Chudek, szkoła, książki, ebook, pdf

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->Górnictwo i Geoinżynieria•Rok 29•Zeszyt 3/1•2005Mirosław Chudek*, Stanisław Duży*GEOTECHNICZNE PROBLEMYUTRZYMANIA WYROBISK KORYTARZOWYCHW ZŁOŻONYCH WARUNKACH GEOLOGICZNO-GÓRNICZYCH1. WprowadzenieProwadzenie eksploatacji górniczej powoduje konieczność wykonania szeregu wyro-bisk korytarzowych udostępniających i przygotowawczych. Wyrobiska te zwykle wykonujesię z odpowiednim wyprzedzeniem i utrzymuje do zakończenia wybierania złoża w danympolu eksploatacyjnym. W trakcie użytkowania wyrobisk, wskutek prowadzonych robót gór-niczych, często znacznym zmianom ulegają warunki utrzymania stateczności wyrobisk po-wodujące ich zaciskanie, deformacje obudowy, jej uszkodzenie, a nawet zniszczenie. W ta-kich sytuacjach obserwuje się występowanie trudności w realizacji procesów technologicz-nych oraz wzrost zagrożenia dla pracujących tam ludzi.W celu minimalizacji zagrożenia wyrobiska występowaniem niekorzystnych zjawiskw praktyce stosuje się rozwinięte metody projektowania oraz różne działania zmierzającedo poprawy warunków utrzymania stateczności wyrobisk. Aby właściwie dobrać sposóbzabezpieczenia wyrobiska, konieczna jest znajomość przyczyn zaistniałej sytuacji. W wa-runkach wyrobisk korytarzowych w kopalniach podziemnych na zachowanie się wyrobiskw czasie wpływa szereg czynników, które nie zawsze są możliwe do zidentyfikowania jużna etapie projektowania wyrobiska.2. Czynniki decydujące o warunkach utrzymaniastateczności wyrobiskWyrobiska górnicze wykonywane są w górotworze zbudowanym z niejednorodnegomateriału skalnego, często poddanego oddziaływaniu dodatkowych czynników wynikają-*Katedra Geomechaniki, Budownictwa Podziemnego i Zarządzania Ochroną Powierzchni, Wydział Górnictwai Geologii, PolitechnikaŚląska,Gliwice157cych z działalności górniczej w jego rejonie. Stan taki powoduje,żezjawiska towarzyszącewykonywaniu i utrzymywaniu wyrobisk korytarzowych charakteryzują się znaczną różno-rodnością.Rys. 1.Czynniki wpływające na warunki utrzymania stateczności wyrobisk korytarzowychWymienione na rysunku 1 czynniki wskazują na możliwość ich występowania w róż-nych układach i kombinacjach. Za złożone uważa się takie warunki geologiczno-górnicze,w których występuje nagromadzenie niekorzystnych z punktu widzenia stateczności wyro-bisk czynników powodujących konieczność stosowania nietypowych rozwiązań konstruk-cyjnych lub innych działań profilaktycznych. W praktyce do warunków tych zalicza siętakie, w których występuje nietypowa budowa geologiczna górotworu (np. własności skałi ich zmienność, zaburzenia tektoniczne itp.), zwiększone wartości naprężeń i przemieszczeń(wpływ krawędzi eksploatacyjnych, resztek pokładów, wstrząsów górotworu, wpływ czyn-nego frontu eksploatacyjnego itp.) [3, 4].Podstawowymi danymi przyjmowanymi w procesie doboru obudowy są informacjeo budowie geologicznej górotworu, które opierają się najczęściej na wynikach wierceń ba-dawczych oraz obserwacji w trakcie prowadzenia innych robót górniczych w analizowa-158nym rejonie. W oparciu o analizę zebranych materiałów opracowuje się profil charakterys-tyczny i w przypadku gdy na wybiegu wyrobiska obserwuje się znaczne różnice w budowiegeologicznej górotworu, wprowadza się podział wyrobiska na odcinki [7].Dla skał budujących masyw w obrębie profilu charakterystycznego przyjmuje sięwłasności wytrzymałościowe i odkształceniowe skał. Własności te przyjmują z reguły róż-ne wartości, nawet w obrębie tej samej warstwy. Dla uzasadnienia tego stwierdzenia narysunku 2 przestawiono przykładowy wykres kształtowania się wytrzymałości naściskanieskał w otoczeniu wyrobiska w oparciu o badania penetrometryczne, które wskazują nazmienność wytrzymałości skał naściskaniewzdłuż wybiegu wyrobiska sięgającą 100%,podczas gdy stosowane powszechnie w kopaniach węgla kamiennego metody doboru obu-dowy dopuszczają odchylenie nie przekraczające 10% wartościśredniej[5].Rys. 2.Wykres kształtowania się wytrzymałości naściskanieskał wzdłuż wybiegu wyrobiskaWłasności skał mogą ulegać zmianie również w ujęciu czasowym. Prowadzenie w re-jonie wyrobiska robót górniczych powoduje tworzenie się pól naprężeń i przemieszczeń,które wywoływać mogą przekroczenie w skałach stanu granicznego i w efekcie trwałe zmia-ny własności skał [1]. Wykorzystując te doświadczenia, w pracy [5] przy ustalaniu własnościwytrzymałościowych skał wprowadzono współczynniki uwzględniające wpływ zaszłościeksploatacyjnych na własności skał otaczających projektowane wyrobisko.W praktyce projektowej dobór obudowy wyrobisk korytarzowych, w przeważającejczęści stosowanych metod, dokonuje się w oparciu o wytrzymałość skał naściskanielubrozciąganie. Stosowanie tych metod wprowadza trudności nie tylko w doborze obudowy,ale i w uzasadnieniu obserwacji zachowania się wykonywanych i utrzymywanych wyrobiskkorytarzowych. Na podstawie doświadczeń w kopalniach można wskazać przypadki, w któ-rych wyrobisko zlokalizowane w skałach o małej wytrzymałości naściskaniezachowujestateczność przy zabezpieczeniu go określoną konstrukcją obudowy, podczas gdy wyrobis-ko zlokalizowane na podobnej głębokości, o tych samych gabarytach i podobnych warun-159kach górniczych w skałach o czasem wielokrotnie większej wytrzymałości, ulega nadmier-nym deformacjom. Stąd wynika konieczność stosowania rozwiniętych metod doboru obu-dowy, które uwzględniać będą również własności odkształceniowe górotworu.Wieloletnie obserwacje zachowania się wyrobisk korytarzowych w kopalniach wyka-zują,żeobok własności wytrzymałościowych istotny wpływ na zachowanie się górotworuw otoczeniu wyrobiska ma sztywność warstw. Warstwy sztywne przy niewielkich prze-mieszczeniach ulegają spękaniu i w większym stopniu tracą swoją nośność niż warstwyo mniejszej sztywności, które nawet w przypadku wystąpienia znacznych przemieszczeńzachowują swoją nośność [9].Analizując budowę geologiczną górotworu jako czynnika wpływającego na złożonośćwarunków utrzymania stateczności wyrobisk korytarzowych, należy uwzględnić równieżtektonikę masywu. W powszechnie stosowanych metodach uwzględnia się podzielnośćmasywu, jego szczelinowatość, nachylenie warstw oraz oddziaływanie uskoków. Pomijasię tak istotny czynnik, jak sfałdowanie. Przeprowadzone analizy wykazały,żew rejoniefałdu w masywie skalnym występuje inny rozkład naprężeń powodujący trudności w utrzy-maniu stateczności wyrobiska [1, 8].Na warunki utrzymania stateczności wyrobisk górniczych, obok warunków naturalnych,znaczący wpływ mają warunki górnicze. Wyrobiska korytarzowe zlokalizowane w polacheksploatacyjnych narażone są na wpływy krawędzi eksploatacyjnych, resztek pokładów,czynnego frontu eksploatacyjnego czy wstrząsów górotworu. Wymienione czynniki powo-dują występowanie stref koncentracji naprężeń i pól zwiększonych przemieszczeń tworzą-cych lokalnie zmienne warunki utrzymania stateczności wyrobisk.Rys. 3.Rozkład naprężeń pionowych w górotworze w rejonie projektowanego wyrobiskaNa rysunku 3 przedstawiono rozkład stref koncentracji naprężeń i odprężenia wzdłużwybiegu wyrobiska korytarzowego [9]. Jako miarę wpływu zaszłości eksploatacyjnychprzyjęto współczynnik koncentracji naprężeń pionowych będący stosunkiem naprężeń pio-nowych w górotworze z uwzględnieniem warunków górniczych do pierwotnych naprężeń160pionowych. Na podstawie przedstawionego układu stref koncentracji naprężeń i odprężeniana tle projektowanego wyrobiska należy stwierdzić,żeprzy doborze obudowy wyrobiskakonieczny jest jego podział na odcinki charakterystyczne oraz zróżnicowanie na nich kon-strukcji obudowy.Z punktu widzenia warunków utrzymania stateczności wyrobisk górniczych jednymz najtrudniejszych przypadków jest wpływ czynnego frontu eksploatacyjnego. W takim przy-padku wyrobisko poddane jest zmiennym w czasie oddziaływaniom górotworu, które po-wodując trwałe zmiany w masywie skalnym, zmieniają warunki jego stateczności. Szcze-gólnie jest to widoczne w przypadku utrzymywania chodników przyścianowych, w którychze względów technologicznych konieczne jest naruszenie konstrukcji obudowy. Zmianakonstrukcji obudowy na poszczególnych odcinkach chodnika powoduje zmienną nośnośćkonstrukcji i nie zawsze jest w stanie zabezpieczyć wyrobisko przed jego nadmiernym za-ciskaniem [7].Rys. 4.Kształtowanie się obciążenia obudowy i jej nośnościw rejonie skrzyżowania chodnika ześcianąNa rysunku 4 przedstawiono kształtowanie się obciążenia obudowy i jej nośnościw rejonie skrzyżowania chodnika ześcianądla trzech wariantów konstrukcji obudowy:wariant I— obejmujący konstrukcję obudowy chodnika przyścianowegościanyzawało-wej z koniecznością wypięcia na skrzyżowaniu chodnika ześcianą łukuocio-sowego, obudowaŁPw rejonie skrzyżowania ześcianąwzmocniona podciąga-mi stalowymi oraz stojakami;— obejmujący konstrukcję obudowy chodnika przyścianowegościanyzawało-wej bez konieczności wypięcia na skrzyżowaniu chodnika ześcianą łukuocio-sowego, obudowaŁPw rejonie skrzyżowania ześcianąwzmocniona podciąga-mi stalowymi oraz stojakami;161wariant II [ Pobierz całość w formacie PDF ]

Podobne