Badania modelowe deformacji obudowy w strefie skrzyżowania ściany z chodnikiem wykonywanym równocześnie ze ścianą

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKA ŚLĄSKIEJ

Seria: GÓRNICTWO z, 186 Nr kol. 1073

________ 1990

Wojciech PUCHAŁA

Instytut Mechanizacji Górnictwa Politechniki śląskiej, Gliwice

BADANIA MODELOWE DEFORMACJI OBUDOWY

¥ STREFIE SKRZYŻOWANIA ŚCIANY

Z CHODNIKIEM WYKONYWANYM RÓWNOCZEŚNIE ZE ŚCIANĄ

Streszczenie. Przedstawione w artykule badania modelowe obudowy a tref y skrzyżowania ściany z chodnikiem przyścianowym przeprowadzone zostały w Instytucie Mechanizacji Górnictwa Politechniki śląskiej.

Celem badań byle przeprowadzenie obserwacji zachowania się obudowy strefy skrzyżowania a w szczególności określeni# występująoyoh ob­

ciążeń oraz deformacji elementów obudowy. Badania przeprowadzono wykorzystując przestrzenne modele górotworu wykonane z materiałów ekwiwalentnych oraz szereg modelowyoh elementów obudowy. Pomiary wykonywane były dla różnyoh głębokości zalegania wyrobiska.

V artykule przedstawione przebieg badań przeprowadzonych na mo­

delu skrzyżowania ściany o wysokości 1.8 - 2.0 m z chodnikiem przy- ścianewym wykonywanym równocześnie ze ścianą i utrzymywanym do dal­

szego użytkowania przy eksploataojl pokładu na zawal. Zaprezentowa­

ne także uzyskane w trakcie badań na modelu wyniki peraiarów defor- maoji elementów obudowy strefy skrzyżowania po przeliozeniu ich na warunki rzeozywlete zgodnie z przyjętą skalą modelowania.

1. WSTĘP

W aktualnie stosowanych sy s te s a c h ścian ow ej e k s p lo a t a o jl pokładów węg­

la w s t r e f ie skrzyżo w an ia ś c ia n y z chodnikiem przyśoianowym k o n ce n tru je s ię sz e re g c z y n n o ś c i zw iązanyoh z procesem w ydobycia. F a k t, że re jo n skrzyżow ania je s t a ie jso e m występowanie wzmożonych oddziaływ ań górotworu powoduje duże za g ro że n ie dla lu d z i przeb yw ających w t e j s t r e f ie , a także u tru d n ia w znacznym sto p n iu prowadzenie p rac zw iązanych z wydobyciem.

Poprawa warunków p ra c y w a t r e f ie skrzyżo w ania ś c ia n y z ohodniklem przyśoianowym s t a ł a s ię obecnie n iezb ęd n a. Coraz c z ę ś c ie j s t e s u je s ię

■ewe ro z w ią z a n ia m eohanizacyjne i technologiczne.

D a lsz y postęp w tych d z ie d z in a c h wynaga dokładnego po zn ania z ja w is k za­

chodzących w górotworze w o teo zen iu s t r e f y skrzyżow ania o raz o k r e ś le n ia lob wpływu na obudowę chodnika d la różnyoh typów skrzyżow ań, g łę b o k o ści z a le g a n ia w yrob isk i budowy g o o lo g io z n e j. B ad ania m ające na o e lu poznanie powyższych z ja w is k prow adzi s ię w warunkach la t u r a ln y o h w w yrobiskach ko­

p a lń , a także w warunkach modelowych. B adania modelowe p o zw alają dowolnie

170 W. Puchała

kształtować warunki, prowadzenia obserwacji, a takie zapewsiają ioh powta­

rzalność, Znane są badania wyrebiek góraioaych prowadzone na aodelaoh płaskich zarówno z materiałów ekwiwalentnych jak i elastoeptyoznych, a

takie przestrzenne badania na modelach z materiałów elaetooptycznyoh.

Badania przestrzenne wykonywane są zazwyczaj przy znatosewaniu bardzo du­

żych skal modelowania. Dlatego też badane wyrobiska modelowe pozbawione są obudowy. Uniemożliwia to prowadzenie obserwaoji wpływu zmian zachodzą­

cych w górotworze w otoczeniu skrzyżowania na zachowanie się obudowy w toj strefie.

V Instytucie Mechanizacji Górnictwa podjęto wielkogabarytowe przes­

trzenne badania modelowe atrefy skrzyżowania ściany z ohodnikiem przy- śoianowym. Modele górotworu wykonywano z materiałów ekwiwalentnych na ba­

sie piasku kwarcowego i szkła wodnego utwardzanych utwardzaczem U-10.

Zastosowano małą skalę modelowania (1:30), dzięki czemu możliwe było wykonacie obudowy wszyst k io h badanych wyrobisk. To z k o le i umożliwiło przeprowadzeni» pomiarów deformacji obudowy strofy sk rzyżo w an ia na skutek oddziaływań górotowru przy różnych głębokościach zalegania pokładu dla różnych typów skrzyżowań.

Efekty przeprowadzonych badań modelowych dla skrzyżowania ściany z chodnikiem przyścianowym wykonywanym równocześnie ze ścianą i utrzymywa­

nym de dalszego użytkowania przedstawiono w dalszej ozęści artykułu.

2. METODYKA MODELOWYCH BADAŃ OBUDOWY STREFY SKRZYŻOWANIA

W badaciaoh wykorzystano, po przeprowadzeniu prac adaptacyjnych stano­

wisko do przestrzennych badań modelowych znajdujące się w Instytucie Projektowania, Budowy Kopalń i Ochrony Powiorzotmi. Posiadało one gabary­

ty umożliwiające wykonanie modelu górotworu o wymiaraoh 1 2 0 0 z 1200 x z 1200 mm. Ze względu na to przyjęto skalę modelowania 1 < 30, dzięki czemu możliwe było odwzorowanie wycinka górotworu o rzeczywistych wy­

miaraoh J₆ x _{3 6} x _{3 6} a. W przestrzeni takiej mieści się już skrzyżowanie wraz ze strefami Jego bezpośredniego oddziaływania na otaczający górotwór i istniejąca wyrobiska.

Model górotworu wykonywano z materiałów ekwiwalentnych na bazie szkła wodnego i piasku kwarcowego utwardzanych utwardzaczem de mas formierskich 0-10. Przeprowadzono badania wytrzymałościowe materiałów ekwiwalentnych c różnych składach £1] i na ioh podstawia określono receptury materiałów odwzorowujących modelowano skały.

Wykonano także elementy modelowej obudowy wyrobisk, takie Jak: nodele podatnej lukowej obudowy chodnikoweJ, modele stojaków ciernych i hydrauli­

cznych, modele obudowy ścianoweJ, modele stosów drewnianych itp. Wszystkie wymienione modele poddano badaniom mającym na oelu uzyskanie ioh cbarakte-

Badania nodeltwe deformacji obudowy w... 171

rystyk podporaośolowyoh umożliwiających porównanie modelu z obiektem rze­

czywistym, a także pozwalających na określenie obciążenia [jjj.

Model górotworu wykonywano bezpośrednio w skrzyni stanowiska badawcze­

go. Masę modelową o odpowiednim dla odwzorowywanej skały składzie układa­

no warstwami o grubości 10 - 15 mm oddzielając Je od siebie cienką wars­

twą mielonej miki. Postępowanie takie umożliwiło zachowanie uławicenia skal. Miąższość warstw pomiędzy płaszczyznami uławicenia została przyjęta w oparciu o dane statystyczne ulawiceń skał £2]. Wynosi ona dla piaskowca Oi*t “ 1 , 5 m, dla łupku ilastego 0,06 - 0 ,5 m oraz dla łupku piaszczys­

tego 0 , 2 - 0 ,8 mm.

Ponieważ wykonywane modele były modelami przestrzennymi drążenie wy­

robisk oraz stawiania obudowy w gotowym modelu było niemożliwa. Dlatego też wyrobiska wraz z loh obudową wykonywano Już w trakoie układania warstw modelu. Postępowanie takie uznano za dopuszozalne, tym bardziej, że w wa­

runkach rzeozywistyoh zarówno odrzwia obudowy chodnikowej jak i budowle ochraniające chodnik za ¿olaną (stosy, kaszty, pasy podsadzki itp.) są wykonywane bez lub z niewielkim rozparciem wstępnym. Dopiero w trakoie pracy ulegają obciążeniom wynikająoym z oddziaływania górotworu. Wyjątek stanowią indywidualne stejakl oierns i hydrauliczne oraz obudowa ścianowa.

Urządzenia te są w warunkach naturalnyoh rozpierane. W modelu rozparcie ich było niemożliwe do zrealizowania. Ustawiano je więc podobnie jak inne elementy bez rozparcia wstępnego. Stwierdzono Jednak, że Już w trakcie układania warstw stropowych modelowego górotworu elementy te ulegały wstępnemu oboiążeniu.

Gotowy model obejmujący warstwy spągowe, wybierany pokład wraz z ukła­

dem wyrobisk oraz warstwy stropowe zasypywano w skrzyni stanowiska suchym piaskiem. Warstwa sypkiego piasku zapewniała równomierne rozłożenie obcią­

żenia wywieranego na model zestawem siłowników hydraulicznych. Zastosowa­

nie siłowników umożliwiło, przez dobór odpowiedniego olśnienia zasilania odwzorowywanie głębokości w zakresie 100 - 800 m. Model obciążano stopnio­

wo zwiększająo 00 100 m modelową głębokość. Odczytów wskazań ozujników deformacji elementów obudowy dokonywano po zamedelowaniu każdych stu me­

trów głębokośol w dwóoh seriaoh pomiarowych pc upływie 30 i 60 minut od momentu uzyskania odpowiedniego ciśnienia. Po wykonaniu drugiej serii po­

miarów zwiększano stopniowo ciśnienie, aż do zamodelowania kolejnej głębokośoi.

3 . UKŁAD WYROBISK ORAZ WARUNKI GEOLOGICZNE

Na omawianym modelu badano prooes deformaoji obudowy etrefy skrzyżowa­

nia ściany o wysokości 1 , 8 - 2 ,0 m z chodnikiem przyścianowya wykonywanym równocześnie ze ścianą i utrzymywanym do dalszego użytkowania przy eksplo- ataoji pokładu na zawał. Chodnik po stronie przeciwległej de ściany był

172 V. Puohała otoczony calizną. Po przejściu ściany chodnik chroniony był modelowymi stosami drewnianymi. Obudowa ścianowa była maksymalnie dosunięta do chod­

nika. Układ warstw modelu odwzorowujący układ rzeczywistych warstw skal­

nych przedstawiono na rys. 1. Wybrany układ warstw skalnyoh Jest często spotykany w warunkach naszych kopalś.

Charakteryzuje się on miękkim spągiem oraz miękkim, łatwo rabującym się stro­

pem bezpośrednim zalegającym pod trud­

no rabująoymi eię skałami takimi jak piaskowce.

V strefie skrzyżowaniu zastosowane szereg elementów wzmacniających obudowę wyrobiska. Okład wyrobisk oraz sposób ochrony skrzyżowania przedstawiono na rys. 2. Ilość elementów obudowy zapew­

niająca prawidłowe utrzymanie wyrobiska została określona na podstawie aktual­

nie stosowanych metod doboru [_3,*f,5»6].

V chodniku w strefie przyległej do wlotu do ściany znajdowało się pięó odrzwi obudowy chodnikowej, z których trzy posiadały wypięte luki ociosowe w oelu umożliwienia wysunięcia napędu przenośnika ścianowego do chodnika.

Ponadto zastosowano pięć stojaków cier­

nych. Trzy z nich były rozstawione wzdłuZ osi chodnika tworząc wraz ze stropnicami podciąg środkowy. Dwa dal­

sze podpierały stropnicę podpiętą strzemionami do łuków stropowych odrzwi z wypiętymi łukaml ociosowymi.

W chodniku w strefie od długości pięć metrów za wlotem do ściany znajdowało się pięć kompletnych odrzwi obudowy ohodnikowej oraz dwa stojaki cierne tworzące wraz ze stropnicą podciąg środkowy. W strefie tej ponadto obudowę chodnikową ochraniały stosy drewniane wykonywane za ścianą wzdłuZ chodnika. Dodatkowo stosowano jako element wzmaoniająoy stropnicę przykręconą strzemionami do odrzwi obudowy chodnikowej.

We wnęce o wymiarach rzeczywistyoh 4,5 r 2 , 5 m zastosowano obudowę składającą się z trzech stropnic podpartych dwoma stojakami hydrauliczny­

mi każda. Nad stropnicami ułożono belki drewniane i siatkę zabezpieczają­

cą.

§ 8 1 1

i

$ 1

§ § |

l i i

4 O 0 m n )

TM SEK

i

l l i l i

On m a f e p m ł F K H / -

h

*5

W L & v r A V M Ó 2 E - L ć A J Ą C Y P / A S K O - N / E C

i

§

"ł-

$

f f S m r r )

A/47£K/*Ł A/r/W M

G 2£~

C Y Ł U P E C / ¿ A r S t y

1

m m

M 0 Z ) E /.O J Ą C V

/Ą~

£ 1 i 1

Cf)N

*0ł

EfEREŁ

2 & 0 m m

f l t Ą T E ę j Ą ł r

£<*//*/

W & E L C t j Ą C W Ł C T P E C /¿ A S T * j

M A J E K /A L E tC W /rt.

4 ^{i O O m m}

mc&ewoącm

t o T E / r 7 * A s a c z y s -

7V

Rys. 1. Układ wmrstw modelu Fig. 1. Stratigraphio Column

of rock mass model

Badania modelowe deformacji obudowy w... 173

X - C Z U J H / K P O M /A K o r w

• - ISrOJAK M O KiorW

*! X X X

R ys. 2 . Schemat obudowy skrzyżow ania

F ig . 2 . D is lo c a t lo n scheme of the roadhead zone aupports

k.

P roces o b c ią ż a n ia modelu b y ł prowadzony p rz y zamontowanych blachach booznych stano w iska badawozego. Z tego względu obserw acje zmian zachodzą­

cych w górotworze w z a le ż n o ś c i od modelowanej g łęb o keśo i n ie b y ły możliwe.

Obserwacja mogły być przeprowadzone ty lk o p rzed obciążeniem modelu i po zakończeniu o b c ią ż a n ia do modelowanej g łę b o k o ści 800 m i ty lk o na pow ierz­

c h n ia c h bocznych modelu. Stan górotworu po zakończeniu o b c ią ż a n ia przed­

stawiono na r y s . 3-7. Obraz w idoczny na przedstaw ionych rysunkaoh J e st w pewnym sto p n iu zafałszow any p rzez f a k t , że p ła sz c z y z n y rysunków zn ajdo­

wały s ię w s t r e f ie wpływu ś c ia n booznych stan o w iska. R ysun ki te Jednak i l u s t r u j ą zachodząoe z ja w is k a .

Rysunek 3 p rze d sta w ia p rz e k ró j p rzez chodnik i s t r e fę zawału w odleg­

ł o ś c i ok. 70 cm za ś c ia n ą po zakończeniu badań, a rysunek *ł sp ękania warstw górotworu.

O toczenie cho dnika od stro n y o a liz n y u le g łe ro z k ru sz e n iu na ok. 50 - 70 mm w g łąb o c io s u . Warstwy węgla wykazywały s i l n i e j s z e re z k ru s z e n ie n iż w yżej z a le g a ją o e warstwy łupku ila s t e g o . T r z y warstwy z a le g a ją o e bezpo­

śre d n io nad ohodnikiera p ę k ły w o s i cho dnika i nad odzawałową kraw ędzią stosów , tworząc b e lk ę o d łu g e śo i 100 — 200 mm. P ę k n ię c ie wzdłuż o s i ohod- n lk a otoczone b yło s ia t k ą drobnych spękań ro z c ią g a ją c y c h s ię około 50 mm w k ie ru n k u o a liz n y .

174 V. Puchała

Rys. 3. Przekrój przez chodnik 1 strofę zawału w odległości 70 en (24 a w naturze) od ściany

Fig. 3. Section of the heading and the caving zone 70 cm Prow the faoe

Rys. 4. Spękanie górotworu w przekroju przez ohodnlk i strefę zawału w od­

ległości 70 om od ściany

Fig. 4.Freoture of rook mass in section of the heading «md the caving zone 70 on from the faoe

Dwie wyZeJ połoZone (ostatnie) warstwy łupku ilastego wytworzyły belkę nad chodnikiem o długośoi 200 — 210 mm, opartą z jednej strony na drewnianych stosaoh oohraniająoyoh chodnik, a z drugiej na skałach calizny. Następne,

Badania modelowe deformacji obudowy w.. 175

wy*«j zalegające -warstwy zbudowane z piaskowca pękły w ten sen sposób.

Linia załamania stropu przebiegająca od krawędzi stosów w górę nachylona była pod kątara około 75° w kierunku zrobów. Pęknięcie ograniczające belkę z drugiej strony przebiegało od punktu podparcia w górę w kierunku zrobów pod kątem około 80°. Wszystkie warstwy tworzące belkę nad chodnikiem po­

siadały lekko zarysowane pęknięcie w połowie swej długości. Zanikało ono w odległości około 150 - 200 mm od ściany bocznej stanowiska. Linia tego pęknięcia przebiegała od osi chodnika pod kątem około 80° w kierunku stre­

fy zawału. Między linią ograniczającą belkę od strony calizny, a pęknię­

ciem przebiegającym przez warstwy piaskowca w odległości 180 - 200 mm od osi ohodnika pod kątem około 85° w kierunku calizny wytworzyła się strefa wspornikowa.

W strefie zawału warstwy stropu bezpośredniego uległy silnemu rozwarst­

wieniu i spękaniu 00 60 - 90 ram. Dwie warstwy łupku ilastego zalegające bezpośrednio nad pokładem załamały się w sposób nieuporządkowany. Dalsze zaohoweły regularne ułożenie. Ostatnia warstwa łupku ilastego oraz warst­

wy piaskowoa zalegające w stropie zasadniczym uległy spękaniu 00 około 200 mm. W niektórych warstwaoh zarysowały się dodatkowe pęknięcia zani­

kające lub łączące się z głównymi w odległości 50 - 80 mm od ścian bocz­

nych stanowiska.

Spąg w strefie zawału uległ rozkruezeniu na głębokośó trzech lub czte­

rech warstw. Pod drewnianymi stosami oohranlającymi oraz pod ociosem ohod­

nika na odległość około 100 mm w głąb calizny nastąpiło spękanie i roz- kruszonle skał na głębokość 5 - 6 warstw. Wzdłuż osi chodnika nastąpiło pęknięcie spągu oraz Jego wypiętrzenie na wysokość W - 5 mm połączone z rozwarstwieniem skał.

Na rys. 5 i 6 przedstawiono przekrój przez ścianę i strefę zawału przy płycie booznej stanowiska badawczego, to jest w odległości około 80 cm od osi ohodnika. Pierwszy z rysunków przedstawia układ warstw po ukończe­

niu badań, a drugi spękania warstw górotworu.

V strefie zawału warstwy łupku ilastego tworzące strop bezpośredni uległy spękaniu 00 90 - 100. Dwie warstwy zalegające bezpośrednio nad po­

kładom uległy rozkruszeniu. Zachowały Jednak regularne ułożenie. Za obu­

dową ścianową wytworzyła się belka skalna oparta jednym końcem o stropni­

cę obudowy, a drugim o spąg. Ponad miejscem oparcia o spąg nastąpiło sil­

ne rozwarstwianie modelu. Najwyżej położona waratwa łupku ilastego uległa spękaniu wraz z wyżej położonymi warstwami piaskowoa 00 około 180 - 200imn U n i a załamania stropu przebiegała od tylnej krawędzi obudowy śoianowe.1 w górę, w kierunku zrobów pod kątem około 65°, Od czoła ściany przebiega­

ła w górę w kierunku oalizny linia pęknięcia o kącie naohylenia około 70°.

Obie linie tworzyły nad obudową ścianowa rozszerzającą się strefę. Bez­

pośrednio nad obudową miała ona długość około 100 - 1 1 0 mm, a w górnych warstwach piaskowca osiągała około 200 mm. Powstała w ten sposób stropowa bryła górotworu obciążająoa obudowę śolanową zbliżona w kształcie do

176 W. Puchała

Rys. 5. Przekrój przez ścianę i strefę zawału w odległości 80 ora (24 m w naturze) od osi chodnika

Fig. 5. Section of the face and the caving zone 80 cm from the axis of heading

Rye. 6. Spękanie górotworu w przekroju przez śoianę i strefę zawału w od­

ległości 80 cm od osi chodnika

Fig. 6 . Fracture of rock mass in section of the face and the oaving zone 80 cm from the axis of a heading

Badania modelowe deformacji obudowy w... 177

przyjmowanej przez A.Bilińskiego £3] w obliczeniaoh wymaganej podpornoścl obudowy w ścianach zawałowych. Warstwy łupku ilastego w omawianej strefie wykazywały silne sprasowanie (duża kruchość), a warstwy piaskowca zalega­

jące powyżej tworzyły belkę rozwarstwioną w połowie wysokości. Przez wszystkie warstwy przebiegało od tylnej krawędzi obudowy ścianowej piono­

wo w górę lekko zarysowane pęknięcie. Wnikało ono w zależności od warstwy na odległość 50 - 200 mm od ściany stanowiska. W pięciu górnyoh warstwaoh piaskowca wystąpiło słabo zarysowane pionowe pęknięcie w odległości około 250 mm przed czołem ściany.

Ściana ulsgła podłużnemu spękaniu na głębokość 5 - 20 mm od czoła.

Strefa spękań wyraźnie powiększała się przy ścianie stanowiska osiągając około 50 mm. Spąg w strefie zawału ulegał rozkruszeniu na głębokość 1 - - 2 warstw. Pod obudową ściany rozkr-uszenie osiągało głębokość 5 - 6 warstw.

Rysunek 7 przedstawia sytuaoję w górotworze na około 50 cm przed ścia­

ną. W przekroju tym można było zauważyć tylko jedno słabo widoczne pęk­

nięcie przebiegające od poziomu spągu przez wszystkie warstwy w górę pod kątem około 75°. Pęknięcie naohylone było na zewnątrz od zbliżająoej się ściany. Pęknięcie to wnikało w głąb modelu w kierunku granicy pomiędzy wnęką a ścianą, przy ozym w warstwaoh wyżej położonych było coraz szersze, a jego zasięg większy. V całym przekroju nie zauważono wyraźnych śladów rozkruszeń czy też sprasować. Varstwy modelu nie uległy wyraźnemu odkształ­

ceniu.

Rys. 7 . Przekrój przez górotwór w odległości 5° cm (1 5 ra w naturze) przed śc istną

Fig. 7. Seetion of the rock mass 50 om from face

V. Puchała

Deform acjo stropowych warstw górotworu są b e zp o śred nią p rzyczyn ą de­

f o rm a c ji elementów obudowy w yrob isk g ó rn ic z y c h . Na omówionych poprzednio rysu n kach można zauwaZyć oprócz d e fo rm a c ji warstw sk a ln y c h także deforma.

c je obudowy chodnikow ej i śc ia n o w e j. V modelowych w yrob iskach umieszczono c z u jn ik i potenojom etryczne s łu ż ą c e do pom iaru pionowego o b n iż a n ia s ię elementów obudowy w y ro b isk . R ozm ieszczenie c zu jn ik ó w przedstaw iono na r y s . 2 . lak Już wspomniano w skazania c z u jn ik ó w notowano po zamodelowaniu każdych s tu metrów g łę b o k o śc i w z a k r e s ie 100 - 800 m. Otrzymano w ten sposób zestaw wyników u m o ż liw ia ją c y sp o rzą d ze n ie wykresów o bniżeń elemen­

tów modelowej obudowy zarówno w ch o d n iku , wnęce i ś c ia n ie , a tak że wy­

k re s d e fo rm a c ji modelowych stosów o c h ra n ia ją c y c h ch o d n ik za ś c ia n ą w za­

le ż n o ś c i od modelowanej g łę b o k o śc i i p o ło ż e n ia c z u jn ik a pomiarowego.

Uzyskano w ten sposób n a stę p u ją c e w ykresy:

- z m n ie js z a n ia s ię w ysokości obudowy chodnikow ej w z a le ż n o ś c i od głębokoś­

c i i p o ło ż e n ia względem ś c ia n y ^(rys. 8)

- z m n ie js z a n ia s ię w ysokości obudowy wnęki w z a le ż n o ś c i od g łę b o k o śc i i o d le g ło ś c i od o s i cho dnika ( r y s . S>)

- z m n ie js z a n ia s ię w ysokości obudowy ścian o w e j w z a le ż n o ś c i od głębokości i o d le g ło ś c i od o s i cho dnika ( r y s . 10 )

- z m n ie js z a n ia s ię w ysokośoi stosów o o h ra n ia ją cy o h cho d n ik w z a le ż n o ś c i od g łę b o k o śc i i o d le g ło ś c i od ś c ia n y ( r y s . 1 l ) .

R ys. 8. Za leżn o ść z m n ie js z e n ia w ysokości obudowy chodnikow ej od głębokości i p o ło ż e n ia względem ś c ia n y

F ig . 8 . Dependence of decrease of heading support h ig h t on the depth and d is ta n c e from the fa ce

Badania modelowe deformacji obudowy w..,

1 CU0

3 *C 3 X

Æ 0 « p

0

•H *H •o

© Ç 0 O fi 0

Sß ST5 © u

0 o * a

¿ä * 0

0 W a ©

e o 0

b-< a

fi

? *o 0 <8

0 ^P

CÖ © «

«H *H « *H ,

fi « *C i

j *h d © N O U fi TJ

<n vo -H c fi ,

• n o c © e '

© ¿¡ »o •0

•H O O •fi

Z fi fi a -p

E o o o a

N M © .

(łfj P © *0

•O iß o

ser} o fi ©

O 0 ^©

fi

fi TJ P

-N ■ n fi _

© © ® fi

<d o a o© N d Q «P

3

• P • {¡o^•fi

O 0 O *H

T- srj *- X

• P 9) S ee fi

S 0 •H o

Pi *d a a

i s

_ t }

«H *H C © 0 O H a vn *03 P -P

0 0

fi

ii łM •P E 0 tú Oj 0

<ß ©

fi

>> a <M U

? tJ 0

0 ©

fl

•H *H 5 3 fi d 3

© -H © p

N 0 fi 03 73sn 0 *H tłC

■o 0 « *0 fi

« ^ <8 •d *h

•HO U •o

*0

a fi -H a fi cdB ©*

fi

NH-O fi

0 © a

•O ,fi O P set o fi a a

0 0 © © 0 fi •0 *0

■N «H -H d «

© jd V) © © -H H ©• O a r H

« fi © P co N * *0 O

0

fi

• _b

CA £ 0\

0 p

-•O • r

« 3 tú ^

>».0 •H *H a 0

179

180 ¥. P u c h a ł a

5. PODSUMOWANIE

Uzyskane w trakcie obciążenia mo­

delu wyniki, przedstawione powyżej w postaci wykresów pozwalają stwier­

dzić wyraźny wzrost zaciskania obudowy w miarę zwiększania się głębokości nie tylko w chodniku, ale także i ścianie.

Jak wiadomo przyjmuje się, że obciąże­

nie w strefie ściany zawałowej nie zależy od głębokości lecz od rodzaju skał zalegających w stropie [_3»7j.

Przyozyną rozbieżności, jak nożna wnioskować, jest istotna różnica w sposobie obciążania obudowy wyrobisk.

W warunkach naturalnych wyrobiska wykonywane są w górotworze będącym w trójosiowym stanie naprężeń. Wystą­

pienie zmian w stanie naprężeń i w efekcie pojawienie się odkształceń jest wynikiem naruszania stanu równo­

wagi podczas wykonywania wyrobisk.

W badaniach na modelach natomiast wy­

robiska wykonywane były w materiale praktycznie całkowicie odprężonym, a następnie wprowadzane było pionowe obciążenie ściskające. Wystąpienie naprężeń poziomych było efektem po­

przecznego odkształcenia materiału modelu zamkniętego w skrzyni stoiska badawczego. Można wnioskować, że zmia­

na modelowanej głębokości powoduje wystąpienie dodatkowych obciążeń obu­

dowy. Wzrost obciążenia modelu odpo­

wiadający wzrostowi głębokości z jed­

nego badanego poziomu na następny po­

woduje zwiększenie naprężeń i wynika­

jące z tego wystąpienie odkształceń.

Następuje więc sprasowanie modelu i obniżenie się warstw. Stropowa bryła górotworu obciążająca obudowę zo­

staje dodatkowo obciążona obniżającymi się warstwami zalegająoymi powyżej.

Powoduje to dodatkowe zaciskanie obudowy. Jak z tego wynika wpływ zmiany głębokości będzie tym większy im większy będzie moduł sprężystości zasto- Hys. 11. Zależność zmniejszenia

wysokości stosów ochraniających chodnik od głębokości i odleg­

łości od czoła ściany Fig. 11, Dependence of decrease of wooden cribs hlght on the depth and distance from the face

Badania modelowe deformacji obudowy.. ł B 1

sowanych materiałów ekwiwalentnych. Zastosowanie mas o zawyżonym module sprężystości powoduje jednak znaczne zmiany w zachowaniu się modelu po­

nieważ ulegają zmniejszeniu także odkształcenia sprężyste wynikające z koncentracji naprężeń. V celu uwzględnienia tych zmian konieczna Jest znajomość rozkładu ciśnienia w modelowym górotworze praktycznie niemożli­

wego do określenia. V strefach wystąpienia koncentracji naprężeń możliwe jest w modelu przekroczenie wytrzymałości "skały" na ściskanie. Dotyczy to w szczególności pokładu "węgla". Ponieważ masy modelowe są porowate występuje wtedy znaczny przyrost odkształceń, który w efekcie może także wpływać na wystąpienie dodatkowych obciążeń obudowy na skutek obniżenia się warstw modelu.

Materiały ekwiwalentne wykorzystane w badaniach do modelowania góro­

tworu charakterymuJą się zbliżonymi do wyznaczonych teoretycznie własnoś­

ciami wytrzymałościowymi, ale ich moduł sprężystości jest większy od wy­

maganego. Wiadomo, że uzyskanie mas modelowych odwzorowujących wszystkie własności górotworu Jest praktycznie niemożliwe. Dlatego też stosuje się zasadę funkcjonalnej oharakterystyki mówiącą, że podstawowymi parametra­

mi w badaniach modelowych powinien być ten, który decyduje o przebiegu ba­

danego zjawiska. Ze względu na różnorodność zjawisk występujących w bada­

nych modelach przestrzennych celowe Jest utrzymanie własności wytrzymałoś­

ciowych mas modelowych w odpowiednich proporcjach.

Jak przedstawiono powyżej istnieją różnice pomiędzy stanem obciążenia występującym w naturze i modelu, a także w rozmieszczeniu, rodzaju i war­

tościach podporności. elementów obudowy. Mogą one wpływać w istotny sposób na uzyskiwane w badaniach modelowych wyniki. Dlatego też dla ostatecznego określenia stopnia odwzrowania rzeczywistych warunków dołowych przez mo­

del konieczne jest przeprowadzenie porównawozych badań dołowych. Powinny być one przeprowadzona w warunkach geolgioznych zbliżonych do modelowych, przy zachowaniu zbliżonego układu w y r o b i s k i podobnym systemie ochrony skrzyżowania.

LITERATURA

£l~| Puchała V. , Garncarz R. , Straś ., Urbańczyk J. ; Masa szybkowiążąca na bazie szkła wodnego i utwardzacza U-10 jako materiał ekwiwalantny.

Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej - s.Górnictwo 1985 nr ?0.

^2~j Ardasev K.A. , Krylov V.F. i inni: Soversenstvovanije upravlenija gór­

nym davlenijem. Niedra, Moskwa 198?.

r 3~j Biliński A.: Kryteria doboru obudowy dla ścian zawałowych. Prace GIG- - Materiały na posiedzenie Sekcji Technologii Górnictwa PAN, Katowice 1976.

W

[5] Ivostyk T. , Skórka J. : Sposoby obudowy wnęk ścianowych o wysokości po­

wyżej 3»5 ro* Wiadomości Górnicze 1976 nr *♦.

1 8 2 V. P u c h a ł a

[ ó] Skórka J. : Wymagania stawiane obudowie skrzyżowali ściany z chodnikieia.

Przegląd Górniczy 1980 nr 9»

[V]

O j Puchała W . : Ustalenio wymaganej podpomości dla obudowy zmechanizowa­

nej w strefie skrzyżowania ściany z chodnikiem na podstawie badań mo­

delowych, Praca Doktorska, Politechnika Śląska, Gliwice 1987.

l’.econzenti Doc. dr in®, Karol Reich Wpłynęło do Redakcji w styczniu 1990

„2-jOEU: liii SiCPRiE 3 30HE CCnPESHIIH O’-UOTHOrC ćAEC., CC mlPjJKOii HPOJCa/Ii-—II C,pIIC3P33oiUIC c OHiiCTHi c: c a p c a p;,; a a o r ^ J ib ii- E iic n iiiA is Ł U

P e 3 ^» m e

IIpeAoiaujieKHHe b pe$epaTe Mo^eiiŁHne ncnHTaHHa Kpeira 3ohh conpa:JteHHS owHCTHoro 3r.0ofl co icipeKOM npoBeraci. Ka$e«po.t PopHoii MexaHH3anra CHJie3CKoro no.iETexHii^ecKoro KHCTMiyia. Hejii, HccjieflOBainrl - ..poBe^eniie HaCjinflOHHa coxpaneHHH Kpeira 3ohh conpaKeHM a ocoSeHHo onpe^ejieHHe BHCiynaiosiHX Harpyson u ^ejiopnanHH 3JieMeHioS Kpejin. Hccae^OBaHHk npóBejincŁ HcnojiB3y.ii npocipaHCTBeH- h ..c MO/{eJin l opHoro MaccHBa H3 SKBHBaxeHTHHx MaTepaajioB ii ¡togami sJieiieHTOB KpeilK. ilSMepCHMA npOBOflHJIHCB ĄMt pa3JIHWHHX I\Hy6nH 3ajieraHHa BŁipaColOK.

3 pe4*paxe n p e i . c i a s j i e H H H c n H T a H H n n p o B e ,ą e H H Ha M o j e i a c - o n p a x e s H a o w a c i H o r o a a S o a m c u c h o c t b d 1 , 8 - 2 , 0 m c o m ip e K O M n p c B o a h m i c j o f lH O B p e K e H H o c 0H n c T : r J K aafioeii h y^epurajBaeMOi b jęajiBHe“imeił s K c n s y a T a n H H i m a c i a o o f i p y -

•aesHeM HpoBJm. ilpejiCTaB.isHH ioks pesyjitiaTH H 3 M e p e m i 'i ae-ęopMamiH o a e i i e H i o B K p e n H 30h u c o n p a s e i r a s .

SUPPORT DEFORMATIONS EJ ROADHEAD ZONE ON THE BASIS OF MODEL INVESTIGATIONS

S u m m a r y

Model inwestigations of roadhead zone supports were led in the Mining Mechanization Institute. Observations of behaviour of roadhead zone sup­

ports and determination of loads and deformations of supports were the main aim of the investigations.

Ths investigations were led using three - dimensional rock mass models made from equivalent materials and model supports. The measurements were done for coal strata situated at a variotis depth.

Badania modelowa deformacji obudowy,.. 183

An investigation of the Junction of the face (its hight being 1,8 - - 2,0 m) and the heading which were made simultaneously in caving roof condition are presented in the paper. The results of the measurements of roadhead zone support deformations are presented as well.