S e r i a : G Ó R N I C T W O 2. 79 N r kol. 528
T a d e u s z D E M E L , B r o n i s ł a w L I S I E C K I G a n Z Y C H
P R Z Y C Z Y N E K DO O K R E Ś L A N I A W Ł A Ś C I W E G W I E L K O Ś C I W Y P R Z E D Z A N I A L I N I I P R Z O D K Ó W P R Z Y R Ó W N O L E G Ł E G E K S P L O A T A C G I W I E L O W A R S T W O W E G G R U B Y C H P O K Ł A D Ó W
W Z A L E Ż N O Ś C I OD G Ł Ę B O K O Ś C I ICH Z A L E G A N I A
S t r e s z c z e n i e . W a r t y k u l e p o d j ę t o z a g a d n i e n i e w p ł y w u g ł ę b o k o ś c i z a l e g a n i a g r u b y c h p o k ł a d ó w na w ł a ś c i w ę w i e l k o ś ć w y p r z e d z e n i a l inii p r z o d k ó w p r z y ich r ó w n o l e g ł e j w s p ó ł z a l e ż n e j e k s p l o a t a c j i w i e l o w a r s twowej na p o d s t a w i e r o z w a ż a ć t e o r e t y c z n y c h , j a k r ó w n i e ż na p o d s t a w i e p r z e p r o w a d z o n y c h o b s e r w a c j i w c z a s i e e k s p l o a t a c j i p o k ł a d ó w 501 i 5 1 0 kop. W i e c z o r e k .
1. W S T Ę P <ł
C e l e m n i n i e j s z e g o a r t y k u ł u J es t o k r e ś l e n i e w ł a ś c i w e j , tj. b e z p i e c z n e j w i e l k o ś c i w y p r z e d z e n i a l inii p r z o d k ó w p r z y r ó w n o l e g ł e j w s p ó ł z a l e ż n e j e ks p l o a t a c j i w i e l o w a r s t w o w e j g r u b y c h p o k ł a d ó w z p o d s a d z k ę h y d r a u l i c z n ę , w a r s t w a m i r ó w n o l e g ł y m i do u ł a w i c e n i a , w z a l e ż n o ś c i o d g ł ę b o k o ś c i ich z a l e g a nia. T e o r e t y c z n e r o z w a ż a n i a , j ak i p r a k t y c z n e o b s e r w a c j e p o c z y n i o n e w c z a sie e k s p l o a t a c j i p o k ł a d ó w 501 i 5 1 0 w kop. W i e c z o r e k n a s u w a j ę m yśl, że w ł a ś c i w a w i e l k o ś ć w y p r z e d z a n i a l i n i i p r z o d k ó w p r z y w i e l o w a r s t w o w e j e ks p l o a t a c j i g r u b e g o p o k ł a d u Jest z a l e ż n a od g ł ę b o k o ś c i J e g o z a l e g a n i a . O b e c n i e o b o w i ę z u j ę c e " W y t y c z n e b e z p i e c z n e g o p r o w a d z e n i a e k s p l o a t a c j i w p o k ł a d a c h t ę p i ę c y c h " , u j m u j ę p r z e d m i o t o w e z a g a d n i e n i e n a s t ę p u j ę c o : w p r z y p a d k u s t o s o w a n i a e k s p l o a t a c j i z p o d s a d z k ę p ł y n n ę w a r s t w a m i z dołu do g óry, o d
s t ę p w e w s z y s t k i c h w a r s t w a c h m i ę d z y f r o n t a m i p o w i n i e n w y n o s i ć n i e mniej n i ż 3 0 m. P o c z y n i o n e o b s e r w a c j e w p o k ł a d a c h 501 i 5 1 0 kop. W i e c z o r e k w k o n k r e t n y c h w a r u n k a c h g ó r n i c z o - g e o l o g i c z n y c h w y k a z u j ę , ż e o d l e g ł o ś ć 30 m w y p r z e d z e n i a l i n i i p r z o d k ó w w p o s z c z e g ó l n y c h w a r s t w a c h g r u b e g o p o k ł a d u nie z a w s z e była w ł a ś c i w a .
2. K I L K A P O G L Ą D Ó W N A K S Z T A Ł T O W A N I E SIĘ P R Z E G A W Ó W C I Ś N I E N I A G Ó R O T W O R U P R Z Y E K S P L O A T A C G I Ś C I A N O W E G P O K Ł A D U W Ś W I E T L E M E C H A N I K I G Ó R O T W O R U
G e d n ę z p i e r w s z y c h p rac, m a j ę c ę na c e l u u j ę c i e z a s a d r z ę d z ę c y c h p r z e j a w a m i c i ś n i e n i a g ó r o t w o r u , j a k ę m o ż n a s p o t k a ć w l i t e r a t u r z e g ó r n i c z e j j est p r a c a T r o m p e t e r a z 1 8 9 9 r. B a d a c z ten, p r z e d s t a w i ł t e o r i ę , w e d ł u g k t ó rej g ł ó w n ę p r z y c z y n ę p r z e s u n i ę ć s k a ł g ó r o t w o r u w k i e r u n k u w y r o b i s k a sę
132 T. D e m e l , B. L i s i e c k i , O. Zych
s i ł y r o z p r ę ż a n i a się skał, k t ó r e to s i ł y sę w y w o ł a n e sę c i ś n i e n i e m w y n i k a j ą c y m z g ł ę b o k o ś c i z a l e g a n i a i c i ę ż a r u w ł a ś c i w e g o g ó r o t w o r u . S i ł y r o z p r ę ż ani a z n a j d u j ę się w r ó w n o w a d z e w p r z y p a d k u , g d y k a ż d y p u n k t g ó r o t w o r u o- t o c z o n y jest s k a ł a m i znaj d u j ą c y m i się p o d j e d n a k o w y m c i ś n i e n i e m i p o s i a d a j ą c y m i i d e n t y c z n e w e w n ę t r z n e s i ł y r o z p r ę ż a n i a . Z c h w i l ę w y k o n a n i a w y r o b isk a, s iły r o z p r ę ż a n i a w y z w a l a j ą s i ę i ni e n a p o t y k a j ą c o p o r u p o w o d u j ę p r z e s u w a n i e s ię mas s k a l n y c h w k i e r u n k u w y r o b i s k a . N a t e r e n i e N i e m i e c i W i e l k i e j B r y t a n i i r o z p o w s z e c h n i o n a jest taka z w a n a t e o r i a " S k l e p i e n i a ". Z a k łada ona, iż n ad w y r o b i s k i e m ś c i a n o w y m t w o r z y się s k l e p i e n i e c i ś n i e ń .któ
re p r z y j m u j e n o r m a l n y n a c i s k s ka ł n a d l e g ł y c h , zaś g ł ó w n ą c zęść n a c i s k u p o c h o d z ą c e g o od s k a ł n a d l e g ł y c h p r z e j m u j e c a l i z n a p o k ł a d u p r z e d f r o n t e m ś c i a n y i p o d s a d z k a za ścianę. G e d n ą z w c z e ś n i e j s z y c h t e o r i i t ł u m a c z ą c ą k s z t a ł t o w a n i e s i ę p r z e j a w ó w c i ś n i e n i a g ó r o t w o r u jest t e o r i a płyt. T e o r i a ta r o z p a t r u j e w a r s t w y s k a l n e na d w y r o b i s k i e m ś c i a n o w y m j a k o n a p r ę ż o n ą p ł y tę, k t ó r a u l e g a z g i n a n i u p o d n a c i s k i e m w y ż e j l e ż ą c y c h w a r s t w o ra z s w o j e g o c i ę ż a r u w ł a s n e g o . W i e l k o ś ć c i ś n i e n i a w w y r o b i s k u ś c i a n o w y m o ra z w s t r e fach p r z y l e g ł y c h w y r a ż o n o w p r o c e n t a c h p i e r w o t n e g o c i ś n i e n i a skał n a d l e g łych. G e d n ą z c i e k a w s z y c h t e o r i i o p u b l i k o w a ł w 1 9 4 7 r. H. L a b a s se . T e o r i a ta z w a n a t e o r i ą w s t ę p n e g o s p ę k a n i a z a k ła d a , że w i ę k s z a c zęść n o r m a l n e g o c i ś n i e n i a s k a ł n a d l e g ł y c h w y n i k a j ą c e g o z g ł ę b o k o ś c i z a l e g a n i a i ci ę ż a r u w ł a ś c i w e g o g ó r o t w o r u , k t ó r e n i e m o ż e j u ż być p r z e n o s z o n e p r z e z ’ w y b r a n ą część p o k ł a d u w ę g l o w e g o , roz k ł a d a się na d w i e s k ł a d o w e : J a k o c i ś n i e n i e na c a l i z n ę w ę g l o w ą o r a z s t a r e p o d s a d z o n e zroby. C i ś n i e n i a te p o w o d u j ą w s t ę p ne s p ę k a n i a s kał w o k ó ł wyb r a n e j c z ę ś c i p o k ł a d u ( w y r o b i s k a ś c i a n o w e g o ) ,zaś s a m e s t r e f y d z i e l ą s ię na s t r e f ę s i l n e g o s p ę k a n i a , p u s t e k m i ę d z y w a r s t w a m i i o s i a d a n i a , s t r e f ę w s t ę p n e g o s p ę k a n i a z n a j d u j ą c ą się nad c a l i z n ą w ę g lową w b e z p o ś r e d n i m k o n t a k c i e w y r o b i s k a ś c i a n o w e g o i na s t r e f ę p o n o w n e g o u s t a l e n i a r ó w n o w a g i n a d z r o b a m i za w y r o b i s k i e m ś c i a n o w y m . W o p a r c i u o p o m i a r y d o ł o w e i w y n i k i b a d a ń w j ed n ej z k o p a l ń n i e m i e c k i c h 0. G a c o b i o p u b l i k o w a ł t e o r i ę p l a s t y c z n e j n i e c k o w a t e j p o k r y w y . T e o r i a ta z a k ł a d a , ż e s u ma o b c i ą ż e n i a p o k ł a d u i p o d s a d z k i jest r ó wn a c i ę ż a r o w i g ó r o t w o r u z a l e g a j ą c e g o n a d w y b r a n ą p r z e s t r z e n i ą , zaś s am e w a r s t w y z a l e g a j ą c e n a d w y b r a n ą c z ę ś c i ą p o k ł a d u j a k o p o k r y w ę o w ł a s n o ś c i a c h p s e u d o p l a s t y c z n y c h , k t óra u- k ład a s ię na p o d s a d z c e w y k o n a n e j po w y b r a n i u w ę gla. T e o r i a ta zakłada p r a w d o p o d o b i e ń s t w o p o d p a r c i a , dla u t r z y m a n i a r ó w n o w a g i , w p o d p a r c i a c h u t w o r z o n ych p r z e z c a l i z n ę pok ł a d u , p r z e d w y r o b i s k i e m ś c i a n o w y m i p r z y o b c i n c e w y r o b i s k a ś c i a n o w e g o . O b c i ą ż e n i e p o d p ó r s t o p n i o w o m a l e j e w m i a r ę o s i a d a nia n i e c k o w a t e j p o k r y w y na p o d s a d z c e . Im w i ę k s z a g ł ę b o k o ś ć i w i e l k o ś ć w y b ranej c z ę ś c i p o k ł a d u tym w i e l k o ś ć p s e u d o p l a s t y c z n e j n i e c k o w a t e j p o k r y w y w z r a s t a , n a t o m i a s t z j a w i s k o p r z e j m o w a n i a o b c i ą ż e n i a p r z e z p o d s a d z k ę z a l eż ne jest od s z t y w n o ś c i g ó r o t w o r u i j a k o ś c i p o d s a d z k i . P s e u d o p l a s t y c z n a n i e c k o w a t a p o k r y w a s p o c z y w a w i ę c na b r z e g a c h p o k ł a d u o t a c z a j ą c y c h p o d s a d z a n e z r o b y i p o w o l i na n ich osiada. P r z y j m u j ą c w a r u n e k r ó w n o w a g i m o ż l i w e jest w t e d y o k r e ś l e n i e c i ś n i e n i a na p o d s a d z k ę i na pokład. T a k ż e grupa ba-
d a c z y f r a n c u s k i c h p r o w a d z i od s z e r e g u lat l i c z n e p o m i a r y d e f o r m a c j i c h o d n i k ó w z n a j d u j ą c y c h s ię w p o b l i ż u w y r o b i s k ś c i a n o w y c h . U s t a l o n o , że w z a l e ż n o ś c i od o d l e g ł o ś c i od c z o ł a w y r o b i s k a ś c i a n o w e g o d e f o r m a c j e p i o n o w e i p o z i o m e s p ę g u i s t r o p u p r z e b i e g a j ą w e d ł u g p e w n y c h k r z y w y c h z b l i ż o n y c h s w y m k s z t a ł t e m do l i t e r y S, p r z y cz y m p u n k t ich p r z e g i ę c i a r o z d z i e l a z a c h o d z ą c e d e f o r m a c j e za i p r z e d ścianą.
W p o l s k i m g ó r n i c t w i e n a j s t a r s z ą t e o r i ą t ł u m a c z ą c ą z a g a d n i e n i e c i ś n i e nia g ó r o t w o r u w o k ó ł w y r o b i s k ś c i a n o w y c h j es t t e o r i a fali c i ś n i e n i a p o d a n a p r z e z W. B u d r y k a , a n a s t ę p n i e r o z s z e r z o n a p r z e z A. S a ł u s t o w i c z a . T e o r i a ta p o d a j e r o z w i ą z a n i e z a g a d n i e n i a u g i ę c i a s t r o p u i c i ś n i e n i a e k s p l o a t a c y j n ego, w y s t ę p u j ą c e g o w w y b i e r a n y m p o k ł a d z i e p o d w p ł y w e m n a c i s k u w a r s t w y s t r o p o w e j o b c i ą ż o n e j c i ę ż a r e m n a d k ł a d u . O k r e ś l o n o p r z y b l i ż o n e r ó w n a n i a dla l i n i i u g i ę c i a s t r o p u n a d p o d s a d z k ą i n a d p o k ł a d e m o r a z r ó w n a n i a r o z k ł adu n a p ę ż e ń w p o d s a d z c e i w p o k ł a d z i e . U s t a l o n o , ż e c a ł k o w i t e n a p r ę ż e n i e s k ł a d a s ię z n a p r ę ż e n i a s t a t y c z n e g o ( s p r ę ż y s t e g o ) i d y n a m i c z n e g o , a o b i e s k ł a d o w e są z k o l e i z a l e ż n e od p r ę d k o ś c i e k s p l o a t a c j i . P r z y powo l n e j e k s p l o a t a c j i n a p r ę ż e n i a s t a t y c z n e r os n ę a p r z e k r a c z a j ą c w y t r z y m a ł o ś ć p o k ł ad u p o w o d u j ą s p ę k a n i a n i e t y l k o o c i o s u ś c i a n o w e g o a l e i w g ł ą b c a l i z n y w ę g l o w e j , p r z e z co p o w s t a j e s t r e f a o d p r ę ż o n a b a r d z o k o r z y s t n a w p r z y p a d k u w y k a z y w a n i a p r z e z p o k ł a d t e n d e n c j i do t ą pań. N a p r ę ż e n i a d y n a m i c z n e w tym p r z y p a d k u są n i e w i e l k i e . N a t o m i a s t w p r z y p a d k u z n a c z n e j p r ę d k o ś c i e k s p l o a t a cyjn ej n a p r ę ż e n i a d y n a m i c z n e są du ż e a n a p r ę ż e n i a s t a t y c z n e n i e w i e l k i e , a tym s a m y m o c i o s w w y r o b i s k u ś c i a n o w y m s p ę k a n y . N o w s z ą t e o r i ą na temat k s z t a ł t o w a n i a s ię p r z e j a w ó w c i ś n i e n i a g ó r o t w o r u w c z a s i e e k s p l o a t a c j i p o k ł a d ó w w ę g l a s y s t e m e m ś c i a n o w y m Jest p o d a n a p r z e z M. B o r e c k i e g o t eo r i a r e a k c j i pod ł o ż a . P o d ł o ż e , p r z e z k t ó r e n a l e ż y r o z u m i e ć c a l i z n ę w ę g l o w ą , o- b u d o w ę w y r o b i s k a ś c i a n o w e g o o r a z m a t e r i a ł w y p e ł n i a j ą c y z r o b y , p r z e c i w s t a w i a się r u c h o w i m a s s k a l n y c h p o s z c z e g ó l n y c h w a r s t w g ó r o t w o r u .będ ą cy c h p o d d z i a ł a n i e m e n e r g i i p o t e n c j a l n e j w y z w o l o n e j w y b i e r a n i e m p o k ł a d u . I s t n i e j e z a l e ż n o ś ć p o m i ę d z y e n e r g i ą w y z w o l o n ą w g ó r o t w o r z e a p r a c ą z g n i a t a n i a p o d łoża. O c h a r a k t e r z e o d d z i a ł y w a n i a s t a n o w i ą t a k ż e c e c h y p o s z c z e g ó l n y c h w a r s t w g ó r o t w o r u ; j ak g r u b o ś ć i s z t y w n o ś ć ; w y t r z y m a ł o ś ć na z g i n a n i e , m o d u ł s p r ę ż y s t o ś c i . O d k s z t a ł c a n i e w a r s t w g ó r o t w o r u n a s t ę p u j e j u ż na z n a c z n y c h o d l e g ł o ś c i a c h p r z e d z b l i ż a j ą c y m s i ę c z o ł e m w y r o b i s k a ś c i a n o w e g o , z a ś w m i e j s c u s a m e g o w y r o b i s k a ś c i a n o w e g o o s i ą g a n a j w i ę k s z ą w a r t o ś ć . Za w y r o b i s k i e m ś c i a n o w y m , ze w z g l ę d u na n a p o t y k a n y w z r o s t p o d p o r n o ś c i p o d s a d z k i czy też z r a b o w a n y c h z r o b ó w , ruch ten u l e g a s t o p n i o w e m u z a h a m o w a n i u . S t a b i l i z a c j a c i ś n i e n i a za w y r o b i s k i e m ś c i a n o w y m z a l e ż y w g ł ó w n e j m i e r z e od g ł ę b o k o ś c i z a l e g a n i a e k s p l o a t o w a n e g o p o k ł a d u i c h a r a k t e r u w a r s t w n a d k ł a d o w ych. O b u d o w a w y r o b i s k a ś c i a n o w e g o - z d a n i e m a u t o r a p r z e d m i o t o w e j t e orii - s t a n o w i e l e m e n t p o d ł o ż a , obok p o d s a d z k i i c a l i z n y w ę g l o w e j , p r z e j m u j ą c y n a c i s k o d k s z t a ł c a j ą c y c h się w a r s t w g ó r o t w o r u . O b u d o w a w y r o b i s k a ś c i a n o w e go j e d n a k p o w i n n a p r z e c i w s t a w i a ć s i ę j e d y n i e r u c h o m w a r s t w b e z p o ś r e d n i c h n a d p o k ł a d e m , n a t o m i a s t r u c h o m w a r s t w s t r o p u z a s a d n i c z e g o p o w i n n a p r z e c i w s t a w i a ć s i ę c a l i z n a w ę g l o w a o r a z p o d s a d z k a w z g l ę d n i e r u m o w i s k o z a w a ł o
T. D e u e l , B. L i s i e c k i , 3. Zych
we. R o z w i n i ę c i a t eorii r e a k c j i p o d ł o ż a w o p a r c i u o r e z u l t a t y w i e l o l e t n i c h b a d a ń p r o w a d z o n y c h w p o l s k i c h k o p a l n i a c h w ę g l a k a m i e n n e g o d o k o n a ł a g rupa u c z o n y c h p o d k i e r o w n i c t w e m A. B i l i ń s k i e g o . P o m i a r y r u c h ó w i c i ś n i e ń g ó r o t woru p r z e p r o w a d z o n e w p o l s k i c h k o p a l n i a c h w ę g l a k a m i e n n e g o p o z w o l i ł y A.
B i l i ń s k i e m u na w y k a z a n i e i s t n i e n i e p e w n y c h p r a w i d ł o w o ś c i , z w ł a s z c z a , gdy c h o d z i o r u c h y s t r o p u i a p ę g u w p o l a c h e k s p l o a t a c j i ś c i a n o w e j . U s t a l o n e z o s t a ł y e m p i r y c z n e z a l e ż n o ś c i a n a l i t y c z n e o p i s u j ę c e p r z e b i e g , c h a r a k t e r i n a t ę ż e n i e r u c h ó w g ó r o t w o r u w p o l a c h e k s p l o a t a c j i ś c i a n o w e j . W s z c z e g ó l n o ś ci p o d a n o r ó w n a n i a dla z a c i s k a n i a w y r o b i s k o r a z o s i a d a n i a s t r o p u i w y p i ę t r z a n i a spęgu. R ó w n a n i a te u s t a l a j ę z a l e ż n o ś ć p o m i ę d z y w y m i e n i o n y m i ru
c h a n i a p o d s t a w o w y m i p a r a m e t r a m i g ó r n l c z o - t e c h n i c z n y m i . J e d n ą z c i e k a w s z y c h p u b l i k a c j i na temat k s z t a ł t o w a n i a się p r z e j a w ó w c i ś n i e n i a g ó r o t w o r u p r z y e k s p l o a t a c j i p o k ł a d ó w g r u b y c h s y s t e m e m ś c i a n o w y m jest o g ł o s z o n a w 1 9 5 7 r. p r a c a 0. S t o b i ń s k i e g o .
O m ó w i o n e w a r t y k u l e p o g l ę d y t e o r e t y c z n e w y k a z u j ę m i ę d z y sobę duże s p r z e c z n o ś c i . C a ł a g ama z a g a d n i e ń , t ak i ch jak o k r e ś l e n i e r z e c z y w i s t e g o w p ł y w u p o s t ę p u w y r o b i s k ś c i a n o w y c h na p r z e j a w y c i ś n i e n i a g ó r o t w o r u , p r z e m i e s z c z a n i e s ię w p ł y w ó w e k s p l o a t a c j i w g ó r o t w o r z e , w p ł y w w y b i e r k i na pola s ę s i e d n i e itp. są J e s z c z e s ł a b o r o z e z n a n e i b a d a n i a ich t r w a j ę nadal. R o z wój k i e r u n k ó w m e c h a n i z a c j i w y d o b y c i a ze ś cian, w s k a z u j e na p i l n ę p o t r z e b ę u s t a l e n i a r z e c z y w i s t y c h z a l e ż n o ś c i j a k i m p o d l e g a k s z t a ł t o w a n i e s i ę p r z e j a w ó w c i ś n i e n i a g ó r o t w o r u p o w s t a j ą c y c h w w y n i k u e k s p l o a t a c j i węgla.
3. W A R S T W O W A E K S P L O A T A C J A G R U B Y C H P O K Ł A D Ó W W Ś W I E T L E M E C H A N I K I G Ó R O T W O R U
C z y n n i k o w i m a k s y m a l n e g o b e z p i e c z e ń s t w a p r a c y o d p o w i a d a t a ki e u s y t u o w a ni e p r z o d k ó w w w a r s t w a c h , a b y m a k s y m a l n y mome n t g n ę c y w y s t ę p u j ą c y w s t r o pi e o s i ą g a ł n a j m n i e j s z ą w a r t o ś ć . O d p o w i a d a temu n a j m n i e j s z e p r a w d o p o d o b i e ń s t w o z a ł a m a ń s t ropu, z a w a ł ó w , o d p r ę ż e ń b ą d ź tąpań. M a k s y m a l n y moment g n ą c y w y s t ę p u j e w p o b l i ż u g r a n i c y st ref r ó ż n i ą c y c h s i ę s k r a j n i e w a r t o ś c i a mi o por u p o d ł o ż a i to w st r e f i e , o d z n a c z a j ą c e j s i ę n a j w i ę k s z y m o p o r e m p o d łoża. B i o r ą c p o d u w a g ę p o d a t n o ś ć p o d s a d z k i s t w i e r d z a m y , że m a k s y m a l n y m o ment g n ą c y w y s t ę p u j e w s t r e f i e p o k ł a d u ( n i e n a r u s z o n e g o e k s p l o a t a c j ą ) w p o b l i ż u g r a n i c y ze s t r e f ą p o d s a d z k i , w w a r s t w i e p o k ł a d u w y b i e r a n e j w p i e r w szej k o l e j n o ś c i . O p i e r a j ą c si ę na c z y n n i k u b e z p i e c z e ń s t w a p r a c y . j a k o k r y
t e r i u m o c e n y o p t y m a l n e j w i e l k o ś c i w y p r z e d z e n i a , a u t o r p r a c y (2) w y p r o w a dził w z ó r o k r e ś l a j ą c y m a k s y m a l n y m o m e n t g n ą c y w s t r o p i e w p o s t a c i :
M max " - (1)
g d z i e p o z n a c z a c i ś n i e n i e d z i a ł a j ą c e na b e l k ę s t r o p o w ą a /i ,•£ to z m i e n n e b e z w y m i a r o w e w y r a ż a j ą c e :
W
f = ( 5 . 1
zaś op, (h , y o z n a c z a ję w s p ó ł c z y n n i k i
oc=
f
4EDc4EJ
V '
(2 )
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
p r z y c zym EJ - s z t y w n o ś ć b elk i s t r o p o w e j , c, k, - w s p ó ł c z y n n i k i oporu p o d ł o ż a , 1 - w i e l k o ś ć w y p r z e d z e n i a p r z o d k ó w w w a r s t w a c h . Z n a j o m o ś ć p r z e b i e g u f u n k c j i F(§, ? , $ ) p o z w o l i ł a a u t o r o w i (2) w y z n a c z y ć o p t y m a l n ą w i e l kość w y p r z e d z e n i a p o p r z e z o k r e ś l e n i e p o ł o ż e n i a m i n i m u m tej funkcji.
Rys. 1. S t r e f y o ró ż n y c h w s p ó ł c z y n n i k a c h o poru p o d ł o ż a
136 T. D e m e l , B. L i s i e c k i, O. Zych
Dla w i ę k s z o ś c i p r z y p a d k ó w m o ż n a p r z y j ę ć p r z e d z i a ł z m i e n n o ś c i o p t y m a l n e g o w y p r z e d z e n i a
opt 2 , 8 f 3,2
¡b + X1 ( 8 )
a dla w y p r z e d z e n i a najniekorzystniej s z e g o , k t ó r e m u o d p o w i a d a m a k s i m u m f u n k cji, m ożn a pr z y j ę ć p r z e d z i a ł z m i e n n o ś c i .
n ie k
0, 7 t 0.8
P> (9)
p r z y czym 1^ o z n a c z a o d l e g ł o ś ć od o c i o s u w ę g l o w e g o do t a m y p o d s a d z k o w e j w w a r s t w i e p o k ł a d u w y b i e r a n e j w p ie r w s z e j ko l ej n o ś c i . P r z y n i e o g r a n i c z o n y m w z r o ś c i e w i e l k o ś c i w y p r z e d z a n i a m o m e n t g n ę c y w s t r o p i e u s t a l a się, a p r z e d m i o t o w a fu n k c j a z dęża a s y m p t o t y c z n i e do pewnej stałej w i e l k o ś c i . P r z y p a d k o w i temu o d p o w i a d a n i e z a l e ż n a e k s p l o a t a c j a w a r s t w o w a . N a t o m i a s t p r z y z b l i ż e n i u p r z o d k ó w poniżej w i e l k o ś c i o p t y m a l n e j , m o m e n t g w a ł t o w n i e rośnie, w z w i ę z k u z c zy m w y z n a c z a s i ę g r a n i c z n e z b l i ż e n i e p r z o d k ó w w w a r s t w a c h , p r z y k t ó r y m nie o b s e r w u j e się j e s z c z e n i e k o r z y s t n y c h p r z e j a w ó w ci śnienia.
* 4
Rys. 2. W y k r e s f u nkcji F (|0 . 7 0 <^ ) dla | 0 = 0 , 8 8 i = 1,3
G r a n i c z n e m u z b l i ż e n i u p r z o d k ó w o d p o w i a d a na w y k r e s i e p u n k t p r z e c i ę c i a a- s y m p t o t y z k r z y w ę F ^ ’ 7 ' ^ ^
V “ ¥ +1i (10)
P o s u w a j ę c s ię ś l a d e m r o z w a ż a ń 3. S t o b i ń s k i e g o i b i o r ę c p o d u w a g ę wzór (l), z k t ó r e g o w y n i k a , iż w i e l k o ś ć m o m e n t u g n ę c e g o w s t r o p i e w z r a s t a ze w z r o s t e m c i ś n i e n i a d z i a ł a j ą c e g o na b e l k ę s t r o p o w ą p, p o c h ą d z ą c e g o od c i ę żaru n a d k ł a d u i o k r e ś l o n e g o wz o r e m :
P = T l • h,
p r z y czym:
^ - c i ę ż a r o b j ę t o ś c i o w y n a d k ł a d u t / m 3 , h - g ł ę b o k o ś ć z a l e g a n i a p o k ł a d u m,
m o ż n a s t w i e r d z i ć , że z a l e ż n o ś ć w i e l k o ś c i c i ś n i e n i a d z i a ł a j ą c e g o na b el k ę s t r o p o w ą p o k ł a d u od g ł ę b o k o ś c i j e g o z a l e g a n i a r z u t u j e b e z p o ś r e d n i o na w i e l k o ś ć m o m e n t u g n ą c e g o w s t r o p i e , a tym s a m y m r z u t u j e na w i e l k o ś ć wyprze
d z e n i a l ini i p r z o d k ó w p r z y r ó w n o l e g ł e j w s p ó ł z a l e ż n e j e k s p l o a t a c j i w i e l o w a r s t w o w e j g r u b e g o p okładu. W y n i k a z tego, że im na w i ę k s z e j g ł ę b o k o ś c i z a l e g a g r u b y po k ł a d , tym w i ę k s z ą w a r t o ś ć o s i ą g a m o m e n t g n ą c y w s t ro p ie , a tym s a m y m w i e l k o ś ć 1 p o w i n n a w z r a s t a ć . I o d w r o t n i e , im bliżej p o w i e r z c h ni z i e m i z a l e g a g r u p y po k ł a d , tym m n i e j s z ą w a r t o ś ć o s i ą g a m o m e n t g n ą c y w j e g o s t r o p i e a w a r t o ś ć 1 m o ż e o d p o w i e d n i o być m n i e j s z a . P o w y ż s z e r o z w a ż a n i a m a j ą o c z y w i ś c i e sens p r z y z a ł o ż e n i u , że p o k ł a d z a l e g a w p o d o b n y c h w a r u n k a c h g ó r n i c z o - g e o l o g i c z n y c h . O b e c n i e o b o w i ą z u j ą c e " W y t y c z n e b e z p i e c z n e g o p r o w a d z e n i a e k s p l o a t a c j i w t ą p i ą c y c h p o k ł a d a c h " o k r e ś l a j ą l g r jako w i e l k o ś ć s t a ł ą r ów ną 30 m.
W ś w i e t l e p o w y ż s z y c h w y w o d ó w , Jak r ó w n i e ż na p o d s t a w i e p o c z y n i o n y c h o b s e r w a c j i r u c h o w y c h w y d a j e się, że w i e l k o ś ć 1 ^ w k o n k r e t n y c h w a r u n k a c h g ó r n i c z o - g e o l o g i c z n y c h p o w i n n a s t o p n i o w o w z r a s t a ć w m i a r ę w z r o s t u g ł ę b o k oś ci z a l e g a n i a p o k ł a d u . S p o s t r z e ż e n i a te p o t w i e r d z a j ą o b s e r w a c j e r u c ho w e p o c z y n i o n e na p r z e s t r z e n i k i lk u lat w p o k ł a d a c h 501 i 5 1 0 kop. W ie c z o r e k .
4. W A R S T W O W A E K S P L O A T A C J A G U R B Y C H P O K Ł A D Ó W W Ś W I E T L E O B S E R W A C J I W K O P A L N I
P o k ł a d y 501 i 5 1 0 kop. W i e c z o r e k o g r u b o ś c i a c h ś r e d n i c h o d p o w i e d n i o 5 m i 1 0,5 m o r az u p a d z i e 6° - 8° z a l e g a j ą w ś r ó d p i a s k o w c ó w oraz s p r ę ż y s t y c h ł u p k ó w p i a s z c z y s t y c h . P o k ł a d y e k s p l o a t o w a n e są s y s t e m e m ś c i a n p o p r z e c z n ych na p o d s a d z k ę h y d r a u l i c z n ą , w a r s t w a m i r ó w n o l e g ł y m i do u ł a w i c e n i a z d o łu do góry. O b u d o w a ś cian d r e w n i a n a , w z g l ę d n i e m i e s z a n a s t a l o w o - d r e w n i a n a . K i l k u l e t n i e o b s e r w a c j e p r z e p r o w a d z o n e w c z a s i e e k s p l o a t a c j i w s k r z y d l e
138 T. D e m e l , B. L i s i e c k i , 3. Zych
z a c h o d n i m i w s c h o d n i m p o k ł a d u 501 na g ł ę b o k o ś c i od p o z i o m u 4 3 0 do p o z i om u 5 8 0 m kop. W i e c z o r e k w y k a z u j ę , iż 30 m w y p r z e d z e n i e l i nii p r z o d k ó w p o m i ę dzy w a r s t w ę w y b i e r a n ę w p i e r ws z e j k o l e j n o ś c i a n a s t ę p n ę nie z a w s z e jest w y s t a r c z a j ę c e dla z a b e z p i e c z e n i a p r z o d k ó w p r z e d w z a j e m n y m o d d z i a ł y w a n i e m na s i e b i e i p o w o d o w a n i e m z a w ał ó w, o d p r ę ż e ń c z y też tępań. K a ż d o r a z o w e z b l i ż e n i e się ś cian w 2 w a r s t w i e do ś c i an w 1 w a r s t w i e na o d l e g ł o ś ć m n i e j- szę od 40 m p o w o d u j e n a t y c h m i a s t o w y w z r o s t c i ś n i e n i a w p r z o d k a c h ś c i a n o w y c h w a r s t w y 1, c h a r a k t e r y z u j ę c e się n a j p i e r w w z m o ż o n y m m i a ż d ż e n i e m s t r o p nic a dalej ł a m a n i e m stojakó w . W p r z o d k a c h ś c i a n o w y c h p r o w a d z o n y c h w 1 w a r s t w i e (wyb ier anej w pie r w s z e j k o l e j n o ś c i ) , g d y o d l e g ł o ś ć l inii p r z o d ków p o m i ę d z y 1 i 2 w a r s t w ę b ył a m n i e j s z a od 4 0 m, 'przy o t w a r c i u p i ę t e g o p ola w y b i e r k i (sze r o k o ś ć ś c i a n y 5 m) o b s e r w u j e się n a t y c h m i a s t o w y wz rost ci ś n i e n i a , p o w o d u j ę c e g o w p i e r ws z e j k o l e j n o ś c i m i a ż d ż e n i e s t r o p n i c w 3 i 4 r z ę d z i e o b u d o w y o r a z ła m a n i e s t o j a k ó w w 5 i 6 r z ę d z i e o b u d o w y (liczęc ko l e j n e r zęd y o b u d o w y od s t r o n y o c i o s u w ę g l o w e g o ) . L i c z b a z ł a m a n y c h s t o j a k ó w w tym p r z y p a d k u w a h a ł a się w p o k ł a d z i e 501 od 1 0 - 2 5 % a w p o k ł a d z i e 5 10 od 15-25%. P o n a d t o o t w i e r a n i e 5 p ol a w y b i e r k i w tej s y t u a c j i p o w o d u j e p ę k a n i e s t r opu , t w o r z e n i e się s z c z e l i n i z n a c z n e z a c i s k a n i e ścian. O k r e ś lona k o n w e r g e n c j a ś cian w tym p r z y p a d k u (przy p o m o c y s t o j a k a S N P - 2 0 i po u w z g l ę d n i e n i u j e g o w c i s k a n i a w spęg o ra z z g n i e c e n i a w y k ł a d k i ) w y n o s i ł a ś r e d n i o o d 1 2- 15 cm tak w p o k ł a d z i e 501 jak i 510. N a t o m i a s t w p r z o d k a c h ś c i a n o w y c h p r o w a d z o n y c h w 1 w a r s t w i e , g d y o d l e g ł o ś ć l inii p r z o d k ó w p o m i ę dzy 1 1 2 w a r s t w ę w y n o s i ł a powyżej 40 m, w z r o s t c i ś n i e n i a p o w o d u j ę c e g o w z m o ż o n e m i a ż d ż e n i e s t r o p n i c i ł a m a n i e s t o j a k ó w n a s t ę p o w a ł d o p i e r o przy o t w a r c i u 7 i 8 pola wybi e r k i , tj. na s z e r o k o ś ć 7 - 8 m ścia n y . Dla p o r ó w n a nia, o t w i e r a n i e 5 pola w y b i e r k i w tym p r z y p a d k u , p o w o d o w a ł o znacznie m n i e j sze ła m a n i e s t o j a k ó w w 5 i 6 r z ę d z i e o b u d o w y a m i a n o w i c i e 8 - 1 2 % w p o k ł a d zie 501 i 8 - 1 5 % w p o k ł a d z i e 510, zaś w i e l k o ś ć k o n w e r g e n c j i ś ci a n w obu p o k ł a d a c h o k r e ś l o n o ś r e d n i o na 8 cm. R ó ż n i c e p r o c e n t o w e i l o ś c i z ł a m a n y c h s t o j a k ó w jak r ó w n i e ż r ó ż n e w i e l k o ś c i k o n w e r g e n c j i ś c i a n w obu o m ó w i o n y c h powyżej p r z y p a d k a c h w y k a z u j ę , że l gr w p o k ł a d a c h 501 i 5 1 0 na p o z i o m i e 5 2 0 - 5 8 0 m p r z y ich w s p ó ł z a l e ż n e j o b u d o w i e w i e l o w a r s t w o w e j w k o n k r e t n y c h w a r u n k a c h g ó r n i c z o - g e o l o g i c z n y c h kop. W i e c z o r e k w y n o s i p o n a d 40 m. C h a r a k t e r y s t y c z n y m p r z y k ł a d e m - z d a n i e m a u t o r a - p o t w i e r d z a j ę c y m p o w y ż s z e t w i e r dz e n i e jest z a i s t n i e n i e t ę p n i ę c i a w w a r s t w i e 1 p o k ł a d u 5 1 0 kop. W i e c z o r e k w dniu 5 . V I I I . 1 970 r. T ę p n i ę c i e o b j ę ł o sobę 26 m o d c i n e k c h o d n i k a p o d ś c i a - no w e g o ( u t w o r z o n e g o z z a t r z y m a n e j ś c i a n y 1 p o p r z e c z n e j w 1 w a r s t w i e ) ś c i a ny z a m y k a j ę c e j p o m i ę d z y tę ś c i an ę a d o w i e r z c h n i ę 3, tj. o d c i n e k nie n a r u szo ny e k s p l o a t a c j ę ś c i a n y z a m y k a j ę c e j . W samej ś c i a n i e z a m y k a j ę c e j nie z a o b s e r w o w a n o ża d n y c h u s z k o d z e ń o b u d o w y czy też w z m o ż o n e g o ciśni e n i a. O u ż w dniu 3 1.V I I . 1 9 7 0 r. z a n o t o w a n o c z t e r o k r o t n e o d p r ę ż e n i e s t ropu w c h o d n i ku p o d ś c i a n o w y m , w w y n i k u k t ó r y c h z o s t a ł a c z ę ś c i o w o u s z k o d z o n a obudowa, ś c i a n a z a m y k a j ę c a z o s t a ł a z a t r z y m a n a i p r z y s t ę p i o n o do p r z e b u d o w y o d c in k a cho d n i k a p o d ś c i a n o w e g o z u s z k o d z o n ę obud o w ę . W dniu 5 . V I I I . 1 9 7 0 r. nastę-
Mie/sce tąpnięcia
hn/a zatrzymania ściany 1 n I trarsinie
Rye. 3. M a p a p a r t i i p o k ł a d u 510, w r e j o n i e której n a s t ę p i ł o o m a w i a n e t up n i ę c i e
140 T. D e m e l , B. L i s i e c k i , 0. Zych
p i ł o j e d n a k ż e o m a w i a n e t ę pn i ęc i e . ś c i a n a 1 p o p r z e c z n a w 2 warstr t, po z a t r z y m a n i u ś c i a n y 1 p o p r z e c z n e j w 1 w a r s t w i e i u t w o r z e n i u z niej c h o d n i ka p o d ś c i a n o w e g o ś c i a n y z a m y k a j ę c e j , s y s t e m a t y c z n i e się d o tego c h o d n i ka z b l i ż a ł a i w dniu t ę p n i ę c i a z n a j d o w a ł a s i ę w o d l e g ł o ś c i 39 m od niego.
P r a w d o p o d o b n i e g ł ó w n ę p r z y c z y n ę o m a w i a n e g o t ę p n i ę c i a b y ł o zbyt duże z b l i ż e n i e się ś c i a n y 1 p o p r z e c z n e j w 2 w a r s t w i e do z a t r z y m a n e j ś c i a n y 1 p o prz e c z n e j w 1 wars t w i e . W k o n s e k w e n c j i z a i s t n i a ł e g o t ę p n i ę c i a z a t r z y m a n o p o s t ę p ś c i a n y 1 p o p r z e c z n e j w w a r s t w i e 2, po czym do c h w i l i z a k o ń c z e n i a w y b i e g u ś c i a n y z a m y k a j ę c e j ( d o w i e r z c h n i a 3) nie z a n o t o w a n o w tej p a r t i i p o k ł a d u 5 1 0 w i ę k s z y c h o d r p ę ż e ń c z y też tępnięć. O d l e g ł o ś ć 39 m w y p r z e d z e nia linii p r z o d k ó w p r z y r ó w n o l e g ł e j w s p ó ł z a l e ż n e j o d b u d o w i e w i e l o w a r s t w o wej p o k ł a d u 5 1 0 z a l e g a j ę c e g o na g ł ę b o k o ś c i 5 5 0 m w w a r u n k a c h g ó r n i c z o - g e o l o g i c z n y c h kop. W i e c z o r e k o k a z a ł a się w i ę c n i e w y s t a r c z a j ę c a dla z a b e z p i e c zenia p r z o d k ó w ś c i a n o w y c h p r z e d n i e b e z p i e c z e ń s t w e m o d p r ę ż e ń , c z y nawet jak w tym p r z y p a d k u tępań. D o w o d z i to, że w i e l k o ś ń 1 w tym p r z y p a d k u r ó w n i e ż m u s i w y n o s i ć p o n a d 4 0 m.
5. W N I O S E K K O Ń C O W Y
2 a r t y k u ł u n i n i e j s z e g o , w ś w i e t l e p r z e d s t a w i o n y c h r o z w a ż a ń t e o r e t y c z nych, jak r ó w n i e ż na p o d s t a w i e d a n y c h u z y s k a n y c h z o b s e r w a c j i e k s p l o a t a c j i g r u b y c h p o k ł a d ó w w y p ł y w a w n i o s e k p r a k t y c z n y , że w i e l k o ś ć 1 Jest w i e l k o ś - cię z a l e ż n ę p r z e d e w s z y s t k i m od g ł ę b o k o ś c i z a l e g a n i a p o k ł a d u o r a z od t a kich c z y n n i k ó w jak:
- g r u b o ś ć p o k ł a d u ,
- w y t r z y m a ł o ś ć w ę g l a , s kal s t r o p o w y c h i s p ę g o w y c h , - k roku p o d s a d z k i , jej s z c z e l n o ś c i i Jakoś c i.
O d l e g ł o ś ć l _ r . o k r e ś l o n a w " W y t y c z n y c h b e z p i e c z n e g o p r o w a d z e n i a e k s p l o a t acj i w p o k ł a d a c h t ę p i ę c y c h " , w y n o s z ę c a 3 0 m w y d a j e się być p r a w i d ł o w a t y l k o do pewnej g ł ę b o k o ś c i z a l e g a n i a p o k ł a d u. N a t o m i a s t w p r z y p a d k u p r z e c h o d z e n i a k o p a l ń na c oraz n i ż s z e p o z i o m y e k s p l o a t a c y j n e w i e l k o ś ć l ^ r p o w i n n a być o d p o w i e d n i o w i ę k s z a i o k r e ś l o n a na p o d s t a w i e o b s e r w a c j i i d o ś
w i a d c z e ń kopalni.
L I T E R A T U R A
[l] B o r e c k i M. , C h u d e k M. ; M e c h a n i k a g ó r o tw o ru . G l i w i c e , 1968. S k r y p t P o l i t e c h n i k i ś lę skiej .
¡2] S t o b i ń s k i 3.: W a r s t w o w a e k s p l o a t a c j a g r u b y c h p o k ł a d ó w w ś w i e t l e m e c h a niki gór otw oru. A r c h i w u m G ó r n i c t w a . To m II zeszyt 1, 2, W a r s z a w a 1957.
[3] B i l i ń s k i A.: P r z e j a w y c i ś n i e n i a g ó r o t w o r u w p o l a c h e k s p l o a t a c j i ś c i a nowej w p o k ł a d a c h w ę g l a . Z e s z y t y N a u k o w e Pol. śl. G ó r n i c t w o z. 31.
P r z y c z y n e k do w ł a ś c i w e j w i e l k o ś c i w y p r z e d z a n i a 141
/¡.OnOJlHHTEilBHŁLS .¡¡.AHHSE K COOTBETCTByjaĘEii BEJIHHHHE OIIEPEHEHHH JIHHHH 3 A B O E B n ?H IlAPAJIJIEJIbHOii MHOrOCJIOiiHOii SKCrUIOATAlfflH M01HHHX ¡ M A C T O B B 3 A B H C H M 0 C T H OT TJiyBHHH H X 3AJIErAHHfl
P e 3 » m e
B c T a T b e n p e ,n n p H H a T a n o n u T K a p e m e t m H B o n p o c a b j i h b h m rjiyóuau 3 a j i e r a H n a M o ą a u x n a a c T O B a a c o o i B e T C T B y i o i n y » B e jim t H H y o n e p e s c e H H a ji h h h h 3 a 6 o e B n p a h x n a p a a a e a b a o f t B 3 a H M 0 3 a B H C H M 0 ił M H o r o c jio ft H O ii 3 K c n a o a T a i ; n H a a o c H O B e l e o p e T U H e c - k h x p a c c y a m e m i f l , K a a h a a o c h o b s n p o B e fle H H ic x H aO aio.neH H ft b o B p e M a s K c n j i o a T a - ł(h h iu ia o T O B 501 a 5 0 2 m a x T H Beiopeic.
A C O N T R I B U T I O N C O N C E R N I N G T H E P R O P E R M A G N I T U D E OF T H E O U T P A C I N G LINE IN R O A D H E A D S IN T H E C ASE OF P A R A L L E L M U L T I S T R A T A E X P L O I T A T I O N OF T H I C K L E DGES, D E P E N G I N G ON T H E I R D E P T H
S u m m a r y
T h i s p a p e r d e als w i t h the p r o b l e m of the e f f e c t of the d e p t h of d e p o s i t i o n of t hi ck l e d g e s u p o n the p r o p e r m a g n i t u d e of the o u t p a c i n g line, w h i l e a p p l y i n g the m e t h o d of the p a r a l l e l c o r r e l a t e d e x p l o i t a t i o n of se v e r a l s t r a t a of the r o a d h e a d s s i m u l t a n e o u s l y . T h e s e c o n s i d e r a t i o n s are b a s e d on t h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n s as w e l l as on o b s e r v a t i o n s g a t h e r e d in the c o u r s e of the e x p l o i t a t i o n of l e d g e 501 a n d l e d g e 5 1 0 in the " W i e c z o rek" mine.
t
