Wzmacnianie obudowy wyrobisk korytarzowych w warunkach wysokich naprężeń

Podobne dokumenty
Analiza warunków współpracy obudowy wyrobiska korytarzowego z górotworem w zależności od parametrów wykładki

Wpływ warunków górniczych na stan naprężenia

OKREŚLENIE LOKALIZACJI CHODNIKA PRZYŚCIANOWEGO W WARUNKACH ODDZIAŁYWANIA ZROBÓW W POKŁADZIE NIŻEJ LEŻĄCYM**

Planowanie wykonywania wzmocnień obudów chodnikowych w kopaniach podziemnych

2. WZMACNIANIE GÓROTWORU ZA POMOCĄ KOTWI STRUNOWYCH W WARUNKACH KWK JAS-MOS

Tadeusz MAJCHERCZYK, Piotr MAŁKOWSKI, Zbigniew NIEDBALSKI Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

NOŚNOŚCI ODRZWI WYBRANYCH OBUDÓW ŁUKOWYCH**

PORÓWNANIE METOD NORMATYWNYCH PROJEKTOWANIA OBUDOWY STALOWEJ ŁUKOWEJ PODATNEJ STOSOWANEJ W PODZIEMNYCH ZAKŁADACH GÓRNICZYCH***

GEOTECHNICZNE PROBLEMY UTRZYMANIA WYROBISK KORYTARZOWYCH W ZŁOŻONYCH WARUNKACH GEOLOGICZNO-GÓRNICZYCH

1. Wprowadzenie. Tadeusz Rembielak*, Leszek Łaskawiec**, Marek Majcher**, Zygmunt Mielcarek** Górnictwo i Geoinżynieria Rok 29 Zeszyt 3/1 2005

A U T O R E F E R A T

SYSTEMY WSPOMAGANIA W INŻYNIERII PRODUKCJI Górnictwo perspektywy i zagrożenia z. 1(13)

2. Korozja stalowej obudowy odrzwiowej w świetle badań dołowych

MODELOWANIE NUMERYCZNE GÓROTWORU WOKÓŁ WYROBISKA KORYTARZOWEGO NARAŻONEGO NA WPŁYWY CIŚNIEŃ EKSPLOATACYJNYCH

Logistyka bezpieczeństwa w aspekcie monitoringu pracy obudowy kotwowej

KONWERGENCJA WYROBISK CHODNIKOWYCH NA PODSTAWIE WYNIKÓW OBLICZEŃ NUMERYCZNYCH I ICH WERYFIKACJA POMIARAMI IN SITU**

2. Przebieg procesu projektowania obudowy

Tadeusz MAJCHERCZYK, Piotr MAŁKOWSKI, Zbigniew NIEDBALSKI Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Kraków

Wpływ warunków górniczych na stan naprężenia i przemieszczenia wokół wyrobisk korytarzowych

DOŚWIADCZENIA Z UTRZYMANIA SKRZYŻOWANIA ŚCIANA- CHODNIK W WARUNKACH KWK KNURÓW-SZCZYGŁOWICE RUCH KNURÓW

G Ł Ó W N Y I N S T Y T U T G Ó R N I C T W A

System monitoringu stateczności wyrobiska korytarzowego zlokalizowanego na dużej głębokości

Analiza utrzymania stateczności wyrobisk korytarzowych w długim okresie

Z1-PU7 Wydanie N1 KARTA PRZEDMIOTU. 1. Nazwa przedmiotu: BUDOWNICTWO PODZIEMNE. 2. Kod przedmiotu: S I BPiOP/27

TYPOSZEREG ODRZWI OBUDOWY OŁE6/V36 TYPE SERIES OF SUPPORT OŁE6/V Wstęp. GÓRNICTWO I GEOLOGIA 2012 Tom 7 Zeszyt 1

ELEMENTY TEORII NIEZAWODNOŚCI I BEZPIECZEŃSTWA KONSTRUKCJI W PROJEKTOWANIU BUDOWLI PODZIEMNYCH. 1. Wprowadzenie

BADANIA OBCIĄŻEŃ OBUDOWY W WYBRANYCH WYROBISKACH KORYTARZOWYCH**

ZASTOSOWANIE I KSZTAŁTOWANIE ROZWIĄZAŃ OBUDÓW ŁUKOWO-PROSTYCH W WARUNKACH DOŚWIADCZEŃ KWK BORYNIA-ZOFIÓWKA-JASTRZĘBIE RUCH JAS-MOS

ZASADY DOBORU OBUDOWY POWŁOKOWEJ** 1. Wprowadzenie. Andrzej Wichur*, Kornel Frydrych*, Daniel Strojek*

INIEKCYJNE WZMACNIANIE GÓROTWORU PODCZAS PRZEBUDÓW ROZWIDLEŃ WYROBISK KORYTARZOWYCH**** 1. Wprowadzenie

Ładowarka bocznie sypiąca ŁBS-500 W Ładowarka bocznie sypiąca BOS Ładowarka bocznie sypiąca ŁBS-1200 C4R 43

EKSPLOATACJA POKŁADU 510/1 ŚCIANĄ 22a W PARTII Z3 W KWK JAS-MOS W WARUNKACH DUŻEJ AKTYWNOŚCI SEJSMICZNEJ

Zastosowanie kotew pomiarowych do oceny pracy obudowy wyrobisk korytarzowych

Doświadczenia PGG S.A. Oddział KWK Mysłowice-Wesoła w utrzymywaniu wyrobisk przyścianowych za frontem ścian 415 i 413 w pokładzie 416

Rozwiązanie obudowy spłaszczonej dla chodnika przyścianowego

Badania nośności kasztów drewnianych. 1. Wprowadzenie PROJEKTOWANIE I BADANIA

Mapa lokalizacji wyrobiska do przebudowy oraz zakres robót Mapa zagrożeń

STAN NAPRĘŻENIA W GÓROTWORZE W OTOCZENIU PÓL ŚCIANOWYCH W KOPALNI WĘGLA KAMIENNEGO BOGDANKA

Rys. 1. Obudowa zmechanizowana Glinik 15/32 Poz [1]: 1 stropnica, 2 stojaki, 3 spągnica

NIETYPOWY PROJEKT ORAZ TECHNOLOGIA WYKONANIA KOMORY POMP NA POZIOMIE 950 M W KWK BORYNIA"

Ocena bezpieczeństwa konstrukcji wyrobisk korytarzowych w kopalniach węgla kamiennego z uwzględnieniem zmienności warunków naturalnych i górniczych

KARTA PRZEDMIOTU. 1. Nazwa przedmiotu: BUDOWNICTWO PODZIEMNE 2. Kod przedmiotu: N I BPiOP/26

Analiza konstrukcji ściany Dane wejściowe

Do opracowania projektu realizacji prac wykorzystaj:

Problemy utrzymania chodników przyścianowych w warunkach zagrożeń naturalnych w KWK Knurów-Szczygłowice Ruch Knurów

Determination of welded mesh claddings load-bearing capacity. Abstract:

DOŚWIADCZENIA ZE STOSOWANIA OBUDÓW PODPOROWO- KOTWIOWYCH NIESYMETRYCZNYCH W PRZECINKACH ZBROJENIOWYCH I LIKWIDACYJNYCH W KOPALNI JAS-MOS *

ZWIĘKSZENIE BEZPIECZEŃSTWA PODCZAS ROZRUCHU ŚCIANY 375 W KWK PIAST NA DRODZE INIEKCYJNEGO WZMACNIANIA POKŁADU 209 PRZED JEJ CZOŁEM****

Zadanie 1 Zadanie 2 tylko Zadanie 3

Skuteczność kotwienia dla ochrony skrzyżowania ściana chodnik w świetle doświadczeń KWK Knurów Szczygłowice

PL B1. Sposób podziemnej eksploatacji złoża minerałów użytecznych, szczególnie rud miedzi o jednopokładowym zaleganiu

UTRZYMANIE CHODNIKA PRZYŚCIANOWEGO 20A W POKŁADZIE 405/3 W WARUNKACH ZAGROŻEŃ NATURALNYCH KOPALNI KNURÓW-SZCZYGŁOWICE RUCH KNURÓW

OBLICZENIA STATYCZNE

700 [kg/m 3 ] * 0,012 [m] = 8,4. Suma (g): 0,138 Ze względu na ciężar wykończenia obciążenie stałe powiększono o 1%:

Experience in reducing effects of influence of exploitation on mining excavations

INIEKCYJNE WZMACNIANIE GÓROTWORU PODCZAS PRZEBUDÓW WYROBISK KORYTARZOWYCH JAKO SPOSÓB ZAPOBIEGANIA OBWAŁOM SKAŁ I SKUTKOM TYCH OBWAŁÓW

2. Kopalnia ČSA warunki naturalne i górnicze

Wpływ głębokości lokalizacji wyrobisk górniczych na niezawodność i bezpieczeństwo ich konstrukcji

WPŁYW DRENAŻU NA EFEKTYWNOŚĆ ODMETANOWANIA W KOPALNI WĘGLA**

Dobre praktyki w utrzymywaniu wyrobiska w jednostronnym otoczeniu zrobami zawałowymi

Doświadczenia ze stosowania obudów podporowych i podporowo kotwiowych w przecinkach ścianowych w kopalni Knurów-Szczygłowice Ruch Knurów

Zakład Konstrukcji Żelbetowych SŁAWOMIR GUT. Nr albumu: Kierunek studiów: Budownictwo Studia I stopnia stacjonarne

BADANIA NAD ZASTOSOWANIEM STALI O ZWIĘKSZONYCH PARAMETRACH WYTRZYMAŁOŚCIOWYCH DO PRODUKCJI STALOWYCH OBUDÓW TYPU V

Analiza fundamentu na mikropalach

PRZYKŁADY ZASTOSOWANIA OBUDOWY ŁUKOWEJ PODATNEJ SPŁASZCZONEJ ŁPSp W KOPALNI PIAST

SPRAWOZDANIE LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW B Badanie własności mechanicznych materiałów konstrukcyjnych

ARKUSZ EGZAMINACYJNY ETAP PRAKTYCZNY EGZAMINU POTWIERDZAJĄCEGO KWALIFIKACJE ZAWODOWE CZERWIEC 2010

BADANIA WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH MATERIAŁÓW KONSTRUKCYJNYCH 1. Próba rozciągania metali w temperaturze otoczenia (zg. z PN-EN :2002)

INŻYNIERÓW I TECHNIK SZY T S

INŻYNIERÓW I TECHNIK SZY T S

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) PL B1 (13) B1. Fig. 1. (57) 1. Obudowa skrzyżowań górniczych wyrobisk

AKADEMIA GÓRNICZO HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE WYDZIAŁ GÓRNICTWA I GEOINŻYNIERII KATEDRA GÓRNICTWA PODZIEMNEGO.

Analiza stateczności zbocza

Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków **

Odmetanowanie pokładów węgla w warunkach rosnącej koncentracji wydobycia

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 26/12

NOVUM-SERVIS Sp. z o.o Zabrze, ul. Zaolziaoska 11, tel./fax: Internet: www. novum-servis.

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1

PL B1. Sposób podziemnej eksploatacji pokładowych i pseudopokładowych złóż minerałów użytecznych BUP 07/04

OCENA MOŻLIWOŚCI CZĘŚCIOWEGO NARUSZANIA FILARÓW OCHRONNYCH SZYBÓW NA PODSTAWIE OBLICZEŃ NUMERYCZNYCH STANU NAPRĘŻENIA W OTOCZENIU RURY SZYBOWEJ

Dobór systemu eksploatacji

ZAGROŻENIE WYRZUTAMI GAZÓW I SKAŁ

Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków **

OPTYMALIZACJA KONSTRUKCJI WZMOCNIEŃ ELEMENTÓW NOŚNYCH MASZYN I URZĄDZEŃ


Zadanie: Zaprojektować w budynku jednorodzinnym (wg wykonanego projektu) filar murowany w ścianie zewnętrznej na parterze.

High-productive road head during driving of excavation intended for later use in one-sided surroundings of the goaf

WARUNKI TECHNICZNE Wykonania i Odbioru typoszeregu odrzwi i łuków obudowy specjalnej ŁPSC Bogdanka z kształtowników V32 i V36

Wpływ właściwości mechanicznych skał otaczających wyrobisko korytarzowe na zjawisko wypiętrzania spągu

WPŁYW ZROBÓW ŚCIAN ZAWAŁOWYCH NA CHODNIKI PRZYŚCIANOWE PROJEKTOWANEJ ŚCIANY W WARUNKACH ZAGROŻENIA METANOWEGO

POPRAWA STATECZNOŚCI WYROBISK KORYTARZOWYCH PRZEZ ZASTOSOWANIE BETONU NATRYSKOWEGO WYKONANEGO NA BAZIE CEMENTU EKSPANSYWNEGO

mr1 Klasa betonu Klasa stali Otulina [cm] 4.00 Średnica prętów zbrojeniowych ściany φ 1 [mm] 12.0 Średnica prętów zbrojeniowych podstawy φ 2

SAS 670/800. Zbrojenie wysokiej wytrzymałości

ODRZWIA OBUDOWY ŁPw PROJEKTOWANIE I WYNIKI BADAŃ

KARTA PRZEDMIOTU. 1. Nazwa przedmiotu: BUDOWNICTWO PODZIEMNE 2. Kod przedmiotu: S I BPiOP/27

1. Projekt techniczny żebra

WERYFIKACJA INSTRUKCJI STOSOWANIA OBUDOWY KOTWIOWEJ W KOPALNI SOLI WIELICZKA

Programy CAE opracowane dla potrzeb projektowania i użytkowania obudowy wyrobisk korytarzowych

Transkrypt:

Nr 5 PRZEGLĄD GÓRNICZY 17 UKD 622.333: 622.28: 622.1: 550.8 Wzmacnianie obudowy wyrobisk korytarzowych w warunkach wysokich naprężeń Reinforcement of dog heading supports in high stress level conditions Prof. dr hab. inż. Tadeusz Majcherczyk* ) dr inż. Zbigniew Niedbalski* ) mgr inż. Artur Ulaszek* ) Treść: W artykule dokonano analizy obciążenia obudowy zastosowanej w wyrobisku przyścianowym na głębokości 800 m. Pomiary konwergencji wykazały, że obudowa ŁP9/V29 wzmocniona kotwami strunowymi dobrze zabezpiecza wyrobisko do czasu wpływów eksploatacji. Po przejściu ściany, mimo zmniejszenia przekroju poprzecznego wyrobiska, była możliwość wykorzystania go dla kolejnej ściany. W celu sprawdzenia takiej samej konstrukcji przy tych samych parametrach geotechnicznych, ale na głębokości 1300 m, przeprowadzono obliczenia MES. Ich wyniki wykazały, że w konstrukcji obudowy naprężenia są zbliżone do granicy plastyczności stali. Wskazuje to na konieczność poszukiwania nowych konstrukcji, których przykłady zostały przedstawione. Abstract: This article presents an analysis of the load on support applied in the working at the depth of 800 m. The convergence measurements show that the ŁP9/V29 support reinforced with string roof bolts, secures the excavation till the exploitation impacts. After the wall course, despite the lower cross-section of the excavation, it was possible to use it in another wall. In order to check its construction with the same geotechnical parameters, at the depth of 1300 m, MES calculations were performed. The results proved that in the support construction those stresses are close to the boundary of steel plasticity. This indicates the necessity of seeking new constructions as the examples presented in this article. Słowa kluczowe: geomechanika, obudowa wyrobisk, obliczenia MES Key words: geomechanics, excavation support, MES calculations 1. Wprowadzenie Utrzymanie stateczności wyrobiska korytarzowego, czyli zapewnienie jego wymaganych wymiarów i kształtów przez cały okres jego użytkowania to podstawowe zadanie geomechaniki. Z punktu widzenia bezpieczeństwa pracy załogi oraz pełnienia przez te wyrobiska funkcji wentylacyjnych i transportowych, zagadnienie staje się bardziej skomplikowane w miarę zwiększania głębokości prowadzonych robót górniczych. W polskich kopalniach węgla kamiennego głębokość ta wynosi około 1300 m, co powoduje niewątpliwie zmiany stanu naprężenia w górotworze otaczającym wyrobisko, a czemu towarzyszy wzrost zagrożeń naturalnych [6, * ) AGH w Krakowie 7]. Prowadzenie eksploatacji na głębokościach większych od 1000 m wymaga jednocześnie wyrobisk korytarzowych o dużych przekrojach. Zmniejszenie przekroju użytkowego wpływa na warunki prowadzenia transportu, odstawy, i przewietrzania, a jednocześnie zmusza do wykonywania w takich wyrobiskach przebudowy lub pobierek spągu. Wszystko to powoduje coraz większe zainteresowanie nowymi rozwiązaniami w zakresie stateczności i funkcjonalności wyrobisk korytarzowych pod kątem przystosowywania obudowy podporowej łukowej do nowych warunków. W artykule przedstawiono wyniki pomiarów konwergencji uzyskanych w chodniku przyścianowym na głębokości około 800 m. Pozwoliły on na wykonanie analizy w zakresie doboru obudowy dla większych głębokości oraz doboru technologii wzmacniania obudowy stalowej łukowej.

18 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2013 Aktualnie najczęściej stosowanym sposobem wzmacniania obudowy wyrobisk korytarzowych jest połączenie obudowy podporowej z obudową kotwową. Do zalet tego systemu można zaliczyć możliwości utrzymywania wyrobiska przyścianowego dla sąsiedniej ściany, ograniczenie ilości zabudowanych wzmocnień na skrzyżowaniu ściana-chodnik, możliwości bezpiecznego wypinania łuków ociosowych. Połączenie odrzwi obudowy podporowej z obudową kotwową powoduje nie tylko uzyskanie efektu wzmocnienia górotworu i obniżenie obciążenia działającego na odrzwia obudowy, ale także czyni konstrukcję bardziej stabilną [8]. Zwiększenie głębokości robót górniczych stawia kolejne wyzwania w zakresie projektowania obudowy wyrobisk korytarzowych. 2. Miejsce badań i wyniki pomiarów Badania konwergencji wykonano w chodniku przyścianowym B-7 utrzymywanym za postępem ściany. Miąższość pokładu wynosiła od 1,41 do 1,81 m łącznie z przerostem łupku ilastego 0,17 m. Nachylenie pokładu dochodziło do 5 w kierunku północnym. Generalnie nad pokładem 403/3 zalegał łupek ilasty, a lokalnie w odległości 1,6 4,6 m występował piaskowiec wykształcony w postaci warstwy o grubości 1,6 10,9 m. Powyżej zalegały łupki ilaste. W spągu pokładu występowały łupki ilaste o grubości 1,25 m, a następnie łupki piaszczyste o grubości 2,0 2,2 m. Rejon analizowanego chodnika B-7 w pokładzie 403/3 poddawany był oddziaływaniu krawędzi eksploatacyjnych i zrobów w kilku pokładach nadległych, z których najbliższe to zroby pokładu 403/1 w odległości pionowej 12 19 m. Powyższa sytuacja geologiczno-górnicza spowodowała, że obudowę na analizowanym odcinku wyrobiska, tj. od 94 m do 1092 m stanowiły odrzwia ŁP9/V29 wzmocnione podciągiem stalowym V25 przykotwionym do stropu za pomocą kotew strunowych o długości całkowitej 4,0 m. Rozstaw odrzwi wynosił 0,75 m [6]. Pomiary zmian wysokości i szerokości wyrobiska pokazują że do czasu braku ujawnienia się wpływu frontu eksploatacyjnego przemieszczenia pionowe i poziome utrzymywały się na stałym poziomie i wynosiły odpowiednio 100 i 37 mm. Sytuacja uległa zmianie, gdy bazy pomiarowe znalazły się za ścianą. Konwergencja pionowa osiągnęła wartość 840 mm 1240 mm, a jej głównym powodem było wypiętrzenie spągu. Zmiana szerokości chodnika wahała się od 400 mm do 630 mm. Wysokość chodnika B-7 po przejściu ściany zmniejszyła się od 1100 mm do 1260 mm (rys.1), a jego szerokość od 300 mm do 710 mm (rys.2). Z pomiarów wynika, że o wielkości konwergencji decydował rodzaj i własności skał w otoczeniu analizowanego odcinka wyrobiska oraz występujące warunki górnicze. Wpływy dodatkowych naprężeń związanych z prowadzeniem eksploatacji świadczą, że zachowanie się warstw stropowych nad chodnikiem można uznać za typowe. Zastosowany schemat obudowy spełnił swoje zadanie w analizowanych warunkach geologiczno-górniczych. 3. Analiza deformacji obudowy chodnika na podstawie obliczeń numerycznych Przyjmując warunki geologiczno-górnicze, występujące w miejscu badań konwergencji chodnika B-7, wykonano ocenę zachowania się jego obudowy na głębokości 800 m. Następnie przeprowadzono obliczenia dla zadanego schematu obudowy zakładając głębokość 1300 m. Analiza przeprowadzona została na podstawie wyników obliczeń numerycznych wykonanych w programie ABC Rama 3D i miała na celu określenie obciążenia poszczególnych elementów konstrukcji przy zwiększającej się głębokości eksploatacji. Analiza taka jest zasadna z uwagi na określenie przydatności aktualnie stosowanych konstrukcji obudowy do zwiększających się naprężeń i obciążeń. Program RAMA 3D posłużył do zamodelowania obciążenia i zmian konwergencji oraz naprężeń w obudowie ŁP9/V29/A. Zastosowano profil kształtownika V29 wg normy PNH93411-5:1994, oraz zadano obciążenie wg. PN- 92/G-15000/05:2005 (tabl. 1). Obciążenie pakietu warstw skalnych zalegających nad wyrobiskiem określono na podstawie wyników badań wykonanych w chodniku B-7 [6] i oparto na rozwiązaniu obciążenia obudowy wg [3]. Całkowite obciążenie obliczeniowe działające na 1 m długości wyrobiska określono na podstawie wzoru Q obl = Q st + Q dyn + Q m kn/m gdzie: Q obl obciążenie obliczeniowe działające na obudowę, Q st wartość całkowitego obciążenia statycznego, Q dyn wartość obciążenia pseudostatycznego, od wstrząsów górotworu, Rys. 1. Zmiana wysokości chodnika B-7 Fig. 1. Change of B-7 roadway height

Nr 5 PRZEGLĄD GÓRNICZY 19 Rys. 2. Zmiana szerokości chodnika B-7 Fig. 2. Change of B-7 roadway width Tablica 1. Parametry przyjęte w modelu obliczeniowym Table 1. Parameters for the calculation model Parametry geometryczne odrzwi wg: PN-93/G-15000 [10] S W C 5000 3500 550 Łuk ociosowy Łuk stropnicowy R 1 L 1 L ł1 Z R 2 L 2 L ł2 mm 2750 3490 3321 820 2400 4070 3622 Obciążenie obudowy wg. PN-92/G-15000/05 [11] Parametry kształtownika V29 wg. PN-H-93441-3 [12] Parametry materiału kształtownika V29 Parametry materiału kotew IR-4C Parametry kotew IR-4C [4] l 1 l 2 l 3 l 4 l 0 l s około 200 mm około 0,3 l 0 min 200 mm l 4 = całkowita dł. łuku ociosowego stropnicowego Pole przekr. poprz. Teoretyczna Wielkości statystyczne masa 1m L x L y W x W y cm 2 kg cm 4 cm 4 36,3 28,5 581 756 87,5 100,5 Rodzaj stali Granica plastyczności R e, MPa Wytrzymałość na rozciąganie R m, MPa 25G2 355 550 BSt500S 500 550 Dł. żerdzi mm Średnica żerdzi Dn Nośność Dł. zacisku mm kotwi, kn mm Średnica zacisku, mm 4000 24 350 160 39 Q m wartość obciążenia pseudostatycznego, od podwieszonych na obudowie maszyn i urządzeń. Do obliczeń obciążenia obudowy przyjęto następujące wartości: głębokość zalegania wyrobiska: 800 m i 1300 m, średnia wytrzymałość skał na ściskanie powyżej pokładu węgla: 53 MPa, średnia wytrzymałość na ściskanie węgla: 7 MPa, średnia wytrzymałość na ściskanie skał poniżej pokładu węgla: 48 MPa, grubość pokładu: 1,41 m, kąt nachylenia wyrobiska: 5, ciężar objętościowy skał: 24,89 kn/m 3, rozstaw odrzwi: 0,75 m. Zadane obciążenia stropu wynoszą dla 800 m Q 800m = 211,33 kn/m, a dla 1300 m Q 1300m = 273,68 kn/m Zsuw zamków obudowy zamodelowano przy użyciu elementów przegubu teleskopowego, (wzdłuż osi y tzw. lokalnego układu współrzędnych) dla położnych względem siebie elementów prętowych modelu numerycznego. Zastępczy moduł sztywności dla odporów przyjęto jak dla wykładki starannej 7 MN/m [13]. Model składa się z 200 elementów prętowych połączonych węzłami. Kotwy reprezentowane są przez elementy prętowe podzielone na 10 segmentów. Rozpatrując zamieszczone niżej wyniki obliczeń obudowy w programie RAMA 3D dla chodnika B-7 można zauważyć charakterystyczne miejsca ustalenia tzw. odporów (rys. 3). Wraz ze wzrostem wartości siły w odporach wzrasta nośność odrzwi. Otrzymane wyniki decydują o zachowaniu stateczności obudowy w zadanych warunkach obciążeniowych dla głębokości 800 m. Zmiany wysokości sięgają 8 mm, a zmiany szerokości są minimalne (rys. 4a). Nie są to więc wartości

20 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2013 Rys. 3. Model obudowy ŁP9, z zaznaczonym umiejscowieniem odporów Fig. 3. Model of ŁP9 support with marked pressure location mające wpływ na ograniczenie funkcjonalności wyrobiska. Naprężenia w kotwach strunowych wynoszą odpowiednio 132 i 166,2 MPa (rys. 4b). Kotwy odchylone są od płaszczyzny pionowej o 10 0 od strony ściany i 20 0 od strony calizny. Wartości te są porównywalne z wartościami sił działających w kotwach uzyskiwanych w bezpośrednich pomiarach [6]. Maksymalne naprężenia występujące w łuku stropnicowym obudowy (214,8 MPa) nie powodują jej uszkodzenia. Model zachowuje stateczność. Obciążenie obudowy modelu na głębokości 1300 m wynosi 273,36 kn/m. Przemieszczenia pionowe wynoszą 14,5 mm, natomiast przemieszczenia w ociosach wyrobiska są niewielkie (rys 5a). Maksymalne wartości naprężeń w obudowie wynoszą 350 MPa (rys.5b). Jest to wartość zbliżona do granicy plastyczności stali 25G2, z której wykonano łuki obudowy. Naprężenia w kotwach strunowych wynoszą odpowiednio 227 i 206 MPa (rys.5b). Nie została przekroczona granica plastyczności stali dla materiału kotew. Praca kotew jest więc stabilna. Obliczenia numeryczne potwierdziły słuszność zastosowania wzmocnienia w postaci kotew strunowych. Z uwagi na znaczną wartość naprężeń w kształtowniku wynoszących 350 MPa (rys. 5b), dla rozważanego schematu obudowy należy zastosować dodatkowe wzmocnienie, względnie kształtowniki ze stali o podwyższonych parametrach wytrzymałościowych np. HŁ CORR (R e = 455 MPa). Tak więc wyraźnie uwidocznia się konieczność zwiększenia nośności obudowy w stosunku do obecnie stosowanych, przy wzroście głębokości. 4. Przykłady zabezpieczeń wyrobisk przed oddziaływaniem wzmożonych obciążeń Trudne warunki oraz zwiększająca się głębokość eksploatacji wymuszają poszukiwania nowych rozwiązań technologicznych dla zabezpieczenia drążonych wyrobisk. Alternatywnym przykładem podejścia do problemu utrzymywania wyrobisk na dużych głębokościach jest obudowa stosowana w kopalni niemieckiej R.A.G Anthrazit Ibbenbűren. Wybór kopalni Ibbenbűren jako przykładu zastosowań nowych rozwiązań zabezpieczeń obudowy i utrzymania wyrobisk nie był przypadkowy. Szyb północny kopalni Ibbenbüren, Nordschacht ze swoją głębokością dochodzącą do 1545 m jest najgłębszym czynnym szybem w Europie. System zabezpieczania wyrobisk w kopalni Ibbenbűren opiera się na tzw. obudowie kombinowanej. Polega on na zabezpieczaniu odsłoniętego wyłomu za pomocą kotwienia z zastosowaniem siatki zabezpieczającej (rys. 6). Kolejnym etapem jest stawianie obudowy łukowej 5-elementowej o przekroju poprzecznym wyrobiska rzędu 27 m 2. Przestrzeń pomiędzy obudową kotwową a obudową łukową podatną wypełnia się mieszaniną pianobetonu (rys. 6). Tak wykonane wyrobisko korytarzowe jest dobrze zabezpieczone przed skutkami oddziaływania wzmożonych ciśnień eksploatacyjnych w rejonie prowadzonych robót górniczych. Dobrym przykładem na zapewnienie stateczności i bezpieczeństwa użytkowania wyrobiska w trudnych warunkach geologiczno-górniczych (niestabilny górotwór, znaczne zawodnienie) może być obudowa podwójna łukowa, która składa się z obudowy ŁP12/V36/4 oraz ŁP14/V36/4 o zwiększonych parametrach wytrzymałościowych. Wykładkę stropu stanowią worki wypełnione spoiwem mineralno-cementowym Tekblend lub Izolitex [5]. Przestrzeń pomiędzy odrzwiami ŁP12/V36/4 oraz ŁP14/V36/4 wypełniona jest również workami z ww. mieszanką (rys.7). Tak zaprojektowana obudowa została zastosowana podczas drążenia wyrobisk udostępniających w rejonie uskoku Bzie-Czechowice w kopalni Borynia-Zofiówka. Uzupełnieniem metody jest ewentualne wykonanie parasola mikropalowego, który powszechnie jest stosowany w budownictwie tunelowym. Polega on na utworzeniu wzmocnienia wyprzedzającego strop na długości 10 20 m przed czołem przodka. Inny sposób wzmocnienia obudowy łukowej otorkretowanej został zastosowany w przypadku rozdzielni RDW-4 poz. 830 kopalni Pniówek. Na podstawie badań geomechanicznych, zrealizowanych w otworach kontrolnych, zdecydowano się zastosować wzmocnienie obudowy podporowej krótkimi stropnicami przykotwionymi długimi samowiertnymi kotwami iniekcyjnymi GSI R25 [9]. Jako wzmocnienie obudowy podporowej wykorzystano krótkie stropnice stalowe z kształtowników V29 o długości ok. 1,0 m, zabudowane w trzech rzędach: w strzałce obudowy oraz dwa w odległości 1,2 do 1,4 m od osi obudowy (rys. 8). Długość kotew zależnie od strefy spękań w stropie wynosiła 4 do 6 m. Kotwy środkowe zostały zabudowane pionowo, a skrajne z odchyleniem od pionu 20 30. Po zabudowaniu kotew do otworów wprowadzono klej organiczno-mineralny. Zastosowany schemat wzmocnienia zapewnił wydłużenie okresu funkcjonowania wyrobiska. Dodatkową rolą zastosowanego wzmocnienia było ograniczenie opadania niewielkich odłamków torkretu do wyrobiska [2]. Kolejny sposób zabezpieczenia stateczności wyrobiska na głębokości 1300 m przedstawiono w pracy [7]. W rozpatrywanym przypadku przyjęto obudowę ŁPZ 11/V32 HŁ CORR wzmocnioną dwoma rzędami kotew linowych w stropie oraz po jednym rzędzie kotew stalowych w każdym z ociosów (rys. 9). Wybrano kotwienie z wykorzystaniem podciągów stalowych, rozmieszczonych naprzemiennie, co drugie odrzwia. Przy założeniu w modelu obliczeniowym powyższego schematu obudowy, stwierdzono relatywnie mniejszą strefę uplastycznienia wokół wyrobiska, zarówno w stropie jak i w spągu w stosunku do obudowy otwartej. Innym wnioskiem wynikającym z przeprowadzonej analizy była znaczna korzyść jaką niesie ze sobą szybkie zabudowanie obudowy w wyrobisku, bez dopuszczenia do znacznych przemieszczeń w konturze wyłomu, co wpływa na zmniejszenie strefy uplastycznienia.

Nr 5 PRZEGLĄD GÓRNICZY 21 Rys. 4. Obliczone parametry w modelu obudowy ŁP9/V29 na głębokości 800 m: a) przemieszczenia, b) naprężenia maksymalne Fig. 4. Calculated parameters in the ŁP9/V29 support model at the depth of 800 m: a) dislocation, b) maximum stresses Rys. 5. Obliczone parametry w modelu obudowy ŁP9/V29 na głębokości 1300 m: a) przemieszczenia, b) naprężenia maksymalne Fig. 5. Calculated parameters in the ŁP9/V29 support model at the depth of 1300 m: a) dislocation, b) maximum stresses

22 PRZEGLĄD GÓRNICZY 2013 Rys. 6. Schemat obudowy kombinowanej Kombiausbau, Ibbenbüren [1] Fig. 6. Scheme of mixed support Kombiausbau, Ibbenbüren [1] Rys. 7. Obudowa podwójna [5] Fig. 7. Double support [5]

Nr 5 PRZEGLĄD GÓRNICZY 23 Rys. 8. Rozmieszczenie krótkich stropnic wzmacniających obudowę podporową [2] Fig. 8. Deployment of short roof-bars reinforcing the chock support [2] Rys. 9. Zaproponowany schemat obudowy dla głębokości 1300 m [7] Fig. 9. Proposed scheme of support at the depth of 1300 m [7]

24 6. Podsumowanie PRZEGLĄD GÓRNICZY 2013 Literatura Analiza modelu numerycznego na podstawie rzeczywistych danych z chodnika B-7 jak również porównanie istniejących alternatywnych rozwiązań technologicznych w zakresie zapewnienia stateczności wyrobisk na dużych głębokościach pozwala stwierdzić, że: 1. Aktualnie stosowana obudowa podporowa do zabezpieczania wyrobisk korytarzowych na głębokościach około 800 m spełnia swoje zadania i pozwala na zachowanie stateczności wyrobisk również w obszarze wpływów eksploatacji. Przy zwiększającej się głębokości oraz wartości naprężeń pierwotnych, niezbędne jest opracowanie schematów obudów o większych nośnościach. 2. Przeprowadzone obliczenia porównawcze dla tego samego schematu obudowy i wartości obciążeń odpowiadających głębokościom 800 m i 1300 m przy założeniu konkretnych warunków geologiczno-górniczych, jednoznacznie wskazują, że naprężenia w konstrukcji obudowy zdecydowanie rosną dla głębokości 1300 m. Osiągają wówczas wartość zbliżoną do granicy plastyczności stali, co skutkować będzie znacznymi deformacjami. 3. Szczególnie ważną rolę przy określaniu parametrów obudowy za pomocą modelu numerycznego ma uwzględnienie tzw. odporów powstających pod wpływem działania złożonego obciążenia zewnętrznego odrzwi obudowy. Nośność odrzwi wzrasta wraz ze wzrostem odporów. Ma to swoje odzwierciedlenie w praktyce górniczej poprzez coraz powszechniejsze stosowanie wykładki mechanicznej. 4. Stosowane rozwiązania techniczne w warunkach polskich kopalń węgla kamiennego oraz doświadczenia niemieckie wskazują kierunki w poszukiwaniu nowoczesnych i efektywnych sposobów na zapewnienie stateczności wyrobisk korytarzowych w aspekcie zwiększającej się głębokości eksploatacji. W przypadku spodziewanych dużych obciążeń obudowy ze strony otaczającego górtoworu, konieczne staje się więc jego wzmocnienie za pomocą kotew oraz iniekcji, zastosowanie wykładki mechanicznej dla uzyskania właściwej podporności obudowy, a także zastosowanie odrzwi o wysokiej podporności. Praca wykonana w ramach prac statutowych, nr umowy w AGH 11.11.100.277/TM 1. Beimdieck J., Israël C., Michaels U.: Projektierung eines Sprengvortriebes mit armiertem Anker-Spritzbeton-Ausbau DSK Anthrazit Ibbenbüren GmbH. Aachen International Mining Symposium 2004, s.570. 2. Borecki J., Koliński K., Brudny G.: Wzmocnienie obudowy podporowej rozdzielni RDW-4 poz. 830 poprzez zastosowanie kotew samowiertnych iniekcyjnych w JSW S.A KWK Pniówek. XXXV Zimowa Szkoła Mechaniki Górotworu i Geoinżynierii 5-9.03.2012 Wisła-Jawornik, s. 311. 3. Drzęźla B.: Obudowa górnicza: zasady projektowania i doboru obudowy wyrobisk korytarzowych w zakładach górniczych wydobywających węgiel kamienny. Wydaw. Górnicze 2000, s.40. 4. http://interram.pl/index.php/oferta/kotew-strunowa-wklejana-typ-ir- 4-odmiany-A-B-C-D-E-E-W*. 5. Kubaczka Cz., Szlązak Ł.: Doświadczenia JSW S.A KWK Borynia- -Zofiówka Ruch Zofiówka związane z drążeniem wyrobisk udostępniających podczas przejeżdżania uskoku Bzie-Czechowice. XXXV Zimowa Szkoła Mechaniki Górotworu i Geoinżynierii 5-9.03.2012 Wisła-Jawornik, s. 311. 6. Majcherczyk T., Małkowski P., Niedbalski Z.: Badania nowych rozwiązań technologicznych w celu rozrzedzania obudowy podporowej w wyrobiskach korytarzowych. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo -Dydaktyczne Kraków 2008, s.9194, 139, 188. 7. Majcherczyk T., Niedbalski Z.: Wpływ głębokości na strefę spękań wokół wyrobiska korytarzowego. Miesięcznik WUG Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie nr 9/2011, s.27. 8. Majcherczyk T. Niedbalski Z.: Ocena obudowy podporowo - kotwowej na podstawie wybranych badań in situ. Przegląd Górniczy nr 12, 2002. 9. Majcherczyk i in.: Projekt wzmocnienia obudowy podporowej przy zastosowaniu kotew iniekcyjnych w rozdzielni RDW 4 poz. 830 KWK Pniówek. Kraków Katowice-Pawłowice, 2011 [praca niepublikowana]. 10. PN-93/G-15000: Odrzwia łukowe podatne z kształtowników typu V, typoszereg A, s. 3. 11. PN-92/G-15000/05: Odrzwia łukowe otwarte. Badania stanowiskowe, s.9. 12. PN-H-93441-3: Kształtowniki stalowe walcowane na gorąca dla górnictwa. Kształtowniki typu V. Wymiary, s.11. 13. Rułka K. i in.: Stalowe obudowy odrzwiowe. Nowe rozwiązania konstrukcyjne i metody projektowania. Prace Naukowe Głównego Instytutu Górnictwa. Katowice 2006, s. 225.