ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ S e r i a : GÓRNICTWO z . 41
1969 Nr k o l . 269
Zenon S z c z e p a n ia k K a te d ra Budowałotwa Podziemnego Kopalń
BADANIA NAD SPOSOBEM UPODATNIEN MOROWYCH OBUDÓW STOSOWANYCH W POZIOMYCH WYROBISKACH GÓRNICZYCH
S t r e s z c z a n i a i W p racy podano k ie r u n e k w jak im powin
no s i ę d ą ż y ó , aby uayskad k o r z y s tn e w a r u n k i w s p ó ł - p rao y g ó rn lo z y o h obudów murowych z górotworem po
p r z e z odpow iednie lo h u p o d a t n l e n l e 1 po w iąza n ie z wyłomem - p rzy u w z g lę d n ie n iu spodziew anego sposobu
1 w i e l k o ś c i o b c i ą ż e n i a obudowy od s tz o n y g ó r o tw o r u .
Obudowy murowe w g ó rn lo z y o h w y ro b isk ach k o ry ta rz o w y c h lu b Ko
morowych s t o s u j e s i ę głów nie z ty o h względów, aby s k u t e c z n i e p r z e o i w d z la ła ó lo h z a c i s k a n i u pod wpływem dużego o b o lą ż e n la obudowy od s t r o n y g ó ro tw o ru .
Dotyohozgsowe d o ś w ia d c z e n ia w y k a z u ją , że obudowy murowe u l e g a j ą dośó o z ę s t o n i s z c z e n i u , k t ó r e o bjaw ia s i ę w p o s t a c i s p ę k a ń , łu s z o z e ń 1 wyboozeń. P r a k ty k a g ó r n ic z a wymaga opraoow anla t a k i e g o wykonawstwa obudów murowych, przy którym by ło b y można uzyskaó dobre w a ru n k i I c h w sp ó łp racy z górotw orem, z zachowa
niem s t a t e o z n o ś o l obudowy, zarówno przy dużym j e j o b o lą ż e n lu s ta ty c z n y m j a k ró w n ie ż przy o b c i ą ż e n i u dynamicznym n p . przy d e f o r m a c j i gó ro tw o ru pod wpływem prow adzonej e s k p l o a t a o j i w f i l a r a c h ochronnyoh w y r o b is k g ó r n lo z y o h .
Na p o d staw ie dośw iadozeń przeprow adzonych w K ated rz e Budow
n ic tw a Podziemnego Kopalń s tw ie r d z o n o , że o b o lą ż e n lu takiem u może p r z e o lw s ta w ló s i ę obudowa murowa wykonana z c e g ł y , z b e t o - n itó w lub z Innych p r e f a b r y k a t ó w , j e ż e l i z o s t a n i e odpowiednio u p o d a tn io n a i powiązana z obrysem w y ro b isk a w w yłom ie. Samo u p o d a t n i e n i e można ro zw iąz aó w dwóoh n i ż e j podanych w a r i a n t a c h ,
z k tó r y c h każdy może byó stosowany o d d z i e l n i e lu b obydwa rów no- o z e ś n l e .
536 Zenon S zo zep an lak
1* S to so w an ie p o d atn y ch w kładek w zdłuż obudowy między z e w n ę tr z n ą j e j s t r o n ą a wyłomem.
2 . S to so w anie podatn y ch w kładek u k ład an y ch między b e t o n l t a - ml lu b innym i p r e f a b r y k a t a m i w zdłuż g r u b o ś o i muru z równomier
nym lo h ro zm ie s z c z e n ie m na oałym je g o obwodzie lu b w o k r e ś l o ny oh m le js o a o h w muraoh bocznyoh.
W kładki powinny byó wykonane z t a k i e g o m a t e r i a ł u 1 ta k r o z w iąza n e k o n s t r u k o y J n i e , aby do g r a n lo y d o p u szcza ln eg o o b o l ą ż e - n i a obudowy lo h o d k s z t a ł o a l n o ś ó b y ła m inim alna; p o d atn o ść w kła
d ek powinna u ja w n ić s i ę z o h w ilą , gdy o b o lą ż e n le obudowy od s t r o n y g ó ro tw o ru p rz ek ro o zy n i e b e z p i e c z n ą w i e l k o ś ć .
T ak ie zaohowanie s i ę w kładek u p o d a t n la ją o y c h d a j e n a a t ę p u - ją o e k o r z y ś o i : Górotwór do g r a n lo y d o p u s z o z a ln e j w y tr z y m a ło ś c i obudowy ma o g ra n lo z o n e m o żliw o ści deformowania s i ę w związku z ozym s k a ł y na obwodzie wyłomu w yro bisk a zaohowują dość dużą w y trz y m a ło ś ć .
Kiedy je d n a k górotw ór wykazuje t a k dużą te n d e n o ję do p r z e - m le s z o z a n la s i ę w k ie r u n k u w y r o b is k a , że obudowa mogłaby u le o z n l s z o z e n l u , wówozas powinny poddać s i ę w k ła d k i u p o d a t n l a j a o e , co spowoduje o d k s z t a ł c e n i e s i ę górotw oru o raz je g o o d c ią ż e n ie w o t o c z e n i u obudowy 1 zaohamowanlu d a l s z e g o w z r o s tu j e j o o o i ą - ż e n i a . Zewnętrzne u p o d a t n i e n i e w p ły n ie ró w n ie ż k o r z y s t n i e w k ie r u n k u pewnego u ró w n o m iern ien ia o d d z ia ły w a n ia gó rotw oru na obudowę.
Wkładki u k ła d a n e w murze u m o ż liw ia ją r o z p a r o l e s i ę obudowy o wyłom, j e j o d s u n i ę c i e od m ie js c a n a jw ię k sz e g o o b c i ą ż e n i a o r a z b a r d z i e j równomierny r o z k ł a d n a p rę ż e ń wzdłuż g r u b o ś c i muru, oo w sumie o z y n l obudowę b a r d z i e j s t a t e c z n ą 1 zd o ln ą do przejmowa
n i a o b c i ą ż e n i a od s t r o n y górotw oru bez powstawania w n i e j s p ę k ań .
Celem s t w i e r d z e n i a , ozy I s t n i e j e możliwość ta k ie g o u p o d a t - n i e n i a obudowy, przy którym z o s ta ł y b y s p e łn i o n e podane wyżej wymogi przeprowadzono odpowiednie b a d a n i a .
Wykonano p ł y t y z p la sk u i z twardego l e p i k u o r a z z p i a s k u , l e p i k u 1 smoły o k s z t a ł o i e j a k na r y s . 1 . Widoozne na rysunku u z ę b i e n i e Dłyt m iało na c e l u zapew nienie im p o d a tn o ś o i poprzez
B adan ia nad sposobem u p o d a t n l e ń . .. 537
r o z g n i a t a n i e s i ę zębów. W ielkość p o d a t n o ś c i można regulow ać p r z e z odpow iedni dobór r o d z a j u 1 s k ła d u m a t e r i a ł u p ł y t k i o ra z s z e r o k o ś c i ą 1 w y so k o ś c ią zębów, j a k ró w n ie ż o d l e g ł o ś o l ą między zębami*
R ys. 1 . P ł y t a u p o d a t n l a j ą o a o k o n s t r u k c j i u z ę b i o n e j - wykonana z p la s k u 1 l e p i k u
P ły ty t a k i e można zasto so w ać do zew n ętrzn eg o u p o d a t n l e n l a obudowy, p r z y k ł a d a j ą o j e do n i e j zębami a g ła d k ą p o w ie rz c h n ię k i e r u j ą c do wyłomu. Pod wpływem o l ś n i e n i a g ó rotw o ru p ł y t y mogą s i ę zdeformować j a k na r y s . 2 lu b 3 . Sposób prow adzenia badań o d d z ia ły w a n ia p o d a t n e j p ł y t y na obudowę murową o b r a z u j e r y s . 4 , g d z ie widać o d k s z t a ł c o n ą p ł y t ę r p ł a s k o l e p i k u o r a z p ę k n i ę ty model p r o s t e j ś c ia n y obudowy b e to n o w e j.
P ę k n ię c ie n a s t ą p i ł o k ie d y zęby w p ł y c i e u l e g ł y z l a n i u p r z e z co o b c i ą ż e n i e muru wywarte p rz e z podnośnik h y d r u a u lio z n y gwał
tow nie w z r o s ł o . O d k s z ta łc a ln o ś ć p ł y t w z a l e ż n o ś c i od w i e l k o ś c i i c h o b c i ą ż e n i a q - p r z y p a d a ją c e g o na je d n o s t k ę p o w ie rz o h n l o b r a z u j e r y s . 5 . Z ry s u n k u w id a ć , że p rz e z odpow iedni dobór
538
r o d z ą j u n l a s i ę
Rys. 2 . P ł y t a u p o d a b n ia ją o a ze s p ła s z c z o n y m i zębami pod o b c i ą żeniem 10 T. P ł y t ę wykonano z tw ardego l e p i k u i p ia s k u o s t o
sunku objętościow ym ty c h składników 1 :1
Z am iast p r z e d s ta w i o n e j k o n s t z u k o j i p ł y t z zębami można wy
konać ró w n ież in n e lo h k o n s t r u k c j e j a k n p . p r z e z wykonanie w n i c h ró żneg o k s z t a ł t u i r ó ż n i e ro zm ieszczo n y c h w g łę b i e ń , k t ó - ry o h wymiary pop rzeczn e i wzajemna o d le g ło ś ć b ęd ą deoydowały o w y tr z y m a ło ś o i p ł y t y 1 J e j p o d a t n o ś c i . Również k o n s t r u k o j ę p ł y t można ro z w ią z a ć na wzćr c e g i e ł pustakowyoh z otworami o k s z t a ł c i e o krągłym , p ro s to k ą tn y m , kwadratowym lu b t r ó j k ą tn y m . W p r a k ty c e sto s o w a n ie p r z e d s ta w io n y c h p ł y t u p o d a tn ia ją o y o h z a l e c a s i ę ro zw iąz ać w n a s t ę p u j ą o y sp o só b :
a ) Przy spodziewanym dużym o b c i ą ż e n i u obudowy w k ie ru n k u pionowym i poziomym lu b t y l k o pionowym wskazane j e s t uło ż y ć p ł y t y w zdłuż obwodu s k l e p i e n i a i w zdłuż w y so k ości murów b o c z - nyoh, przy czym Jeden i d r u g i zestaw p ł y t n a le ż y o d d z i e l i ć podsadzką z n i e k u r c z l i w e g o lub p ę c z n i e j ą c e g o b e t o n u . Wolne
m a t e r i a ł u można odpowiednio regulow ać ła tw o ś ć u p o d a t n ia - p ł y t .
_________________________________________ Zenon S zcze p an iak
B ad an ia nad sposobem u p o d a t n l e ń . . . 539
Rys. 3* P ły t« u p odatn iająoa ze sp łaszozon ym i zębami pod o b o lą - śenlem 10 T. P ły tę wykonano a twardego le p ik u z plask u 1 smoły
o stosu n k u objętościow ym tyoh składników 1 : 1 : 0 , 3
Rys« 4« Model p r o s t e j ś o la n y obudowy betonow ej - badany w a p a
r a c i e przystosowanym do z g i n a n i a murów p zo sty o h o b o iąśon y cb w k ie r u n k u io h w y so k o ś c i o r a z w k ie r u n k u p ro sto p ad ły m do n i e j -
za pomocą podnośników h y d r a u ll o z n y c h
R ys. 5 . Wykres o d k s z t a ł c e ń p ł y t e k w z a l e ż n o ś c i od w ie ł k o ś o i jednostkow ego i c h o b c i ą ż e n i a q . Krzywa 1 o b r a z u j e o d k s z t a ł c e n i a p ł y t y p r z e d s ta w i o n e j na r y s . 2 , a krzywa 2 o d k s z t a ł c e n i a
p ł y t y p r z e d s ta w i o n e j na r y s . 3
B adania aad sposobem u p o d a tn le ń . 541
p r z e s t r z e n i e między p ły t a m i a górotworem można w y p e łn ić p l a s kiem l u t ohudą zaprawą w z g lę d n ie żużlem ty p u Knurów, oo pozwo
l i na p o ś r e d n ie o p a r o ie s i ę p ł y t o o ta o z a ją o e je s k a ł y . Pod
sadzkę betonową n a l e ż y wykonać na obwodzie około 1 m, w m i e j - sou określonym p rz e z k ą t 70° li c z o n y w s to s u n k u do środkowej o s i p r z e k r o j u poprzeczn eg o w y r o b is k a . Podsadzka betonowa o gra
n ic z y s p ł a s z c z a n i e s i ę s k l e p i e n i a o r a z możliwość powstawania w nim s p ę k a ń .
b ) P rzy spodziewanym dużym o b c i ą ż e n i u obudowy w k ie ru n k u poziomym, p ł y t y b itu m io z n e n a l e ż y u ło ż y ć ty l k o w zdłuż wyso
k o ś c i murów b o czn y c h , n a t o m ia s t s k l e p i e n i e n a le ż y powiązać z wyłomem za pomocą n i e k u r c z li w e g o lu b p ę c z n ie j ą c e g o b e to n u ,
co o g r a n ic z y w y g in anie s i ę murów booznych do w n ę tr z a w yrobiska - p rz e z u n ie m o ż liw ie n ie p r z e m ie s z c z e n ia s k l e p i e n i a w k ie ru n k u s k a ł stro p o w y ch .
o) W przypadku spodziewanego dużego o b c i ą ż e n i a obudowy od s t r o n y s k a ł spągowych n a l e ż y wykonać s k l e p i e n i e przyspągowe i u ło ż y ć je na w a rs tw ie ż u ż l u , n p . ty p u "Knurów" j a k i z a s t o s o wano p rzy wykonawstwie komory pomp na k o p a l n i Jaw orzno. Przy
czym od s t r o n y g ó rotw oru w m ie js c u p o ł ą c z e n i a s k l e p i e n i a sp ą
gowego z murami bocznymi wskazane j e s t ró w n ie ż zasto sow ać na o dcin k u o w y so k o ś c i o k oło 0 , 5 m podsadzkę z n ie k u rc z liw e g o lu b p ę c z n i e j ą c e g o b e to n u celem o g r a n i c z e n i a deformowania s i ę s k l e p i e n i a spągowego i o g r a n i c z e n i a jeg o wpływu na p ra c ę c a - ł o ś o i obudowy. Obudowę nad s k le p i e n ie m przyspągowym n a le ż y powiązać z wyłomem w sposób podany w p u n k ta ch a lu b b .
Może z a c h o d z ić obawa, że p r z e z wykonane pasy betonowe góro
twór może wywrzeć na obudowę z b y t duże c i ś n i e n i e , przy którym obudowa u l e g n i e z n i s z c z e n i u .
Z pr zeprowadzonych badań l a b o r a t o r y j n y c h w K a t ed r ze or az z o b s e r w a o j i p r a k t y o z n y c h na k o p a l n i a c h wyn ik a, że o b c i ą ż e n i e obudowy od s t r o n y o t a c z a j ą o y c h j ą s k a ł w z a l e c a n y c h mi ej sc ac h wykonania pasów z p o d s a d z k i bet on owej J e s t n a j m n i e j s z e . Wyni
ka t o s t ą d , że w m i e j s c a c h t y c h p r z e m i e s z c z a n i e s i ę górotworu w k i e r u n k u w yr obi sk a j e s t o g r an i c z o n e przez s k a ł y stropowe i spągowe. K o r z y ś c i w y n i k a j ą c e z podanych sposobów ł ą c z e n i a obu
dowy z wyłomem s t w i e r d z o n o za pomocą a p a r a t u r y p r z e d s t a w i o n e j
MM
542 Zenon S z c z e p a n ia k
R y s. 6 . A p a ra t do badań g ó rn io z y o h obudów murowych. Wewnątrz a p a r a t u widoozne e le m e n ty , na k tó r y c h budowano badane modele
obudów murowych
B adania nad sposobem u n o d a t n l e ń . ..
na r y s . 6« A p a ra t dostosowany j e s t do badań zachowania s i ę r ó ż ny oh k s z t a ł t ó w obudów murowych przy ró ż n y c h sposobaoh ic h ob
c i ą ż e n i a « .Obudowę o b ciążo n o za pomocą przymocowanych do ramy a p a r a t u podnośników h y d r a u l l o z n y c h . Ponieważ modele obudowy r y s . 6 badane b y ły w p o z y c j i l e ż ą c e j n a l e ż a ł o u n ikn ąó w o z a s ie badań błędów w y n ik ający o h z t a r c i a modelu o p o d ło ż e . W tym ce
l u modele budowano na d e s k a c h , k t ó r e u łożo n e b y ły na podwój
nych p ł y t a c h między k tó ry m i znajdow ały s i ę k u l k i łożyskow e.
P ły ty z k o l e i spoczywały na b e t o n i t a o h . Ten sposób prowadze
n i a badań o b r a z u j e r y s . 6 1 7 , przy czym na r y s . 7 p r z e d s t a wiono spękane s k l e p i e n i e pod wpływem dużego jeg o o b c i ą ż e n i a w k ie r u n k u pionowym o ra z przy małym o g r a n i c z e n i u m ożliw ości s p ł a s z c z a n i a s i ę s k l e p i e n i a 1 z w ię k s z a n ia wymiarów jego s z e - r o k o ś o l . Przeprowadzono ró w n ież b a d a n ia nad u p o d a tn ia n le m obudowy murowej p o p rzez w k ła d k i u k ład an e między b e t o n l t a m i w zdłuż g r u b o ś c i obudowy.
Rys. 7 . Zdeformowane s k l e p i e n i e obudowy murowej w o z a s i e badań, pod wpływem dużego j e j o b c i ą ż e n i a w k ie r u n k u pionowym
544 Zenon S zcze p an iak
Z dotychczasow ych dośw iadczeń w y n ika, że celowe J e s t po
d z i e l e n i e p o d a tn e j p ły t y w zdłuż g r u b o ś c i na 5 c z ę ś c i : ozęść środkową o w i ę k s z e j w y tr z y m a ło ś c i i m n i e j s z e j o d k s z t a ł o a l n o ś c i o r a z 2 s k r a j n e o z ę ś c i p ły t y o m n i e j s z e j w y tr z y m a ło ś c i i w ię k s z e j p o d a t n o ś c i .
R ozw iązanie t a k i e ma na c e l u w c z e ś n i e j s z e zdeformowanie w kładek w m ie js o u n ajw ięk sz y o h n a p rę ż e ń ś c i s k a j ą o y c h J a k ie w y s tę p u ją z j e d n e j lu b d r u g i e j s t r o n y p ł y t y i u m o żliw ien ie p r z e j ę c i a o b c i ą ż e n i a obudowy p r z e z środkową o zęść w k ła d k i i muru - bez w iększego r o z w i e r a n i a s i ę s z c z e l i n między wkład
kami a b e t o n i t a m i . Taka p ra c a w kładek u p o d a t n ia ją c y c h b ę d z ie powodować k o r z y s tn y r o z k ł a d n a p rę ż e ń ś c i s k a j ą o y o h wzdłuż g r u b o ś c i muru u p o d a t n io n e j obudowy.
Wykonane d o ś w ia d c z e n ia z murami u p o d atn ion y m i n i e d a ły Jed
n ak w s z y s t k ic h wymaganyoh pozytywnyoh r e z u l t a t ó w z uwagi na b r a k odpowiedniego tworzywa, k t ó r e oeohowałoby s i ę dużą sztyw n o ś c i ą do g r a n io y d o p u s z c z a ln e j w y tr z y m a ło ś c i m a t e r i a ł u obu
dowy murowej na ś c i s k a n i e 1 p o d a t n o ś o i ą C o d k s z ta ło a ln o ś o i ą ) z c h w ilą gdy g r a n i c a t a z o s t a n i e p r z e k r o c z o n a .
M a t e r i a ł u ż y ty na te g o r o d z a j u w k ła d k i u p o d a t n ia J ą c e powi
n i e n cechować s i ę ró w n ież dużym w spółczynnikiem t a r c i a oelem o g r a n i c z e n i a w ypychania b e n to n itó w s p o ś r ó d podatnyoh w kładek .
W dalszym o lą g u w K a te d rz e s ą prowadzone b a d a n ia nad doborem odpowiedniego r o d z a j u m a t e r i a ł u 1 k o n s t r u k o j ą w kładek u p o d a t
n i a J ą c y c h , k t ó r e mogłyby byó układane między b e t o n i t a m i - w zdłuż g r u b o ś c i muru przy zap ew n ien iu p racy muru według poda
nych p o p rz e d n io wymogów.
Wniosek końooyy:
Obudowy murowe wskazane J e s t wykonywać w u d o s tę p n ia J ą o y o h wy- r o b i s k a o h k o ry tarz o w y ch i w w yrobiskaoh komorowyoh, w k tó ry o h spodziewane J e s t duże o l ś n i e n i e od s tr o n y g ó ro tw o ru , w związku z czym n a l e ż y dążyć do u z y s k a n ia optymalnych warunków w s p ó łp r a cy obudowy z górotworem. W ś w i e t l e przeprowadzonych badań - wa
r u n k i t a k i e można uzyskać p r z e z odpowiednie pow iązanie obudowy z wyłomem 1 p rz e z w łaściw e j e j u p o d a b n ia n ie zgodnie z wymogami podanymi w n i n i e j s z e j p r a c y .
