PL B1 G01B 5/30 E21C 39/00 RZECZPOSPOLITA POLSKA. (21) Numer zgłoszenia: Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (1 3 ) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) IntCl6: G01L 1/00 G01B 5/30 E21C 39/00 (54) Sposób oceny stanu zagrożenia tąpaniami naprężeniowymi (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 03/92 (45) O udzieleniu patentu oroszono: WUP 12/95 ( 7 3 ) Uprawniony z patentu: Cieślik Zdzisław, Wrocław, PL Fiszer Adam, Wrocław, PL Zimroz Jan, Lubin, PL (72) Twórcy wynalazku: Zdzisław Cieślik, Wrocław, PL Adam Fiszer, Wrocław, PL Jan Zimroz, Lubin, PL (74) Pełnomocnik: Han Lech, Wojewódzki Klub Techniki i Racjonalizacji PL B1 (57)1. Sposób oceny stanu zagrożenia tąpaniami naprężeniowymi w górnictwie, a zwłaszcza w warunkach występujących ruchów tektonicznych górotworu względnie będących następstwem eksploatacji złóż, w którym między innymi wykorzystuje się jako urządzenia kontrolne wielostru nowe rozwarstwieniomierze i konwergometry, znamienny tym, że w ścianach skał ociosowych calizn (2) i filarów (1) od strony wyrobiska (Ch) wykonuje się, na głębokość strefy skał nienaruszonych (4), prostopadle i poziomo usytuowane otwory badawcze (3), wewnątrz których kotwiczy się repery (7) cięgien wielostrunowych rozwarstwieniomierzy, a w bezpośredniej bliskości wylotów otworów (3), pomiędzy stropem i spągiem, na obszarze wyrobiska (Ch) instalowane są konwergometry (8), których okresowe odczyty wskazań stopnia zacisku wyrobiska (Ch) w połączeniu z wielkością przyrostów w poszczególnych strefach skalnych (4, 5, 6) górotworu długości otworów badawczych (3) stanowią znaczący wyróżnik sygnalizujący aktualny stan zagrożenia. Fig. 1

2 Sposób oceny stanu zagrożenia tąpaniami naprężeniowymi Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób oceny stanu zagrożenia tąpaniami naprężeniowymi w górnictwie, a zwłaszcza w warunkach występujących ruchów tektonicznych górotworu względnie będących następstwem eksploatacji złóż, w którym między innymi wykorzystuje się jako urządzenia kontrolne wielostru nowe rozwarstwieniomierze i konwergometry, znamienny tym, że w ścianach skał ociosowych calizn (2) i filarów (1) od strony wyrobiska (Ch) wykonuje się, na głębokość strefy skał nienaruszonych (4), prostopadle i poziomo usytuowane otwory badawcze (3), wewnątrz których kotwiczy się repery (7) cięgien wielostrunowych rozwarstwieniomierzy, a w bezpośredniej bliskości wylotów otworów (3), pomiędzy stropem i spągiem, na obszarze wyrobiska (Ch) instalowane są konwergometry (8), których okresowe odczyty wskazań stopnia zacisku wyrobiska (Ch) w połączeniu z wielkością przyrostów w poszczególnych strefach skalnych (4, 5, 6) górotworu długości otworów badawczych (3) stanowią znaczący wyróżnik sygnalizujący aktualny stan zagrożenia. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy z reperów (7) kotwiczy się w innej strefie (4, 5, 6) calizny skał ociosowych (2) względnie filarów (1). * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób oceny stanu zagrożenia tąpaniami naprężeniowymi w górnictwie, a zwłaszcza w warunkach występujących ruchów tektonicznych górotworu lub będących następstwem eksploatacji złóż, w którym wykorzystuje się wielostrunowe rozwarstwieniomierze wg PL Y i znane konwergometry. Powszechnie wiadomo, że przyczyną występujących w górnictwie tąpań są wytworzone pod wpływem eksploatacji samych złóż względnie w wyniku zaistniałych ruchów tektonicznych, powodujące akumulację dużej ilości energii sprężystej, zmiany naprężeniowe w poszczególnych warstwach górotworu. Znany jest i stosowany w górnictwie węglowym sposób oceny stanu zagrożenia tąpaniami naprężeniowymi, w którym podstawę określania stopnia zaistniałego zagrożenia stanowi pomiar prędkości dokonywanych w pokładach skłonnych do tąpań odwiertów kontrolnych oraz ilości uzyskiwanych w tym czasie zwiercin. W przypadku występowania mocniejszych warstw skalnych górotworu, wyżej wymieniona metoda podlega modyfikacji poprzez dokonywanie właściwych odwiertów rdzeniowych, w przypadku czego miarą zaistniałego stopnia zagrożenia staje się zawsze grubość uzyskiwanych krążków rdzenia o średnicy odwrotnie proporcjonalnej do wielkości zaistniałych naprężeń w strefach calizny objętej badaniami. Znana jest również w ocenie stopnia zagrożenia tąpaniami w górnictwie rud metoda akustyczna, w której miarą stanu zagrożenia jest stopień tłumienia fal akustycznych przez poddane właściwym badaniom warstwy skalne górotworu. Zgodnie z przedmiotową metodą naprężenie wewnętrzne warstw skalnych jest zawsze odwrotnie proporcjonalne do stopnia tłumienia przez nie fal akustycznych. W praktyce znajduje się również zastosowanie metoda elastooptyczna oceny stopnia zagrożenia tąpaniami naprężeniowymi. Metoda ta polega na umieszczaniu w otworach kontrolnego odwiertu walca wykonanego z przezroczystego materiału i, przy zastosowaniu światła spolaryzowanego, ocenie zmiany kształtu izochrom charakteryzujących rozkład naprężeń w tym walcu, powstałych pod wpływem zmiany stopnia naprężeń zaistniałych we właściwych warstwach górotworu na głębokości dokonanego odwiertu. W warunkach tej metody, często bezpośrednia obserwacja wizualna zastępowana jest - w celach dokumentacyjnych - właściwą metodą zdjęciową.

3 W szczególnych przypadkach wyrobisk w strefie skał zruszonych znajduje często zastosowanie metoda pomiaru radiometrycznego dokonywana przy wykorzystaniu sond izotopowych, względnie pomiaru aerometrycznego przy zastosowaniu sprężonego powietrza lub bezpośrednia obserwacja wizualna dokonywana w oparciu o zmiany zachodzące np. w otworach szczelinowych. Znany jest również w warunkach określania stanu zagrożenia ale zawałem wyrobisk górniczych sposób pomiaru rozwarstwienia skał w strefach spągu i stropu. W przedmiotowym przypadku wykorzystuje się osadzone w otworach wykonanych prostopadle do ociosu spągu i/lub stropu wyrobiska jedno-, względnie wielostrunowe rozwarstwieniomierze, przy czym każdorazowo ich cięgna strunowe kotwiczone są jednostronnie w strefie właściwej warstwy skalnej, a drugostronnie przytwierdzone do noniusza przesuwnie usytuowanego względem odpowiednio wyskalowanego liniału w korpusie samego urządzenia osadzonego od strony powierzchni ociosu we właściwym spągu lub stropie. W przypadku zaistnienia rozwarstwienia skał górotworu lub wystąpienia przemieszczeń w jego poszczególnych warstwach na obszarze ustalenia właściwego cięgna, występuje automatycznie przesunięcie noniusza wzdłuż skali liniału w kierunku ku otworowym, a jego wielkość podlega odczytowi na skali liniału z dokładnością ±0,1 mm (PL BI nr 58200; Konopka Wł.: Wpływ podporności obudowy na strop bezpośredni w ścianach zawałowych. Prace GIG, komunikat 501, 1971, Katowice; Konopka Wł., Kostyk T.: O możliwości likwidacji przychodnikowych pasów podsadzkowych. Biuletyn GIG z 1/74). W sposobie według wynalazku w ścianach skał ociosowych calizn i filarów od strony wyrobiska wykonuje się, na głębokość strefy skał nienaruszonych, prostopadle i poziomo usytuowane otwory badawcze, wewnątrz których kotwiczy się repery cięgien wielostrunowych rozwarstwieniomierzy, a w bezpośredniej bliskości wylotów otworów badawczych, pomiędzy stropem i spągiem, na obszarze wyrobiska instalowane są konwergometry, których okresowe odczyty wskazań stopnia zacisku wyrobiska w połączeniu z wielkością przyrostów w poszczególnych strefach skalnych górotworu długości otworów badawczych stanowią znaczący wyróżnik sygnalizujący aktualny stan zagrożenia. W przedmiotowym sposobie każdy z reperów cięgien wielostrunowych rozwarstwieniomierzy kotwiczy się w innej strefie skalnej calizny skał ociosowych względnie filarów. Występujące w górnictwie tąpania naprężeniowe powodowane są z jednej strony zdolnością skał ociosowych do akumulacji odpowiednio wielkiej ilości energii sprężystej, a z drugiej - np. na skutek eksploatacji złoża - wzrostem ciśnienia mocnych skał stropowych, co w warunkach krytycznych powoduje gwałtowne wyładowanie zakumulowanej w skałach ociosowych energii. Zastosowanie w warunkach przedmiotowego sposobu oceny stanu zagrożenia tąpaniami poziomo usytuowanych w skałach ociosowych wyrobiska wielostrunowych rozwarstwieniomierzy umożliwiających stałą, względnie okresową, ocenę zmian naprężeniowych w poszczególnych warstwach górotworu oraz odpowiednie rozmieszczenie w wyrobiskach konwergometrów, co stwarza możliwość stałej obserwacji zmian zachodzących w ciśnieniu skał stropowych, umożliwia w górnictwie we właściwym czasie podjęcie rutynowych przeciwdziałań przedmiotowemu zagrożeniu. Przedmiotowy wynalazek w przykładzie wykonania jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 uwidacznia w układzie schematycznym rozmieszczenie w wyrobisku rozwarstwieniomierzy i konwergometrów, a fig. 2 miejsca kotwiczenia reperów wielostrunowego rozwarstwieniomierza w caliźnie skał ociosowych. W uwidocznionym przykładzie wyrobisko chodnikowe Ch zostało usytuowane równolegle do linii zrobów Zr wcześniej wyeksploatowanego złoża, przy pozostawieniu pomiędzy nimi, mogących zakumulować energię sprężystą górotworu, rzędu filarów 1. Dla zabezpieczenia się przed ewentualnymi tąpnięciami filarów 1 i skał ociosowych od strony calizny 2, w warunkach złóż akumulujących duże ilości energii sprężystej, koniecznym jest dokonywanie oceny stanu zagrożenia. Celem oceny stanu tego zagrożenia, z chodnika wyrobiska Ch wykonuje się w skałach ociosowych calizny 2 i filarów 1, w układzie pionowym i prostopadłym, otwory badawcze 3, które głębokością swą obejmują strefy skał nienaruszonych 4, skał spękanych 5 i skał zruszonych 6. W otworach badawczych 3, w każdej ze stref skalnych 4, 5, 6 kotwiczy się repery 7 wielostrunowych

4 górniczych rozwarstwieniomierzy. W chodniku wyrobiska Ch, w bezpośredniej bliskości wylotów otworów badawczych 3, pomiędzy stropem i spongiem, instaluje się górnicze konwergometry 8. Praktyka wykazała, że częstotliwość odczytów wskazań wielostrunowych rozwarstwieniomierzy i konwergometrów uzależniona jest od budowy geologicznej górotworu i winna być dokonywana w warunkach istniejących naprężeń w złożu minimum raz na dobę, przy równoczesnym pełnym ich rejestrowaniu, dla ewentualnego podjęcia - w przypadku wykrycia zagrożeń tąpaniem -rutynowych przeciwdziałań. Występowanie w sposób ciągły zmian na ograniczonej kotwiczącymi je reperami 7 długości poszczególnych cięgien usytuowanych w otworach 3 wielostrunowych rozwarstwieniomierzy i towarzyszące im systematyczne zmiany w zacisku wyrobisk Ch odczytywane na konwergometrach 8 sygnalizują nie akumulowanie przez skały ociosowe calizn 2 i filarów 1 w strefach skalnych 4, 5 i 6 energii sprężystej górotworu. Zaistnienie nieregularnych zmian na ograniczonej kotwiczącymi je reperami 7 długości cięgien usytuowanych w otworach 3 wielostrunowych rozwarstwieniomierzy, przy równoczesnym utrzymywaniu się nieregularnych zmian w zacisku wyrobisk Ch odczytywanych na konwergometrach 8, sygnalizuje już zachodzące zmiany w akumulacji przez skały ociosowe calizn 2 i filarów 1 w strefach skalnych 4, 5 i 6 energii sprężystej górotworu. Stwierdzone zahamowanie zmian występujących na ograniczonej kotwiczącymi je reperami 7 długości cięgien usytuowanych w otworach 3 wielostrunowych rozwarstwieniomierzy, względnie ich nieistotne zmiany, nawet przy zachodzących dalszych zmianach w zacisku wyrobisk Ch, sygnalizują stan krytyczny akumulacji energii sprężystej górotworu w strefach skalnych 4, 5 i 6 skał ociosowych calizn 2 i filarów 1. Opierając się na długotrwałych praktycznych badaniach w ekstremalnych warunkach geologicznych przyjęto, że dopuszczalne zmiany długości otworów badawczych 3 w poszczególnych strefach 4, 5 i 6 mogą wynosić w filarze 1 od 0,5 do 4,0 mm na dobę i w caliźnie 2 od 0,1 do 4,0 mm na dobę, a zmiany w zaciskaniu chodnika wyrobiska Ch winny się kształtować przy filarze 1 od 3,0 do 12,0 mm na dobę oraz przy caliźnie 2 od 2,0 do 10,0 mm na dobę, co oznacza, że występujące ciągłe i trwałe odkształcanie się skał ociosowych i nie akumulowanie przez te skały energii sprężystej sygnalizuje brak zagrożenia wyrobiska tąpaniem naprężeniowym.

5 Fig. 2

6 Fig. 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł