, 2]. Rzeczywiste wartości sił osiowych w śrubach strzemion są bowiem zależne nie tylko od wartości momentu, z jakim są dokręcane nakrętki śrub, lecz także od wartości sił tarcia w gwincie śruby i pomiędzy powierzchniami oporowymi nakrętki i kołnierza jarzma strzemienia [1, 5]. Pominięcie tarcia w gwincie śruby oraz pomiędzy powierzchniami oporowymi nakrętki i kołnierza jarzma strzemienia jest dużym uproszczeniem, czego konsekwencją mogą być istotne rozbieżności pomiędzy wartościami sił osiowych w śrubach dokręcanych tą samą wartością momentu. Jak istotny wpływ na maksymalną wartość siły (R max ) przenoszonej przez złącze cierne ma sumaryczna wartość wstępnych sił osiowych (N) w śrubach strzemion tych złączy dowodzi zależność przedstawiona na rysunku 3. Zależność ta wyznaczona została dla złączy ciernych wykonanych z kształtownika V29 z dwoma strzemionami typu SDO29, poddanych statycznemu osiowemu ściskaniu. Analizując tą zależność, można stwierdzić, że wartości wstępnych sił osiowych w śrubach strzemion mają bardzo istotny wpływ na wartość maksymalnej siły przenoszonej przez złącze cierne (jego maksymalną nośność). Wzrost wartości tych sił powoduje wzrost siły tarcia statycznego i kinetycznego w złączu, co przekłada się na wzrost jego nośności. W 95% badanych złączy ciernych wartość maksymalnej siły, jaką przenosi złącze cierne jest równa wartości siły zrywającej złącze, czyli sile, przy której dochodzi w złączu do pierwszego zsuwu. Uwzględniając uzyskaną zależność oraz fakt, iż w praktyce górniczej przy montażu obudowy podatnej podaje się tylko wartość momentu, z jakim dokręca się nakrętki śruby lub kabłąków strzemion przeprowadzono badania wpływu wartości tego momentu na wartość siły osiowej w śrubie. W wyniku przeprowadzonych badań wyznaczono wartości sił osiowych w śrubach strzemion przy danych wartościach momentów, z jakimi dokręca się ich nakrętki z uwzględnieniem stanu ich powierzchni. Badania przeprowadzono dla śrub M24 dla sześciu najczęściej obecnie zalecanych wartości momentu dokręcenia nakrętek śrub lub kabłąków oraz dla trzech stanów ich powierzchni gwintowych (suche, smarowane olejem przekładniowym i smarem grafitowym). Uzyskane wyniki ujęto w tablicy 1.

6 4 Rys. 3. Zależność maksymalnej wartości siły przenoszonej przez złącze cierne od sumarycznej wartości wstępnych sił osiowych w śrubach strzemion Fig. 3. Relationship between the maximum value of the force transmitted by friction joint and the total value of preliminary axial forces in the bolts of stirrups Tablica 1. Zestawienie wartości sił osiowych (Q) w śrubach strzemion dla różnych wartości momentu dokręcenia ich nakrętek z uwzględnieniem stanu ich powierzchni Table 1. Summary of axial force values (Q) in the bolts of stirrups for different values of their nut torque including their surface condition 350 Nm 400 Nm 450 Nm 500 Nm 550 Nm 600 Nm Suche Olej Smar grafitowy Źródło: Opracowanie własne Uzyskane wyniki jednoznacznie wskazują, jak istotny wpływ na wartość siły osiowej w śrubie strzemiona ma stan powierzchni połączenia gwintowego. Dla tej samej wartości momentu, z jakim były dokręcane nakrętki śrub strzemion, w zależności od tego czy połączenie było smarowane czy nie, uzyskano znacznie różniące się wartości sił osiowych w tych śrubach. W zakresie przeprowadzonych badań dla tych samych wartości momentu, z jakim były dokręcane nakrętki śrub, różnice wartości sił osiowych w śrubach suchych i smarowanych smarem grafitowym wynoszą w granicach od 31% dla momentu 400 Nm do 38% dla momentów wynoszących 550 Nm i 600 Nm. Przy smarowaniu połączenia gwintowego smarem grafitowym wartość siły osiowej w śrubie w granicach 110±5 kn zostanie osiągnięta przy momencie dokręcenia wynoszącym 350 Nm. Uwzględniając zależność przedstawioną na rysunku 3, można przyjąć, że jest to wystarczająca wartość siły osiowej dla zapewnienia odpowiedniej nośności złącza ciernego. W celu określenia wpływu siły docisku współpracujących kształtowników na parametry pracy złączy ciernych przeprowadzono także badania stanowiskowe złączy obciążonych dynamicznie udarem swobodnie spadającej masy [1]. Wyniki tych badań w postaci zależności między maksymalną wartością siły R max przenoszonej przez złącze cierne a wartością wstępnej siły N, z jaką dociskane były współpracujące w złączu kształtowniki, z uwzględnieniem energii udaru E przedstawiono na rysunku 4. Analiza uzyskanych wyników jednoznacznie wskazuje, że dla wszystkich badanych energii udaru wraz ze wzrostem wartości wstępnej siły, z jaką dociskane są w złączu ciernym współpracujące kształtowniki rośnie maksymalna wartość siły przenoszonej przez złącze cierne (maksymalna nośność dynamiczna złącza ciernego). W przypadku badań dynamicznych wyznaczono także zależności między całkowitą wartością przemieszczenia (z c ) zsuwającego się kształtownika a wstępną wartością siły (N) docisku kształtowników współpracujących w złączu ciernym dla różnych wartości energii udaru (E) (rys. 5). Na podstawie wyznaczonych zależności można stwierdzić, że wraz ze wzrostem wartości wstępnej siły, z jaką dociskane są w złączu ciernym współpracujące kształtowniki, maleje całkowita wartość przemieszczenia kształtownika zsuwającego się w złączu ciernym. Reasumując, można stwierdzić, że wartość wstępna siły, z jaką dociskane są współpracujące w złączu ciernym kształtowniki (będąca sumą wstępnych wartości sił osiowych w śrubach strzemion), ma bardzo istotny wpływ na parametry pracy złącza ciernego. Wzrost wartości tej siły powoduje wzrost nośności złącza przy jednoczesnym zmniejszeniu jego podatności.

7 Nr 3 PRZEGLĄD GÓRNICZY 5 Rys. 4. Zależności maksymalnej wartości siły przenoszonej przez złącze cierne od energii udaru dla różnych wartości wstępnej siły docisku współpracujących kształtowników Fig. 4. Relationship between the maximum value of the force transmitted by the friction joint and the impact energy value for different preliminary values of force which presses down the cooperating sections Rys. 5. Zależności całkowitego przemieszczenia zsuwającego się w złączu ciernym kształtownika od energii udaru dla różnych wartości wstępnej siły docisku współpracujących kształtowników Fig. 5. Relationships between the total displacement value of the yielding shaped section and the value of impact energy for different preliminary values of force which presses down the cooperating sections 4. Wpływ tarcia między współpracującymi kształtownikami na pracę złącza ciernego Oprócz siły docisku między współpracującymi kształtownikami bardzo istotny wpływ na parametry pracy złącza ciernego mają także wartości współczynników tarcia statycznego i kinetycznego między ich stykającymi się powierzchniami. Iloczyny siły docisku i tych współczynników określają bowiem wartości sił tarcia statycznego i kinetycznego, które decydują o parametrach pracy złącza ciernego. Ilościowe określenie wpływu wartości współczynników tarcia na parametry pracy złącza ciernego na podstawie badań stanowiskowych jest zadaniem bardzo trudnym i do chwili obecnej nie przeprowadzono takich badań. Oczywistym jest jednak, że wzrost wartości tych współczynników powoduje zwiększenie oporów ruchu w złączu, co przekłada się na wzrost nośności i zmniejszenie podatności złącza ciernego. Jakościowo założenie to potwierdzają wyniki badań stanowiskowych złączy ciernych wykonanych z kształtowników sezonowanych od kilku do kilkudziesięciu dni.

8 6 Celem tych badań było określenie wpływu czasu sezonowania kształtowników na wartość siły zrywającej złącze cierne. Wydłużenie czasu sezonowania kształtowników wpłynęło bowiem na zwiększenie stopnia skorodowania ich powierzchni, co spowodowało, iż między powierzchniami stykających się kształtowników wystąpiła dodatkowa warstwa skorodowanego materiału. Na rysunku 6 przedstawiono przebiegi czasowe siły (R) przenoszonej przez złącze oraz przemieszczenia (z) zsuwającego się kształtownika, dla złącza ciernego wykonanego z kształtowników sezonowanych przez okres 6 miesięcy, których powierzchnie charakteryzował znaczny stopień skorodowania. W badanym złączu nie doszło do wystąpienia nagłego zsuwu. Przemieszczanie zsuwającego się kształtownika następowało w sposób płynny i jednostajny. Niestety maksymalna wartość siły przenoszonej przez to złącze była stosunkowo niska i wyniosła 215 kn, podczas gdy w takim samym złączu wykonanym z kształtowników nieskorodowanych wartość tej siły wynosi ok. 340 kn. Na podstawie przeprowadzonych badań określono zależność między czasem sezonowania kształtowników a maksymalną wartością siły (R max ) przenoszonej przez złącza z nich wykonane (rys. 7). Rys. 6. Charakterystyka pracy złącza ciernego wykonanego z kształtowników sezonowanych przez okres 6 miesięcy Fig. 6. Operation characteristics of frictional joint made from sections seasoned over six months Rys. 7. Wpływ czasu sezonowania kształtowników na maksymalną wartość siły przenoszonej przez złącze Fig. 7. Influence of the time of seasoning sections on the maximum value of the force transmitted by a friction joint

9 Nr 3 PRZEGLĄD GÓRNICZY 7 Analiza uzyskanej zależności wskazuje, że wraz ze wzrostem stopnia skorodowania współpracujących w złączu kształtowników następuje zmniejszenie maksymalnej wartości siły przenoszonej przez złącze (jego nośności). Zwiększanie się warstwy skorodowanego materiału spowodowało, iż w coraz większym stopniu między powierzchniami stykających się kształtowników, zamiast tarcia suchego występowało tarcie półsuche, półpłynne lub płynne. Wszystkie te rodzaje tarcia charakteryzują się znacznie niższymi współczynnikami tarcia statycznego i kinetycznego w stosunku do tarcia suchego. Wynikiem tych procesów jest istotne zmniejszenie nośności złączy ciernych. Uzyskane wyniki jednoznacznie potwierdzają przyjęte wcześniej założenie, że zmniejszenie wartości współczynników tarcia między stykającymi się powierzchniami współpracujących kształtowników wpływa na zmniejszenie nośności złącza ciernego. 5. Wpływ klina oporowego na parametry pracy złącza ciernego W celu poprawy parametrów pracy złącza ciernego opracowano nową jego konstrukcję z klinem oporowym montowanym między współpracującymi kształtownikami [2]. Celem zastosowania klina oporowego było zwiększenie oporów ruchu w złączu, co przełożyło się na wzrost jego nośności. Na rysunku 8 przedstawiono charakterystyki pracy prostych złączy ciernych z klinem i bez klina oporowego poddanych statycznemu osiowemu ściskaniu. Złącza wykonano z kształtownika V29 z dwoma strzemionami typu SDO29. Porównując wyznaczone charakterystyki, można stwierdzić, że zastosowanie klina oporowego w złączu ciernym powoduje znaczny wzrost wartości siły przenoszonej przez to złącze (jego nośności) w stosunku do złącza bez klina oporowego. W złączu z klinem oporowym wartość siły przez nie przenoszonej wzrasta w miarę przemieszczania zsuwającego się kształtownika, co jest wynikiem wzrostu oporów ruchu wynikających z działania klina oporowego. Wpływ klina oporowego na parametry pracy złącza ciernego jest uzależniony od jego geometrii, materiału, z jakiego jest wykonany oraz jego lokalizacji w stosunku do krawędzi dolnej przemieszczającego się kształtownika [1, 2]. Na rysunkach 9 i 10 przedstawiono odpowiednio zależności między grubością h klina oporowego w jego początkowej części a wartością siły zrywającej R zr złącze cierne (rys. 9) i wielkością przemieszczenia z zsuwającego się w złączu kształtownika (rys. 10). Rys. 8. Charakterystyki pracy złączy ciernych z klinem i bez klina oporowego Fig. 8. Operation characteristics of the friction joint with and without the resistance wedge Rys. 9. Zależność maksymalnej wartości siły zrywającej złącze cierne od grubości klina oporowego Fig. 9. Relationship between the maximum value of breaking force of frictional joint and the thickness of resistance wedge

10 8 Rys. 10. Zależność wartości zsuwu w złączu ciernym od grubości klina oporowego Fig. 10. Relationship between the values of the yield in friction joint and the thickness of resistance wedge Uzyskane wyniki jednoznacznie dowodzą, że zastosowanie klina oporowego w złączu ciernym wpływa na wzrost jego nośności przy jednoczesnym zmniejszeniu podatności. Złącza cierne z klinem oporowym poddano także badaniom udarem swobodnie spadającej masy. W oparciu o uzyskane charakterystyki dynamiczne pracy złączy ciernych z klinem oporowym wyznaczono zależności między parametrami charakteryzującymi złącze a parametrami jego pracy. Na rysunkach 11 i 12 przedstawiono odpowiednio zależności między energią udaru E a maksymalną wartością siły R max przenoszonej przez złącze cierne oraz całkowitą wartością przemieszczenia (zsuwu) z w złączu dla złączy z klinem i bez klina oporowego. Analizując otrzymane zależności, można stwierdzić, że zastosowanie klina oporowego w złączu ciernym w sposób istotny wpłynęło na parametry jego pracy. Dla złączy ciernych z klinem oporowym zarejestrowano znacznie wyższe wartości siły przenoszonej niż dla złączy bez klina. Jednocześnie w złączach tych wystąpiły mniejsze zsuwy. Rys. 11. Maksymalne wartości siły przenoszonej przez złącza cierne z klinem i bez klina oporowego w zależności od energii udaru Fig. 11. Maximum values of the force transmitted by the friction joint with and without the resistance wedge depending on impact energy

11 Nr 3 PRZEGLĄD GÓRNICZY 9 Rys. 12. Zależności między całkowitą wartością przemieszczenia zsuwającego się kształtownika w złączach ciernych z klinem i bez klina oporowego a wartością energii udaru Fig. 12. Relationships between the total displacement value of the yielding shaped section in frictional joints with and without a resistance wedge and the impact energy value 6. Podsumowanie i wnioski Przeprowadzone badania i uzyskane wyniki jednoznacznie wskazują, że analizowane parametry charakteryzujące złącze cierne mają bardzo istotny wpływ na jego pracę. Z praktycznego punktu widzenia istotne jest to, iż poprzez zmianę tych wielkości można skutecznie wpływać na parametry pracy złącza ciernego, a w dalszej kolejności całej obudowy podatnej. Wyniki badań wpływu typu strzemion na parametry pracy złącza ciernego potwierdziły wcześniejsze założenie, że strzemiona spełniają w złączu bardzo ważną funkcję. Zapewnienie odpowiedniej siły docisku współpracujących kształtowników ma bowiem decydujący wpływ na nośność i podatność złącza. Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że typ zastosowanych strzemion istotnie wpływał na parametry pracy złącza. Spośród obecnie stosowanych strzemion najlepsze wyniki w zakresie maksymalnej wartości siły przenoszonej przez złącze zanotowano dla złączy ze strzemionami typu KX29W. W stosunku do powszechnie obecnie stosowanych strzemion typu SDO29, wraz ze wzrostem wartości wstępnych sił osiowych w śrubach strzemion, różnice są dość istotne. Niższe nośności złączy ze strzemionami typu SDO29 są wynikiem mniejszej sztywności kołnierzy ich dolnych jarzm. Potwierdzają to wyniki badań złączy ze strzemionami typu SDO29w. Wzmocnienie kołnierzy jarzm dolnych tych strzemion wpłynęło na znaczny wzrost nośności złączy. Zasadnym jest więc stwierdzenie, że przy projektowaniu i doborze obudowy podatnej dla wysokich wartości przewidywanego obciążenia powinno stosować się strzemiona o wyższej sztywności. Badania dowiodły także, iż podstawowe znaczenie dla pracy złącza ciernego ma wartość siły docisku współpracujących kształtowników, będąca sumą wartości sił osiowych w śrubach lub kabłąkach strzemion. Bardzo istotne znaczenie ma w tym przypadku określenie odpowiedniej wartości momentu z jakim są dokręcane nakrętki ich śrub lub kabłąków w zależności od stanu powierzchni połączenia gwintowego. Dla praktyki górniczej zasadnym wydaje się podawanie wartości tych momentów w zależności od sposobu smarowania połączenia gwintowego. W zakresie wpływu wartości współczynników tarcia statycznego i kinetycznego między stykającymi się powierzchniami współpracujących kształtowników w złączu ciernym na parametry jego pracy, można stwierdzić, że negatywny wpływ ma zbyt duża korozja tych powierzchni. Z praktycznego punktu widzenia w celu podwyższenia wartości tych współczynników korzystne jest oczyszczenie powierzchni styku z nadmiernej ilości produktów korozyjnych. Bardzo korzystny wpływ na parametry pracy złącza ciernego ma zastosowanie dodatkowego elementu konstrukcyjnego w postaci klina oporowego. Uzyskane wyniki jednoznacznie dowiodły, że klin wpłynął na wzrost nośności złączy oraz zmniejszanie ich podatności zsuwnej. Poprzez odpowiedni dobór parametrów geometrycznych klina oraz jego lokalizacji w złączu można istotnie wpływać na parametry pracy złącza. Reasumując, można stwierdzić, iż obecnie stosowane w górniczej obudowie podatnej wyrobisk korytarzowych konstrukcje złączy ciernych stwarzają duże możliwości regulacji parametrów ich pracy. Proces ten może odbywać się poprzez odpowiedni dobór typu strzemion w złączach, wartości wstępnych sił osiowych w śrubach lub kabłąkach strzemion, zastosowanie dodatkowych elementów konstrukcyjnych (np. klina oporowego) oraz odpowiednie przygotowanie stykających się powierzchni współpracujących kształtowników. Literatura 1. Brodny J.: Identyfikacja parametrów pracy złącza ciernego stosowanego w górniczej obudowie podatnej wyrobisk korytarzowych. Monografia Politechniki Śląskiej, nr 377/2013, Gliwice Brodny J.: Analiza pracy złącza ciernego z klinem. Przegląd Górniczy 2010, t. 66, nr 11, s Chudek M.: Obudowa wyrobisk korytarzowych, część 2. Wydawnictwo Śląsk, Katowice Ciałkowski B.: Nowe konstrukcje strzemion do obudowy chodnikowej.

12 10 Materiały Seminarium SITG, Nowoczesne technologie górnicze. Ustroń 2006, s Ditrich M.: Podstawy konstrukcji maszyn. Wyd. 2 zmienione, t. 1,2,3, WNT, Warszawa Galanka J.: Analiza współpracy podatnej obudowy łukowej z górotworem. Przegląd Górniczy 1962, nr Małoszewski J., Mateja J., Rułka K.: Nośność stalowych odrzwi obudowy łukowej otwartej na podstawie przeprowadzonych badań. Prace Naukowe GIG, Seria dodatkowa, Katowice Michałek M.: Sposoby regulowania nośności zsuwnej obudowy z odrzwi stalowych podatnych. Praca doktorska, Politechnika Śląska, Gliwice Podjadtke R., Witthaus H., Bartel R.: Rozwój stalowych obudów chodnikowych. Obudowa łukowa TH. Wiadomości Górnicze 2008, nr Rotkegel M.: Wpływ cech konstrukcyjnych złącz na nośność stalowej obudowy odrzwiowej podatnej. Wiadomości Górnicze 2011, nr 9. NACZELNY REDAKTOR w zeszycie 1-2/2010 Przeglądu Górniczego, zwrócił się do kadr górniczych z zachętą do publikowania artykułów ukierunkowanych na wywołanie POLEMIKI DYSKUSJI. Trudnych problemów, które czekają na rzetelną, merytoryczną wymianę poglądów jest wiele! Od niej w znaczącej mierze zależy skuteczność praktyki i nauki górniczej w działaniach na rzecz bezpieczeństwa górniczego oraz postępu technicznego i ekonomicznej efektywności eksploatacji złóż. Od naszego wysiłku w poszukiwaniu najlepszych rozwiązań zależy przyszłość polskiego górnictwa!!!

13 Nr 3 PRZEGLĄD GÓRNICZY 11 UKD : : Doświadczenia kwk pniówek w zakresie likwidacji wykropleń wody w wyrobiskach dołowych Experience of KWK Pniowek in the field of stopping water sweating in underground excavations Mgr inż. Grzegorz Brudny* ) Mgr inż. Artur Gnutek* ) Mgr inż. Krzysztof Filipowicz* ) Treść: Przedostawanie się wody do czynnych wyrobisk górniczych jest przyczyną wielu problemów podczas prowadzenia eksploatacji górniczej. Wiąże się to przede wszystkim z osłabieniem parametrów mechanicznych skał otaczających wyrobisko, łatwiejszym wypiętrzaniem spągu oraz korozją i osłabieniem konstrukcji obudowy. W skrajnym przypadku, wobec wody agresywnej chemicznie, może dochodzić do tak dużego zniszczenia elementów stalowych obudowy, że konieczne jest wykonanie przebudowy wyrobiska.w artykule przedstawiono sposób i metodykę izolacji górotworu, która umożliwia kontrolowane ujęcie wyciekającej ze stropu wyrobiska wody. Dodatkowo opisano sposób zabezpieczenia antykorozyjnego oraz wzmocnienia skorodowanej obudowy na przykładzie przekopu kierunkowego wschodniego poziomu Abstract: Water getting through the active mining excavations is the reason for many problems during exploitation. First and foremost, it entails the weakening of mechanical parameters of rocks surrounding the excavation, simplifying of floor uplift and the corrosion and weakening of support construction. In the extreme case, the chemically aggressive water may cause serious destruction of steel elements of the support, thus it is necessary to rebuilt the excavation. This paper present the way and methodology of rockmass isolation which allows to control the intake of water leaking out from the excavation roof. Moreover, the way to secure and reinforce the support against corrosion on the basis of the eastern directional excavation at the level Słowa kluczowe: górnictwo, eksploatacja, obudowa górnicza Key words: mining industry, mining, support 1. Wprowadzenie Kopalnia Pniówek należy do grupy kopalń borykających się z wykropleniami wody z górotworu do czynnych wyrobisk górniczych. Ze względu na znaczne zasolenie wody w miejscach wykropleń następuje szybko postępująca korozja, która w znacznym stopniu obniża parametry wytrzymałościowe obudowy [3, 5]. Powyższe zjawiska prowadzą do konieczności wzmacniania ww. odcinków wyrobisk, a w niektórych przypadkach wymuszają konieczność przebudowy [2]. * ) JSW S.A. KWK Pniówek Dotychczas stosowana izolacja warstw zalegających nad wyrobiskiem doprowadzała do migracji wody, która pojawiała się w innym miejscu, rozszerzając w ten sposób zasięg szkodliwego wpływu. Po wielu latach doświadczeń KWK "Pniówek wypracowała model izolacji górotworu, który pozwala na kontrolowane ujęcie wykraplającej się wody. Obudowa na zawodnionym odcinku zabezpieczana jest przeciwkorozyjnie za pomocą inhibitora. W przypadku, gdy korozja zdegradowała opinkę i osłabiła obudowę wzmacnia się ją warstwą torkretu [2]. Sposób ten skutecznie zapobiega dalszej korozji, a co za tym idzie dalszemu osłabianiu obudowy oraz migracji wykropleń do wyrobiska i zawodnieniu spągu. Odpowiednio wczesna likwidacja wycieku w znacznej mierze zapobiega konieczności przebudowy danego odcinka wyrobiska [6].

14 12 2. Warunki hydrogeologiczne w kwk pniówek Kopalnia Pniówek położona jest w południowej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego i należy do Jastrzębskiej Spółki Węglowej S.A.. Kopalnia gospodaruje obecnie dwoma złożami. Pierwsze z nich, złoże Pniówek, eksploatowane jest w różnym zakresie od początku istnienia kopalni. Drugie złoże, Pawłowice 1 jest obecnie w fazie wstępnego zagospodarowywania. Powierzchnia złoża Pniówek w obrębie Obszaru Górniczego Krzyżowice III wynosi 28,5 km 2, natomiast Obszar Górniczy Pawłowice 1 to powierzchnia 15 km 2. Analizując budowę geologiczną dokumentowanego obszaru można wydzielić trzy zasadnicze piętra wodonośne, związane z przepuszczalnymi utworami poszczególnych serii stratygraficznych [1]: czwartorzędu, trzeciorzędu, karbonu. Piętra wodonośne czwartorzędu i trzeciorzędu związane są z nadkładem złoża, natomiast piętro wodonośne związane z przepuszczalnymi utworami serii złożowej karbonu ma zasadniczy wpływ na zawodnienie Kopalni. Utwory czwartorzędowe są zróżnicowane litologicznie. Osady plejstocenu pochodzenia rzeczno-lodowcowego, z którymi wiążą się poziomy wodonośne, wykształcone są jako piaski drobno i średnioziarniste. Utwory te najczęściej zalegają pod przykryciem glin pylastych, lokalnie zapiaszczonych o miąższości od kilku do kilkunastu metrów. Całkowita miąższość utworów czwartorzędowych waha się w granicach od ok. 5 m do ok. 80 m. Poziom ten występuje prawie na całym dokumentowanym obszarze. Na całym dokumentowanym obszarze zalegają ilaste utwory trzeciorzędu (neogenu). Poziomy wodonośne w obrębie tej serii związane są z wkładkami, laminami oraz przeławiceniami piasków drobnoziarnistych i pylastych występujących najczęściej w postaci soczewek lub warstw o niewielkim rozprzestrzenieniu poziomym. Miąższość wkładek przepuszczalnych nie przekracza na ogół m. Utwory trzeciorzędu mają sumaryczną miąższość od ok. 160 m do ok. 930 m. Spągowa część trzeciorzędu została rozpoznana otworami wiertniczymi, a także robotami górniczymi. Na kontakcie trzeciorzędu z karbonem stwierdzono występowanie gruboklastycznych utworów o znacznym zróżnicowaniu litologicznym. W trakcie wiercenia otworów dołowych wykonywanych w ostatniej dekadzie, które miały za zadanie rozpoznanie głębokości zalegania stropu karbonu, nie stwierdzono z niego dopływów wody. Poziomy wodonośne w obrębie utworów karbonu związane są z piaskowcami drobno i średnioziarnistymi, a niekiedy spękanymi mułowcami warstw orzeskich i rudzkich, zalegających w formie poziomów warstwowych pomiędzy pokładami węgla i iłowcami. Warunki hydrogeologiczne w górotworze karbońskim, obejmującym warstwy orzeskie i górnorudzkie, rozpoznano otworami wiertniczymi i wyrobiskami górniczymi, w których przeprowadzone były pomiary i obserwacje hydrogeologiczne. Poprzez obserwację otworów stwierdzono występowanie nielicznych nagromadzeń wody reliktowej w piaskowcach karbońskich, które powodowały jedynie drobne wykroplenia wody w wyrobiskach górniczych. Warunki krążenia wód w utworach karbonu są trudne do określenia. Ich zasilanie w obrębie dokumentowanego obszaru jest praktycznie niemożliwe z uwagi na serię nieprzepuszczalnych utworów ilastych trzeciorzędu. Świadczy o tym stały, wysoki stopień mineralizacji wód karbońskich oraz ich skład chemiczny. Dotychczasowe obserwacje prowadzone w czasie wykonywania robót górniczych wykazały, że również uskoki nie stanowią dróg migracji wód z wyższych poziomów wodonośnych w utwory karbońskie. 3. Podziemne, potencjalne źródła zawodnienia wyrobisk Do głównych źródeł zawodnienia wyrobisk w kopalni można zaliczyć [1]: zawodnione utwory piaszczysto-żwirowe czwartorzędu - zawodnienie szybów, zawodnione piaski i pyły trzeciorzędowe, szczególnie zalegające bezpośrednio na utworach karbonu - zawodnienie szybów, zwietrzelina skał karbońskich (utwory pstre) - zawodnienie szybów, piaskowce karbońskie, zbiorniki wodne w zrobach ścian, mieszaniny odpadów elektrownianych z wodą zasoloną, niezlikwidowane otwory wiertnicze. Złoże węgla kamiennego KWK Pniówek przykryte jest w całości nadkładem o zróżnicowanej miąższości. Osady trzeciorzędowe, wykształcone jako seria nieprzepuszczalnych utworów ilastych, stanowią dostateczną izolację serii złożowej przed infiltracją wód powierzchniowych oraz wód czwartorzędowego piętra wodonośnego. Występujące w nadkładzie złoża poziomy wodonośne typu warstwowego, związane z utworami piaszczysto-żwirowymi czwartorzędu oraz wkładkami piaszczysto-pylastymi trzeciorzędu, izolowane są od utworów karbonu serią nieprzepuszczalnych iłów mioceńskich o dużej miąższości, które oddzielają wyrobiska górnicze od wód z nadkładu. Można stwierdzić, że brak jest jednolitego poziomu wodonośnego na kontakcie nadkład-karbon. Stwierdzona, przede wszystkim wierceniami, zróżnicowana morfologicznie powierzchnia karbonu, w swoich obniżeniach erozyjnych wypełniona jest utworami klastycznymi, które mogą być kolektorem niewielkiej ilości wody. Obecnie wyrobiska kopalni zlokalizowane są w dużej odległości od nadkładu, dlatego na dole nie stwierdza się wody z tego źródła Woda reliktowa Niewielkie nagromadzenia wody reliktowej występujące w warstwach piaszczystych karbonu ulegają systematycznemu sczerpywaniu w wyniku odwadniania górotworu. Następuje także obniżenie ciśnienia hydrostatycznego wód tych poziomów. Rozdzielenie warstw piaskowców pakietami ilastymi powoduje, że kontakty hydrauliczne między zawodnionymi partiami są mocno ograniczone i możliwe jedynie w strefach spękań naturalnych lub powstałych w wyniku eksploatacji. W wyrobiskach górniczych warstwy piaskowców powodują jedynie sporadyczne wykroplenia lub drobne wypływy wody (maksymalnie 30 l/min). W trakcie dotychczasowych robót górniczych nie stwierdzono zawodnionych uskoków poza odosobnionym przypadkiem Uskoku Pniówkowskiego, z którego po przecięciu przekopem kierunkowym zachodnim na poziomie 830 stwierdzono wypływ rzędu 0,2 m 3 /min. Po sczerpaniu nagromadzonej w szczelinie wody wypływ ustał, co świadczy o braku kontaktu uskoku z zasobami dynamicznymi nadkładu. Szczeliny pozostałych uskoków wypełnione były materiałem ilastym i stwierdzono jedynie z nich drobne wykroplenia wody Podziemne zbiorniki wodne Podziemne zbiorniki wodne dokumentowane są w zrobach ścian i wyrobiskach korytarzowych. Na mapach i w ewidencji

15 Nr 3 PRZEGLĄD GÓRNICZY 13 Rys.1. Algorytm postępowania dla odcinka wyrobiska z wyciekami wody Fig. 1. Procedure for excavation part with leakage

16 14 określony jest zasięg oraz pojemność zbiorników wodnych. Zbiorniki te likwidowane są zgodnie z zaleceniami Zespołu ds. Rozpoznawania i Zwalczania Zagrożenia Wodnego po ich zaakceptowaniu przez KRZG. W praktyce zawodnienie wyrobisk górniczych korytarzowych sprowadza się do rejonów występowania zawodnionych warstw piaskowców lub stref oddziaływania dołowych zbiorników wodnych zlokalizowanych w zlikwidowanych wyrobiskach i zrobach ścian Woda z doszczelniania zrobów Kopalnia Pniówek stosuje mieszaninę odpadów elektrownianych i wody zasolonej do profilaktyki ppoż. poprzez doszczelnianie zrobów ścian i zlikwidowanych wyrobisk chodnikowych. Niewielkie ilości wody nadosadowej, pozostałej po zestaleniu ww. mieszaniny wnikają w spękany górotwór, nie powodując tworzenia się zbiorników. Woda ta przenika do chodników prowadzonych w pokładach niższych powodując w nich wykroplenia Otwory wiertnicze Otwory wiertnicze po spełnieniu przez nie zadania (drenaż wody, kontrola zawodnienia, zbadanie zalegania pokładów) są na bieżąco likwidowane poprzez zacementowanie. Jedynie niezlikwidowane powierzchniowe otwory badawcze lub takie, co do których brak jest informacji o sposobie ich likwidacji, mogą powodować lokalne zawodnienie wyrobisk. Z wody dopływającej do przekopu pobrano próbę wody i wykonano szereg kompleksowych badań chemicznych. Wyniki analiz chemicznych wykazują bardzo wysoką mineralizację tej wody, która wynosi mg/dm 3. Zawartość chlorków wynosi mg/dm 3, natomiast siarczanów nie stwierdzono. Powyższe świadczy o tym, że mamy do czynienia z naturalną wysokozmineralizowaną, karbońską wodą reliktową. Z uwagi na zawartość chlorków, woda ta wykazuje silne właściwości korozyjne wobec stali [3]. Dlatego, zarówno obudowa z łuków podatnych zabudowana w przekopie kierunkowym wschodnim, jak i reszta stalowego uzbrojenia tego wyrobiska ulega korozji. 5. Założenia techniczno-technologiczne likwidacji wykropleń (wycieków) Decydując się na likwidację wykropleń, należy w każdym przypadku brać pod uwagę: hydrogeologię (pochodzenie wody, geneza powstania wykropleń), rozległość odcinka, gdzie występują wykroplenia, stopień skorodowania obudowy, dostępność mediów (nośników energii) napięcie, powietrze, ciśnienie hydrauliczne, które decyduje o rodzaju użytego sprzętu. W celu usprawnienia prac nad technologią opracowano odpowiedni algorytm postępowania, przedstawiony na rys Geneza wykropleń wody w przekopie kierunkowym wschodnim poz Przedmiotem niniejszej analizy jest strefa zawodnionego odcinka przekopu kierunkowego wschodniego na poziomie Zawodnienie skał zostało stwierdzone w postaci szeregu gęstych wycieków wody na 1349,0 1414,0 mb przekopu kierunkowego wschodniego na poziomie 1000 w postaci wykropleń, głównie ze stropu. Stan ten wynika z faktu, że na 1349,0 1414,0 mb przekopu występuje strefa uskokowa o sumarycznym zrzucie h = 22,0 m. Poprzez występujące w tej strefie spękane piaskowce drenowana jest woda z występujących w stropie przekopu zawodnionych warstw piaskowców. Są to skały stropowe pokładu 401/1 występującego na wschód od ww. strefy uskokowej w odległości pionowej m. Stwierdzona strefa uskokowa składa się z dwóch uskoków o przebiegu północ-południe, zrzucających warstwy na wschód. 6. Metodyka iniekcji i schemat odwiertów Wiercąc otwory iniekcyjne należy stosować się do następujących zasad: najdłuższe (o największym zasięgu) muszą być otwory graniczne (w dwóch płaszczyznach), otwory izolujące muszą mieć odpowiednią długość zapewniającą szczelność (nie mogą sięgać za daleko, co mogłoby skutkować migracją wody poza otwory graniczne), oprócz otworów granicznych i izolujących należy wykonać otwory kontrolne, które pozwolą uzyskać informację na temat migracji kleju, otwory odwadniające (kontrolowane ujęcie wody) muszą przechodzić ponad strefę izolującą, należy je wykonać w miejscach o największym natężeniu wypływów, otwory powinny być przystosowane do okresowego czyszczenia w celu utrzymania drożności. Powyższe zalecenia przedstawione są na rys. 2. Rys. 2. Schemat odwiertów Fig. 2. Scheme of boreholes

17 Nr 3 PRZEGLĄD GÓRNICZY 15 Długość otworów iniekcyjnych uzależniona jest od istniejącej strefy spękań powstałej nad stropem wyrobiska. Schemat prawidłowo wykonanej iniekcji pokazano na rys. 3. W celu ustalenia optymalnej siatki kotwienia istnieje konieczność wykonania otworów kontrolnych. Obowiązuje zasada otwory krótkie, siatka gęsta i na odwrót. Należy zwrócić uwagę, aby nie wpompowywać zbyt dużej ilości kleju do jednego otworu, ponieważ może on podnieść poziom wody (zbyt wysoki zasięg izolacji), co w konsekwencji może spowodować ominięcie izolacji zadanej otworami granicznymi. Dobór sposobu iniekcji uzależniony jest od skał otaczających wyrobisko [7]. Najprostszym, a zarazem najpraktyczniejszym sposobem iniekcji jest zastosowanie nabojnic samorozprężnych (pakerów). Iniekcja polega wówczas na wykonaniu otworu o żądanej długości, zainstalowaniu w otworze głowicy uszczelniającej jednorazowego użytku i podaniu środka chemicznego. Sytuacja komplikuje się, kiedy wycieki występują w górotworze, który charakteryzuje się rumoszem skalnym, a co za tym idzie, nie ma możliwości włożenia nabojnicy na żądaną głębokość do otworu. W takim przypadku, jedyną alternatywą pozostaje użycie kotew samowiertnych-iniekcyjnych, które wprowadza się na żądaną głębokość, uszczelnia, a następnie podaje się iniekt [4]. 7. Likwidacja wycieków wody w przekopie kierunkowym wschodnim poz Przed przystąpieniem do kompleksowych prac, związanych z uszczelnieniem górotworu i zabezpieczeniem istniejącej obudowy górniczej przed negatywnym oddziaływaniem agresywnych wód dołowych, dokonano oceny jakości górotworu poprzez ustalenie zasięgu strefy spękań w stropie oraz stanu skorodowania odrzwi obudowy. Uwzględniając uzyskane informacje, próbę likwidacji wycieków wody oparto o technologię, gdzie do wytworzenia bariery uszczelniająco- -izolującej wyrobisko zaproponowano trzy rodzaje otworów: graniczne, o długości od 2,0 3,0 m, wykonywane pod kątem ok 30 0 w stosunku do pionowej osi wyrobiska i średnicy 42 mm, izolujące, o długości od 0,5 1,0 m, wiercone w siatce 4 otwory na 1m 2 wyrobiska, pod kątem od w stosunku do osi pionowej wyrobiska i średnicy 42 mm, odwadniające o długości 2,0 3,0 m, wykonane pod kątem od w stosunku do osi pionowej wyrobiska i średnicy 42 mm. Schemat rozmieszczenia otworów iniekcyjno-odwadniających przedstawiono na rys. 2. W otworach iniekcyjnych w zależności od panujących warunków stropowych rozpierane były głowice uszczelniające jednorazowego użytku (rys. 4) lub w miejscach występowania rumoszu skalnego uniemożliwiającego wprowadzenie głowicy uszczelniającej na żądana głębokość, kotwy samowiertne-iniekcyjne wraz z uszczelnieniem wylotu otworu iniekcyjnego (rys. 4, 5). Dodatkowo wykonano otwory kontrolne, które pozwoliły uzyskać informację na temat migracji kleju w stropie wyrobiska. Do iniekcji zastosowano klej MARITHAN EP, który charakteryzuje się bardzo szybkim czasem reakcji, dobrymi właściwościami sklejania wszystkich typów skał, jak również dużą odpornością na rozciąganie i dużą elastycznością. Podstawowe parametry kleju przedstawiono w tabeli 1. Rys. 3. Dobór odpowiedniej długości otworów iniekcyjnych Fig. 3. Selection of the proper length of injection wells Rys. 4. Głowica uszczelniająca jednorazowego użytku oraz kompletna kotew somowiertna-iniekcyjna Fig. 4. Disposable sealing head and complete self-drilling injection bolt

18 16 Rys. 5. Kotew samowiertna-iniekcyjna Fig. 5. Self-drilling injection bolt Tabela 1. Podstawowe parametry kleju poliuretanowego MARITHAN EP Table 1. Basic parameters of polyurethane glue MARITHAN EP Podstawowe parametry produktu SKŁADNIK Żywica Katalizator Gęstość w 20 0 C (g/cm 3 ) ok.1,10 ok.1,23 Lepkość w 20 0 (mpas) ok. 250 ok. 200 Stosunek mieszania 1 1 Obudowę wyrobiska graniczącą z odcinkami, gdzie wystąpiły wycieki oczyszczono i zabezpieczono przed postępującą korozją poprzez pokrycie jej inhibitorem typu Cheminol SK. Ww. stabilizator korozji neutralizuje proces korozji poprzez konwersję rdzy w czarny metaloorganiczny kompleks. Przykładową warstwę ochronną przedstawia rys. 6. W związku z faktem, że obudowa i opinka w miejscach wykropleń była nadmiernie skorodowana, ww. odcinek pokryto warstwą torkretu. Do torkretowania użyto torkretu TSM 70 oraz cienkościennej membrany pracującej, jako powłoka natryśnięta (rys.7). Powyższe wzmocnienie charakteryzuje się bardzo dobrymi parametrami wytrzymałościowymi jak i izolacyjnymi (przy wskaźniku woda/proszek 0,10, wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach wynosi 72,5-76,9 MPa, natomiast wytrzymałość na zginanie mieści się w zakresie 10,53-11,47 MPa) [8]. Rys. 7. Powłoka torkret TSM 70 Fig. 7. Coating gunite TSM Podsumowanie i wnioski Rys. 6. Obudowa pokryta inhibitorem Fig. 6. Support covered with inhibitor Skuteczność wykonania izolacji wykropleń połączona z kontrolowanym ujęciem wody uzależniona jest od następujących działań: dobrego rozeznania warunków hydrogeologicznych, opracowania rozwiązania techniczno-technologicznego odpowiedniego dla warunków geologiczno-górniczych, panujących w danym miejscu, doboru odpowiednich materiałów, które uniemożliwiają iniekcję na odpowiedniej głębokości oraz kleju, który uszczelni górotwór i nie będzie reagował z otaczającym środowiskiem. Kontrola odprowadzenia wody powoduje zatrzymanie lub spowolnienie procesów korozyjnych, a co za tym idzie eliminuje konieczność wykonania przebudowy danego odcinka wyrobiska.

19 Nr 3 PRZEGLĄD GÓRNICZY 17 Na podstawie opisanego w referacie przykładu dotyczącego przekopu kierunkowego wschodniego na poziomie 1000 można stwierdzić, że stosowanie się do powyższych zasad pozwoli skutecznie izolować wycieki wody do wyrobisk górniczych. Literatura 1. Dokumentacja geologiczna KWK Pniówek. 2. Rak Z., Siodłak Ł., Stasica J.: Możliwości wzmocnienia obudowy podporowej wyrobisk korytarzowych z wykorzystaniem torkretowania. WUG, 2007, nr 5, s Kuziak R., Dyduch G., Nawrot J.: Możliwości ograniczenia korozji stalowej obudowy odrzwiowej w wyrobiskach korytarzowych kopalń węgla kamiennego. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej 2009, t. 4, z. 2b, s Majcherczyk T., Małkowski P., Niedbalski Z., Borecki J., Koliński K., Brudny G.: Projekt wzmocnienia obudowy podporowej przy zastosowaniu kotew iniekcyjnych w rozdzielni RDW-4 poz. 830 KWK Pniówek. KWK Pniówek 2011, praca niepublikowana. 5. Rotkegel M., Kowalski E.: Wpływ stopnia skorodowania elementów odrzwi na nośność obudowy. Prace Naukowe Głównego Instytutu Górnictwa. Seria Konferencje Nr 46, Katowice Sobik L., Mazurek C.: Zastosowanie w KWK Jankowice rozwiązania uszczelniania górotworu i zrobów w trakcie dokonywania przebić do nieczynnych wyrobisk, z wykorzystaniem środków mineralnych i chemicznych. Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko, nr 1/1, Katowice 2011, s Strumiński A., Madeja-Strumińska B., Chojnacki R.: Ocena skuteczności działania środków chemicznych i mineralnych w zwalczaniu współwystępujących zagrożeń górniczych w kopalniach węgla kamiennego. W: Zwalczanie zagrożeń aerologicznych w kopalniach praca zbiorowa pod redakcją S. Pruska, J. Knechtela i B. Madej-Strumińskiej, Główny Instytut Górnictwa, Katowice 2012, s Pytlik A.: Badanie torkretu oraz cienkościennych membran natryskowych metodą testu skrzyniowego. Przegląd Górniczy 2013, nr 12, s