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

(1)

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, 41-408 Mysłowice

A^NDRZEJ W^ALENTEK

Główny Instytut Górnictwa, plac Gwarków 1, 40-166 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 (ŁP10/

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., 2013]. 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 obu- dowę 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 prze- wietrzania 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 20 m³CH₄/min. Implikuje to konieczność przewietrza- nia 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 meta- nowym, a także umożliwiają ich wykorzystanie dla kolejnej ściany, co znacznie skraca czas przygotowania takiej ściany do eksploatacji [Wardas et al., 2013; Walentek et al., 2018].

(2)

270

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 6,0 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 780 m do 895 m, w pokładzie 416 o miąższości od 2,35m do 3,40 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 405/2, 404/5, 404/1 oraz 401 zalegających w odległościach odpowiednio 114 m, 140 m, 194 m i 209 m nad pokładem 416.

W wyrobiskach nie stwierdzono większych zaburzeń geologicznych, występują pojedyncze uskoki o zrzutach nie przekraczających 0,45 m oraz lokalne ścienienie pokładu do 1,0 m na wybiegu pochylni 413a (Rys. 1).

Pochylnia badawcza 415 pełniła funkcję wyrobiska nadścianowego (wentylacyjnego) dla ściany 415, której wybieg wynosił średnio 1100 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 m³CH₄/min do 48,1m³CH₄/min, natomiast wentylacyjna w przedziale od 3,1 m³CH₄/min do 32,7 m³CH₄/min.

Pochylnia 413a pełniła funkcję wyrobiska odstawczego i wentylacyjnego dla ściany 413 o wybiegu średnio 1330 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 0,7 m³CH₄/min do 42,7 m³CH₄/min, natomiast wentylacyjna w przedziale od 0,1 m³CH₄/min do 23,3 m³CH₄/min.

2.2. Parametry wytrzymałościowe pokładu 416 oraz skał otaczających

Wytrzymałość na ściskanie skał stropowych określono w oparciu o otwór penetrometryczny 2/2013 (Rys. 2). W oparciu o wyniki stwierdzono, że średnia wytrzymałość na ściskanie na pułapie do 6,0 m nad pokładem 416 wynosi R_c = 42,8 MPa, zaś na całej długości otworu, tj. 8,0 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 6,0 m, natomiast w spągu warstwa łupku ilastego o miąższości 0,5 m, poniżej warstwa piaskowca o miąższości 3,5 m, a następnie warstwa łupku ilastego o miąższości 3,0 m – otwór G.899(2016) (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 0,7 m i 0,5 m, oddzielone warstwą łupku zapiaszczonego o miąższości 0,5 m, a następnie warstwa piaskowca o miąższości 9,0 m – otwór G.928(2017) (Rys. 4).

Lokalizację otworów 2/2013, G.899(2016) i G.928(2017) przestawiono na Rysunku 1.

Jacek Krupanek, Aleksander Chowaniec, Roman Gąska, Andrzej Walentek

(3)

Rys. 1. Wycinek mapy pokładu 416

(4)

272

Rys. 2. Profi l wytrzymałościowy skał stropowych otworu penetrometrycznego 2/2013

Rys. 3. Wycinek profi lu otworu wiertniczego G.899(2016) w pochylni badawczej 415

Rys. 4. Wycinek profi lu otworu wiertniczego G.928(2017) w pochylni 413a

Tab. 1. Wybrane parametry pokładu węgla 416 i skał otaczających Rodzaj skały Wytrzymałość na

ściskanie Rc [MPa]

Wytrzymałość na rozciąganie Rr [MPa]

Moduł Younga E [GPa]

Ciężar objętościowy γ [kN/m³] Węgiel pokładu 416 od 10,37 do 21,07 od 0,81 do 1,64 1,92 od 1,28 do 1,32

Łupek zapiaszczony – strop 24,67 2,27 — 2,36

Łupek ilasty – strop od 25,9 do 30,84 od 2,38 do 2,62 — 2,33

Piaskowiec – strop 41,12 2,64 — —

Łupek ilasty – spąg 38,24 3,25 — —

Łupek piaszczysty – spąg 51,34 3,88 5,36 26,67

(5)

3. Obudowy wyrobisk oraz zastosowane układy ich wzmocnienia

Pochylnia badawcza 415 wykonana została w obudowie typoszeregu ŁP10/V32/4/A o polu przekroju poprzecznego 17,8 m² i nośności odrzwi 0,206 MN/m, natomiast pochylnia 413a w obudowie ŁPSpA- -V32/4/6,2×3,8 o polu przekroju poprzecznego 20,9 m² i nośności odrzwi 0,173 MN/m. Odrzwia, budowane w podziałce do 0,75 m, wykonane ze stali S480W, posadawiane były na stalowych stopach podporowych o powierzchni 0,04 m² i stabilizowane rozporami wieloelementowymi dwustronnego działania rozmiesz- czonymi 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 100 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 „profi lu w profi l” z zakładką minimum 0,6 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 6,0 m i średnicy 22 mm oraz nośności 280 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 0,9×1,2 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., 2017]; 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 100 m przez otworowane prostki stalowe (Rys. 6), a następnie z wykorzystaniem podkładek do kotew strunowych o wymiarach 10×200×300 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 odle- głości około 1,4 m na zachód od osi wyrobiska, oraz przez podkładki do kotew strunowych o wymiarach 10×200×300 mm w odległości około 0,5 m na wschód od osi wyrobiska. Schematyczny sposób wzmocnienia pochylni 413a za frontem ściany 413 przedstawia Rysunek 8.

(6)

274

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 ŁP10/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 0,75 m. Pomiary konwergencji wykonywane były w całym Jacek Krupanek, Aleksander Chowaniec, Roman Gąska, Andrzej Walentek

(7)

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.

(8)

276

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 wy- sokości 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.

(9)

4.1. Zmiany szerokości pochylni

Jak wynika z Wykresu 1, zmiany szerokości pochylni badawczej 415 zawierają się w przedziale od 0,3 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 500 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. 401, 404/1, 404/5 i 405/2 o skomplikowanej geometrii. Eksploatacja ścianą 415 prowadzona była również w zasięgu przedmiotowych krawędzi, kiedy front znajdował się około 300 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 0,25 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 250 m do 200 m przed linią jej zatrzymania. Można to wiązać z oddziaływaniem krawędzi eksploatacji dokonanej w pokładach rudzkich.

szerokoƑđ

wysokoƑđ

baza

Rys. 9. Schemat wykonywania pomiarów konwergencji wyrobisk

Wykres 1. Zmiany szerokości pochylni badawczej 415

(10)

278

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, nieokreś- lonego czynnika.

4.2. Zmiany wysokości pochylni

3.50 2.90 2.95 2.75 2.95 2.90 2.80 2.65 2.85 2.65 2.00 1.90 2.50 2.65 2.90 2.30 2.50 2.45 1.90 2.50 2.45 2.75 2.55 3.05

8

24 22 28

22 24 26

30 25

30 47 50

34 30

24 39

34 36 50

34 36

28 33

20

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1172

zmiana wysokoƑci [%]

wysokoƑđ wyrobiska [m]

punkty pomiarowe od linii zakoŷczenia Ƒciany 415 [m]

wysokoƑđ poczČtkowa [m] wysokoƑđ koŷcowa [m] zmiana wysokoƑci wzglħdem nominalnej [%]

Liniowy (wysokoƑđ koŷcowa [m]) Log. (zmiana wysokoƑci wzglħdem nominalnej [%])

wysokoƑđ nominalna odrzwi typoszeregu BP10/V32/4/A

Wykres 3. Zmiany wysokości pochylni badawczej 415 Wykres 2. Zmiany szerokości pochylni 413a

(11)

Zmiany wysokości pochylni badawczej 415 osiągają wartości od 0,3 m do 1,9 m, oscylując generalnie wokół wartości 1,0 m. Maksymalne występują, podobnie jak w przypadku zmian szerokości w rejonie cech 500 m, 550 m, 750 m i 900 m, co odpowiada zmianie wysokości wyrobiska sięgającej do 50% wysokości nominalnej. W przypadku trzech pierwszych maksimów uwidoczniło się najprawdopodobniej, podobnie jak w przypadku szerokości wyrobiska, oddziaływanie krawędzi dokonanej eksploatacji w pokładach grupy 400. Trudne do zinterpretowania jest zmniejszenie wysokości pochylni na cesze około 900 m. Jedynymi czynnikami mogącymi oddziaływać były występujące na tym odcinku uskoki o zrzutach do 0,4 m.

2.80 2.90 3.20 3.10 3.05 2.60 2.35 3.25 2.85 2.55 2.55 3.10 1.55 2.55 1.70 2.15 2.00 2.45 2.20 2.10 2.40 2.35 2.60 2.15 3.20 3.40 2.45 2.45 2.70 3.50

26 24

16 18 20 32

38

14 25

33 33

18 59

33 55

43 47 36

42 45 37 38

32 43

16 11

36 36 29

8₀ 20 40 60 80 100 120 140 160

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 875 925 950 1000 1050 1100 1150 1225 1250 1300 1325 1400 1450

wysokoƑđ wyrobiska [m]

wysokoƑđ poczČtkowa [m] wysokoƑđ koŷcowa [m] zmiana wysokoƑci wzglħdem nominalnej [%]

Liniowy (wysokoƑđ koŷcowa [m]) Log. (zmiana wysokoƑci wzglħdem nominalnej [%]) wysokoƑđ nominalna odrzwi typoszeregu BPSpA-V32/4/6,2x3,8

Wykres 4. Zmiany wysokości pochylni 413a

Zmiany wysokości pochylni 413 zbliżone są do stwierdzonych dla pochylni badawczej 415, oscylując od 0,3 m do nawet 2,25 m, co odpowiada zmianie wysokości wyrobiska sięgającej niemal 60% wysokości nominalnej. Wzrost wartości zaniżenia wyrobiska zawiera się od około 1200 m od linii zakończenia ścia- ny, 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 350 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 10⁷ 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 550 m, 600 m od linii zakończenia ściany 413.

Przytoczone powyżej wartości zmian wysokości są parametrami mierzonymi in situ, nie uwzględ- niającymi 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) zasta- bilizowane były na takich wysokościach od spągu wyrobisk, by w sposób możliwie najbardziej prawdziwy

(12)

280

być źródłem informacji o wielkości konwergencji. Wysokość ich zastabilizowania znajdowała poza możliwą wielkością wypiętrzenia spągu. Niedoskonałością tych pomiarów jest natomiast brak możliwości uwzględ- nienia 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 0 do 0,65 m, co daje procentową zmianę wysokości do 37%. Pomierzone

1.80 1.80 1.90 1.80 1.85 1.85 1.90 1.75 1.90 1.65 1.70 1.80 1.80 1.75 1.85 1.75 1.70 1.75 1.75 1.65 1.85 1.65 1.70 1.85

1.80 1.40 1.65 1.35 1.55 1.50 1.65 1.35 1.45 1.60 1.35 1.20 1.35 1.35 1.50 1.10 1.30 1.30 1.10 1.20 1.35 1.45 1.45 1.85

0 22

13 25

16 19 13

23 24

3 21

33

25 23

19 37

24 26 37

27 27

12 15

0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1172

zmiana wysokoƑci w bazie [%]

wysokoƑđ w bazie [m]

baza poczČtkowa [m] baza koŷcowa [m] zmiana w bazie [%]

Liniowy (baza poczČtkowa [m]) Liniowy (baza koŷcowa [m]) Log. (zmiana w bazie [%])

Wykres 5. Zmiany wymiaru bazy w pochylni badawczej 415

2.25 2.35 1.90 2.20 2.45 2.60 2.25 2.15 2.45 1.70 2.30 2.35 1.85 1.80 1.70 2.45 2.40 2.00 2.00 2.00 2.05 2.30 2.35 2.05 1.90 1.80 1.45 1.40 1.75 2.00 2.05

2.25 1.75 1.85 1.75 2.10 1.90 1.75 1.70 2.10 1.35 1.75 2.00 1.60 0.90 1.30 1.70 1.65 1.20 1.75 1.25 1.30 1.20 1.45 1.55 1.20 1.40 1.45 1.40 1.75 1.90 2.05

0 26

3 20

14

27 22 21

14 21 24

15 14 50

24 31 31

40

13 38 37

48 38

24 37

22

0 0 0 5

0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 875 925 950 1000 1050 1100 1150 1225 1250 1300 1325 1400 1450

zmiana wysokoƑci w bazie [%]

wysokoƑđ w bazie [m]

baza poczČtkowa [m] baza koŷcowa [m] zmiana w bazie [%] Wykų. (baza poczČtkowa [m]) Liniowy (baza koŷcowa [m]) Log. (zmiana w bazie [%])

Wykres 6. Zmiany wymiaru bazy w pochylni 413a

(13)

i wyliczone wartości są jednak znacznie mniej zróżnicowane niż w przypadku pomiarów wysokości od spągu i zasadniczo oscylują w granicach od 0,3 m do 0,4 m.

Konwergencja pochylni 413a wyliczona w oparciu o zmierzone wartości poszczególnych baz wahają się w przedziale od 0 do 1,1 m, co w zależności od załozonych punktów bazowych daje procentową zmianę wysokości do 50%. Analogicznie jak w przypadku pochylni badawczej 415 wartości są znacznie mniej zróżnicowane niż w przypadku pomiarów wysokości od spągu i wynoszą średnio 0,45 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 grafi cznie na Wykresach 7 i 8.

0.30 0.50 0.60 0.60 0.55 0.55 0.75 0.75 0.50 1.10 1.45 1.30 0.85 0.75 0.55 0.85 0.90 0.90 1.25 0.85 0.85 0.85 1.00 0.75

8

13 16 16 14 14

20 20

13 29

38 34

22 20

14

22 24 24

33

22 22 22

26

20

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0.00 0.50 1.00 1.50

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1172

wypiħtrzenie spČgu [%]

wypiħtrzenie spČgu [m]

wypiħtrzenie spČgu [m] wypiħtrzenie spČgu w stosunku do wysokoƑci nominalnej wyrobiska [%]

Liniowy (wypiħtrzenie spČgu [m]) Log. (wypiħtrzenie spČgu w stosunku do wysokoƑci 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 450 m do 550 m oraz na cesze około 900 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 1350 m do około 600 m, z nie- wielkimi wahaniami na cechach 1000 m i 1200 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 10 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.

(14)

282

0.40 0.85 0.15 0.35 0.05 0.70 1.00 0.20 0.60 0.70 0.90 0.45 1.35 0.85 1.35 0.90 1.00 1.10 0.85 0.95 0.30 0.55 0.70 0.95 0.20 0.40 1.35 1.35 1.00 0.30

11 22

4 9

1 18

26

5 16 18

24

12 36

22 36

24 26 29 22 25

8 14 18

25

5 11

36 36 26

8

0 20 40 60 80 100 120 140

0.00 0.50 1.00 1.50

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 875 925 950 1000 1050 1100 1150 1225 1250 1300 1325 1400 1450

wypiħtrzenie spČgu [%]

wypiħtrzenie spČgu [m]

wypiħtrzenie spČgu [m] wypiħtrzenie spČgu w stosunku do wysokoƑci nominalnej wyrobiska [%]

Liniowy (wypiħtrzenie spČgu [m]) Log. (wypiħtrzenie spČgu w stosunku do wysokoƑci nominalnej wyrobiska [%])

Wykres 8. Wypiętrzenie skał spągowych w pochylni 413a

3.50 2.90 2.95 2.75 2.95 2.90 2.80 2.65 2.85 2.65 2.00 1.90 2.50 2.65 2.90 2.30 2.50 2.45 1.90 2.50 2.45 2.75 2.55 3.05

3.80 3.40 3.55 3.35 3.50 3.45 3.55 3.40 3.35 3.75 3.45 3.20 3.35 3.40 3.45 3.15 3.40 3.35 3.15 3.35 3.30 3.60 3.55 3.80

0 11

7 12

8 9

7

11 12

1 9

16

12 11 9

17

11 12 17

12 13

5 7

0 8

24 22 28

22 24 26

30 25

30 47 50

34 30

24 39

34 36 50

34 36

28 33

20

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1172

wysokoƑđ [m]

wysokoƑđ poczČtkowa [m] wysokoƑđ koŷcowa [m] wysokoƑđ koŷcowa bez wypiħtrzenia spČgu [m]

zmiana wysokoƑci bez wypiħtrzenia [%] zmiana wysokoƑci [%] Liniowy (wysokoƑđ koŷcowa [m])

Liniowy (wysokoƑđ koŷcowa bez wypiħtrzenia spČgu [m]) Log. (zmiana wysokoƑci bez wypiħtrzenia [%]) Log. (zmiana wysokoƑci [%])

wysokoƑđ nominalna odrzwi typoszeregu BP10/V32/4/A

Wykres 9. Wielkość konwergencji w zakresie wysokości w pochylni badawczej 415

Wykres 9 potwierdza wcześniej przytoczone stwierdzenia. Uwzględnienie jedynie pomiarów wysoko- ści 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 50% nominalnej wysokości wyrobiska. Jednak przeprowadzenie powyższych analiz wprost wskazuje, że rzeczywista wartość wielkości konwergencji nie przekracza 0,65 m, stanowiąc 17% wysokości odrzwi obudowy typoszeregu ŁP10/V32/4/A.

(15)

2.80 2.90 3.20 3.10 3.05 2.60 2.35 3.25 2.85 2.55 2.55 3.10 1.55 2.55 1.70 2.15 2.00 2.45 2.20 2.10 2.40 2.35 2.60 2.15 3.2 3.4 2.45 2.45 2.7 3.5

3.80 3.20 3.75 3.35 3.45 3.10 3.30 3.35 3.45 3.45 3.25 3.45 3.55 2.90 3.40 3.05 3.05 3.00 3.55 3.05 3.05 2.70 2.90 3.30 3.10 3.40 3.80 3.80 3.80 3.70 3.80

0 16

1 12 9

18 13 12

9 9

14 9 7

24

11

20 20 21

7 20 20

29 24

13 18

11

0 0 0 3

0 26 24

16 18 20 32

38

14 25

33 33

18 59

33 55

43 47 36

42 45 37 38

32 43

16 11

36 36 29

8

0 20 40 60 80 100 120 140

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 875 925 950 1000 1050 1100 1150 1225 1250 1300 1325 1400 1450

wysokoƑđ [m]

wysokoƑđ poczČtkowa [m] wysokoƑđ koŷcowa [m] wysokoƑđ koŷcowa bez wypiħtrzenia spČgu [m]

zmiana wysokoƑci bez wypiħtrzenia [%] zmiana wysokoƑci [%] Liniowy (wysokoƑđ koŷcowa [m])

Liniowy (wysokoƑđ koŷcowa bez wypiħtrzenia spČgu [m]) Log. (zmiana wysokoƑci bez wypiħtrzenia [%]) Log. (zmiana wysokoƑci [%]) wysokoƑđ nominalna odrzwi typoszeregu BPSpA-V32/4/6,2x3,8

Wykres 10. 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 0,9 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 0,65 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 0,055 m dla pochylni badawczej 415 oraz 0,068 w przypadku pochylni 413a. Nie bez znaczenia pozostaje natomiast parametr nośności poszczególnych odrzwi obudowy, który jest wyższy dla obudowy pochylni badawczej 415 i wynosi 0,206 MN/m, zaś dla pochylni 413a 0,173 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.

(16)

284

Literatura

Majcherczyk T., Małkowski P., Niedbalski Z., 2013: Analiza utrzymania stateczności wyrobisk korytarzowych w długim okresie. Przegląd Górniczy, T. 71, nr 1, s. 53-60.

Rak Z., 2017: Dobre praktyki w utrzymywaniu wyrobiska w jednostronnym otoczeniu zrobami zawałowymi. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk, nr 101, s. 117-132.

Rak Z., Stasica J., Burtan Z., 2017: Skuteczne rozwiązania w systemie wysokiego kotwienia dla wzmacniania obudowy podporowej. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk, nr 101, s. 101-116.

Walentek A., Janoszek T., Prusek S., Lubosik Z., 2018: Wpływ konwergencji chodnika przyścianowego na proces przewie- trzania 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., 2013: Utrzymanie chodnika przyścianowego 20a w pokła- dzie 405/3 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 (ŁP10/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