Z E S Z Y T Y NA UK OW E POLITECHNIKI ŚLĄS KI EJ Seria: G Ó R N I C T W O z. 149
________ 1986 Nr kol. 900
A l e k s a n d e r W Ó 3 C I K
A k a d e m i a Gó rn i c z o - H u t n i c z a
B A DA NI A W P Ł Y W U E K SP LO AT AC OI G Ó RO TW OR U NA ZM IA NY TŁUMIENIA DRGAŃ S P R Ę Ż Y S T Y C H W SK A Ł A C H W O K Ó Ł W Y R O B I S K GÓRNICZYCH
S t r e s z c z e n i e . W ar tykule pr ze ds ta wi on o rezultaty eksperymental
ny c K - prac- Ba Ha wc zy ch z w ią za ny ch z pomiarami własności tłumiących skał w w y r o b i s k a c h górniczych. Ob se rw ow an o zmiany czynnika tłumie
nia Q drga ń sprę ży st yc h w określonej partii wyrobiska w trakcie eksploatacji. St wi e r d z o n o wyst ęp ow an ie silnych zmian czynnik8 tłu
mienia Q w be zp ośrednim sąsiedztwie frontu eksploatacji.
W P R O W A D Z E N I E
W celu ocen y przy da tn oś ci ob se rw ac ji własności tłumiących ośrodka skalnego do badania zmian stanu górotworu, wy wo ła ny ch eksploatacją, prze
pr ow ad zo no serię po mi sr ów ek sp er ym en ta ln yc h na terenie KWK "Czerwone Z a głębie" w Sosnowcu. Ob se r w o w a n o zm ia ny tłumienia drgeń sorężystych repre
z e n t o w a n e g o przez wi el ko ść tzw. c h a r a k t e ry st yc zn ego czynnika dobroci Q dr g a ń s p r ę ży st yc h (w da ls zy m ciągu nazywa ne go krótko czynnikiem tłumie
nia Q ) w określonej partii w y ro bi sk a w trakcie eksploatacji. Wybór tej
mi ar y tłumienia w y n i k a ł z faktu. Ze Jest to najbardziej uniwersalna i ogólna, gd yż d e f i ni ow an a en er getycznie, miara tłumienia. Co więcej - zgo
dnie z ob ec ny m st an em w i e d z y o mech an iz ma ch tłumienia w ośrodku skalnym - q w za sa dz ie nie za le ży ani od cz ęs totliwości ani od amplitudy drgań, stanowiąc sw oj eg o ro dzaju stałą materiałową, która. Jak w y k a za ły prace ek sp er ym en ta ln e ostatnich lst. Jest bardziej czuła na wszelkie zmiany w ł a s n o ś c i fizycznych oraz strukturę wg łębną niż prędkość propagacji fali s p r ę ż y s t e j .
M E T O D Y K A BADAŃ
Opraco wa na metoda po miaru czynnika tłumienia Q polega na analizie ampl it ud ow ej drga ń swobod ny ch ośrodka. Siła o charakterze udarowym dzia
łając na p o wi er zc hn ię ośrodka wy wołuje drgania swobodne pewnej Jego czę
ści. W stałej, niewielkiej odległości od punktu wzbudzenia, drgania te re je st ro wa ne są za pomocą geofonu, a następnie poddawane analizie w spek
t rometrze amplitudowym. Sz cz e g ó ł y zastosowanej techniki pomiarowej można zn aleźć w p r a c y S z y b iń ek ie go i Wójcika, 1980.
256 A. Wó jcik
S p ec yf ik a m e t o d y powoduje, że ns mi er zo ną w a r t o ś ć czyn ni ka tłumienia Q maję wp ł y w z jednej s t r o n y w ł a s n o ś c i dy ss yp a c y j n e ośrodka, a z drugiej s t ro ny cz ynniki geom et ry cz ne (wielkość uk ła du p o m i a r o w e g o ) , ap ar at ur ow e
(sposób regulacji s p ek tr om et ru am pl it ud ow eg o) oraz pa ra m e t r y wzbudzenia.
P o nieważ ta druga grupa c z yn ni kó w nie w n o s i is to tn yc h i n fo rm ac ji i może być pr zyjęta z pewną dowolnością, zstem przy us ta la ni u m e to dy ki p o m i a r o wej n a le ży uw zg lę dn ić w ł a ś c i w y dobó r tych czynników. I tak, aby spełnić w a ru ne k re je st ra cj i z a ni ka ją cy ch drga ń sw ob odnych, o d le gł oś ć p o mi ęd zy pu nktem w z b u d z e n i a a pu nktem rejestracji, czyli w i e l ko ść układu p o m i a r o wego, powinna z a w i er ać się w przedz ia le od 1 do 3 m. G e o f o n g ó r n ic zy re
j e st ru ją cy dr gania p o w i ni en być um ie s z c z o n y w ot worze w ca liźnie w ę g l o wej. W z bu dz en ia drga ń możne do ko n y w a ć za pomocą młotka odbojnego. Oednsk w trakcie w i e l o k r o t n y c h u d ar ów nast ęp uj e stop ni ow e wy kr u s z a n i e się m a t e riału w pu nkcie w z b u d z e n i a i, co za tym idzie, z m ie ni aj ą się para me tr y wzbudzenia. A b y zapo bi ec temu zjawisku, ud er ze ni a młotks o d bo jn eg o p o w i n ny być p r ze ka zy wa ne do g ó ro tw or u za po śr e d n i c t w e m trzpienia me ta lo we go u m o c ow an eg o w ca liźnie węglowej. Pozwala to uz yskać na ka żd ym punkcie o d powi ed ni ą ilość (co najmniej kilkaset) z n o r m a l i z o w a n y c h wzbudzeń.
O p ie ra ją c się ns p o wy żs zy ch us ta le ni ac h, na terenie KWK “Czerwone Z a głębie" w ociosie chodnika o d s t aw cz eg o ek sp lo at ow an ej ściany 749 p r z y g o towano 3 st an ow is ka do pomiaru cz ynnika tłumienia Q. Plan sy tu ac yj ny tych s t an ow is k p r z e d s ta wi on o na rys. 1. Na każdym s t an ow is ku geofon in
s t al ow an y był w otworze na g ł ęb ok oś ci 1,20 m. Wszy st ki e p u n k t y wz bu dz en ia przy go to wa no za pomocą trzpieni st al ow yc h o ś r e d ni cy 4 5 mm i długości 200 mm, umoc ow an yc h w ot worach ro zm ie sz cz on yc h w o d le gł oś ci od 1 do 3 m od geofonu. Na każdym s t an ow is ku z a ł o żo no po 4 p u nk ty wz bu dz en ia ; część ich Jednak uległa zn is zczeniu, tak że na stanow is ku “0 “ pozostał 1 punkt wz bu dz en ia , na s t an ow is ku “1 “ - 3 punkty, a na st an ow is ku “2 “ - 2 punkty.
Początkowa odległość stan ow is k od frontu ek sp lo a t a c j i pr zedstawiała się następująco: s t an ow is ko “0 “ - 15 m, stanow is ko “1 “ - 30 m, stanow is ko
“2 ” - 55 m. S t an ow is ko “O" ze wz gl ęd u na bliskość frontu eksp lo at ac ji miało charakter po mo cn ic zy i p r ze wi dz ia no n8 nim tylko trzy serie pomi a
rowe. Na st an ow is ku "1" plan ow an o 5 lub 6 serii w zależn oś ci od postępu robót na ścianie. S t an ow is ko “2 ” u s yt uo wa no w rejonie końca w y bi eg u śc ia
ny, toteż obserwacje p r o w a d z o n o nieomal do końce ek sp lo a t a c j i ściany.
WY NI KI POMIARÓW
Przystępując do prez en ta cj i wy ników, należy podkreślić, że w z a st os o
wanej metodzie pomiarowej uzyskuje się w a r t o ś c i czynnika tłumienia Q o ch ar akterze względnym. Be zw zg lę dn a wa rt oś ć Q dla po sz cz eg ól ny ch s t a
nowisk i punktów w z bu dz en ia nie posiada w a rt oś ci in te rp retacyjnej, gdyż wo ł y w na nią m8ję czynniki geomet ry cz ne , a p a r at ur ow e i pa ra m e t r y w z b u d z e nia. Po ni ew aż n8 p o s z cz eg ól ny ch st an ow i s k a c h w a r t oś ci Q dla ró żnych
Badania wpływu eksploatacji górotworu...
S K A L A 1 : 5 0 0
257
R y s . 1. Plan s y t u a c y j n y s t anowisk pomiarowych Fig. 1. L o c a t i o n plan of m e a s u r in g position
258 A. Wó jc ik
Ry9. 2. Z a l e ż n o ś ć czyn ni ka tłumienia Q od od le gł oś ci p o m i ęd zy s t a n ow is
kiem p o mi ar ow ym a frontem ek sp loatacji
Fig. 2. Depend en ce of a buffering agent Q on the di stance between e m e a s uring po sition and the ex pl oi s a t i o n front
Badania wp ły wu e k sp lo at ac ji górotworu.. 259
pu nk tó w w z bu dz en ia nogę się różnić 1 to dość znacznie (głównie ze w z g l ę du na cz ynnik ge om et r y c z n y - inną odległość od punktu wzbudzenia do pu nk
tu rejestracji) , celowe jest oddz ie ln e ich przedstawienie. Co więcej, pr ze ds ta wi en ie takie pozwala także na porównanie charakteru zmian czyn- nik8 tłumienia Q dla kolejnych punktów wz bu dz en ia na danym stanowisku.
Na rys. 2 pr ze ds ta wi on o przebieg zmian czynnika tłumienia Q na po
s z cz eg ól ny ch stan ow is ka ch pomiarowych oraz dla oznaczonych punktów wz bu
dzenia w funkcji od le gł oś ci od frontu eksploatacji. Na wszystkich krzy
wy ch obserwuje się zn aczne z m i a n y wa rt oś ci Q rzędu kilkudziesięciu, a nawet kilkuset procent. Św ia dc zy to o dużej "czułości" mierzonego w ten sposób czynnika tłumienia. Natomiast charakter zmian w a r t oś ci 0 jest dość s k o m p l ik ow an y i trudno ha tej podstawie przeprowadzić jednoznaczną in te rp re ta cj ę obserw ow an yc h efektów. Na stanowisku "O" w miarę zbliżania się frontu eksp lo at ac ji (od 15 do 5 m) obserwuje się systematycjzny wzrost czynnika tłumienis. Na st an ow is ku "1" wraz ze zbliżaniem się frontu na
stępuje Zn ac zn y wzrost czynnika Q, który osiąga ma ksimum dla odległości ok oł o 10 m, po czym następuje jego spadek. Taki charakter wykazują w s zy st ki e trzy krzywe, od powiadające trzem punktom wzbudzenia na tym sta
nowisku. Na jw ię ks zą ilość obserwacji pr ze prowadzono na stanowisku " Z " . Oednak z m i a n y wa rt oś ci Q przy więk sz yc h odległościach od frontu ściany nie w y k a z u j ą okre śl on eg o trendu. W tym też czasie zauważa się brak kore
lacji pomi ęd zy kr zywymi od po wi ad aj ąc ym i dwóm punktom wzbudzenia na tym stanowisku. Natomiast po zbliżeniu się frontu na odległość 15-20 m na
stępuje w y r a ź n y spadek czynnika tłumienia Q, a następnie jego wzrost (na obu krzywych) do w a rt oś ci ob se rwowanych poprzednio.
WN IOSKI
Podsumowując krótko otrzymane rezultaty, należy podkreślić, że prze
prowad zo ne badania m i a ł y charakter pilotażowy, a ich głównym celem było ro zp oz na ni e m o żl iw oś ci zastosowania pomiarów tłumienia drgań sprężystych ośrodka do określ an ia zmian stanu górotworu w trakcie eksploatacji.
Sk om p l i k o w a n y ch ar ak te r po miarów tłumienia, pracochłonność metody oraz duże wymagania dotyczące w a r u n k ó w na stanowisku pomiarowym (głównie stan ociosu chodnika) sprawiły, że badania ograniczyły się do wycinkowego ob
szaru wyrobiska. W trakcie po miarów stwierdzono też dużą wrażliwość mie
rzonego w ten sposób czynnika tłumienia Q na drobne zmiany powstałe w rejonie punktu wz bu dz en ia ; spowodowało to między innymi znaczną redukcję pierwotnie założonej ilości punktów wzbudzenia na stanowisku pomiarowym.
Do istotnych w y ni kó w z przeprowadzonych obserwacji trzeba jednak zali
czyć stwierdzenie silnych zmian czynnika tłumienia Q w bezpośrednim są
siedztwie frontu eksploatacji, św iadczy to pozytywnie o potencjalnych mo żl iwościach metody i sugeruje perspektywiczność dalszych badań. Należy j e dn ak podkreślić, że uzyskanie pełniejszego obrazu wpływu eksploatacji
2 6 0 A. W ó lc lk
r>8 z m i a n y w ł a s n o ś c i tł um ię cy ch oś rodka s k al ne go wy m a g a ć będzie p r o w a d z e nia d a l s zy ch badań w w y r o b i s k a c h gó rn ic zy ch oraz wy pr ac o w a n i a d o s k o n a l sz y c h r o zw ię za ń w za kr es ie m e to dy ki i te chniki pomiarowej.
R e c e n z e n t : Doc. dr hab. inż. A n t o n i G o sz cz
L I TE RA TU RA
[i] S z yb iń sk i M. , Wójcik A. : W y z n ac za ni e pr zy po w i e r z c h n i o w y c h j e d n o r o d n o ści ośrodka sk al ne go metodę obserwacji zmian c h a r a k te ry st yc zn ego cz ynnika do broci dr ga ń sprężystych. Praca doktorska, Bibl. MIG AGH,
K ra k ó w 1 9 8 0 .
HCCJHyiOBAHHH ajLKHHHH SKCHJiyATAmH. rOEOOEPA30BAHHfl H A H3MEHEHBH
j£E5m®HPQBAHHH KOJIEEAHHii B CKAJIAI BOKPYr TOPHUX BHPABOTOK
P. e 3 »
me
B
c i a i b e n p e n eT a B jie H H p e3 y jn > T aT H oK cn ep H M eK iaab H K X H C C JieaoB aiejibC K H X p a f io i
noK
3uepeHK HM c b o J S c tb ^eM n^K poB aH H S c x a ji ro p H u x B u p a fio iO K . H aC zioA a-
j i b c b
H 3ueneH H H £ e m n p z p y xiz e r o $ a K io p a Q K o zed aH H ii
bo n p e ^ e jie n H o u u e c T e B irpa6oT K H b o B peM a B K o n Jiy aT aip iH . y c z a a o B z e H O B a ju m n e CojtbmHX H 3M eH eHn8 a e iittjH ip y io sie ro $ a jc T o p a
Q bB e n o o p e s c iB e B S O 8
Cj e h b o c t ho r $ p o H ia p a C o r .
STUDIES OF THE EF FECT OF M I NI NG ON THE VA RI AT IO NS OF DAMPING OF ELASTIC CH ANGES IN THE VI CI NI TY OF M I NI NG EX CA VATIONS
S u m m a r y
In the paper, the results of e x p e ri me nt al rese ar ch w o r k connected with the m e a s ur em en ts of the a t t e nu at io n proper ti es of rock in mining wo rkings are presented. There were ob served changes of the at te nu at io n factor Q of the elastic vi br a t i o n s in de fi ni te part of the wo rk in g d u ring exploitation. It has been no ticed that strong changes of the a t t e n u ation factor Q appear in the region close to the expl oi ta ti on front.
