The model of dynamic loading of rockbolts

• Autorzy: Nierobisz A.

Warianty tytułu

PL

Model obciążenia udarowego kotwi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article uses the results of tests carried out in the framework of the Targeted Project of the State Conunittee for Scientific Research (KBN) entitled "Rockbolting systems for roadway workings threatened with tremors" (registr. No 6T\22003C/06233) for verification of a rockbolt dynamic loading model. This model assumes that a tremor or rockburst can be considered as a hit of conventional weight on a rockbolt bar, which on one side is ended with a washer and nut, and on the other side is fixed at the hole bottom (Fig. I). Omitting the longitudinal vibrations of the rockbolt bar accompanying the hit and its mass we can assume that the rockbolt bar supports a conventional rock block with mass m1, which is hit by mass m2 > m1 with kinetic energy Ek. Assuming a plastic model of collision of masses ml and m2, the kinetic and potential energy, which the system of masses ml and m2 possesses after plastic collision, was calculated. The total impact energy Eu defined by the relation (5) was compared with the rockbolt work Wk, which quantitatively is equal to the figure field under the curve determined by the function F(p), showing the displacement of the rockbolt (relation 6) (Fig. 2). For the verification of theoretical assumptions of the model, a physical model with mass ml was created, consisting of mass m1 that was loading a rockbolt which was grouted into a test cylinder (simulating the rock mass). On the mass m1, one has dropped from a suitable height the impact mass m2, observing the rockbolt behaviour and measuring by means of apparatus the rockbolt loading and its displacement (Fig. 6, 7). The obtained results were collected in Table 1 and their statistical analysis was carried out according to the following procedures: I. The absolute difference between the impact energy Eu and rockboh work Wk for each test was calculated. When the difference exceeded 5%, the result was rejected. 2. It has been checked if the number of results determined when using the method mentioned above is sufficient. 3. With the aid of a test of difference rank signs the hypothesis was checked assuming that the theoretically calculated impact energy Eu is not essentially different from the measured rockbolt work Wk. As a result of the analysis the random sample of results which met the assumed significance criteria was selected. Afterwards by help of the test of difference rank signs it has been indicated that there is no reason to reject the hypothesis that the total impact energy Eu calculated by means of theoretical relations is not essentially different from the rockbolt work Wk calculated from measurement results.

PL

W artykule wykorzystano wyniki badań stanowiskowych przeprowadzonych w ramach Projektu Celowego KBN pt. "Systemy kotwienia dla wyrobisk korytarzowych zagrożonych wstrząsami" (nr rejestr. 6T122003C/06233) do zweryfikowania modelu obciążenia udarowego kotwi. Model ten zakłada, że wstrząs albo tąpnięcie można traktować jako uderzenie umownego ciężaru na żerdź kotwi z jednej strony zakończonej podkładką i nakrętką a z drugiej zamocowanej na dnie otworu (rys. I). Pomijając towarzyszące uderzeniu drgania podłużne żerdzi oraz jej masę można założyć, że żerdź kotwi podtrzymuje pewien umowny blok skalny o masie mi w który uderza masa m2 > m1 o energii kinetycznej Ek Przyjmując model plastyczny zderzenia mas m1 i m2 obliczono energię kinetyczną i potencjalną jaką posiada po zderzeniu plastycznym układ mas m1 i m2. Sumaryczną energię udaru Eu określoną zależnością (5), porównano z pracą kotwi Wk, która ilościowo równa jest polu figury pod krzywą określoną funkcją F(P) obrazującą przemieszczenie kotwi (zależność (6), rys. 2). [...] Dla sprawdzenia założeń teoretycznych modelu zbudowano model fizyczny składający się z masy M1 obciążającej kotew wklejoną do walca badawczego (symulującego górotwór). Na masę m1 z odpowiedniej wysokości opuszczano masę udarową m2 obserwując zachowanie się kotwi oraz mierząc za pomocą aparatury obciążenie kotwi i jej przemieszczenie (rys. 6, 7). Uzyskane wyniki zebrano w tabl. 1i przeprowadzono ich analizę statystyczną według następujących procedur: I. Obliczono różnicę bezwzględną energii udaru Eu i pracy kotwi Wk dla każdej próby. Jeżeli ta różnica była większa niż 5% to takie wyniki odrzucano. 2. Sprawdzono czy liczba wyników określona powyższym sposobem jest wystarczająca. 3. Za pomocą testu rangowych znaków różnic sprawdzono hipotezę zakładającą, ze obliczona teoretycznie energia udaru Eu nie różni się istotnie od zmierzonej pracy kotwi Wk. W wyniku przeprowadzonej analizy została wyselekcjonowana próba losowa uzyskanych wyników spełniająca założone kryteria istotności. Następnie za pomocą testu rangowych znaków różnic wykazano, że nie ma podstaw do odrzucenia hipotezy, że sumaryczna energia udaru Eu obliczana za pomocą zależności teoretycznych nie różni się istotnie od pracy kotwi Wk obliczanej z wyników pomiarów. Przeprowadzone rozważania pozwoliły na przedstawienie następujących wniosków: I. Aby kotew nie uległa zniszczeniu w trakcie udarowego jej obciążenia, całkowita energia udaru Eu (zależność (5)), nie może być większa od pracy wykonanej przez kotew Wk (zależność (7)). Powinna być spełniony warunek: [...] 2. W warunkach rzeczywistych (pod ziemią) zależności powyższe powinny się sprawdzać pod warunkiem, że na skutek udaru nie nastąpi zniszczenie kotwi (zerwanie żerdzi, nakrętki, przeciągnięcie podkładki) lub jej wypchnięcie do wyrobiska 3. Na podstawie przeprowadzonych analiz wykazano, że nie ma podstaw do odrzucenia hipotezy o równości energii udaru Eu i pracy kotwi obliczanej i mierzonej według zależności (5) i (7). Mogą one być pomocne przy projektowaniu wzmocnienia wyrobisk zagrożonych tąpaniami za pomocą kotwi, ponieważ znając z badań stanowiskowych charakterystykę dynamiczną pracy kotwi można je zabudować w wyrobisku dobierając ich zagęszczenie w zależności od spodziewanej energii udaru.

Słowa kluczowe

EN

safety; mining; rock bursts; roof bolting

PL

bezpieczeństwo; górnictwo; tąpania; obudowa kotwowa

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 51, no 3
• Strony: 453--470
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Nierobisz A.

• Główny Instytut Górnictwa, Pl. Gwarkow 1,40-166 Katowice, Poland

Bibliografia

• Bobrowski, D., 1986. Probability calculus in technical applications (in Polish: Probabilistyka w zastosowaniach technicznych). Wydawnictwo Naukowo-Techniczne (Scientific-Technical Publishing House), Warsaw.
• Butra, J., Mrozek, K., Osadczuk, T., 2005. Current state of rockburst hazard in mines of the Mining and Metallurgical Copper Industrial Complex Polish Copper PLC (in Polish: Aktualny stan zagrożenia tąpanimi w kopalniach KGHM Polska Miedź S.A). Proceedings of the 28th Winter School of Rock Mechanics and Geoengineering, p. 59-74.
• Daniek, J., 1977. Mathematical statistics for the needs of mining (in Polish: Statystyka matematyczna dla potrzeb górnictwa). Central Mining Institute, Katowice.
• Dubiński, J., Konopko, W., 2000. Rockbursts. Assessment. Prediction. Control (in Polish: Tąpania. Ocena. Prognoza. Zwalczanie). Publisher GIG (CMI), Katowice.
• Drzewiecki, J., 2001. Dependence of active rock mass volume on the velocity of longwall front progress (In Polish: Zależność aktywnej objętości górotworu od prędkości postępu frontu ścianowego). Archives of Mining Sciences No 1, Cracow.
• Filcek, H., Kłeczek, Z., Zorychta, A., 1984. Views and solutions concerning rockbursts in coal mines (in Polish: Poglądy i rozwiązania dotyczące tąpań w kopalniach węgla). Publishing House AGH, Cracow.
• Goszcz, A., 1999. Elements of rock mechanics and rockbursts in Polish coal and copper ore mines (in Polish: Elementy mechaniki skał oraz tąpania w polskich kopalniach węgla i miedzi). Publisher IGMiE PAN, Cracow.
• Kidybiński, A., 1999. Criteria of damage or destruction of roadway and chamber workings as a result of tremors (in Polish: Kryteria uszkodzenia lub zniszczenia wyrobisk korytarzowych i komorowych wskutek wstrząsów). Bezpieczeństwo Pracy I Ochrona Środowiska w Górnictwie, Wydawnictwo WUG (Occupational Safety and Environmental Protection in Mining, Publisher: State Mining Authority), No 5, Katowice.
• Konopko, W., 2005. Annual report (2004) about the state of natural and technical hazards in hard coal mining (in Polish: Raport roczny - 2004 - o stanie podstawowych zagrożeń naturalnych i technicznych w górnictwie węgla kamiennego). Publisher: CMI (GIG), Katowice.
• Nierobisz, A., 2005. Impact of tremors on roof bolting in LGOM mines (in Polish: Oddziaływanie wstrząsów na obudowę kotwową w kopalniach LGOM. 27th Winter School of Rock Mechanics and Geoengineering). Wydawnictwo Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej (Publisher: Wrocław Technical University), p. 401-414.
• Nierobisz, A., Masny, W., Grim, A. 2005. Underground investigations into new rockbolt constructions designed for tremor and rockburst conditions (in Polish: Badania dołowe nad nowymi konstrukcjami kotwi przeznaczonymi dla warunków wstrząsów i tąpań). Documentation of Statutory Work of CMI (GIG) No 11041005-143 (not-published).
• Piechota, S., 1989. Cooperation of roof bolting with the rock mass in copper ore mines in rockburst hazard conditions (in Polish: Wspołpraca obudowy kotwowej z górotworem w kopalniach rud miedzi w warunkach zagrożenia tąpaniami). Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie, Wydawnictwo WUG (Occupational Safety and Environmental Protection in Mining, Publisher: State Mining Authority), No. 4, Katowice, p. 13-19.
• Polish Standard PN-G-15092, 1999: Mining rockbolts. Testing.
• Targeted Project of the State Committee for Scientific Research (KBN) No 6T122003C/06233. Project leader prof. A.Kidybiński. Roof bolting systems for roadway workings subject to tremor hazard. Task 2.3. Execution of tests on a stand for rockbolt dynamic tests (in Polish: Systemy kotwienia dla wyrobisk korytarzowych zagrożonych wstrząsami. Zadanie 2.3. Wykonanie badań kotwi na stanowisku do badań dynamicznych kotwi). Project realised by GIG according to the order of the Coal Company PLC in the years 2004-2005.
• Siewierski, S., 1975. Cooperation of expanding rockbolts with the rock mass in chamber-pillar caving mining systems (in Polish: Współpraca kotwi ekspansywnych z górotworem w komorowo-fi larowych systemach eksploatacji z zawałem stropu). Scientifi c Publications of the Mining Institute of the Wrocław Technical University, No 14.
• Report of the Commission appointed by the President of the State Mining Authority of 5th August 2003 to investigate the causes and circumstances of rockburst and collective accident on 4th August 2003 in the mine "Lubin" in Lubin (in Polish: Sprawozdanie Komisji powołanej decyzją Prezesa Wyższego Urzędu Górniczego z dnia 5.08.2003 r. dla zbadania przyczyn i okoliczności tąpnięcia i wypadku zbiorowego w dniu 4 sierpnia 2003 r. w KGHM Polska Miedź O/ZG "Lubin" w Lubinie). State Mining Authority September 2003.
• Szweda, S., 2001. Loading of props of powered support set caused by dynamic impact of roof and floor of the working (in Polish: Obciążenie stojaków sekcji obudowy zmechanizowanej spowodowane dynamicznym oddziaływaniem stropu i spągu wyrobiska). Archives of Mining Sciences, No 3, Cracow.