Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN Tom, nr 4, Grudzień 18, s. 9-284 Instytut Mechaniki Górotworu PAN Doświadczenia PGG S.A. Oddział KWK Mysłowice-Wesoła w utrzymywaniu wyrobisk przyścianowych za frontem ścian 415 i 413 w pokładzie 416 JACEK KRUPANEK, ALEKSANDER CHOWANIEC, ROMAN GĄSKA PGG S.A. Oddział KWK Mysłowice-Wesoła, ul. Kopalniana 5, 41-8 Mysłowice ANDRZEJ WALENTEK Główny Instytut Górnictwa, plac Gwarków 1, -166 Katowice Streszczenie Artykuł przedstawia doświadczenia Oddziału KWK Mysłowice-Wesoła w zakresie utrzymywania wyrobisk korytarzowych za frontem ścian, w jednostronnym otoczeniu zrobów, na przykładzie pochylni badawczej 415 oraz pochylni 413a w pokładzie 416 wraz z wynikami pomiarów konwergencji. Analizą objęto wielkości konwergencji wyrobisk o zbliżonym polu przekroju poprzecznego, lecz wykonanych w różnych typoszeregach obudowy (ŁP1/ V32/4/A i ŁPSpA-V32/4/6,2x3,8), z zastosowaniem dwóch wariantów wzmocnienia za pomocą wysokiego kotwienia. Słowa kluczowe: kotwienie stropu, utrzymywanie wyrobisk, konwergencja 1. Wstęp Eksploatacja pokładów węgla prowadzona jest na coraz większych głębokościach, w zróżnicowanych warunkach górniczo-geologicznych oraz przy współwystępowaniu zagrożeń naturalnych [Majcherczyk et al., 13]. Wieloletnia eksploatacja wielopokładowa doprowadziła do wytworzenia zaszłości w postaci krawędzi dokonanej eksploatacji i pozostawionych resztek pokładów, niejednokrotnie o skomplikowanej geometrii. Oddziaływanie tych zaszłości uwidacznia się w trakcie prowadzonych robót górniczych, nie tylko w postaci wzrostu zagrożenia wstrząsami i tąpaniami, ale objawia się również negatywnym oddziaływaniem na obudowę wyrobisk korytarzowych. Do czynników niekorzystnie wpływających na stan tych wyrobisk zaliczyć należy także wpływ przemieszczających się frontów ścianowych oraz sąsiedztwo zrobów zawałowych. Stąd powszechnie stosowanym rozwiązaniem w polskim górnictwie węgla kamiennego jest przewietrzanie ścian wzdłuż calizny węglowej (tzw. U ), z likwidacją chodników przyścianowych za frontem ściany. W większości zakładów górniczych wydobywających węgiel kamienny w Polsce eksploatacja prowadzona jest w warunkach zagrożenia metanowego. W celu jego niwelacji i zapewnienia bezpieczeństwa prowadzonych robót stosowanych jest szereg rozwiązań organizacyjno-technicznych (doprowadzanie odpowiedniej ilości powietrza, pomocnicze urządzenia wentylacyjne, przegrody wentylacyjne) dla uintensywnienia przewietrzania i przeciwdziałaniu tworzenia się niebezpiecznych nagromadzeń metanu. Wymagania przepisów regulujących ruch zakładów górniczych dopuszczają przewietrzanie ścian wzdłuż calizny węglowej tylko, gdy metanowość wentylacyjna jest nie większa niż m 3 CH 4 /min. Implikuje to konieczność przewietrzania ścian systemami innymi niż wspomniany, wskutek czego zachodzi potrzeba utrzymywania wyrobisk przyścianowych, jednego lub obu, za frontem ściany. Chodniki utrzymywane za frontem ściany pozwalają w sposób bezpieczny prowadzić eksploatację pokładów węgla systemami ścianowymi w zagrożeniu metanowym, a także umożliwiają ich wykorzystanie dla kolejnej ściany, co znacznie skraca czas przygotowania takiej ściany do eksploatacji [Wardas et al., 13; Walentek et al., 18].
27 Jacek Krupanek, Aleksander Chowaniec, Roman Gąska, Andrzej Walentek W niniejszym artykule przedstawiono doświadczenia Oddziału KWK Mysłowice-Wesoła w zakresie utrzymywania wyrobisk korytarzowych za frontem ścian, w jednostronnym otoczeniu zrobów, na przykładzie pochylni badawczej 415 oraz pochylni 413a w pokładzie 416. Wyrobiska utrzymywane były zarówno dla ograniczenia zagrożenie metanowego, jak i możliwości ich wykorzystania dla kolejnych ścian. Pochylnia badawcza 415 stanowiła wyrobisko przyścianowe dla ściany 413, natomiast pochylnia 413a utrzymywana była dla planowanej eksploatacji ścianą 412. Wyrobiska wykonane zostały w różnych typoszeregach obudowy łukowej podatnej, o zbliżonych polach przekroju poprzecznego, a dla ich utrzymania za frontami ścian zastosowano budowane we wnękach kaszty bukowe oraz wysokie kotwienie kotwami strunowymi długości 6, m, w wariantach z jednym rzędem kotew w osi pochylni badawczej 415 oraz dwoma rzędami budowanymi w szachownicę, odsuniętymi od osi wyrobiska w przypadku pochylni 413a. 2. Charakterystyka zagrożeń naturalnych, warunków geologicznych oraz własności geomechanicznych pokładu 416 i skał otaczających w rejonie pochylni badawczej 415 i pochylni 413a 2.1. Pochylnia badawcza 415 oraz pochylnia 413a wykonane zostały na głębokości od 78 m do 895 m, w pokładzie 416 o miąższości od 2,35m do 3, m, zapadającym w ich rejonie pod kątem około 6 w kierunku południowo-zachodnim. Pokład 416 w rejonie pochylni zaliczony został do IV kategorii zagrożenia metanowego, I stopnia zagrożenia tąpaniami, I stopnia zagrożenia wodnego i klasy B zagrożenia wybuchem pyłu węglowego. Na wybiegu wyrobisk występują krawędzie dokonanej eksploatacji w pokładach 5/2, 4/5, 4/1 oraz 1 zalegających w odległościach odpowiednio 4 m, 1 m, 194 m i 9 m nad pokładem 416. W wyrobiskach nie stwierdzono większych zaburzeń geologicznych, występują pojedyncze uskoki o zrzutach nie przekraczających,45 m oraz lokalne ścienienie pokładu do 1, m na wybiegu pochylni 413a (Rys. 1). Pochylnia badawcza 415 pełniła funkcję wyrobiska nadścianowego (wentylacyjnego) dla ściany 415, której wybieg wynosił średnio m Powietrze do ściany doprowadzane było pochylnią odwadniającą 415a, a po jej przewietrzeniu odprowadzane były pochylnią badawczą 415 w kierunku północnym (przed front ściany), z doświeżaniem od strony południowej. Metanowość bezwzględna w trakcie eksploatacji ścianą 415 zawierała się w przedziale od 3,6 m 3 CH 4 /min do 48,1m 3 CH 4 /min, natomiast wentylacyjna w przedziale od 3,1 m 3 CH 4 /min do 32,7 m 3 CH 4 /min. Pochylnia 413a pełniła funkcję wyrobiska odstawczego i wentylacyjnego dla ściany 413 o wybiegu średnio 13 m. Powietrze do ściany doprowadzane było pochylnią badawczą 415, a po jej przewietrzeniu odprowadzane było pochylnią 413a w kierunku północnym (przed front ściany), z doświeżaniem od strony południowej. Metanowość bezwzględna w trakcie eksploatacji ścianą 413 zawierała się w przedziale od,7 m 3 CH 4 /min do 42,7 m 3 CH 4 /min, natomiast wentylacyjna w przedziale od,1 m 3 CH 4 /min do 23,3 m 3 CH 4 /min. 2.2. Parametry wytrzymałościowe pokładu 416 oraz skał otaczających Wytrzymałość na ściskanie skał stropowych określono w oparciu o otwór penetrometryczny 2/13 (Rys. 2). W oparciu o wyniki stwierdzono, że średnia wytrzymałość na ściskanie na pułapie do 6, m nad pokładem 416 wynosi R c = 42,8 MPa, zaś na całej długości otworu, tj. 8, m wynosi R c = 41,12 MPa. W oparciu o wykonane otwory wiertnicze stwierdzono, że: w stropie pokładu 416 występuje warstwa piaskowca o miąższości 4,3 m, powyżej warstwa łupku ilastego o miąższości 6, m, natomiast w spągu warstwa łupku ilastego o miąższości,5 m, poniżej warstwa piaskowca o miąższości 3,5 m, a następnie warstwa łupku ilastego o miąższości 3, m otwór G.899(16) (Rys. 3), w stropie pokładu 416 występuje warstwa piaskowca o miąższości 6,5 m, a następnie warstwa łupku ilastego o miąższości 9,5 m, natomiast w spągu dwie warstwy łupku ilastego o miąższości,7 m i,5 m, oddzielone warstwą łupku zapiaszczonego o miąższości,5 m, a następnie warstwa piaskowca o miąższości 9, m otwór G.928(17) (Rys. 4). Lokalizację otworów 2/13, G.899(16) i G.928(17) przestawiono na Rysunku 1.
Doświadczenia PGG S.A. Oddział KWK Mysłowice-Wesoła w utrzymywaniu wyrobisk... Rys. 1. Wycinek mapy pokładu 416 271
272 Jacek Krupanek, Aleksander Chowaniec, Roman Gąska, Andrzej Walentek Rys. 2. Profil wytrzymałościowy skał stropowych otworu penetrometrycznego 2/13 Rys. 3. Wycinek profilu otworu wiertniczego G.899(16) w pochylni badawczej 415 Rys. 4. Wycinek profilu otworu wiertniczego G.928(17) w pochylni 413a Rodzaj skały Tab. 1. Wybrane parametry pokładu węgla 416 i skał otaczających Wytrzymałość na ściskanie R c [MPa] Wytrzymałość na rozciąganie R r [MPa] Moduł Younga E [GPa] Ciężar objętościowy γ [kn/m 3 ] Węgiel pokładu 416 od 1,37 do 21,7 od,81 do 1,64 1,92 od 1,28 do 1,32 Łupek zapiaszczony strop,67 2,27 2,36 Łupek ilasty strop od 25,9 do,84 od 2,38 do 2,62 2,33 Piaskowiec strop 41,12 2,64 Łupek ilasty spąg 38, 3,25 Łupek piaszczysty spąg 51,34 3,88 5,36,67
Doświadczenia PGG S.A. Oddział KWK Mysłowice-Wesoła w utrzymywaniu wyrobisk... 273 3. Obudowy wyrobisk oraz zastosowane układy ich wzmocnienia Pochylnia badawcza 415 wykonana została w obudowie typoszeregu ŁP1/V32/4/A o polu przekroju poprzecznego 17,8 m 2 i nośności odrzwi,6 MN/m, natomiast pochylnia 413a w obudowie ŁPSpA- -V32/4/6,2 3,8 o polu przekroju poprzecznego,9 m 2 i nośności odrzwi,173 MN/m. Odrzwia, budowane w podziałce do,75 m, wykonane ze stali S48W, posadawiane były na stalowych stopach podporowych o powierzchni,4 m 2 i stabilizowane rozporami wieloelementowymi dwustronnego działania rozmieszczonymi we wzajemnej odległości do 1,2 m. Zasadnicze wzmocnienie obudowy na całej długości wyrobisk stanowiły zabudowane na łukach stropnicowych trzy podciągi stalowe z kształtowników V29, z których jeden w pochylni 413a oraz 1 m podciągu w pochylni badawczej 415 były otworowane do wykonania kotwienia. Podciągi połączone były ze wszystkimi odrzwiami wyrobisk łącznikami kątowymi ŁKWh. Elementy podciągów zabudowane były z zakładką na minimum dwóch odrzwiach, bądź poprzez włożenie profilu w profil z zakładką minimum,6 m i połączenie dwoma strzemionami dwujarzmowymi. Dla dodatkowego wzmocnienia pochylni badawczej 415 oraz pochylni 413a, na ich odcinkach utrzymywanych za frontami ścian 415 i 413 w pokładzie 416, zastosowano wysokie kotwienie kotwami strunowymi o długości 6, m i średnicy mm oraz nośności 28 kn (Rys. 5a). Kotwy wklejane były na dwóch ładunkach klejowych (Rys. 5b) o łącznej długości 1,2 m. Po stronie ociosu ścianowego zastosowano kaszty bukowe o wymiarach,9 1,2 m, budowane na styk. Ponadto odrzwia obudowy wyrobisk wzmocnione zostały dwoma rzędami podciągów drewnianych, podbudowanych naprzemiennie, zgodnie z podziałką obudowy, stojakami drewnianymi i stalowymi (SV), posadawianymi na podkładach drewnianych (Rys. 6-8). Rys. 5. a) Kotew strunowa IR [za Rak et al., 17]; b) podkładka pod kotew strunową i ładunki klejowe Kotwienie pochylni badawczej 415 prowadzone było w osi wyrobiska, pomiędzy każdymi odrzwiami wyrobiska, na początkowym odcinku około 1 m przez otworowane prostki stalowe (Rys. 6), a następnie z wykorzystaniem podkładek do kotew strunowych o wymiarach 1 mm (Rys. 7). Kotwienie pochylni 413a prowadzone było również pomiędzy każdymi odrzwiami, lecz za pomocą dwóch rzędów kotew strunowych, w tzw. szachownicę, poprzez prostki otworowane, zabudowane w odległości około 1,4 m na zachód od osi wyrobiska, oraz przez podkładki do kotew strunowych o wymiarach 1 mm w odległości około,5 m na wschód od osi wyrobiska. Schematyczny sposób wzmocnienia pochylni 413a za frontem ściany 413 przedstawia Rysunek 8.
274 Jacek Krupanek, Aleksander Chowaniec, Roman Gąska, Andrzej Walentek Rys. 6. Schemat wzmocnienia obudowy pochylni badawczej 415 za frontem ściany 415 w pokładzie 416 (wariant z kotwieniem przez prostki otworowane) 4. Wyniki konwergencji pochylni badawczej 415 oraz pochylni 413a Pochylnia badawcza 415 wykonana została w obudowie typoszeregu ŁP1/V42/4/A o szerokości 5,5 m oraz wysokości 3,8 m, natomiast pochylnia 413a w obudowie typoszeregu ŁPSpA-V32/4/6,2 3,8. Podziałka odrzwi obudowy wyrobisk wynosiła do,75 m. Pomiary konwergencji wykonywane były w całym
Doświadczenia PGG S.A. Oddział KWK Mysłowice-Wesoła w utrzymywaniu wyrobisk... 275 Rys. 7. Schemat wzmocnienia obudowy pochylni badawczej 415 za frontem ściany 415 w pokładzie 416 (wariant z kotwieniem przez podkładki do kotew strunowych) okresie eksploatacji pokładu 416 ścianami 415 i 413, z częstotliwością jeden raz w miesiącu, w założonych punktach pomiarowych rozmieszczonych wzdłuż wyrobisk, przy czym pierwszy pomiar wykonano około miesiąc od oddania ścian do ruchu. W każdym punkcie wykonywane były trzy pomiary, tj. wysokości i szerokości wyrobiska oraz tzw. bazy, stanowiącej wymiar zawarty pomiędzy wysokością wyrobiska w strzałce, a założonym, stałym punktem odniesienia na odrzwiach obudowy. Schematycznie obrazuje to Rysunek 9.
276 Jacek Krupanek, Aleksander Chowaniec, Roman Gąska, Andrzej Walentek Rys. 8. Schemat wzmocnienia obudowy pochylni 413a za frontem ściany 413 w pokładzie 416 W oparciu o uzyskanie wyniki przeprowadzono szereg obliczeń w zakresie zmian szerokości i wysokości wyrobisk. Wyznaczono ponadto wielkość wypiętrzenia ich spągu. Otrzymane wartości porównano z wartościami odniesienia, będącymi wymiarami nienaruszonych odrzwi o zadanym rozmiarze, osobno dla każdego z analizowanych wyrobisk.
Doświadczenia PGG S.A. Oddział KWK Mysłowice-Wesoła w utrzymywaniu wyrobisk... 277 wysoko baza szeroko Rys. 9. Schemat wykonywania pomiarów konwergencji wyrobisk 4.1. Zmiany szerokości pochylni Jak wynika z Wykresu 1, zmiany szerokości pochylni badawczej 415 zawierają się w przedziale od,3 m do 1,9 m, co w procentowymi ujęciu odpowiada zmienności od 5% do 35%. Generalnie zmiany szerokości oscylowały w przedziale od 8% do 18%, niemniej jednak na wykresie wyraźnie zaznacza się jedno wyraźne maksimum na cesze około m (35%) licząc na południe od linii zakończenia ściany, co może być związane z prowadzeniem eksploatacji w zasięgu oddziaływania krawędzi dokonanej eksploatacji w pokładach rudzkich, tj. 1, 4/1, 4/5 i 5/2 o skomplikowanej geometrii. Eksploatacja ścianą 415 prowadzona była również w zasięgu przedmiotowych krawędzi, kiedy front znajdował się około m od linii zakończenia, jednak w tym przypadku ich wpływ nie uwidocznił się w tak dużym zakresie (zmiana szerokości od 6% do 12%). W przypadku pochylni 413a zmiany szerokości wyrobiska zawierały się w przedziale od,25 m do 1,8 m, co odpowiadało procentowej zmianie szerokości w stosunku do nominalnej w przedziale od 4% do 29%. Maksimum przypada na końcowy odcinek wybiegu ściany, tj. od około 2 m do m przed linią jej zatrzymania. Można to wiązać z oddziaływaniem krawędzi eksploatacji dokonanej w pokładach rudzkich. Wykres 1. Zmiany szerokości pochylni badawczej 415
278 Jacek Krupanek, Aleksander Chowaniec, Roman Gąska, Andrzej Walentek Wykres 2. Zmiany szerokości pochylni 413a Należy wspomnieć, że ściana wzdłuż pochylni 413a była eksploatowana w zasięgu tych krawędzi niemal na połowie swojego wybiegu, więc wspomniana zmiana szerokości może być wynikiem innego, nieokreślonego czynnika. 4.2. Zmiany wysokości pochylni 3. 3. wysoko nominalna odrzwi typoszeregu P1/V32/4/A 1 9 3. 2.95 2.75 2.95 2.8 2.65 2.85 2.65 2.65 2. 2.75 2.55 3.5 8 7 wysoko wyrobiska [m] 28 25 47 34 39 34 36 34 36 28 33 6 1 zmiana wysoko ci [%] 8. 1 1 2 3 4 5 6 6 7 7 8 8 9 9 1 1 72 punkty pomiarowe od linii zako czenia ciany 415 [m] wysoko pocz tkowa [m] wysoko ko cowa [m] zmiana wysoko ci wzgl dem nominalnej [%] Liniowy (wysoko ko cowa [m]) Log. (zmiana wysoko ci wzgl dem nominalnej [%]) Wykres 3. Zmiany wysokości pochylni badawczej 415
Doświadczenia PGG S.A. Oddział KWK Mysłowice-Wesoła w utrzymywaniu wyrobisk... 279 Zmiany wysokości pochylni badawczej 415 osiągają wartości od,3 m do 1,9 m, oscylując generalnie wokół wartości 1, m. Maksymalne występują, podobnie jak w przypadku zmian szerokości w rejonie cech m, 5 m, 7 m i 9 m, co odpowiada zmianie wysokości wyrobiska sięgającej do % wysokości nominalnej. W przypadku trzech pierwszych maksimów uwidoczniło się najprawdopodobniej, podobnie jak w przypadku szerokości wyrobiska, oddziaływanie krawędzi dokonanej eksploatacji w pokładach grupy. Trudne do zinterpretowania jest zmniejszenie wysokości pochylni na cesze około 9 m. Jedynymi czynnikami mogącymi oddziaływać były występujące na tym odcinku uskoki o zrzutach do,4 m. wysoko wyrobiska [m] 3. 3. wysoko nominalna odrzwi typoszeregu PSpA-V32/4/6,2x3,8 2.8 3. 3.1 3.5 2.6 2.35 3.25 2.85 2.55 2.55 3.1 1.55 59 2.55 1.7 55 2.15 2. 2.1 2. 2.35 2.6 2.15 3. 3. 47 43 45 42 43 38 36 37 38 36 36 32 33 33 33 32 29 25 18 18 16 14 16. 8 1 1 2 3 4 5 6 6 7 7 8 8 875 925 9 1 1 15 12 1 1325 1 14 punkty pomiarowe od linii zako czenia ciany 413 [m] wysoko pocz tkowa [m] wysoko ko cowa [m] zmiana wysoko ci wzgl dem nominalnej [%] 2.7 3. 16 1 1 1 8 6 zmiana wysoko ci [%] Liniowy (wysoko ko cowa [m]) Log. (zmiana wysoko ci wzgl dem nominalnej [%]) Wykres 4. Zmiany wysokości pochylni 413a Zmiany wysokości pochylni 413 zbliżone są do stwierdzonych dla pochylni badawczej 415, oscylując od,3 m do nawet 2,25 m, co odpowiada zmianie wysokości wyrobiska sięgającej niemal 6% wysokości nominalnej. Wzrost wartości zaniżenia wyrobiska zawiera się od około 1 m od linii zakończenia ściany, tj. na wysokości rozpoczęcia eksploatacji pokładu 416 ścianą 415, co można wiązać z połączeniem się przestrzeni zrobowej w partii i wzrostu naprężeń pionowych działających na wyrobisko. Wzrost wysokości rozpoczyna się od cechy około 3 m, tj. kiedy zakończono eksploatacje ścianą 413 wzdłuż skomplikowanych geometrycznie krawędzi dokonanej eksploatacji w pokładach rudzkich. Wspomnieć należy, że od momentu zrównania się frontu ściany 413 ze zrobami ściany 415 nastąpił znaczny wzrost aktywności sejsmicznej w rejonie objawiający się występowaniem wstrząsów o energiach sięgających rzędu 1 7 J. Wstrząsy te nie były odczuwalne w wyrobiskach dołowych, w związku z czym prawdopodobnie doszło do uaktywnienia się grubych warstw skał mocnych zalegających wysoko nad pokładem 416, w następstwie koincydencji prowadzonej eksploatacji i naruszenia okresowo ustalonego stanu równowagi. Znaczący spadek ilości wstrząsów obserwowano po przekroczeniu cechy około 5 m, 6 m od linii zakończenia ściany 413. Przytoczone powyżej wartości zmian wysokości są parametrami mierzonymi in situ, nie uwzględniającymi wypiętrzenia spągu, co będzie przedmiotem analizy w dalszej części artykułu. 4.3. Konwergencja pochylni w oparciu o parametr pomiaru bazy Parametrem w sposób bardziej wiarygodny obrazującym konwergencję wyrobisk w zakresie ich wysokości są pomiary wysokości wykonywane w oparciu o bazy (Rys. 9). Punkty odniesienia (bazy) zastabilizowane były na takich wysokościach od spągu wyrobisk, by w sposób możliwie najbardziej prawdziwy
28 Jacek Krupanek, Aleksander Chowaniec, Roman Gąska, Andrzej Walentek być źródłem informacji o wielkości konwergencji. Wysokość ich zastabilizowania znajdowała poza możliwą wielkością wypiętrzenia spągu. Niedoskonałością tych pomiarów jest natomiast brak możliwości uwzględnienia w konwergencji deformacji łuków ociosowych odrzwi obudowy poniżej punktów bazowych. Konwergencja pochylni badawczej 415 wyliczona w oparciu o zmierzone wartości poszczególnych baz wahają się w przedziale od do,65 m, co daje procentową zmianę wysokości do 37%. Pomierzone 1.8 1.8 1.8 1.8 1.85 1.85 1.65 1.7 1.8 1.8 1.85 1.7 1.65 1.85 1.65 1.7 1.85 1.85 1 9 wysoko w bazie [m] 1. 1.65 1.55 1.65 1.45 1.6 1. 33 1.1 37 1. 1. 1.1 37 1. 1.45 1.45 8 7 6 zmiana wysoko ci w bazie [%] 13 25 16 19 13 23 21 25 23 19 27 27 12 15 1 3. 1 1 2 3 4 5 6 6 7 7 8 8 9 9 1 1 72 punkty pomiarowe od linii zako czenia ciany 415 [m] baza pocz tkowa [m] baza ko cowa [m] zmiana w bazie [%] Liniowy (baza pocz tkowa [m]) Liniowy (baza ko cowa [m]) Log. (zmiana w bazie [%]) Wykres 5. Zmiany wymiaru bazy w pochylni badawczej 415 3. wysoko w bazie [m] 2.25 2.25 2.35 2. 1.85 2.6 2.25 2.15 2. 2.35 2. 2.5 2. 2.35 2.5 2.5 2.1 2.1 1.7 1.85 1.8 1.7 1.8 2.5 1.7 1.6 1. 1.7 1.65 1..9 1.45 1. 1.25 1. 1. 1.45 1.55 1. 1. 1.45 1. 6 48 38 37 38 37 31 31 27 21 21 14 14 15 14 13 3 5. 1 1 2 3 4 5 6 6 7 7 8 8 875 925 9 1 1 15 12 1 1325 1 14 punkty pomiarowe od linii zako czenia ciany 413 [m] 18 16 1 1 1 8 zmiana wysoko ci w bazie [%] baza pocz tkowa [m] baza ko cowa [m] zmiana w bazie [%] Wyk. (baza pocz tkowa [m]) Liniowy (baza ko cowa [m]) Log. (zmiana w bazie [%]) Wykres 6. Zmiany wymiaru bazy w pochylni 413a
Doświadczenia PGG S.A. Oddział KWK Mysłowice-Wesoła w utrzymywaniu wyrobisk... 281 i wyliczone wartości są jednak znacznie mniej zróżnicowane niż w przypadku pomiarów wysokości od spągu i zasadniczo oscylują w granicach od,3 m do,4 m. Konwergencja pochylni 413a wyliczona w oparciu o zmierzone wartości poszczególnych baz wahają się w przedziale od do 1,1 m, co w zależności od załozonych punktów bazowych daje procentową zmianę wysokości do %. Analogicznie jak w przypadku pochylni badawczej 415 wartości są znacznie mniej zróżnicowane niż w przypadku pomiarów wysokości od spągu i wynoszą średnio,45 m, co daje wartość zbliżoną do otrzymanej dla drugiego z wyrobisk. 4.4. Wypiętrzenie skał spągowych W oparciu o parametry: wysokości wyrobisk liczonych od spągu oraz wysokości baz obliczono jak duże było wypiętrzenie spągu, co w kolejnym kroku pozwoli na wyznaczenie konwergencji wyrobisk w zakresie wysokości, przy możliwie najmniejszym błędzie jej oszacowania. Wielkości wypiętrzenia skał spągowych w pochylniach badawczej 415 oraz 413a przedstawiono graficznie na Wykresach 7 i 8. 1.45 1 1. 1.25 9 1.1 8 wypi trzenie sp gu [m]. 13.6.6 16 16.55.55 14 14.75.75 13 29 38 34.85.75.55 14.85.9.9 33.85.85.85.75 7 6 wypi trzenie sp gu [%] 8 1. 1 1 2 3 4 5 6 6 7 7 8 8 9 9 1 1 72 punkty pomiarowe od linii zako czenia ciany 415 [m] wypi trzenie sp gu [m] wypi trzenie sp gu w stosunku do wysoko ci nominalnej wyrobiska [%] Liniowy (wypi trzenie sp gu [m]) Log. (wypi trzenie sp gu w stosunku do wysoko ci nominalnej wyrobiska [%]) Wykres 7. Wypiętrzenie skał spągowych w pochylni badawczej 415 W oparciu o obliczenia wypiętrzenia spągu stwierdzono, że wysokości wyrobiska opisane w punkcie 4.2. i zobrazowane na Wykresie 3 uległy zafałszowaniu, ponieważ na odcinku pomiędzy cechami od 4 m do 5 m oraz na cesze około 9 m wielkość wypiętrzenia spągu wynisosła od 1,1 m do 1,45 m. W przypadku pochylni 413a wypiętrzenie spągu jest bardzo zróżnicowane, przy czym największe wartości sięgające do 1,35 m stwierdzone zostało począwszy od cechy około 13 m do około 6 m, z niewielkimi wahaniami na cechach 1 m i 1 m, licząc od linii zakończenia ściany 413. 4.5. Wyznaczenie wielkości konwergencji w zakresie wysokości pochylni W wyniku wcześniej opisanych analiz stwierdzono, że założenie tzw. punktów bazowych dało bardzo dobry rezultat, ponieważ pozwoliło uniknąć, bądź zmniejszyć zafałszowanie uzyskanych danych. W oparciu o analizę Wykresów 9 i 1 można stwierdzić jak duży byłby błąd oszacowania wielkości konwergencji wyrobisk, gdybyśmy uwzględnili tylko pomiar wysokości, który obarczony jest dużym błędem wynikającym z wypiętrzenia skał spągowych.
282 Jacek Krupanek, Aleksander Chowaniec, Roman Gąska, Andrzej Walentek 1 1.1 1 wypi trzenie sp gu [m].85.7.6.7.9.85.9.85.95.55.7.95 1 8 6 wypi trzenie sp gu [%]..35.45.15.5. 36 36.. 29 25 25 18 18 18 16 14 12 9 8 8 4 5 5 1. 1 1 2 3 4 5 6 6 7 7 8 8 875 925 9 1 1 15 12 1 1325 1 14 punkty pomiarowe od linii zako czenia ciany 413 [m]. 36 36. wypi trzenie sp gu [m] wypi trzenie sp gu w stosunku do wysoko ci nominalnej wyrobiska [%] Liniowy (wypi trzenie sp gu [m]) Log. (wypi trzenie sp gu w stosunku do wysoko ci nominalnej wyrobiska [%]) Wykres 8. Wypiętrzenie skał spągowych w pochylni 413a wysoko [m] 3. 3. 3.8 3. 8 3. 3.55 2.95 7 3.35 2.75 28 12 3. 2.95 8 3.45 9 3.55 2.8 7 3. 2.65 3.35 2.85 25 12 3.75 2.65 1 3.45 47 9 3. 16 3.35 34 12 3. 2.65 wysoko nominalna odrzwi typoszeregu P1/V32/4/A. 1 1 2 3 4 5 6 6 7 7 8 8 9 9 1 1 72 punkty pomiarowe od linii zako czenia ciany 415 [m] wysoko pocz tkowa [m] wysoko ko cowa [m] wysoko ko cowa bez wypi trzenia sp gu [m] zmiana wysoko ci bez wypi trzenia [%] zmiana wysoko ci [%] Liniowy (wysoko ko cowa [m]) Liniowy (wysoko ko cowa bez wypi trzenia sp gu [m]) Log. (zmiana wysoko ci bez wypi trzenia [%]) Log. (zmiana wysoko ci [%]) 3.45 9 3.15 2. 39 17 3. 34 3.35 36 12 3.15 17 3.35 34 12 3. 36 13 3.6 2.75 28 5 3.55 2.55 33 7 3.8 3.5 1 9 8 7 6 1 zmiana wysoko ci [%] Wykres 9. Wielkość konwergencji w zakresie wysokości w pochylni badawczej 415 Wykres 9 potwierdza wcześniej przytoczone stwierdzenia. Uwzględnienie jedynie pomiarów wysokości wyrobiska wprowadziło by duże przeszacowanie wielkości konwergencji, ponieważ wysokość pochylni badawczej 415, po zakończeniu eksploatacji ścianą 415, uległa lokalnie zaniżeniu do 1,9 m, co stanowiło aż % nominalnej wysokości wyrobiska. Jednak przeprowadzenie powyższych analiz wprost wskazuje, że rzeczywista wartość wielkości konwergencji nie przekracza,65 m, stanowiąc 17% wysokości odrzwi obudowy typoszeregu ŁP1/V32/4/A.
Doświadczenia PGG S.A. Oddział KWK Mysłowice-Wesoła w utrzymywaniu wyrobisk... 283 wysoko [m] 3. 3. 3.8 3. 3.75 2.8 16 1 3. 3.35 3.1 3.45 3.5 3.1 3. 3.35 3.25 3.45 3.45 3.25 3.45 3.1 3.55 16 12 18 18 9 2.6 32 2.35 38 13 12 2.85 25 14 9 9 wysoko nominalna odrzwi typoszeregu PSpA-V32/4/6,2x3,8 2.55 2.55 33 33 14 9 18 7 59 1.55 3. 2.55 33 3.5 3.5 3. 55 1.7 2.15 43 47 21 3.55 36 7 3.5 3.5 2. 2.1 42 45 2.7 2. 2.35 37 38 29 3. 2.6 32 13 3.1 2.15 43 18 3. 3.4 3.2 16 3.8 3.8 3.8 3.7 3.8 36 36. 1 1 2 3 4 5 6 6 7 7 8 8 875 925 9 1 1 15 12 1 1325 1 14 punkty pomiarowe od linii zako czenia ciany 413 [m] wysoko pocz tkowa [m] wysoko ko cowa [m] wysoko ko cowa bez wypi trzenia sp gu [m] zmiana wysoko ci bez wypi trzenia [%] zmiana wysoko ci [%] Liniowy (wysoko ko cowa [m]) Liniowy (wysoko ko cowa bez wypi trzenia sp gu [m]) Log. (zmiana wysoko ci bez wypi trzenia [%]) Log. (zmiana wysoko ci [%]) 2.7 29 3 3.5 8 1 1 1 8 6 zmiana wysoko ci [%] Wykres 1. Wielkość konwergencji w zakresie wysokości w pochylni 413a Z analogiczną sytuacją mamy do czynienia w przypadku pochylni 413a, gdzie procentowe zaniżenie całego wyrobiska wyniosło do 59%, przy czym po uwzględnieniu wypiętrzenia spągu osiąga maksymalnie 29%, co stanowi zaniżenie wyrobiska o około,9 m. 5. Wielkość konwergencji w funkcji wzmocnienia wyrobisk i zastosowanego typoszeregu obudowy Przeprowadzone badania i ich analiza wykazały, że konwergenacja w zakresie wysokości, tak pochylni badawczej 415, jak i pochylni 413a, była na podobnym poziomie i zawierała się maksymalnie w przedziale 17% do 29%, przy czym większą wartość stwierdzono w pochylni 413a, co przy wysokości wyrobiska wynoszącej 3,8 m daje zmianę wysokości wynoszącą od około,65 m do około 1,1 m. Analogiczne stwierdzenia poczyniono w przypadku zmian szerokości wyrobiska, jednak dla tego parametru różnice nie były tak duże i średnio różnica wyniosła 1%, tj. około,55 m dla pochylni badawczej 415 oraz,68 w przypadku pochylni 413a. Nie bez znaczenia pozostaje natomiast parametr nośności poszczególnych odrzwi obudowy, który jest wyższy dla obudowy pochylni badawczej 415 i wynosi,6 MN/m, zaś dla pochylni 413a,173 MN/m, czego skutkiem są niższe wartości konwergencji wyrobiska, mimo że jak początkowo zakładano sposób wzmocnienia pochylni 413a powinien dać znacznie lepsze rezultaty. 6. Podsumowanie Przeprowadzona analiza wykazała, że w przypadku zastosowania wzmocnienia obudowy wyrobisk za pomocą wysokiego kotwienia, w połączeniu ze wzmocnieniem tradycyjnym (stojakami stalowymi i/lub drewnianymi) możliwe jest utrzymywanie wyrobisk korytarzowych za frontami ścian (w jednostronnym otoczeniu zrobów), a wielkości konwergencji ich wysokości i szerokości umożliwiają ponowne wykorzystanie dla ścian kolejnych. Przygotowanie takich wyrobisk do ponownego wykorzystania nie wymaga tak dużych nakładów, głównie ekonomicznych, jak w przypadku konieczności drążenia nowego wyrobiska, a bezsprzecznie pozwala na wcześniejsze oddanie do ruchu kolejnej ściany.
284 Jacek Krupanek, Aleksander Chowaniec, Roman Gąska, Andrzej Walentek Literatura Majcherczyk T., Małkowski P., Niedbalski Z., 13: Analiza utrzymania stateczności wyrobisk korytarzowych w długim okresie. Przegląd Górniczy, T. 71, nr 1, s. 53-6. Rak Z., 17: Dobre praktyki w utrzymywaniu wyrobiska w jednostronnym otoczeniu zrobami zawałowymi. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk, nr, s. 7-132. Rak Z., Stasica J., Burtan Z., 17: Skuteczne rozwiązania w systemie wysokiego kotwienia dla wzmacniania obudowy podporowej. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk, nr, s. -6. Walentek A., Janoszek T., Prusek S., Lubosik Z., 18: Wpływ konwergencji chodnika przyścianowego na proces przewietrzania sieci wentylacyjnej kopalni - badania modelowe. Przegląd Górniczy, T. 74, nr 2, s. 15-25. Wardas A., Bobek R., Śledź T., Mąka B., Ratajczak A., Głuch P., 13: Utrzymanie chodnika przyścianowego a w pokładzie 5/3 w warunkach zagrożeń naturalnych kopalni Knurów-Szczygłowice Ruch Knurów. Górnictwo i Geologia, T. 8, Z. 1, s. 125-139. Maintenance of the headings behind the fronts of longwalls 415 and 413 in a coal seam No. 416 a study by PGG S.A. branch at the KWK Mysłowice-Wesoła Abstract The paper presents the results of a study of the PGG S.A. Mysłowice-Wesoła hard coal mine in maintaining the headings behind the fronts of the longwalls surrounded by the goaf. The study has been completed on the headings 415 and 413a of the coal seam No. 416. The analysis includes the convergence of headings with a similar cross-sectional area while constructed with various steel arch supports (ŁP1/V32/4/A and ŁPSpA-V32/4/6,2 3,8) and two types of roof bolting. Keywords: roof bolitnig, maintenance of the headings, convergence