Prowadzenie eksploatacji w podziemnych kopalniach Legnicko Głogowskiego Okręgu Miedziowego na coraz większej głębokości jest związane z występowaniem lokalnych stref osłabionego stropu, powstałych w wyniku wpływu obciążeń dynamicznych wywołanych robotami strzałowymi i naturalnymi wstrząsami górotworu. W wyniku obciążeń o charakterze dynamicznym mogą pojawiać się niezamierzone, niekontrolowane i grawitacyjne opady skał stropowych, definiowane jako obwał lub zawał skał stropowych. Rozprawa doktorska składa się z dziesięciu rozdziałów. Pierwszy rozdział dotyczy podziału obudowy kotwowej, wymagań stawianym kotwom rozprężnym w warunkach kopalń LGOM, wybranych teorii kotwienia górotworu oraz doboru obudowy kotwowej. W drugim rozdziale przedstawiono cel i tezy pracy. Celem pracy jest wyznaczenie i porównanie charakterystyk naprężeniowo – odkształceniowych kotwy rozprężnej przy obciążeniach statycznych i dynamicznych w warunkach laboratoryjnych w skali podobieństwa geometrycznego 1:1 i w odniesieniu do prowadzonej eksploatacji w ZG „Polkowice – Sieroszowice”, KGHM Polska Miedź S.A. Trzeci rozdział dotyczy przeglądu czynników wpływających na stateczność wyrobiska komorowego w kopalniach LGOM. W szczególności zwrócono uwagę na; zagrożenia naturalne, lokalną niestateczność oraz czynniki geologiczne i górnicze. W czwartym rozdziale scharakteryzowano metody wzmacniania górotworu kotwami przy obciążeniach statycznych i dynamicznych ze szczególnym uwzględnieniem geometrii żerdzi kotwowej oraz zastosowaniem elementu upodatniającego. Piąty rozdział stanowi przegląd dynamicznych metod badania obudowy kotwowej w warunkach laboratoryjnych oraz przemysłowych. Szósty rozdział stanowi przegląd wybranych rozwiązań monitoringu obudowy kotwowej. Rozdział siódmy dotyczy badań laboratoryjnych obudowy kotwowej rozprężnej, które zostały wykonane w Katedrze Górnictwa Podziemnego na specjalnie zaprojektowanym stanowisku laboratoryjnym do badania obudowy kotwowej w skali 1:1. W tym rozdziale opisano stanowisko laboratoryjne, zastosowaną aparaturę i obudowę kotwową. Na podstawie uzyskanych wyników określono charakterystykę naprężeniowo – odkształceniową kotwy rozprężnej przy obciążeniach statycznych i dynamicznych. Ponadto w badaniach zastosowano mechaniczny czujnik siły, który pełni funkcję monitoringu oraz upodatnienia obudowy kotwowej. Ósmy rozdział zawiera wyniki badań przemysłowych wykonanych w ZG „Polkowice – Sieroszowice”. Badania wykonane w warunkach „in situ” dotyczyły pomiaru obciążenia obudowy kotwowej rozprężnej za pomocą mechanicznego czujnika siły oraz pomiaru konwergencji pionowej w miarę oddalania się frontu eksploatacyjnego w systemie komorowo – filarowym z ruchowym filarem zamykającym. Na podstawie uzyskanych wyników, zostały wykonane wykresy zależności obciążenia obudowy kotwowej rozprężnej
i konwergencji pionowej w nawiązaniu do przesuwania się frontu eksploatacyjnego. W rozdziale dziewiątym przeprowadzono analizę numeryczną za pomocą programu komputerowego Examine 3D opartego o metodę elementów brzegowych. W analizie określono zasięg wytężenia skał wokół wyrobiska górniczego, dzięki czemu możliwe było określenie obciążenia obudowy kotwowej w polu eksploatacyjnym. W rozdziale dziesiątym podano wnioski z przeprowadzonych badań. Przeprowadzone badania przemysłowe, laboratoryjne oraz symulacje numeryczne ściśle łączą się ze sobą, stwarzając możliwość przewidywania zachowania się obudowy kotwowej pod wpływem obciążenia statycznego i dynamicznego w następujący sposób. Po wyznaczeniu klasy stropu dla warunków LGOM, w pierwszym etapie należy wyznaczyć statyczną oraz dynamiczną charakterystykę obciążeniowo – przemieszczeniową obudowy kotwowej, która będzie stosowana w danym polu eksploatacyjnym. W drugim etapie należy określić geometrię wyrobisk komorowych i ich zmianę w wyniku przemieszczania się frontu eksploatacyjnego od linii rozcięcia do przestrzeni poeksploatacyjnej. W trzecim etapie należy określić obciążenie obudowy kotwowej za pomocą badań w warunkach „in situ” lub za pomocą symulacji numerycznych. Dysponując wynikami badań z poszczególnych etapów, można wyznaczyć strefy w polu eksploatacyjnym, w których obudowa kotwowa będzie narażona na przekroczenie dopuszczalnych wartości naprężeń rozciągających.
Determination the stress – strain characteristics of expansion rock bolt support under static and dynamic loading.
Mining exploitation in the underground mines of the Area of Copper of Legnica and Głogów at greater depths is associated with the occurrence of local zones of weakened roof, resulting from the impact of dynamic loading caused by blasting materials and natural tremors. As a result of a dynamic loads may appear unintended, uncontrolled and gravitational falling down of roof rocks, defined as a rock slide or fall of roof. The dissertation consists of ten chapters. The first chapter concerns the division of rock bolt support, the requirements put to mechanical (expansion) rock bolt support in terms of mines LGOM, moreover selected theories of bolting in rockmass and choice the roof rock bolt support. In the second chapter described the purpose and thesis of dissertation. The basic aim of this study is to determine and compare the characteristics of stress - strain behavior of the expansion rock bolt support under static and dynamic loads in the laboratory research on a scale of 1:1 and geometric similarity to the ongoing exploitation of the "Polkowice - Sieroszowice", KGHM Polish Copper S.A.The third chapter concerns the review of the factors affecting into stability of the room excavations in the LGOM mines. In particular, attention was drawn to; natural hazards, local instability, and geological and mining factors. In the fourth chapter characterized the methods of strengthening the rockmass by means of roof rock bolt support under static and dynamic loading with particular emphasis on the geometry of the rod bolt and using yielding element. The fifth chapter provides an overview of dynamic testing methods of rock bolts support in laboratory and industrial applications. The sixth chapter provides an overview of selected solutions in monitoring of roof rock bolt support. Chapter seventh concerns laboratory research of expansion rock bolt that was carried out in the Department of Underground Mining on specially designed laboratory station to study the rock bolt support on a scale of 1:1. This chapter describes the laboratory station, used apparatus and rock bolts. Based on the obtained results determined the stress - strain characteristics of expansion rock bolt under static and dynamic loading. Furthermore, in the studies was used a mechanical force sensor, which constitutes function of monitoring and yielding in the rock bolts. The eighth chapter contains the results of industrial research carried out in the Department of Mining "Polkowice - Sieroszowice " . A study done in the "in situ " involved measuring of load in the expansion rock bolt support by mechanical force sensor and the measurement of the vertical convergence as the distance to the mining front in the room and pillar mining system in mobility pillar of closing. Based on the results, graphs were made depending on the
load for mechanical rock bolt support and vertical convergence in relation to advance of mining front. In the ninth chapter numerical analysis was carried out using a computer program named Examine 3D based on the method of boundary elements. The analysis determined the range effort around the mine excavation, making it possible to determine the loading into bolt support in the room and pillar mining system. In the tenth chapter given the conclusions of the study. The researches, industrial , laboratory and numerical simulations are closely linked with each other, creating the possibility of predicting the behavior of the roof rock bolt support under static and dynamic loading as follows: After determining the class of roof for the terms of LGOM, in the first step should be designate the static and dynamic load – displacement characteristics of roof rock bolt support that will be used in the room and pillar mining field. The second step should be determine the geometry of the excavation rooms and the change due to the movement of mining front from of the cutting line to area of goaf. In the third step should be determine the loading of roof rock bolt support by testing under in the conditions of "in situ" or by using the numerical simulations. With the test results of each phase can be determined in the operational zones in which the bolt support will be expose to exceeded the limit values of tensile stresses.
