RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 171919 (13) B1 (21) N um er zgłoszenia: 300131 Urząd Patentowy (22) D ata zgłoszenia: 18.08. 1 993 Rzeczypospolitej Polskiej (51) IntCl6: E21D 15/48 (54) Podpora górnicza stropu wyrobiska, zwłaszcza do górnictwa węglowego (43) Zgłoszenie ogłoszono: 20.02.1995 BUP 04/95 (73) Uprawniony z patentu: HL & H Timber Products (Proprietary) Limited, Braamfontein, ZA (72) Twórcy wynalazku: Frans R.P Pienaar, Krugersdorp, ZA Richard G. King, Midrand, ZA (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.06.1997 WUP 06/97 (74) Pełnomocnik: Słomińska-Dziubek Anna, POLSERVICE PL 171919 B1 (57) 1. Podpora górnicza stropu wyrobiska, zwłaszcza do górnictwa węglowego, zawierająca stos składający się z drewnianych belek ułożonych warstwami, przy czym belki jednej warstwy stosu są ułożone prostopadle względem belek jego sąsiedniej warstwy, a po jednej jego stronie jest umieszczony worek napełniony zaprawą cementową, znamienny tym, że zawiera, zamontowany po jednej stronie stosu (30, 42), trzon (10, 40) składający się z drewnianych elementów, z których większa część jest ułożona włóknami w kierunku pionowym i którego sztywność w kierunku pionowym jest większa niż sztywność stosu (30, 42) w kierunku pionowym, zaś worek (32, 44) zawiera zaprawę cementową w ilości wywierającej założone naprężenie pomiędzy trzonem (10, 40) i stosem (30, 42) a stropem wyrobiska. 3
Podpora górnicza stropu wyrobiska, zwłaszcza do górnictwa węglowego Zastrzeżenia patentowe 1. Podpora górnicza stropu wyrobiska, zwłaszcza do górnictwa węglowego, zawierająca stos składający się z drewnianych belek ułożonych warstwami, przy czym belki jednej warstwy stosu są ułożone prostopadle względem belek jego sąsiedniej warstwy, a po jednej jego stronie jest umieszczony worek napełniony zaprawą cementową, znamienny tym, że zawiera, zamontowany po jednej strome stosu (30, 42), trzon (10, 40) składający się z drewnianych elementów, z których większa część jest ułożona włóknami w kierunku pionowym i którego sztywność w kierunku pionowym jest większa niż sztywność stosu (30, 42) w kierunku pionowym, zaś worek (32, 44) zawiera zaprawę cementową w ilości wywierającej założone naprężenie pomiędzy trzonem (10, 40) i stosem (30, 42) a stropem wyrobiska. 2. Podpora według zastrz. 1, znamienna tym, że drewniane elementy trzonu (10) o włóknach pionowych stanowią połączone ze sobą podłużne belki (12) ustawione pionowo pomiędzy stropem i spągiem wyrobiska. 3. Podpora według zastrz. 2, znamienna tym, że belki (12) trzonu (10) o pionowych włóknach mają prostokątny przekrój poprzeczny, są ułożone względem siebie w styku ścianami bocznymi i są połączone bezpośrednio ze sobą. 4. Podpora według zastrz. 2, znamienna tym, że belki (12) trzonu (10) o pionowych włóknach mają prostokątny przekrój poprzeczny i są połączone ze sobą za pośrednictwem umieszczonych pomiędzy nimi drewnianych bloków (22). 5. Podpora według zastrz. 1, znamienna tym, że trzon (40) zawiera szereg, umieszczonych jedna na drugiej, warstw drewnianych elementów, przy czym każda warstwa zawiera wiele wydłużonych drewnianych belek (46) z poziomo ułożonymi drzewnymi włóknami, zaś elementy o pionowych włóknach stanowią drewniane bloki (48), a co najmniej niektóre z drewnianych bloków (46) kolejnej warstwy są oparte na drewnianych blokach (46) warstwy ułożonej poniżej. * * * Przedmiotem wynalazku jest podpora górnicza stropu wyrobiska zwłaszcza do górnictwa węglowego. W górnictwie węglowym zwykle prowadzi się wydobycie przy wykorzystaniu znanego układu filarowo-komorowego. W tym układzie zapewnia się podporę za pomocą filarów, które stanowią nieusunięte partie skały pozostawionej na miejscu, a usuwanie skały prowadzi się pomiędzy tymi filarami. Filary zawierają znaczne ilości węgla, które nie są wydobyte w procesie górniczym i zatem są uważane za stracone. Znane są podpory typu kaszty i stosy do podpierania stropów wyrobisk w górnictwie. Stos używany jako podpora w górnictwie składa się z drewnianych belek ułożonych poziomo warstwami, przy czym belki jednej warstwy stosu są ułożone prostopadle względem belek jego sąsiedniej warstwy. Stos jest klinowany pomiędzy stropem a spągiem wyrobiska za pomocą klinów drewnianych. Znane są też podpory górnicze, które zawierają umieszczony po jednej stronie stosu worek napełniony zaprawą cementową, ustalający położenie stosu. Takie podpory nie są odpowiednie do stosowania przy wydobywaniu stosunkowo miękkich skał, takich jak na przykład węgiel, lub także skał twardych, gdzie wyrobiska są stosunkowo wysokie. Wynika to stąd, że podpora w postaci stosu ma stosunkowo małą sztywność w kierunku pionowym i jest bardzo niestabilna. Podpora górnicza stropu wyrobiska, według wynalazku, zawierająca stos składający się z drewnianych belek ułożonych warstwami, przy czym belki jednej warstwy stosu są ułożone
171 919 3 prostopadle względem belek jego sąsiedniej warstwy, a po jednej stronie jest umieszczony worek napełniony zaprawą cementową, charakteryzuje się tym, że zawiera zamontowany po jednej stronie stosu, trzon składający się z drewnianych elementów, z których większa cześć jest ułożona włóknami w kierunku pionowym i którego sztywność w kierunku pionowym jest większa niż sztywność stosu w kierunku pionowym, zaś worek zawiera zaprawę cementową w ilości wywierającej założone naprężenie pomiędzy trzonem i stosem a stropem wyrobiska. Korzystnie elementy trzonu o włóknach pionowych stanowią połączone ze sobą podłużne belki ustawione pionowo pomiędzy stropem i spągiem wyrobiska. Korzystnie belki trzonu o pionowych włóknach mają prostokątny przekrój poprzeczny, są ułożone względem siebie w styku ścianami bocznymi i są połączone bezpośrednio ze sobą. Korzystnie belki trzonu o pionowych włóknach mają prostokątny przekrój poprzeczny i są połączone ze sobą za pośrednictwem umieszczonych pomiędzy nimi drewnianych bloków. Korzystnie trzon zawiera szereg, umieszczonych jedna na drugiej, warstw drewnianych elementów, przy czym każda warstwa zawiera wiele wydłużonych drewnianych belek z poziomo ułożonymi drzewnymi włóknami, zaś elementy o pionowych włóknach stanowią drewniane bloki, a co najmniej niektóre z drewnianych bloków kolejnej warstwy są oparte na drewnianych blokach warstwy ułożone poniżej. Podpora górnicza stropu wyrobiska według wynalazku, zapewnia sztywną podporę dla podatnego elementu podporowego, takiego jak stos i zapewnia umieszczenie tego elementu na dowolnej wysokości do styku ze stropem. Dzięki temu możliwe jest utrzymanie korzystnego stosunku smukłości stosu. Podpora górnicza stropu według wynalazku, umożliwia maksymalne wykorzystanie możliwości wydobywczych, a przy tym pewną i bezpieczną ochronę pola wydobywania, zwłaszcza węgla. Przedmiot wynalazku jest zilustrowany w przykładach wykonania na rysunku, na którym, fig. 1 przedstawia jeden przykład wykonania trzonu podpory w widoku perspektywicznym, fig. 2 - inny przykład wykonania trzonu podpory w widoku perspektywicznym, fig. 3 - podporę z trzonem według fig. 1lub fig. 2 w widoku z boku, fig. 4 - następny przykład wykonania podpory w widoku z boku, fig. 5 - drewniany stos z fig. 4 w widoku z góry, a fig. 6 - trzon z fig. 4 w widoku z góry. Podpora górnicza według wynalazku, jak pokazano na fig. 3 zawiera stos 30 oraz worek 32 z zaprawą cementową umieszczony pomiędzy stosem a podpieranym stropem wyrobiska. Stos 30 jest umieszczony na trzonie 10 ustawionym na spągu wyrobiska. Na fig. 1 przedstawiono trzon 10 podpory górniczej według wynalazku, który ma postać wiązki połączonych ze sobą drewnianych belek 12. Każda drewniana belka 12 ma większą długość 14 w kierunku włókien drzewnych niż jej wymiary poprzeczne. Każda drewniana belka 12 jest obrobiona maszynowo i ma prostokątny przekrój poprzeczny, ale należy zaznaczyć, że w innych przykładach wykonania można zastosować belki o innych przekrojach poprzecznych. W trzonie 10 drewniane belki 12 są ułożone bok przy boku tworząc zwartą, prostopadłościenną wiązkę. W przedstawionym przypadku, poszczególne drewniane belki 12 są połączone ze sobą za pomocą prętów 18. Łączenie belek 12 za pomocą prętów 18 jest dokonywane poprzez mocowanie zaostrzonych na końcu prętów 18 w uchwycie wiertarki, i przewiercenie wiązki drewnianych belek 12 prętem 18 poprzez wprawianie wiertarki w ruch, a następnie odłączanie prętu 18 i zagięcie jego wystających końców 20 po przeciwległych stronach wiązki belek 12. Mogą być zastosowane inne techniki łączenia belek 12 takie, jak zwykłe łączenie za pomocą gwoździ lub owijanie metalowymi taśmami. Jak pokazano na fig. 3, podpierając strop, ustawia się trzon 10 w pozycji wyprostowanej na spągu wyrobiska. Następnie umieszcza się na wierzchołku trzonu 10, pomiędzy jego górną powierzchnią a stropem, podatny na ugięcie drewniany stos 30. Można stosować dowolnie dobrany stos 30, zależnie od oczekiwanego obciążenia, które może być wywierane przez strop. Wysokość 14 trzonu 10 i wysokość 30 dobiera się w zależności od szerokości prac górniczych, to znaczy odległości w pionie pomiędzy stropem i spągiem, przy czym pomiędzy górną powierzchnią stosu 30 i spągiem pozostawia się szczelinę. Na górnej powierzchni stosu 30, w szczelinie, jest umieszczony worek 32 napełniony zaprawą cementową.
4 171 919 Worek 32 napełnia się pod ciśnieniem krzepnącą zaprawą cementową. Worek 32 rozszerza się pionowo do styku ze stropem. Ciśnienie napełniania worka 32 dobiera się tak, że wytwarza się wcześniej określoną siłę wstępnego naprężenia pionowego w podporze, a następnie doprowadza się do zakrzepnięcia zaprawy cementowej. Wytworzenie siły wstępnego naprężenia w podporze zawierającej trzon 10 i stos 30 powoduje, że podpora natychmiast przeciwdziała zawaleniu się stropu. Stos 30, który jest zamontowany na górnej powierzchni trzonu 10 jest podatny na ugięcie. W związku z tym, ze strop zbliża się do spągu wraz z upływem czasu, stos 30 jest w stanie uginać się pionowo w celu zniwelowania tego zbliżenia bez dziurawienia stropu przez podporę. W każdym przypadku stos 30 jest zaprojektowany tak, ze ugina się w kontrolowany sposób pod wpływem obciążeń ściskających, które występują w górnictwie. Korzystnie trzon 10, w której włókna drewnianych belek są pionowe, jest dużo bardziej wytrzymały w porównaniu ze stosem 30, który zawiera drewniane elementy ułożone włóknami poprzecznie. Tak więc ugięcie zachodzi głównie w pakiecie 30, zaś ugięcie trzonu 10 jest bardzo małe albo żadne. Praktycznie trzon 10 pełni rolę jedynie podtrzymywania stosu 30 na odpowiedniej wysokości ponad spągiem. W drugim przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 2 elementy odpowiadające elementom z fig. 1 są oznaczone tymi samymi liczbami. W tym przypadku drewniane belki 12 nie są ułożone zwarcie w styku ich ścianami bocznymi, ale są odsunięte od siebie za pomocą prostopadłościennych drewnianych bloków dystansowych 22. Belki 12 i bloki dystansowe 22 są połączone ze sobą dla utworzenia trzonu 10 za pomocą prętów lub innym sposobem. Trzon 10 z fig. 2 jest stosowany dokładnie w ten sam sposób jak trzon 10 z fig. 1. Trzon 10 i stos 30 tworzą podporę o żądanej wysokości, przy czym stos 30 ma wymiar wysokości nie przewyższający jego wymiarów poprzecznych. Doświadczenie pokazuje ze drewniany stos 30 nie powinien mieć zbyt dużego stosunku wysokości do szerokości to znaczy zbyt dużej smukłości jeżeli ma posiadać odpowiednią stabilność pod wpływem ściskających obciążeń stropu. Zastosowanie stosunkowo sztywnego trzonu 10 umożliwia stosownie stosu 30 mającego bezpieczną smukłość. Szczegółowo opisano podporę, w której stos 30 jest umieszczony na górnej powierzchni trzonu 10 i w którym pomiędzy stosem 30 i stropem jest umieszczony worek 32 napełniony zaprawą cementową. W innych przykładach wykonania (nie pokazanych) podatny stos korzystnie jest umieszczony na spągu wyrobiska, a trzon jest ułożony na górze stosu, zaś worek pomiędzy trzonem i stropem. Alternatywnie worek może być umieszczony pomiędzy stosem i trzonem podpory. W jeszcze innym przykładzie wykonania, gdzie nie wymagane jest stosowanie wstępnego naprężenia podpory, można całkowicie pominąć worek. W tym przypadku korzystnie wbija się młotem odpowiednie kliny lub inne małe elementy dystansowe pomiędzy strop i górę stosu 30 (lub trzonu 10) w celu ustalenia sztywnego położenia podpory. Na fig. 4 przedstawiono następny przykład wykonania podpory. Podpora zawiera stosunkowo sztywny trzon 40, podatny stos 42 umieszczony na górze trzonu 4 0 i worek 44 napełniony zaprawą cementową, umieszczoną na górze stosu 42. W przykładzie pokazanym na fig. 4 sztywny trzon 40 stanowią warstwy ułożonych belek drewnianych lub maty. Na fig. 6 przedstawiono jedną warstwę sztywnego trzonu 40. Przedstawiona warstwa ma w przybliżeniu zarys kwadratowy i zawiera trzy podłużne drewniane belki 46 odsunięte od siebie i rozdzielone drewnianymi blokami 48. Włókna belek 46 są ułożone wzdłuż ich długości, zaś włókna bloków 48 są pionowe, to znaczy bloki 48 mają końcowy układ włókien. Warstwy typu pokazanego na fig. 6 są ułożone jedne na drugich tworząc trzon 40 o całkowitej wysokości. Każda warstwa jest obrócona o 90 względem warstwy leżącej bezpośrednio pod nią. Jak przedstawiono na fig. 6, niektóre bloki 48 trzonu 40 są ułożone bezpośrednio na blokach 48 leżących poniżej nich, tworząc w rezultacie kolumny bloków 48 z ich włóknami ułożonymi pionowo. Obecność tych kolumn z końcowym układem włókien powoduje, że trzon 40 jest wyjątkowo sztywny i odporny na pionowo przyłożone obciążenia Na fig. 5 przedstawiono typową warstwę lub matę podatnego stosu 42 umieszczonego na górze trzonu 40. Ta warstwa również zawiera podłużne belki 50 z ich włóknami drzewnymi
171 919 5 ułożonymi wzdłuż długości oraz pośrednie bloki 52 z pionowym ułożeniem włókien. Jak w przypadku trzonu 40, kolejne warstwy stosu 42 są obrócone o 90 względem warstwy leżącej bezpośrednio poniżej. Na podstawie geometrii warstwy można zauważyć, że występuje mniej bezpośredni kontakt pomiędzy blokami 52 niż w przypadku trzonu 40 opisanego w odniesieniu do fig. 6. Wskutek tego stos 42 jest mniej sztywny w kierunku pionowym niż trzon 40. Podczas stosowania, obniżenie się stropu w kierunku spągu wyrobiska jest odbierane przez podatny stos 42. Jak w przypadku wcześniej opisanych przykładów wykonania, na górze podatnego stosu 42 jest umieszczony worek 44 z otworem 54 napełniony odpowiednią substancją krzepnącą. Worek 44 rozszerza się po napełnieniu substancją i styka się ze stropem. Substancja, korzystnie zaprawa cementowa, jest wpompowana do worka 44 pod znacznym ciśnieniem, skutkiem czego cały układ podporowy jest poddany wstępnej pionowej sile naprężenia. Ten wstępny nacisk powoduje, że układ jest w stanie przejąć pionowe obciążenie stropu. Zaprawa cementowa, która jest wpompowana do worka 44 może być jedną z tych, które są podatne na ugięcie pod wpływem obciążenia wywieranego przez strop uginający się w kierunku spągu. W takim przypadku konieczne ugięcie jest przejmowane zarówno przez worek 44 z zaprawą cementową jak i przez stos 42. Jako jeszcze jeden wariant, korzystnie jedynie sam worek z zaprawą cementową zapewnia całkowite ugięcie podpory. Podpora według wynalazku jest używana w górnictwie podziemnym, głównie węglowym lub przy wydobyciu innej miękkiej skały. W praktyce trzon podpory może być zestawiany na powierzchni i następnie transportowany jako całość do miejsca w kopalni, gdzie ma być zamontowany. Alternatywnie, trzon podpory może być zestawiony pod ziemią. Chociaż zaleca się jego stosowanie w szczególności przy wydobywaniu miękkiej skały, podporę według wynalazku można także stosować w górnictwie twardej skały, takiej jak złoto lub platyna.
171 919
171 919 F i g. 4 F i g. 5
171 919 F ig. 3 F ig. 2 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł