Odporność obudów szybowych na wpływy eksploatacji górniczej

Seria: G Ó R N I C T W O z. 245 Nr kol. 885

A n drze j J E L E Ń S K I

G ł ó w n y Instytut G ó r n i c t w a - K a t o w i c e

O D P O R N O Ś Ć O B U D Ó W S Z Y B O W Y C H NA W P Ł Y W Y E K S P L O A T A C D I G Ó R N I C Z E O

S t r e s z c z e n i e . Na p o d s t a w i e b a d ań t er e n o w y c h oraz m o d e l o w y ch p r z e p r o w a d z o n y c h w G ł ó w n y m I n s t y t u c i e G ó r n i c t w a d o k o n a n o o ce n y o d­

p o r n o ś c i o b u d o w y murowej i betonowej s zybu na w p ł y w y e k s p l o a t a c j i g ó r n i c z e j , po d a j ą c dla tego r o d z a j u o b u d ó w d o p u s z c z a l n e o d k s z t a ł c e ­ nia pionowe. Dla o b u d ó w m u r o w y c h w a r t o ś c i tych o d k s z t a ł c e ń o k r e ś ­ lono na p o d s t a w i e c y k l i c z n y c h p o m i a r ó w g e o d e z y j n y c h p i o n o w y c h o d ­ ks z t a ł c e ń o b u d o w y o raz w i z u a l n y c h o b s e r w a c j i w i e l k o ś c i i r o d zaju jej usz k o d z e ń , s p o w o d o w a n y c h w p ł y w a m i ek s p l o a t a c j i . U w z g l ę d n i a j ą c w a r u n e k ciągłej f u n k c j o n a l n o ś c i s z y b u p o d c z a s p r o w a d z e n i a e k s p l o a ­ tacji górnic zej w fi l a r z e o c h r o n n y m s z y b u z a p r o p o n o w a n o n a st ę p n i e c z t e r y k a t e g o r i e o c h r o n y s z y b ó w w z a l e ż n o ś c i od w a r u n k ó w h y d r o g e o ­ l o g i c z n y c h i w y n i k a j ą c y c h z nich z a g r o ż e ń dla s zybu oraz funkcji pełnionej p r z e z szyb.

Dla o b u d ó w w y k o n a n y c h z b e t on u o k r e ś l o n o w a r t o ś c i g r a n i c z n y c h o d k s z t a ł c e ń b etonu w fazie p l as t y c z n e j oraz p o dano w y n i k i badań m o ­ de l o w y c h o d d z i a ł y w a n i a w p ł y w ó w e k s p l o a t a c j i na o b u d o w ę betonową.

B a dan ia te o d n o s i ł y s ie do s z ybu o ś r e d n i c y 6 . 0 m, k t ó r e g o obudowa w y k o n a n a była z betonu m a r k i R w 300 i Rw 400. R e z u l t a t e m p r z e p r o w a ­ d z o n y c h b a dań było o k r e ś l e n i e s k u t k ó w - r o d z a j u i z a k r e s u u sz k o d z e ń o b u d o w y - w y w o ł a n y c h p r z e z o d k s z t a ł c e n i a p i o n o w e o danej wartości.

1. W S T Ę P x

Z a g a d n i e n i e m m a j ą c y m i stotn e z n a c z e n i e p r zy p r o j e k t o w a n i u i p r o w a d z e ­ niu e k s p l o a t a c j i górniczej f i l a r ó w o c h r o n n y c h szybów, s z c z e g ó l n i e w w a ­ r u nkac h o k r e ś l o n y c h z a g r o ż e ń g e o l o g i c z n o - g ó r n i c z y c h , jest w ł a ś c i w a ocena

•'doorności o b u d o w y s zybu na w p ł y w y e k sp l o a t a c j i . V/iąże się z tym o k r e ś l e ­ nie d o p u s z c z a l n y c h w a r t o ś c i o d k s z t a ł c e ń obudo w y , j a k i e m o ż e ona przejąć po d c z a s p r o w a d z e n i a e k s p l o a t a c j i w filar z e, p r z y r ó w n o c z e s n y m u t rz y m a n i u f u n k c j o n a l n o ś c i szybu.

W d o t y c h c z a s o w e j p r a k t y c e e k s p l o a t a c j a na ogół p r o w a d z o n a była w fi­

larach dla s z y b ó w p o m o c n i c z y c h , w y k o n a n y c h w o b u d o w i e murowej i z l o k a l i ­ zow a n y c h w k o r z y s t n y c h w a r u n k a c h h y d r o g e o l o g i c z n y c h . P o w s t a ł e w wyni k u d e f o r m a c y j n y c h o d d z i a ł y w a ń e k s p l o a t a c j i na o b u d o w ę s zybu jej u s z k o d z e n i a nie s tanowię w tych w a r u n k a c h p o w a ż n i e j s z e g o z a g r o ż e n i a s t a t e c z n o ś c i o b u ­ dowy, a tym s amym dla d o t y c h c z a s o w e j f u n k c j o n a l n o ś c i szybu.

O b e c n i e , w z w i ą z k u z c oraz p o w s z e c h n i e j s z ą e k s p l o a t a c j ą f i l a r ów s z y n o ­ wych, z a g a d n i e n i e m w y m a g a j ą c y m s p e c j a l n y c h rozwiązał! jest o k r e ś l e n i e o d ­ p o r n o ś c i m o n o l i t y c z n y c h b e t o n o w y c h o b u d ó w s z y b o w y c h oraz m e t o d ich p r z y ­

390 A. J e l e ń s k i

stoso w a n i a do p rze j ę c i a w p ł y w ó w e ks p lo atacji. T e g o r o d z a j u o b ud o w a jest a k t u a l n i e p o w s z e c h n i e s t o s o wa n a w po l s k i m b u d o w n i c t w i e s zybowym, gdyż u dział o b u d o w y betonowej w s t o su n ku do innych r o d z a j ó w o b u d o w y w y n o s i D onad 90%. D o t y c h c z a s brak jest jednak d o s t a t e c z n e g o r o z e z n a n i a z a ró w no co do od po r n o ś c i o b u d ó w b e to nowych, jak i m e t o d ich p r z y s t o s o w a n i a na d e ­ formacje g órotworu. Z tego też w z g l ę d u Iz a g a d n i e ń l e to wyma g a d a l s z y c h badań, s z c z e g ó l n i e w w a r u n k a c h in situ.

2. O D P O R N O Ś Ć 0 lUDOWY M U R O W E J S Z Y 8U NA W P Ł Y W Y E K S P L O A T A C J I G Ó R N I C Z E J

2.1. D e f o r m a c j e i uszko d z e n i a o b u d ó w murowych

O c e n y o d p o r n o ś c i m urowyc h o b u d ó w s z y b o w y c h na w p ł y w y e k s p l o a t a c j i g ó r ­ niczej d o konan o na p odstawi e w y n i k ó w c y k l i c z n y c h p o m i a r ó w g e o d e z y j n y c h p io n o w y c h o d k s z t a ł c e ń w z g l ę d n y c h o b u d o w y oraz w i z u a l n y c h o b s e r w a c j i w i e l ­ kości i ch ar a k t e r u jej uszkodzeń. 'Wynika bowi e m z o b s e r w a c j i c h a r a k t e r u u sz k o d z e ń ob udów szyb o w y c h w y w o ł a n y c h e k sp l o a t a c j ę g órnicza. Ze d e c y d u ­ jący w p ł y w na stan ob u d o w y p o d c za s e k s p l o a t a c j i w filarze s z y b o w y m maję o d k s z t a ł c e n i a p i o n o w e ścis k a j ą c e lub r o z c i ą g a j ą c e [2 ],[3 ].[*], [b]. [&], [s]. A n a l i z o w a n e za r ó w n o o d k s z t a ł c e n i a o b u d o w y jak i jej u s z k o d z e n i a o d ­ noszę się do j e d e n a s t u w y t y p o w a n y c h szybów, k t ó r y c h filary o c h r o n n e były p r z e d m i o t e m intensywnej e k s p l o a t a c j i górniczej. Stan t e c h n i c z n y o b u do w y szybów p rz ed p o d j ę c i e m e k s p l o a t a c j i w p o s z c z e g ó l n y c h f i l a r a c h uznać m o ż ­ na było za dobry.

Dla ok re ś l e n i a w s p ó ł z a l e ż n o ś c i p o m i ę d z y w i e l k o ś c i ą i c h a r a k t e r e m u s z ­ kodzeń obudowy, z a i s t n i a ł y c h p o d c z a s p r o w a d z e n i a e k s p l o a t a c j i w filarze o ch r o n n y m szybu, a o d k s z t a ł c e n i a m i o b u d o w y p o m i e r z o n y m i w c z a si e w y st ę - pienia uszko dzeń, w a n a l i z o w a n y c h szybach w y d z i e l o n o dwie s t r e f y u s z k o ­ dzeń ob u d o w y - dolnę o d ł ug o ś c i o k o ł o 8 0 m oraz - wyżej leżęcę o długo ś c i około 120 m. W p r z y p a d k u w y b i e r a n i a p o k ł a d u p r z e c i n a j ą c e g o szyb długo ś ć dolnej s t r e f y liczono od s t r op u d anego p o k ł a d u w m i e j s c u J e g o pr z e c i ę c i a się z szybem, natomiast pr z y e k s p l o a t a c j i p o d b i e r a j ą c e j - od dna szybu.

W w y m i e n i o n y c h str e f a c h o suma r y cz n ej d ł u g o ś c i o k o ł o 2 0 0 m z a o b s e r w o w a n o najw i ę k s z e u s z k o d z e n i a o b u d o w y p o d c z a s p r o w a d z e n i a e k s p l o a t a c j i w filarze.

U s z k o d z e n i a te z a k w a l i f i k o w a n o do, j e d n e g o z trzech stopni:

I s t o pień - r ysy i s z c z e l i n y o r o z w a r c i u do 5 mm, d r o b n e z ł u s z cz e - nia ,

II s t opi eń - r ysy i s z c z e l i n y o r o z w a r c i u do 15 mm, z ł u s z c z e n i a obu- dowy o p o w i e r z c h n i do 5 m ,2

III s t opie ń - sp ę k a n i a o r oz w a r c i u do 4 0 mm, z ł u s z c z e n i a o p o w i e r z c h n i do 10 m 2 .

U w z g l ę d n i a j ą c cha r a k t e r i z a k r e s u sz k o d z e ń o b u d o w y (stopnie u s z k o d z e ń ) , w tabl. 1 p od ano p o m i e r z o n e w o k r e s i e ich p o w s t a n i a m a k s y m a l n e w a r t o ś c i śc isk a j ą c y c h 1 r o z c i ę g a j ę c y c h o d k s z t a ł c e ń p i o n o w y c h obudowy.

Uszkodzeniaobudowyi odpowiadająceimpionoweodkształcenia

392 A. D e l e ń s k i

2 p r z e d s t a w i o n y c h dany c h (tabl.l) wyni ka , że w w i ę k s z o ś c i a n a l i z o w a ­ nych p r z y p a d k ó w w o b u d o w i e w y s t ę p i ł y u s z k o d z e n i a II stopnia, n atomiast e k s p l o a t a c j a p r o w a d z o n a w filarach s zybu P o ł u d n i o w e g o k o p a l n i "Wawel"

oraz W y z w o l e n i e I i II k o p a l n i " O a r b a r a - C h o r z ó w " , ze w z g l ę d u na r ó w n o ­ m i erne o b n i ż e n i e g ó r o t w o r u w r e jo n i e szybów, nie s p o w o d o w a ł a w i d o c z n y c h u s z k o d z e ń obudowy. P o m i e r z o n e o d k s z t a ł c e n i a p i o n o w e w tych s z y b a c h w a h a ­ ły się w g r a nicach -0,1 + -0,5 m m / m l P r z e p i s u j ę c k a ż d e m u z trzech stopni u s z k o d z e ń o b u d o w y p o m i e r z o n e w a r t o ś c i o dk s z t a ł c e ń , p o d a n o o d k s z t a ł c e n i a o b u d o w y w ł a ś c i w e p o s z c z e g ó l n y m s t o p n i e m jej u s z k o d z e ń (tabl. 2).

T a b l i c a 2 O d k s z t a ł c e n i a p i o n o w e i o d p o w i a d a j ą c e im s t o p n i e

u s z k o d z e ń obudowy-

S t o p i e ń u s z k o d z e n i a

o b u d o w y O d k s z t a ł c e n i a p i o n o w e £ z mm/m

I + 1 , 0 r +1.8

- 2 , 7

II + 1 .9 f +4.2

- 2 . 8

III + 6 , 0 f +7.3

O d k s z t a ł c e n i a te nie s p o w o d o w a ł y takich u s z k o d z e ń o b u d o w y , k tó r e by o g r a n i c z y ł y w s p o s ó b t r wał y łub c z a s o w y f u n k c j o n a l n o ś ć p o s z c z e g ó l n y c h szybów. W tych szybach, g d z i e nie p r o w a d z o n o r e j e s t r a c j i u s z k o d z e ń o bu ­ dowy ( p r zypad ki spoza a n a l i z y %, o d k s z t a ł c e n i a p i o n o w e ^ o b u d o w y o wa r t o ś c i +4,0 r Z ^ . O m m / m r ó w n i e ż nie s p o w o d o w a ł y o g r a n i c z e n i a ich f u n k c j o n a l n o ­ ści.

2.2. D o p u s z c z a l n e o d k s z t a ł c e n i a p i o n o w e o b u d o w y murowej

Na p o d s t a w i e dokonanej o c e ny d e f o r m a c y j n y c h w p ł y w ó w e k s p l o a t a c j i g ór ­ niczej na o b u d o w ę murowę s z y b ó w i d o t y c h c z a s o w y c h d o ś w i a d c z e ń z e k s p l o a ­ tacji f ila rów s z y b o w y c h oraz u w z g l ę d n i a j ą c :

- w a r u n k i h y d r o g e o l o g i c z n e w r e j o n i e d a n e g o s z y b u i w y n i k a j ą c e z nich z a ­ g r o ż e n i a dla szybu,

- p o d z i a ł s z y b ó w na g łówne i p o m o c n i c z e oraz

- w a r u n e k cięgłej f u n k c j o n a l n o ś c i s zvbu p o d c z a s p r o w a d z e n i a e k s p l o a t a c j i górniczej w f ilarze o c h r o n n y m szybu

z a p r o p o n o w a n o c z t e r y k a t e g o r i e o c h r o n y szybów. Sę nimi t..

- K a t e g o r i a I o b e j m u j e s z y b y g ł ó w n e i p o m o c n i c z e z l o k a l i z o w a n e w n i e k o ­ r z y s t n y c h w a r u n k a c h h y d r o g e o l o g i c z n y c h .

W s z y b a c h tych nie dop u s z c z a się u s z k o d z e ń o b u d o w y w s t r e f i e w y s t ę p o - ' w ania z a g r o ż e n i a w o d n e g o lub k u r za w k o we g o.

Za d o p u s z c z a l n e o d k s z t a ł c e n i a ś c i s k a j ą c e dla o b u d o w y w z a grożonej s t r e f i e p r z y j ę t o w a r t o ś ć ■ - 1 , 0 mm/m, n a t o m i a s t nie d o p u s z c z a się o d k s z t a ł c e ń r o z c i ą g a j ą c y c h w tej s t r e f i e.

- K a t e g o r i a II o b e j m u j e te o d ci n ki s z y b ó w g ł ó w n y c h i p o m o c n i c z y c h , które z l o k a l i z o w a n e są:

- b e z p o ś r e d n i o pod - str-e£ą__zagrożenia w o d n e g o lub k u r z a w k o w e g o ,

- w tru d n y c h w a r u n k a c h g e o l o g i c z n y c h (uskoki, w a r s t w y p o ś l i z g o w e , inne z a b u r z e n i a te kton i c z n e ) .

D ł u g o ś ć z a g r o ż o n y c h o d c i n k ó w w d anym s z y b i e w i n n a być k a ż d o r a z o w o u s t a ­ lona na p o d s t a w i e a n a l i z y w a r u n k ó w g e o l o g i c z n y c h i h y d r o g e o l o g i c z n y c h w y s t ę p u j ą c y c h w re j o n i e szybu.

Za d o p u s z c z a l n e o d k s z t a ł c e n i a o b u d o w y w sz y b a c h z a k w a l i f i k o w a n y c h do II k a t e g o r i i o c h r o n y p r z y j ę t o w a r t o ś c i £-z = - 3 , 0 mm/m. U s z k o d z e n i a o b u d o w y s p o w o d o w a n e tej w i e l k o ś c i o d k s z t a ł c e n i a m i n i e p o w i n n y stanowić z a g r o ż e n i a dla s zybu ze 3 tr o ny t r u d n y c h w a r u n k ó w g e o l o g i c z n y c h lub h y ­ d r o g e o l o g i c z n y c h .

- K a t e g o r i a III o b e j m u j e s z y b y g ł ó w n e i p o m o c n i c z e z l o k a l i z o w a n e w k o ­ rz y s t n y c h w a r u n k a c h geologic zn y ch i h y d r o g e o l o g i c z n y c h (nie w y s t ę p u j ą z a g r o ż e n i a w o d n e lub k u r z a w k o w e o r az z a b u r z e n i a t e k t o n i c z n e ) . Za d o ­ p u s z c z a l n e o d k s z t a ł c e n i a o b u d o w y w tych w a r u n k a c h p r z y j ę t o w a r t o ś c i

£ z = - 7 , 0 mm/m. O d k s z t a ł c e n i a tej w i e l k o ś c i m o g ą s p o w o d o w a ć u s z k o d z e n i a o b u d o w y w y m a g a j ą c e Jej r emon t u , nie o g r a n i c z a j ą c e J e d n a k f u n k c j o n a l n o ­ ści szybu.

- K a t e g o r i a IV o b e j m u j e s z y b y p o m o c n i c z e z l o k a l i z o w a n e w k o r z y s t n y c h w a ­ r u n k a c h g e o l o g i c z n y c h i h y d r o g e o l o g i c z n y c h . Za d o p u s z c z a l n e o d k s z t a ł ­ c en ia o b u d o w y s z y b ó w z a k w a l i f i k o w a n y c h do IV k a t e g o r i i o c h r o n y p r z y j ę ­ to w a r t o ś c i £ = - 1 0 , 0 mm/m, k t ó r e j e dn a k ze w z g l ę d u na z a k r e s i c h a ­ r a k t e r u s z k o d z e ń m o g ą s p o w o d o w a ć o k r e s o w e o g r a n i c z e n i e f u n k c j o n a l n o ś c i szybu.

P o d a n e k a t e g o r i e o c h r o n y od n o s z ą się do tych s z y bów, w k t ó r y c h stan t e c h n i c z n y o b u d o w y p r z e d p o d j ę c i e m e k s p l o a t a c j i w f i l a r z e s z y b u u znać m o ż n a za d o b r y o r a z o b u d o w a Jest p r o f i l a k t y c z n i e u p o d a t n i o n a na defor m a- c y j n e w p ł y w y e k s p l o a t a c j i .

3. O D K S Z T A Ł C E N I A P L A S T Y C Z N E B E T O N U

Beton, jak k a ż d e c i a ł o stałe, po p o d d a n i u go o b c i ą ż e n i u u l e g a o r k s z t a ł - c e n i o m o c h a r a k t e r z e c z ę ś c i o w o s p r ę ż y s t y m , c z ę ś c i o w o zaś p l a s t y c z n i m . P o n a d t o b e t o n nie o b c i ą ż o n y u l e g a r ó w n i e ż o d k s z t a ł c e n i o m s p o w o d o w a r y m z m i a n a m i t e m p e r a t u r y o raz s k u r c z e m lub p ę c z n i e n i e m betonu. C a ł k o w i t e o d ­ k s z t a ł c e n i e b et onu ¿c Jest z a t e m sumą o d k s z t a ł c e ń s p r ę ż y s t y c h p l a ­ s t y c z n y c h £ ^ i s k u r c z o w y c h £ £ > tj.:

39 4 A. J e l e ń s k i

W b e t o n i e o d k s z t a ł c e n i a b l i s k i e s p r ę ż y s t o ś c i w y s t ę p u j ę na s t o s un k o wo k r ó t k i m od c i n k u krzywej c h a r a k t e r y z u j ą c e j z a l e ż n o ś ć o d k s z t a ł c e ń od na­

p ręż eń (rys. l). W m i a r ę w z r o s t u n a p r ę ż e ń r osnę o d k s z t a ł c e n i a p l a s t y c z ­ ne betonu, p rzy czym p r z y w i ę k s z y c h o d k s z t a ł c e n i a c h zacho d z ę s t o s un k i w y ­ r aźn ie niel iniow e. S t o p i e ń n i e l i n i o w o ś c i Jest r ó ż n y i z a l e ż y od u d z ia ł u i s t r u k t u r y p o s z c z e g ó l n y c h s k ł a d n i k ó w bptonu , t e c h n o l o g i i jego w y k o n a ­ nia, a gł ó w n i e od z e s t a w i e n i a i l o ś c i o w e g o k r u s z y w a i s p o i w a cementowego.

Z a g a d n i e n i e w s p ó ł z a l e ż n o ś c i o d k s z t a ł c e ń od n a p r ę ż e ń (czyli funkcja 6 = f(£)) dla b etonu jest s ko m pl i k o w a n e . Na p r z e b i e g tej funk c j i w p ł y w a ­ ją l iczne p a r a m e t r y c zęsto n i e u c h w y t n e , z a l e ż n e w głównej m i e r z e od w y ­ trz ym a ł o ś c i betonu, m odułu o d k s z t a ł c a l n o ś c i betonu, t e c h n o l o g i i jego w y ­ t war zania oraz c z y n n i k ó w re o l og i c z n y c h . Z tych też w z g l ę d ó w z a l e ż n o ś ć ta Jest r o z m a i c i e i ń t e r p r e t o w a n a p rz e z r ó ż n y c h autorów.

N a j c z ę ś c i e j z a l e ż n o ś ć o d k s z t a ł c e ń b et o nu od n a p r ę ż e ń u z a l e ż n i o n a jest o d ^ w y t r z y m a ł o ś c i betonu na ś c i s k a n i e R c oraz m o d u ł u o d k s z t a ł c a l n o ś c i E.

W y t r z y m a ł o ś ć R c betonu z w y k ł o p r z y j m o w a ć się jako g ł ó w n e k r y t e r i u m w ł a s n o ś c i m e c h a n i c z n y c h b eto n u i p o d s t a w o w ą m i a r ę Jego w y t r z y m a ł o ś c i . M i e r z y m y ją p rze z z g n i e c e n i e p r ó be k w u m o w n y o k r e ś l o n y p r z e p i s a m i s p o ­ sób. P o z o s t a ł e c e c h y w y t r z y m a ł o ś c i o w e beton u (R r . R gi R t ) o c enia się w za l e ż n o ś c i od w y t r z y m a ł o ś c i na ścisk a ni e . D o ś w i a d c z e n i a w y k a z a ł y jednak.

Ze b e t o n y o tej samej w a r t o ś c i R c mogą mieć r óżne w y t r z y m a ł o ś c i R r , R t itp. T a k i stan r z utuje na f un k c j e 6 = f(£).

G

€pt____ 6

€pj

Rys. 1. K r zywa z a l e ż n o ś c i o d k s z t a ł c e ń od n a p r ę ż e ń w beto n ie Fig. 1. C ur ve of d e f o r m a t i o n d e p e n d e n c e s on s t r e s s e s in c o n c r e t e

Beton tylko w n i e w i e l k i m z a k r e s i e n a p r ę ż e ń w y k a z u j e c e c h y ciała linio- w o - s p r ę ż y s t e g o . P rzy n a p r ę ż e n i a c h p r z e k r a c z a j ę c y c h o k o ł o 20% j e g o w y t r z y ­ m a ł o ś c i o d k s z t a ł c e n i a betonu p r z e c h o d z ę w s t r ef ę s p r ę ż y s t o ś c i n i e l i n i o ­ wej, by p rz y n a p r ę ż e n i a c h b l is k i ch g r a n i c y w y t r z y m a ł o ś c i stać się o d ­ k s z t a ł c e n i a m i pl a s t y c z n y m i . Z tych to w z g l ę d ó w o k r e ś l o n o o d k s z t a ł c e n i a p l a s t y c z n e b e t onu w y s t ę p u j ę c e w o b u d o w i e betonowej szybu, poddanej defor- m a c y j n y m w p ł y w o m e k s p l o a t a c j i górniczej. O d k s z t a ł c e n i a p l a s t y c z n e betonu gpl o k r e ś l a n e sę w z o r a m i e m p i r yc z n y mi .

W e d ł u g E m p e r g e r a

(1)

c 5

p r z y czym C = 5 0 x 10' Pa dla b e t o n ó w z w y k ły c h , zaś 150 x 10 Pa dla b e t o n ó w lekkich.

B r a n d t z a e g i O a e g e r u z a l e ż n i a j ę ' w i e l k o ś ć o d k s z t a ł c e n i a p l a s t y c z n e g o b et onu w y ł ę c z n i e od w y t r z y m a ł o ś c i słupowej na ś c i s k a n i e o s i o w e b e t on u R . W e d ł u g B r a n d t z a e g a :

2 R

3

(

)

£ pl = 9 5 5 0 0 + 5 20 Rs

n a t o m i a s t w e d ł u g O a egera:

ć pl = 0,14 (3)

P r z y j m u j ę c dla b e t o n ó w z w ykły ch , z k t ó ry c h w y k o n y w a n a jest o b u d o w a s z y ­ bów, w a r t o ś ć C = 50 x 10 5 Pa, o b l i c z o n o w e d ł u g (l), (2) i (3) o d k s z t a ł ­ c e nia p l a s t y c z n e £ pl dla n a s t ę p u j ą c y c h m a r ek b e t onu: R w 200, 250, 300 i 400. W y n i k i o b l i c z e ń z e s t a w i o n o w tabl. 3. O d k s z t a ł c e n i a p l a s t yc z ne , o b l i c z o n e w e d ł u g p o d a n y c h zale ż n o ś c i , sę dla w y m i e n i o n y c h m a r e k betonu p r a k t y c z n i e jednakowe.

T a b l i c a 3 O d k s z t a ł c e n i a p l a s t y c z n e betonu

M a r k a bet onu R 5 "

10 Pa

200 25 0 300 4 0 0 U wagi

W y t r z y m a ł o ś ć s ł upowa

Rs 1 0 5 Pa

145 175 2 0 0 2 6 0 -

O d k s z t a ł c e n i a p l a s t y c z n e

Spl mm/m

1,73 1 ,87 2, 0 0 2 ,2 8 w g Tli

1,70 1 ,88 2 , 00 2,25 w g [ 2 ]

1 , 6 8 . 1 ,85 1 ,98 2 ,24 wg [ 3 ]

396 A. D e l e ń s k i

4. W Y N I K I 3A0A<i M O D E L O W Y C H O D D Z I A Ł Y W A N I A VVPŁYWÓW E K S P L O A T A C D I NA O SU DO IIETONOW^ S Z Y D U

P r z e o r o ń a a z o n e na m o o e l a c h e k w i w 3 l e n t n y c h (rys. 2) b a d a n i a m i a ł y na celu ocenę w p ł y w u o d d z i a ł y w a n i a d e f o r m o w a n e g o g ó r o t w o r u na stan o b u d o w y oetonowej szybu. Po d c z a s baaań m i e r z o n o o d k s z t a ł c e n i a p i o n o w e o b u d o w y w y w o ł a n e s y m u l o w a n a ekspl o a t a c j a g ó r n i c z a oraz p r o w a d z o n o o b s e r w a c j e w i ­ zualne stanu ob u d o w y w k o lej n y ch etap a ch e k s p l o a t a c j i . Dla u z y s k a n i a sk al c w y c h an a l o g i i p o s z c z e g ó l n e m o d e l e tyyły w s t o i s k u b a d a w c z y m o d p o w i e d ­ nio oocigżone. N a c i s k o d z w i e r c i e d l a j ą c y ciężar n a d i e g ł e g o g ó r o t w o r u w y ­ wi e r a n o p rze z s i ł o w n i k i h y d ra u li c z n e.

“ łonowe o d k s z t a ł c e n i a ( ś c i s ka j ąc e lub r o z c i ą g a j ą c e ) o b u d o w y szybu, w y w o ł a n e s y m u l o w a n a ek s p l o a t a c j a , m i e r z o n o na w y b r a n y c h p o z i o m a c h p o m i a ­ rowych modelu. Do po m i a r u o d k s z t a ł c e ń u ż y t o c z u j n i k ó w t e n s o m e t r y c z n y c h . P o m i a r y p r o w a d z o n o c y k l i c z n i e wraz ze z m i e n i a j ą c y m się p o ł o ż e n i e m frontu e k s p l o a t a c y j n e g o w z g l ę d e m szybu.

fłys. 2. S t a n o w i s k o badawcze Fig. 2. Test stand

W s k u t e k o g r a n i c z e n i a p r z e z ś c i a n y b o c z n e s t o i s k a B a d a w c z e g o m o ż l i w o ­ ści p r z e m i e s z c z a n i a .się mo d e l u w p ł a s z c z y ź n i e p o z i o m e j o r a z tarcia w j n ę - d z y w a r s t w o w y c h p ł a s z c z y z n a c h i w s a m yc h w a r s t w a c h o t r z y m a n o w m o d e l u z ł o ­ ż o n y s tan na p i ę c i a , z b l i z o n y do s tanu w y s t ę p u j ą c e g o v; naturze.

P r z e p r o w a d z o n e p o d c z a s badan p o m i a r y o d k s z t a ł c e ń p i n n o w y c n o o u d o w y s z y b u jak i jej w i z u a l n e o b s e r w a c j e w y k a z ał y , że w p o c z ą t k o w e j f a z i e e k s ­ p l o a t a c j i k ost ki s zybowej ob u d o w a p o d d a n a była o d k s z t a i c e n i o m ś c i s k a j ą c y m n a t o m i a s t p r z y z b l i ż a n i u się fron tu e k s p l o a t a c y j n e g o do s z y b u a n a s t ę p n i e do p r z e c i w l e g ł e j g r a n i c y k ostki w o b u d o w i e w y s t ą p i ł y o d k s z t a ł c e n i a r o t c i - - gajęce.

M a k s y m a l n e w a r t o ś c i o d k s z t a ł c e ń p i o n o w y c h o b u d o w y , k t ó r e s p o w o d o w a ł y

■spękanie o b u d o w y ( e k s p l o a t a c j a na p o d s a d z k ę h y d r a u l i c z n a lub jej s p ę k a ­ nie i o d s p o j e n i e od o ciosu ( e k s p l o a t a c j a z z a w a ł e m strrpu, w p o s z c z e g ó l ­ nych m o o e l a c h wynoszę:

m o d e l X

( e k s p l o a t a c j a na p o d s a d z k ę h y d r a u l i c z n a '

£z = -2.6; +3 ,2 mm/m

m od el II

( e k s p l o a t a c j a jak wyżej)

£z = -2,2, +2,7 mm/m

m o d e l III

( e k s p l o a t a c j a z z a w a ł e m stropu

£ z = -4,6; + 6,4 mm/m

m od el IV

( e k s p l o a t a c j a jak w y ż e j )

ć'z = -4,3; +5,6 mm/m,

n a t o m i a s t u s t a l o n e p o d c z a s badar, o d k s z t a ł c e n i a , przy k t ó r y c h nie z o s ta ł a n a r u s z o n a s t r u k t u r a o b u d o w y (brak w i d o c z n y c h s p ę k a ń o b u d o w y : , maja w a r ­ tość :

- w m o d e l a c h nr I i III

' (ob udowa z b e t o n u m a r k i 9 400) w

£ z = -1,8; + 0,7 mm/m.

- w m o d e l a c h nr II i IV

(obudowa z b e t o n u m a r k i R 300)w

£ z = -1,5; + 0 , 5 mm/m.

398 A. J e l e ń s k i

G e n e r a l n i e n o ż n a stwie r d z i ć , że w w y n i k u e k s p l o a t a c j i z z a w a ł e m s t r o p u t

ob u d o w a s zy bu p o d d a n a była o o k o ł o 1 0 0 % w i ę k s z y m o d k s z t a ł c e n i o m w p o r ó w ­ n aniu z e k s p l o a t a c j ę na p o d s a d z k ę h y d r a u l i c z n ę . M i a ł o to s w o j e o d z w i e r c i e d ­ l enie z a r ó w n o w z a kresie, j a k i r o d z a j u u s z k o d z e ń obud o w y , j a k i e z a o b s e r ­ w o w a n o p o d c z a s badań. W m o d e l a c h nr I i II ( e k s p l o a t a c j a na p o d s a d z k ę h y ­ d r a u l i c z n ę ) z a o b s e r w o w a n o z ł u s z c z e n i a i s p ę k a n i a o b u d o w y , k t ó r e jedna k n ie s t a n o w i ł y z a g r o ż e n i a dla jej s t a t e c z n o ś c i , n a t o m i a s t w m o d e l a c h nr III i IV (e k s p l o a t a c j a z z a w a ł e m s t r o pu ) p o z a z n a c z n y m i s p ę k a n i a m i o b u d o ­ w y s t w i e r d z o n o l o k a l n e Jej o d s p o j e n i a i w y p a d a n i e do w n ę t r z a szybu.

W r e j o n i e w y b i e r a n e g o p o k ł a d u o b u d o w a uleg ł a c a ł k o w i t e m u z n i s z c z e n i u . W e w s z y s t k i c h m o d e l a c h n a j w i ę k s z e u s z k o d z e n i a o b u d o w y w y s t ę p i ł y w k o ń c o ­ wej f az ie e k s p l o a t a c j i , k i e d y o d k s z t a ł c e n i a r o z c i ę g a j ę c e o s i ę g n ę ł y w a r ­ tość m a k sy malnę .

W w y n i k u p r z e p r o w a d z o n y c h b a da ń m o ż n a r ó w n i e ż p o d a ć w a r t o ś c i d o p u s z ­ c z a l n y c h o d k s z t a ł c e ń p i o n o w y c h o b u do w y , o d p o w i a d a j ę c y c h p o s z c z e g ó l n y m s t o p n i o m jej u s zkodzeń.

Sę one n a s t ę p u j ę c e :

- 1 ,5 m m /m < £z < * 0.5 m m/ m - mogę p o w s t a ć b a r d z o m a ł e u s z k o d z e n i a o b u ­ d o w y w p o s t a c i jej z a r y s o w a n i a ;

- 3 ,0 mm/m < £z < + l , 2 m m / m - m o g ę w y s t ę p i e u s z k o d z e n i a o b u d o w y w p o s t a ­ ci z ł u s z c z e ń lub spękań;

- 4 ,5 m m/ m «z < * 2 . 0 m m / m - w y s t ę p u j ę u s z k o d z e n i a o b u d o w y w p o s t a c i r ó ż n o k i e r u n k o w y c h z n a c z n y c h spęk ań ;

- 6 , 0 m m/ m > £z > + 3 , 0 mm/m - w y s t ę p u j ę u s z k o d z e n i a b a r d z o p o w a ż n e grożę- ce z n i s z c z e n i o m o b u d o w y ( w y p s d a n l e b l o k ó w o b u d o w y do w n ę t r z a szybu).

5. P O D S U M O W A N I E

Z n a j o m o ś ć d o p u s z c z a l n y c h w s k a ź n i k ó w d e f o r m a c j i o b u d ó w s z y b o w y c h ma i s t o t n e z n a c z e n i e p rzy p r o j e k t o w a n i u i p r o w a d z e n i u e k s p l o a t a c j i g órniczej fi l a r ó w s zyb o w y c h , s z c z e g ó l n i e w w a r u n k a c h o k r e ś l o n y c h z a g r o ż e ń g ó r n i c z o - - g e o l o g i c z n y c h , a także p r z y w y z n a c z a n i u f i l a r ó w o c h r o n n y c h dla s z y b ó w o r a z p r o j e k t o w a n i u k o n s t r u k c j i o b u d ó w s z y b o w y c h o d p o r n y c h na w p ł y w y eks- ploatacj i.

0 z n a c z e n i u g o s p o d a r c z y m tego z a g a d n i e n i a ś w i a d c z ę s z a c o w a n e na o ko ł o 1 ,5 mld ton z a s o b y w ę g l a k a m i e n n e g o u w i ę z i o n e w f i l a r a c h s z y b o w y c h . P o d a ­ ne w a r t o ś c i o d k s z t a ł c e ń p i o n o w y c h z a r ó w n o dla o b u d o w y m u r o w e j , Jak i b e ­ tonowej i o d p o w i a d a j ę c y im s t o p i e ń u s z k o d z e n i a o b u d o w y w a r u n k u j ę m o ż l i ­ wość p r o w a d z e n i a e k s p l o a t a c j i g ór n i c ze j w f i l a r z e o c h r o n n y m s zybu w d a ­ nych 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 r z y z a ł o ż o n y m s p o s o b i e i z a k r e ­ sie e k s p l o a t a c j i .

R e z u l t a t y u z y s k a n e z badan t e r e n o w y c h i l a b o r a t o r y j n y c h s t a n o w i ? w s t ę p n e p o z n a n i e z a g a d n i e n i a o d p o r n o ś c i o b u d ó w s z y b o w y c h na w p ł y w y e k s ­ p l o a t a c j i g ó rni cze j. Z tego też w z g l ę d u z a g a d n i e n i e to w y m a g a dalsz yc h b ad ań l a b o r a t o r y j n y c h , a s z c z e g ó l n i e w w a r u n k a c h in situ.

L I T E R A T U R A

[1] C h u d e k M. : M e c h a n i k a górotworu. S k r y p t y U c z e l n i a n e P o l i t e c h n i k i Ś l ą ­ skiej. G l i w i c e 1981.

[ 2 ] C h u d e k M . , P o d g ó r s k i K. , K leta H . : W s p ó ł p r a c a b u d o w l i p o d z i e m n y c h z g ó r o t w o r e m ob j ę t y m w p ł y w a m i e k s p l o a t a c j i górniczej. Wyd. PAN.

W r o c ł a w , W a rsz awa, K r a k ó w 1982.

[ 3 ] C e l e ń s k i A. , Kołodziej M . : K a t e g o r i e o c h r o n y s z y b ó w p r z e d w p ł y w a m i e k s p l o a t a c j i g órniczej. P r a c e GIG. K o mu n i k a t nr 696. K a t o w i c e 1978.

[а] K n o t h e S t .: P r o g n o z o w a n i e w p ł y w ó w e k s p l o a t a c j i g ó rniczej, "ślęsk", K a t o w i c e 1984.

[5 ] K o w a l c z y k Z.: Deformacj e s zybu s p o w o d o w a n e e k s p l o a t a c j ę filara s z y b o ­ wego. P r z e g i ę d G ó r n i c z y nr 7-8, 1969.

[ б] O l e k s y St., K w a ś n i e w s k i M . : B e z p i e c z n a g ł ę b o k o ś ć e k s p l o a t a c j i p o k ł a ­ du w s z y b o w y m f i larze o c hr o n n ym . P r a c e GIG. K o m u n i k a t nr 649, K a t o ­ w i c e 1975.

[ 7 ] P r a c a z b i orowa : T e o r i a beton u i żelbe t u . To m II. W a r s z a w a 1974.

L 8 J S k i n d e r o w i c z B . : P r o b l e m a t y k a w y z n a c z a n i a f i l a r ó w ochr o n n y c h . R e f e ­ rat na k o n f e r e n c j ę pt.: "Metody w y z n a c z a n i a 1 e k s p l o a t a c j i filarów o c h r o n n y c h * . K a t o w i c e - G l i w i c e 1981.

Rece n z e n t : Próf. dr hab. inż. K a z i m i e r z P o d g ó r s k i

W p ł y n ę ł o do R e d a k c j i we w r z e ś n i u 1 9 8 5 r.

COnPOTUBJIHEMOCTb KPłSILSil C T 3 C JI0 3 liIAXI HA 3JIHHHHE TOPHOH 3KCIUiyATAIJHH

P e 3' »

u

H a o c H O B e n o . i e B b i x n c n b i T a H H f i , a l a K ^ c e M o j t e J i z p o B a H H « , K o i o p o e n p o E o j t H J i o c b b rjia B H O M H H C T H i y T e r o p H o r o a e j i a , O t u i a o n p e j j e j i e H a o a e H K a i i p o r h o c t h K a u e H - h u x h C e T O H H u x K p e n e f l c t b o h o b m a x r , n p H B o . u a h a u b t o t o p o x a K p e n e f l u a K C H u a j i b - k o f l o n y c K a e M H e r o p H s o H i a a b H u e n e i p o p M a u m i . R a h K a u e H H h u c K p e n e f l 3 H a R e H H a n e -

$ o p M a « H H O b u i a o n p e n e j i e H u K a o o a o B e m t K J i m i e c K H X r e o n e3 H > i e c K H x H 3 u e p e H n f l r o - p H3 0 H i a j i b H b t x j t e i i o p u a n H f l K p e n a , a T a K x e B H3 y a J i b H u x H a ó J u o i te H H f l B U3 B a H B b i x y c -

J1 0 B H B M H 3 K C n j I o a i a i i H H . y a H T U B a a y C J I O B H H n G C T O K H H O f i i J y H K l i H O H a J I b H O C T H C T B O J 1 OB m a x T b o B p e u a a K C i u o a T a m t H b o x p o h h u x n e J i n K a x o t b o ż o b m a x T n p e n a a r a e i c a a e T u p e K a i e r o p n a o x p a H t i c t b o j i o b m a x T b s a B H C H M o c T H o t r n n p o r e o j i o r i m e c K H x

400 A. O e l e n s k i

yCJIOBH» H BHT eX a K H H X H3 3T0T0 OnaCHOOTeit ¡¡JIH CTBOJia H iyHKUHH, KOTopHe OH BunojiHaeT. flji« 6eToHHbix xpeneii onpeAe.teHti rpaHH'iHue SHaqeHBH aepo p M a mi H O e T O H a ^b ero miacTHRecxoil t|)a3e, a Taxace npHaeneHbi pe3yjibTaTa MonejinpoBaHHx bjihhhhh BKcnJioaTaiiHH n a xpenn stoto Tuna. HccjieaoBajiHCb ciBojihi AaaueTpoM 6,0 m, xpenb x o i o p a x 6 b m a cflexaHa H3 d e TOHa M apxH R w 3 0 0 u R w 400. ITejib npoBo^HMhix HcoxefloBaHHit xpemt - onpe,aejieHne nocjieiOTBaa - poaa h i aa n a 3 0 H a noBpex^eHHil xpenH - BN3 BaHHtix BepTnxa4bHbi«n AetiopMauKXMH cnpe,nejieHHoii BejiH-

H H H h l.

I

R E S I S T A N C E OF S HAFT LI N I N G S TO M I N I N G I NFLUENCE

S u m m a r y

On the base of field i n v e s t i g a t i o n s and model test i n g s c a r r i e d out in the M a i n M i n i n g I n stitute an e v a l u a t i o n of the r e s i s t a n c e ofbrick and c o n crete shaft lining to m i n i n g i n f l u e n c e has been made, and a l lo w a b l e v er t i c a l d e f o r m a t i o n for this kind of l i ni n gs has been given. For brick linings these d e f o r m a t i o n s ha v e been d e f i n e d on the base of c y clic v e r t i ­ cal geod etic m e a s u r e m e n t s of l i n in g d e f o r m a t i o n s and o b s e r v a t i o n s of m a ­ gnitude and kina of lining d e m a g e s c a u s e d by m i n i n g influence. T a ki n g into account the fact that the shaft must w o rk c o n t i n u o u s l y d u ring mini ng in p r o t e c t i n g pillar of the shaft four c a t e g o r i e s of shaft p r o t e c t i o n have been p r o p o s e d d e p e n d i n g on h y d r o g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s , thr ea t e n in g s for the shaft and function of the shaft.

For linings m ad e of co n c r e t e the b o u n d a r y v a l u e s of c o n c r e t e d e f o r m a ­ tions in p last ic p hase have been d e f i n e d and the resu l t s of m odel tes­

tings of m i n i n g i nfl u e n c e on c o n c r e t e linin g h a v e been given. The testing r ef e r r e d to the shaft with 6 . 0 m d iameter, w h o s e l i n i n g was made of con­

c rete R 300 and R w 400. T h e t e s ti n g s r e s u l t e d in effect d e f i n i n g - the kind and range of lining d a m a g e - caus e d by v e r t i c a l d e f o r m a t i o n s of a g iven value.