Analiza wpływu obciążeń dynamicznych na zachowanie się kotwi

• Autorzy: Nierobisz A.

Warianty tytułu

EN

Influence analysis of dynamic charges on anchor maintenance

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W kopalniach RPA, Kanady i Chile powszechnie stosuje się obudowę kotwiową w warunkach zagrożenia tąpaniami. Wieloletnie badania doprowadziły do opracowania skutecznych sposobów ochrony wyrobisk przed skutkami tąpnięć. W polskich kopalniach rud miedzi od wielu lat stosuje się samodzielną obudowę kotwiową w syste-mach komorowo-filarowych, przy dużej aktywności sejsmicznej górotworu. Rejestruje się wstrząsy o energiach dochodzących do 109 J. W większości przypadków po zaistniałych wstrząsach nie stwierdza się zmian w stropie i obudowie. Skutki destrukcji górotworu pojawiają się stosunkowo rzadko i zwykle są widoczne dopiero po pewnym czasie. Począwszy od 1999 roku zaczęto wprowadzać w górnictwie polskim maksymalną prędkość drgań cząstek skały na obrysie wyrobiska (PPV) jako miarę dynamicznego wpływu wstrząsu na rozpatrywany obiekt. Jest to wielkość mierzalna za pomocą aparatury geofizycznej, wyniki zaś odnosi się do stanu uszkodzenia wyrobiska, opracowując na jej podstawie kryteria uszkodzenia lub zniszczenia. Przeprowadzone w kopalni "Polkowice-Sieroszowice" pomiary PPV obejmujące 102 zjawiska sejsmiczne o energiach od 101 do 107 J pozwoliły na zmierzenie maksymalnej amplitudy prędkości drgań, która wynosiła 0,197 m/s. Powyższą wartość PPV zmierzono przy energii wstrząsu równej 5,5ź105 J z odległości 64 m. W przypadku żadnego z zarejestrowanych wstrząsów, nie zanotowano skutków w wyrobiskach. Wadą prowadzonych pomiarów był brak rejestracji zjawisk sejsmicznych, powodujących zniszczenie czy uszkodzenie wyrobiska oraz nieznajomość lokalizacji hipocentralnej ognisk wstrząsów. Rozważając wpływ zarówno parametru prędkości, jak i energii sejsmicznej na możliwość utraty stateczności wyrobiska autorzy powyższych badań stwierdzili, że uszkodzenie wyrobiska jest skutkiem dużej amplitudy prędkości drgań docierającej do wyrobiska, natomiast o zasięgu skutków decyduje głównie energia sejsmiczna zjawiska. Drugim rodzajem badań, jakie wykonano we wszystkich kopalniach LGOM, były pomiary PPV podczas robót strzałowych. Drgania mierzono głównie w odległości 8 i 16 m od przodka, w którym prowadzono roboty strzałowe. Maksymalna prędkość drgań PPV, jaką zmierzono w odległości 8 m, wynosiła 0,1 m/s. W miarę wzrostu odległości amplitudy PPV zmniejszały się. Analizując uzyskane wyniki autorzy powyższych badań stwierdzili, że dynamika i charakter drgań zależą od wielu czynników, do których należą: wielkość odpalanego ładunku materiału wybuchowego, odległość od miejsca odpalania, współczynnik tłumienia drgań, technika i sposób strzelania, rodzaj materiału wybuchowego, budowa geologiczna ośrodka skalnego. W Polsce zagrożenie tąpaniami występuje w 28 kopalniach (60% czynnych kopalń). Obserwując zaistniałe w ostatnich dziesięciu latach przypadki tąpnięć można zauważyć stałą tendencję zwiększania się ich skutków w postaci uszkodzeń obudowy w wyrobiskach korytarzowych. Aktualnie podstawowym sposobem zabezpieczania tych wyrobisk przed skutkami tąpnięć jest stosowanie mocniejszych profili odrzwi, ich zagęszczenie oraz wzmocnienie za pomocą podciągów podbudowanych stojakami typu Valent lub SV. Praktyka jednak wykazała, że te zabezpieczenia nie są wystarczające. Dlatego też podjęto prace nad zastosowaniem odpowiednich kotwi, które w połączeniu z elementami obudowy stanowiłyby lepszą ochronę wyrobisk korytarzowych przed skutkami tąpnięć. Do realizacji powyższych badań wytypowano wyrobiska korytarzowe, w rejonie których rejestrowa-ne były wstrząsy o energiach większych niż 1ź104 J. W wyrobiskach tych założono stanowiska pomiarowe obejmujące odcinki długości około 3 m, w których między odrzwiami obudowy podporowej zabudowano kotwie pomiarowe i rozwarstwieniomierz oraz repery do pomiaru konwergencji. Drugim sposobem realizacji powyższych badań było symulowanie wstrząsów za pomocą detonacji materiału wybuchowego w stropie wyrobisk wykonanych w samodzielnej obudowie kotwiowej. W sumie wykonano badania wpływu naturalnych wstrząsów górotworu na zachowanie się kotwi w czterech wyrobiskach oraz w dwóch wyrobiskach badano wpływ wstrząsów symulowanych za pomocą detonacji materiału wybuchowego na zachowanie się chodnika wykonanego w samodzielnej obudowie kotwiowej. Uzyskano obszerny materiał badawczy, który opracowano w formie tabelarycznej i graficznej. Najważniejsze spostrzeżenia z tych badań są następujące: 1. Sumaryczna energia sejsmiczna wyemitowana przez górotwór w okresie prowadzenia badań (od 84 do 134 dni) wahała się w granicach od 3,1ź106 do 1,3ź107 J. Spowodowało to wzrost obciążenia kotwi maksymalnie o 19 kN. Żaden z zarejestrowanych wstrząsów nie spowodował widocznych uszkodzeń wyrobisk. 2. Rejestrowana energia sejsmiczna w hipocentrum nie jest jednoznacznym parametrem charakteryzującym stan zagrożenia tąpnięciem w wyrobisku. 3. W wyniku badań wpływu wstrząsów wywołanych detonacją materiału wybuchowego na zachowanie się wyrobiska wykonanego w samodzielnej obudowie kotwiowej uzyskano następujące wyniki: - maksymalna wypadkowa amplituda prędkości drgań PPV po odpaleniu 5 kg materiału wybuchowego wyniosła w rejonie I, 97 mm/s w odległości 1,0 m od miejsca odpalenia, - maksymalna wypadkowa amplituda prędkości drgań PPV po odpaleniu 5 kg materiału wybuchowego wyniosła w rejonie II, 52 mm/s w odległości 0,5 m od miejsca odpalenia, - testy nośności wykonane przed i po strzelaniu wykazały, że nie nastąpiło naruszenie połączenia kotwi z górotworem; badania ciągłości wklejania żerdzi przed i po strzelaniu również nie wykazały żadnych zmian, - wizualnym efektem oddziaływania detonacji materiału wybuchowego na obudowę kotwiową było wyrwanie siatki opinającej strop między okładzinami w miejscu wykonania otworu strzałowego.

EN

In mines of South Africa, Canada and Chile universally complies casing anchor in circumstances of crumps threat. Many years' researches and practical experiences brought to elaboration efficient manners of excavations protection before crumps. From many years in Polish mines of ores copper complies independent anchor casing in lock-pillar systems, at large seismic orogene activities. On registers shocks with energies close to 109 J. In most of chances after shocks does not ascertain changes in ceiling and to casing. Effects of orogene destruction appear comparatively seldom and usually are visible only some time later. From 1999 started introducing in Polish mining maximum speed of twitches of small parts of rock within excavations (PPV) as measure dynamic influence of shock on examined object. This is a measurable size by means geophysical apparatuses, results while behaves to state of damage of excavation, working out on her base criterions of damage or destructions. PPV measurements effected in mine "Polkowice-Sieroszowice" embracing 102 occurrences seismic with energies from 101 J to 107 J permitted on measuring maximum amplitudes of twitches speed, which carried out 0,197 m/s. Above PPV value measured at energy shock equal 5,5ź105 J from distances 64 m. In no chance from registered shocks, it did not note any results in excavations. Measurement defect was lack of registration of seismic occurrences, causing destruction whether damage of excavation and unacquaintance of hypo central location of fireplaces of shocks. Considering influence both of parameter of speed, as seismic energy on possibility of loss of sedateness of excavation authors above researches ascertained, that damage of excavation is result large amplitudes of twitches speed reaching to excavations, instead about range of results decides mostly seismic energy of occurrences. Second kind of researches, which executed in all LGOM mines, was PPV measurements during blasting - works. Twitches were measured mostly in distances 8 and 16 m from ancestor, in which one drove blasting work. Maximum PPV twitches speed, which measured in distances 8 m, carried out 0,1 m/s. Making distance higher an amplitude of PPV grew less. Analysing obtained results authors above researches ascertained, that dynamics and character of twitches depend from many factors, which belong: size of lighted out load of explosive material, distance from places of lighting, coefficient of twitches suppression, technics and manner of shots, kind of explosive material, geological build of rock. In Poland crumps threat is in 28 mines (60% of active mines). Observing appeared in last ten years crump chances can notice constant tendency of their result growing in figure of casing damages in corridor excavations. At present basic manner of protecting these excavations before crump results is usage more strong profiles of doorframe, their condensation and strengthener by means elevator with stands of Valent or SV type. Practice however showed, that these protections are not sufficient. That's why it undertook works over use suitable anchor, which in connection with elements of casing would determine better protection of corridor excavations before crump results. To realisation above researches it chose excavations corridor, in region of which registered former shocks with greater energies than 1ź104 J. In excavations these it founded measuring positions with length sections of about 3 m, where between doorframe of support casing it built over anchor measuring - and stratify meter and bench marks to convergence measurement. Second manner of realisation above researches was simulation of shocks by means of detonation of explosive material in ceiling of excavations executed in independent anchor casing. In sum it executed researches of influence natural orogene shocks on anchor maintenance in four excavations, in two excavations researched influence of simulated shocks by means of detonation of explosive material on maintenance of pavement executed in independent anchor casing. It obtained spacious investigative material, which worked out in tabular and graphic form. Most important aware nesses from these of investigations are following: 1. Total seismic energy emitted by orogene in period of researches (from 84 to 134 days) hesitated in borders from 3,1ź106 to 1,3ź107 J. This caused height of charge anchor maximally to 10 kN. Any registered shocks did not cause of visible damages of excavations. 2. Registered seismic energy in hypocenter is not univocal parameter characterising state of threat crump in excavation. 3. In result of researches of influence of shocks called out with detonation of explosive material on maintenance of excavation executed in independent anchor casing it obtained following results: - maximum resultant amplitude of PPV twitches speed after lighting 5 kg of explosive material lofty in region I, 97 mm/ s in distances 1,0 m from places of lighting, - maximum resultant amplitude of PPV twitches speed after lighting 5 kg of explosive material lofty in region II, 52 mm/ s in distances 0,5 m from places of lighting, - tests of carrying capacity executed before and after shots showed, that did not disturbing of anchor connection with orogene; research of continuity of pole inserting before and after shots also did not show of any changes, - visual effect of influence of explosive material detonation on anchor casing was wrench of net lapping ceiling between facings in place of blasting - opening.

Słowa kluczowe

PL

obudowa kotwiowa; cone bolt; PPV; tąpania; zagrożenia w górnictwie

EN

roof bolting; cone bolt; PPV; crump; hazards in mining

• Wydawca: Główny Instytut Górnictwa
• Czasopismo: Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko / Główny Instytut Górnictwa
• Rocznik: 2004
• Tom: nr 2
• Strony: 79--105
• Opis fizyczny: bibliogr. 14 poz.

Twórcy

autor

Nierobisz A.

• Główny Instytut Górnictwa Plac Gwarków 1, 40-166 Katowice tel.: [phone]

Bibliografia

• 1. Badania dołowe wpływu wstrząsów na zachowanie się kotwi w kopalniach węgla (2002): Dokumentacja pracy statutowej GIG o numerze 12020202-143. Katowice (niepublikowana).
• 2. Bugajski W., Katulski A., Siewierski S. (1995): Wstępna ocena wpływu wstrząsów sejsmicznych na stateczność wyrobisk w obudowie kotwiowej w kopalniach miedzi. Prace Naukowe GIG, Seria Konferencje nr 1.
• 3. Grzybek W., Kosior A., Pytel W. (2000): Ocena wpływu wstrząsów sejsmicznych na stateczność wyrobisk górniczych na podstawie rzeczywistych wartości prędkości drgań ośrodka. XXIII Zimowa Szkoła Mechaniki Górotworu. Wrocław.
• 4. Kaiser P.K. (1993): Keynote adress: Support of tunnels in burst-prone ground toward a rational design methodology. Rockburst and Seismicity in Mines. Rotterdam, Young (ed.) Balkema.
• 5. Kidybiński A., Smołka J., Nierobisz A., Rojas E. (1995): Rozwiązania systemów obudowy kotwiowej stosowane w kopalni El Teniente dla ochrony wyrobisk przed skutkami tąpań. Prace Naukowe GIG, Seria Konferencje nr 1.
• 6. Kidybiński A. (1999): Kryteria uszkodzenia lub zniszczenia wyrobisk korytarzowych i komorowych wskutek wstrząsów. Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie nr 5.
• 7. Nierobisz A. (1999): Zastosowanie kotwi w warunkach obciążeń dynamicznych. Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie nr 4.
• 8. Określenie wpływu robót strzałowych związanych z drążeniem zbiornika zasobnikowego na poziomie IV na stateczność obudowy murowej zbiornika wyrównawczego węgla poz. IV (2002). Praca badawczo-usługowa GIG o numerze 41101112-143. Katowice (niepublikowana).
• 9. Onderka Z., Śleziak J. (1995): Wyznaczanie promienia strefy szkodliwych drgań parasejsmicznych przy strzelaniu w kopalniach odkrywkowych. Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie nr 3.
• 10. Ortlepp W.D. (1994): Grouted rock-studs as rockburst support: A simple design approach and effective test procedure. The Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy, February. Górnictwo i Środowisko 105
• 11. Pomiary prędkości drgań stropu (PPV) prowadzenia robót strzałowych w ZG Lubin, ZG Polkowice-Sieroszowice i ZG Rudna (1999). Praca badawczo-usługowa GIG o numerze 41146039-120. Katowice (niepublikowana).
• 12. Szczerbiński J., Mirek A. (2002): Prawne uregulowania prowadzenia robót górniczych w warunkach zagrożenia tąpaniami. Materiały Międzynarodowego Sympozjum Naukowo-Technicznego Tąpania 2002. Katowice, GIG.
• 13. Wojno L. (1994): Doświadczenia z zakresu stosowania obudowy kotwiowej w kopalniach Republiki Południowej Afryki. Szkoła Eksploatacji Podziemnej. Kraków, CPPGSMiE PAN.
• 14. X.Yi., Kaiser P.K. (1994): Impact testing for rockbolt design in rockburst conditions. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr. Vol. 31, No. 6.