Identyfikacja parametrów charakteryzujących obciążenie sekcji obudowy zmechanizowanej spowodowane dynamicznym oddziaływaniem górotworu

• Autorzy: Szweda S.

Warianty tytułu

EN

Identification of parameters characterizing the dynamic load of the powered roof support unit caused by the dynamic action of the rock body

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wyniki dotychczas przeprowadzonych badań dołowych, analiza teorii opisujących geomechaniczne uwarunkowania wystąpienia tąpnięcia czy też interpretacja uszkodzeń elementów sekcji wskutek tąpnięcia, wskazują na konieczność przeprowadzania pomiarów parametrów charakteryzujących obciążenie dynamiczne sekcji obudowy zmechanizowanej rozpartej w wyrobisku zagrożonym tąpaniami. W niniejszej pracy pojęcie - obciążenie dynamiczne sekcji obudowy zmechanizowanej - zdefiniowano jako siłę, zmienną w czasie, działającą od strony górotworu na sekcje ścianowej obudowy zmechanizowanej w następstwie dynamicznego oddziaływania górotworu. Przedmiotem pracy jest identyfikacja parametrów charakteryzujących dynamiczne oddziaływanie górotworu na stropnicę lub spągnice sekcji obudowy zmechanizowanej, powodujące zmiany siły w stojakach o czasie narastania dłuższym niż 0,01 oraz o średnim tempie jej przyrostu przynajmniej o 25% większym od maksymalnej wartości średniego tempa przyrostu siły w stojakach, spowodowanego rozpieraniem sekcji. Identyfikowanymi parametrami, charakteryzującymi obciążenie dynamiczne sekcji obudowy zmechanizowanej, traktowane jako funkcja losowa, są: wartość widmowa mocy sygnału obciążenia dynamicznego sekcji, wariancja obciążenia dynamicznego sekcji. Wielkościami niezbędnymi do obliczenia wartości wyżej wymienionych parametrów są: gęstość widmowa mocy sygnału siły w stojakach, wyznaczona na podstawie przebiegu czasowego siły w stojakach, zarejestrowanego w wyrobisku, transmitacja widmowa modelu sekcji obudowy zmechanizowanej. W związku z powyższym rozpatrywano dwa modele fizyczne sekcji obudowy zmechanizowanej poddanej wyróżnionym dwom rodzajom obciążenia dynamicznego. Wartości parametrów tych modeli uzależnione są od: zredukowanej masy sekcji obudowy zmechanizowanej, sprężystości stojaków, masy bryły stropowej działającej na sekcję w warunkach dynamicznego oddziaływania górotworu, częstości własnych oraz współczynników tłumienia sekcji. Podstawowym źródłem informacji służących w niniejszej pracy do identyfikacji parametrów obciążenia dynamicznego sekcji obudowy zmechanizowanej są wyniki pomiarów wykonanych w wyrobisku. Pomiary obciążenia dynamicznego sekcji obudowy zmechanizowanej przygotowano i przeprowadzono w wybranych wyrobiskach ścianowych charakteryzujących się III stopniem zagrożenia tąpaniami, postępując zgodnie z metodyką przedstawioną w rozdziale 5.1. Polegały one na równoczesnej rejestracji przebiegów czasowych siły w stojakach i przyśpieszenia stropnicy. W trakcie długotrwałych pomiarów wykonywanych w wyrobisku potwierdzono dobre właściwości funkcjonalne i trwałościowe specjalistycznej aparatury pomiarowej, zaprojektowanej i wykonanej w Instytucie Mechanizacji Górnictwa Politechniki Śląskiej. W niniejszej pracy rozpatrzono następujące czynniki determinujące obciążenie statyczne i dynamiczne sekcji: -warunki statycznej współpracy sekcji obudowy zmechanizowanej z górotworem, a w szczególności wartość statycznej siły w stojakach, -rodzaj dynamicznego oddziaływania górotworu, a w szczególności: zwrot obciążenia dynamicznego sekcji obudowy zmechanizowanej, rodzaj strzelania wykonywanego w wyrobisku, energię wstrząsu towarzyszącego zarejestrowanym zmianom siły w stojakach oraz lokalizację ogniska tego wstrząsu, gęstość energii sejsmicznej fali poprzecznej w miejscu pomiarów. W przypadku większości zarejestrowanych przypadków obciążenia dynamicznego sekcji obudowy zmechanizowanej energia sprężysta przejęta przez stojaki jest ponad 30-krotnie większa od energii fali sejsmicznej działającej na powierzchnię stropnicy. Wynika stąd, że źródłem energii działającej na sekcję nie jest sama fala sejsmiczna, lecz zmiany w stropie bezpośrednim spowodowane przejściem fali sejsmicznej prze górotwór naruszony. Korzystając z zarejestrowanych przebiegów czasowych wypadkowej siły w stojakach, oszacowano również wartości: przemieszczenia, prędkości i przyśpieszenia, charakteryzujących zaciskanie wyrobiska w warunkach dynamicznego oddziaływania górotworu. Analizując pojedyncze serie pomiarowe stwierdzono, że dynamiczne oddziaływanie górotworu od strony spągu węglowego skutkuje działaniem na sekcję obciążenia dynamicznego o większej gęstości widmowej mocy sygnału oraz o większej wariancji, w porównaniu a analogicznymi parametrami charakteryzującymi obciążenie dynamiczne sekcji od strony spągu łupkowego. Wyniki pomiarów przeprowadzonych dotychczas nie upoważniają do sformułowania innych wniosków odnośnie do wpływu czynników determinujących obciążenie statyczne i dynamiczne sekcji na wariancję obciążenia dynamicznego sekcji, czy też na gęstość widmową mocy sygnału tego obciążenia.

EN

From results of the underground tests, that have been performed so far, from the analysis of theories describing geomechanical conditions, which precede of occurrence of a bump, as well as from the interpretation of failures of elements of a powered roof support unit caused by bumps it appears that measurements of parameters characterizing the dynamic load on a powered roof support unit set in an underground working exposed to bumping must be carried out. In this paper - a dynamic load on a powered roof support unit - is defined as a time warying force coming from the rock body and acting on a longwall support unit in consequence of the rock body dynamic action. The objective of the paper is to identify parameters which characterize dyanmic action of the rock body on a canopy or on a base of a powered roof support unit producing changes of the force in legs, the rise time of which is longer than 0.01 s with its average rate of increase being at least by 25% greater than the maximal value of a rate of the force rise in legs caused by setting of a support unit. The identification covers the following parameters characterizing the dynamic load acting on a powered roof support unit which is treated as a random function: - spectral density of power of the dynamic load acting on a support unit, - variance of the dynamic load acting on a support unit. This being so, two physical models of a powered roof support unit subjected to the action of the two distinguished kinds of dynamic load have been considered. Values of parameters of these models depend on: -reduced mass of a powered roof support unit, - elasticity of legs, - mass of a roof rock block acting on a support uni under conditions of dynamic action of the rock body, - natural frequencies and damping coefficients of a support unit. The long lasting measurements taken in underground workings confirmed good functional and mechanical properties of the special measuring apparaturs designed and made at the Istitute of Mining mechanization of the Silesian Technical University. The following factors determining the static and dynamic load on a support unit have been considered in this paper: - conditions of static operation of a powered roof support unit with the rock body and, especially a value of the static force in legs; - kind of dynamic load acting on a powered roof support unit and, in particular: sense of the dynamic load acting on a powered roof support unit, type of blasting applied in an underground working, bump energy associated with the recorded changes if forces in legs as well as location of a focus of the bump, energy density of a transverse seimic wave in the measuring point. From an analysis of individual measuring series it follows that dynamic action of the rock body coming from the coal floor results in that a support unit is subjected to action of a dynamic load of greater spectral density of power and of greater variance in comparison with analogous parameters characterizing a dynamic load acting on a support unit and coming from the shaly floor. Results of the measurements carried out so far do not give grounds to formulate other conclusions concerning the effect which factors determining a static load and dynamic load acting on a support unit have on a variance of the dynamic load or on the power spectral density of this load. In particular, this refers to cases of a dynamic load acting on a support unit and coming from the floor. An analysis of results of the measurement of forces in legs generated by such an external load shows taht it is necessary to take further measurements of a load acting on a support unit due to dynamic action of the rock body exerted on a base advanced over the coal floor, especially when the support unit is operated in underground workings exposed to bump hazards.

Słowa kluczowe

PL

obciążenie obudowy; górotwór; obudowa zmechanizowana

EN

shaft loading; rock mass; powered support

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Górnictwo / Politechnika Śląska
• Rocznik: 2004
• Tom: z. 259
• Strony: 1--187
• Opis fizyczny: Bibliogr. 141 poz.

Twórcy

autor

Szweda S.

• Instytut Mechanizacji Górnictwa Politechniki Śląskiej, 44-100 Gliwice, ul. Akademicka 2, pok. 401, tel. [phone],