Tytuł artykułu
Autorzy
Wybrane pełne teksty z tego czasopisma
Identyfikatory
Warianty tytułu
Wpływ prędkości odkształcenia skał na wskaźniki skłonności skał do tąpań
Języki publikacji
Abstrakty
W pracy określono wskaźniki skłonności skał do tąpań, które można uzyskać na podstawie badań jednoosiowego ściskania próbek skalnych w sztywnej maszynie wytrzymałościowej. Badania eksperymentalne prowadzono w sztywnej maszynie wytrzymałościowej MTS-810 przy wymuszeniu kinematycznym za pomocą prędkości odkształcenia podłużnego w zakresie prędkości odkształcenia 10-4 - lO-1, s-1 (Bukowska, 1996). W badaniach uwzględniono wszystkie rodzaje skał karbońskich formacji węglonośnej Górnośląskiego Zagłębia Węglowego: zlepieńce, piaskowce, mułowce, iłowce, węgle. Dla każdego rodzaju skał przebadano po kilkadziesiąt próbek laboratoryjnych (tablica 1). Wyniki badań uzyskiwano z wykresu komputerowego w postaci całkowitej charakterystyki naprężeniowo-odkształccniowej, na podstawie której określano wskaźniki skłonności skał do tąpań. Wyróżniono wskaźniki naprężeniowe, odkształceniowe, naprężeniowo-odkształceniowe i energetyczne (wzory: 4.1-4.6). Dla określenia wpływu prędkości odkształcenia skały na wielkości charakteryzujące wrażliwości skał do tąpań i wskaźniki skłonności skał do tąpań zastosowano analizę statystyczną, przy uwzględnieniu całej populacji próbek (538 próbek - tab. 1). Dla każdej zależności y = f[epsilon] i dla każdej próbki skalnej określono współczynniki korelacji. W przypad-ku gdy była możliwość grupowania próbek skalnych danego rodzaju skał, tzn. gdy korelacja badanej zależności y =f[epsilon] dla grupy próbek skalnych była istotna na przyjętym poziomie prawdopodobieństwa 0,05, określano dla całej grupy danego rodzaju jedno równanie regresji. W przeciwnym przypadku podawano równania regresji dla poszczególnych zależności dla każdej próbki oddzielnie. Otrzymane równania regresji przedstawiają zależności badanego parametru od prędkości odkształcenia skały (rys. 5.1-5.6). Analiza statystyczna wykazała, że niektóre parametry wykazują zależności od prędkości odkształcenia tylko dla pewnych typów skał. Istotnym wynikiem analizy statystycznej jest wykazanie, że wskaźniki skłonności skał do tąpań, określone na podstawie przedkrytycznej części charakterystyki naprężenio-wo-odkształceniowej: wskaźnik potencjalnej tąpliwości K, energetyczny wskaźnik skłonności do tąpań na granicy wytrzymałości WET oraz wskaźnik zagrożenia tąpaniami WZT, nie zależą od prędkości odkształcenia skał w badanym zakresie 10-4, lO-1, s-1 Zwrócono uwagę na wskaźniki skłonności skał do tąpań, które zależą od prędkości odkształcenia: wskaźnik potencjalnej energii sprężytej PES, wskaźnik dynamiki rozpadu X i wskaźnik osłabienia tąpnięcia W0T. Wskaźnik potencjalnej energii sprężystej wykazuje wzrost wraz ze wzrostem prędkości odkształcenia dla wszystkich badanych typów litologicz-nych skał. W przypadku piaskowców (rys. 6.1 a) i węgli występuje wyraźne zróżnicowanie wartości PES dla skał pochodzących z różnych kopalń. Natomiast iłowce, mułowce i zlepieńce wykazują jednakowe zmiany dla wszystkich próbek, bez względu na miejsce pobrania (rys. 6.1 b). Wskaźnik dynamiki rozpadu maleje wraz ze wzrostem prędkości odkształcenia dla węgli, iłowców i mułowców, przy czym występujące zależności są jednakowe dla wszystkich próbek tego samego typu litologicznego skały (rys. 6.2). Wskaźnik osłabienia tąpnięcia zależy od prędkości odkształcenia skały tylko dla mułowców i węgla, wykazując analogiczne zmiany dla całego typu litologicznego skały (rys. 6.3). Do wskaźników skłonności skał do tąpań zaliczano również naprężenie krytyczne (doraźna wytrzymałość na ściskanie), jako najbardziej charakterystyczną własność skał, którą można określić w warunkach kopalnianych. Dla globalnego przedstawienia wyników badań skonstruowano trójwymiarowy wykres warstwowy, na którym pokazano zmianę wartości poszczególnych energii właściwych wraz ze wzrostem prędkości odkształcenia. Dla przykładu załączono histogramy dla węgli (rys. 7.1) i dla mułowców (rys. 7.2), gdyż pozostałe typy skał wykazują podobne tendencje zmian. Trójwymiarowe histogramy obrazują nie tylko wpływ prędkości odkształcenia na badane energie, ale również przedstawiają względne wartości poszczególnych energii w stosunku do energii całkowitej. Na analogicznych histogramach przedstawiono wskaźniki skłonności skał do tąpań dla węgli (rys. 7.3) i dla mułowców (rys. 7.4). Wskaźnik [sigma] kr i PES wyraźnie wzrastają, natomiast wskaźnik [lambda] i WOT ulegają zmniejszeniu wraz ze wzrostem prędkości odkształcenia skały, jednakże szybkość zmiany poszczególnych wskaźników zależy od rodzaju skały. Wyniki badań odniesiono do zagadnień profilaktyki tąpaniowej w dwóch skrajnych przypadkach: zalegania słabego pokładu węgla pod mocnym stropem lub mocnego pokładu węgla pod słabym stropem. We wnioskach zestawiono wyniki badań. Końcowym wnioskiem jest stwierdzenie, że zapobieganie tąpaniom wymaga analizy poszczególnych przypadków zalegania układu: pokład-strop, a następnie stosowania odpowiedniego kierowania zarówno postepem frontu eksploatacyjnego dla wywołania odpowiedniej prędkości odkształcenia skał, jak również kontroli stropu dla zmniejszenia magazynowanej energii przez wumuszone zwały lub nawilżanie skał stropowych.
The indexes of rock susceptibility to bumps, which can be determined from uniaxial compression of rock samples in a stiff testing machine have been determined. Experiments have been carried out at kinematic control with longitudinal strain rate ranging between 10-4 to 10-1 s-1. The results have been obtained in the form of a complete stress-strain characteristic. On this basis indexes of rock susceptibility to bumbs have been defined. The stress, strain, stress-strain and energy indexes have been determined. Attention has been paid to the indexes defined from the pre-critical part of the stress-strain characteristic as well as the indexes defined from the pre- and post -critical parts of the characteristic. The influence of strain rate on the indexes of rock susceptibility to bumps for all kinds of Carboniferous rock occurring in the Upper Silesian Coal Basin has been analysed with respect to the whole population of rock samples. The obtained results have been referred to the bump prevention measures in two exstreme cases: a weak seam under a strong roof or a strong seam under a weak roof.
Wydawca
Czasopismo
Rocznik
Tom
Strony
23--45
Opis fizyczny
Bibliogr. 16 poz., wykr.
Twórcy
autor
- Główny Instytut Górnictwa, Pl. Gwarków 1, 40-166 Katowice
Bibliografia
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-BWA1-0009-0022
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.