Variations in mechanical parameters of rock mass affecting shaft lining

• Autorzy: Majcherczyk T. , Niedbalski Z. , Wałach D.

Warianty tytułu

PL

Zmiany parametrów mechanicznych górotworu i ich wpływ na obudowę szybową

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents geomechanical properties of rock mass occurring in the initial section of shaft lining during its execution. The shaft being sunk is surrounded with cohesive soils, mainly clays with sand layers and silts. Such lithology causes that in various levels some parts of strata are saturated with water. This results in a considerable changeability of soil properties in time. With high water content, the soil is washed away leading to local loss of contact between shaft lining and surrounding soils. This, in turn, results in lack of proper support for curbs and shaft lining fracture in some sections. Engineering activity in such a case should embrace sealing injections in selected parts of the shaft in order to resume proper reinforcement in the lining-rock mass system. The studies of the soils surrounding shaft lining were supposed to help design curbs with increased bearing capacity. The tests of soils indicated that the angle of internal friction and cohesion do change not only at different depths but also at the same depth in different points of perimeter. It was also observed during the study that the mechanical parameters of the analyzed soils improve as the distance from the shaft lining increases, which clearly indicates change of soil properties in the direct neighborhood of the shaft. Considerable number of tests carried out in the study allowed to determine the relationship between water content and angle of internal friction or soil cohesion. The determined relationships can help to estimate change of soil properties under the influence of water with considerable precision. The reinforcement of curbs executed with the use of ground anchors allowed for further shaft sinking. The tests of concrete used in the shaft carried out in the analyzed section produced results similar to the values assumed in the project.

PL

W artykule przedstawiono charakterystykę własności geomechanicznych górotworu jakie występują podczas drążenia szybu w jego początkowej długości. W otoczeniu głębionego szybu występują grunty spoiste, głównie w postaci glin z przerostami piasków oraz pyły. Taka litologia powoduje, że na różnych poziomach część warstw gruntu jest zawodniona. Wpływa to na dużą zmienność własności gruntów wokół szybu oraz zmiany tych własności w czasie. Przy dużym zawodnieniu grunt był wymywany zza obudowy, co prowadziło do lokalnej utraty kontaktu pomiędzy obudową a otaczającym gruntem oraz braku właści- wego podparcia dla stóp szybowych. Efektem tego było na niewielkim odcinku szybu pękanie obudowy. Podjęte działania, które sprowadziły się do wykonania iniekcji na pewnym odcinku szybu doprowadziły do przywrócenia właściwej współpracy obudowa - górotwór. Przeprowadzone badania gruntu zza obudowy posłużyły do podjęcia działań w celu zwiększenia nośności stóp szybowych. Badania gruntu wykazały, że kąt tarcia wewnętrznego oraz spójność zmieniają się nie tylko na poszczególnych głębokościach, ale także obserwuje się duże różnice dla próbek pobranych z tej samej głębokości ale z różnych punktów na obwodzie szybu. Badania wykazały także wzrost parametrów mechanicznych badanych gruntów wraz z oddalaniem się od obudowy, co świadczy o zmianie własności gruntów bezpośrednio w sąsiedztwie szybu. Duża liczba wykonanych badań pozwoliła na opracowanie zależności pomiędzy wilgotnością a kątem tarcia wewnętrznego i spójnością. Na podstawie uzyskanych zależności można szacować z dużą dokładnością zmianę własności gruntów pod wpływem działania wody. Zrealizowane wzmocnienia stóp szybowych z wykorzystaniem kotew gruntowych pozwoliły na podjęcie dalszego głębienia szybu. Przeprowadzone na analizowanym odcinku badania betonu z obudowy szybu wykazały wartości zgodne z projektem.

Słowa kluczowe

EN

mining; shafts; properties of soils; shaft lining

PL

górnictwo; szyby; parametry górotworu; obudowa

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 58, no. 3
• Strony: 629--642
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Majcherczyk T.

• AGH University of Science and Technology, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Niedbalski Z.

• AGH University of Science and Technology, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Wałach D.

• AGH University of Science and Technology, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• Bruneau G., Tyler D.B., Hadjigeorgiou J., Potvin Y., 2003. Influence of faulting on a mine shaft - a case study: part I -Background and instrumentation. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 40, 95-111.
• Bulychev N.S., 2008. Analytical design method for vertical shaft lining. Arch. Min. Sci., Vol. 53, No 3, p. 371-382.
• Wyllie D.C., Mah C.W., 2004. Rock Slope Engineering. 4th edition. PRC Press. 431.
• Hartman H.L. (Ed.), 1992. SME Mining Engineering Handbook. Society for Mining, metallurgy, and Exploration, Inc. Littleton, Colorado, 2260.
• Majcherczyk T., Niedbalski Z., Kowalski M., 2012. 3D numerical modeling of road tunnel stability - The Laliki project. Arch. Min. Sci., Vol. 57, No 1, p. 61-78.
• Ortlepp W.D., Joughin W.C., Ward A.K., Thompson J., 2008. Reinforcement support of concrete shaft lining in Westonariaformation lava in the Ezulwini vertical shaft system. 6th International Symposium on Ground Support in Mining and Civil Construction, Cape Town, South Africa, 561-580.
• Pariseau W.G., 2007. Design Analysis in Rock Mechanics. Taylor & Francis Group, 560.
• PN-G-05015, 1997. Szyby górnicze - obudowa - Zasady projektowania [Mine shafts - Lining - Principles of designing]. Polski Komitet Normalizacyjny. Warsaw, Poland, 21
• Sadaghiani M.H. Bieniawski Z.T., 1990. Geotechnical design of mine shafts. The 31th U.S. Symposium on Rock Mechanics (USRMS), June 18-20, 1990 , Golden, Colorado. A. A. Balkema, Rotterdam, 823-830.
• Vergne J., 2003. Hard Rock Miner’s Handbook. 3th edition. Mcintosh Engineering, North Bay, Ontario, Canada, 314.
• Wichur A., 2005. State of stress and displacement of an elastic shaft lining caused by an axial-symetrical non uniformload perpendicular to the surface of the tube. Arch. Min. Sci., Vol. 50, No 2, p. 251-270.
• Wichur A., 2007. Uwagi o projektowaniu technologii zamrażania górotworu dla potrzeb głębienia szybów [Remarks on designing technologies of rock mass freezing for the needs of shaft deepening]. Górnictwo i Geoinżynieria 3. Krakow, Poland, 447-458.