Comparative bench testing of steel arch support systems with and without rock bolt reinforcements

• Autorzy: Pytlik Andrzej

Identyfikatory

DOI

10.24425/ams.2019.131064

Warianty tytułu

PL

Stanowiskowe badania porównawcze obudowy podporowej i podporowo-kotwiowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The mining of hard coal deposits at increasingly greater depth leads to an increase in hazards related to the loss of stability of steel arch supports as a result of excessive static and dynamic loads. Camber beam reinforcement via rockbolting is often utilised in order to improve the stability of the yielding steel arch support.This article presents the results of comparative bench tests of the ŁP10/V36-type steel arch support, tested with and without reinforcement by means of self-drilling bolts with drunken R25 threads, using short joists formed from V32 and V25 sections. It also presents the results of comparative tests of the ŁPP10/4/V29/I-type steel arch support, tested with and without reinforcement by means of rock bolts with trapezoidal Tr22/13 threads, using short joists formed from V25 sections. The obtained test results, in the form of load courses and work values of the steel arch and mixed (arches and rock bolts) support systems, demonstrate that the utilisation of mixed support may significantly improve the stability of workings, particularly immediately after they are driven. A mixed support system quickly achieves its maximum load capacity together with a significant increase in its work value. It may thus prevent the stratification of the rocks surrounding the working, and therefore better utilise the self-supporting capacity of the rock mass. As evidenced by the test results, the mixed support work may be as much as 3.5 times as great compared to the steel arch support at the beginning of the height reduction process initiated by loading – i.e. until its reduction by a presupposed value of 100 mm.

PL

Eksploatacja pokładów węgla kamiennego na coraz większych głębokościach powoduje wzrost zagrożeń związanych z utratą stateczności podporowej obudowy górniczej w wyniku nadmiernych obciążeń statycznych i dynamicznych. W celu poprawy stateczności podatnych odrzwi obudowy podporowej często stosuje wzmocnienie odrzwi poprzez przykotwienie łuku stropnicowego. W artykule przedstawiono wyniki stanowiskowych badań porównawczych odrzwiowej obudowy podporowej typu ŁP10/V36, badanej bez wzmocnienia oraz ze wzmocnieniem za pomocą kotwi samo- wiercących z gwintem falistym R25, przy użyciu krótkich podciągów wykonanych z kształtownika V32 oraz V25. Przedstawiono również wyniki badań porównawczych odrzwiowej obudowy podporowej typu ŁPP10/4/V29/I, badanej bez wzmocnienia oraz ze wzmocnieniem za pomocą kotwi z gwintem trapezowym Tr22/13, przy użyciu krótkich podciągów wykonanych z kształtownika V25.Uzyskane wyniki badań w postaci przebiegów obciążania oraz wartości pracy obudowy podporowej i podporowo-kotwiowej wykazują, że stosowanie obudowy podporowo-kotwiowej może znacząco poprawić stateczność wyrobiska górniczego szczególnie zaraz po jego wydrążeniu. Dzięki temu, że obudowa podporowo-kotwiowa szybko uzyskuje swoją maksymalną nośność przy znaczącym wzroście wartości pracy może zapobiegać rozwarstwianiu skał wokół wyrobiska, a przez to lepiej wykorzystać samonośność górotworu. Jak wykazują wyniki badań, praca W obudowy podporowo-kotwiowej może być nawet ponad 3.5-krotnie większa od obudowy podporowej na początku procesu jej obniżania pod wpływem obciążenia – to znaczy do czasu jej obniżenia o umowną wartość 100 mm.

Słowa kluczowe

EN

yielding steel arch support; rockbolting support system; mixed support; support work value; support load capacity

PL

podatna obudowa podporowa; obudowa kotwiowa; obudowa podporowo-kotwiowa; wartość pracy obudowy; nośność obudowy

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 64, no. 4
• Strony: 747--764
• Opis fizyczny: Bibliogr. 41 poz., fot., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Pytlik Andrzej

• Central Mining Institute, Pl. Gwarków 1, 40-166 Katowice, Poland

Bibliografia

• [1] ASTM F432-13:2013. Standard specification for roof and rock bolts and accessories.
• [2] Brodny J., 2012a. Identyfikacja parametrów pracy złącza ciernego stosowanego w górniczej obudowie podatnej wyrobisk korytarzowych. [Operational parameter identification of sliding joints employed in yielding gallery support systems]. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice.
• [3] Brodny J., 2012b. Analysis of operation of new construction of the frictional joint with the resistance wedge. Archives of Mining Sciences 57 (1), 209-227.
• [4] Brodny J., 2013. Analysis of operation of arch frictional joint loaded with the impact of freely falling mass. Studia Geotechnica et Mechanica 35 (1), 59-71.
• [5] BS 7861-1:2007. Strata reinforcement support system components used in coal mines. Part 1: Specification for rockbolting.
• [6] Cała M., Flisiak J., Tajduś A., 2001. Mechanizm współpracy kotwi z górotworem o zróżnicowanej budowie. [The interaction between a rock bolt and a rock mass with varied structure]. Biblioteka Szkoły Eksploatacji Podziemnej. Seria z Lampką Górniczą 8. Kraków.
• [7] Daniłowicz R., 2000. Badania możliwości wzmacniania skał kotwiami w kopalniach węgla. [Studies of rock reinforcement possibilities in coal mines by means of bolting]. Przegląd Górniczy 2, 33-37.
• [8] Daniłowicz R., Prusek S., Skrzyński K., 2006. Sposoby wzmacniania górotworu i obudowy w rejonie wyrobisk eksploatacyjnych. [Methods of rock mass and support reinforcement in the working area]. K. Rułka (Ed.), Stalowe obudowy odrzwiowe. Nowe rozwiązania konstrukcyjne i metody projektowania. Główny Instytut Górnictwa, Katowice, 245-274.
• [9] Daniłowicz R., Skrzyński K., 2003. Określenie współczynnika wzmocnienia górotworu za pomocą kotwi w wyrobiskach korytarzowych. [Rock mass reinforcement factor determination by means of rock bolts in gallery workings]. Przegląd Górniczy 3, 8-11.
• [10] Das kleine Bergbaulexikon, 1988. 7. Auflage. Essen, Verlag Glückauf GmbH., Germany.
• [11] DIN 21521-2:1993-02. Rock bolts for mining and tunnel support. General specifications for steel-bolts. Tests, testing methods.
• [12] DIN 21530-4:2016-09. Mine support – Part 4: Testing.
• [13] Horyl P., Snuparek R., Marsalek P., 2014. Behaviour of frictional joints in steel arch yielding supports. Archives of Mining Sciences 59 (3), 723-734.
• [14] Horyl P., Snuparek R., Marsalek P., Pacześniowski K., 2017. Simulation of laboratory test of steel arch support. Archives of Mining Sciences 62 (1), 163-176.
• [15] ISO 10208:1991. Rock drilling equipment. Left-hand rope threads.
• [16] Jacobi O., 1981. Praxis der Gebirgsbeherrschung 2, Auflage, Essen, Verlag Glückauf GmbH, Germany.
• [17] Kang H., 2014. Support technologies for deep and complex roadways in underground coal mines: a review. International Journal of Coal Science &Technology 1 (3), 261-277.
• [18] Majcherczyk T., Niedbalski Z., Małkowski P., Bednarek Ł., 2014. Analysis of yielding steel arch support with rock bolts in mine roadways stability aspect. Archives of Mining Sciences 59 (3), 641-654.
• [19] Nierobisz A., 2006. Obudowa podporowo-kotwiowa dla rozcinek rozruchowych ścian – przykłady zastosowań. [Mixed support system for longwall cross-cuts – examples of application]. Nowoczesne technologie górnicze. Problemy utrzymania wyrobisk korytarzowych. Politechnika Śląska w Gliwicach. Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Górnictwa, Gliwice, Ustroń 20-21 April, 131-155.
• [20] PN-G-15000-03:1993. Obudowa chodników odrzwiami podatnymi z kształtowników korytkowych. Odrzwia łukowe podatne ŁP z kształtowników typu V. Typoszereg A. Łuki. [Road support by means of yielding frame sets constructed from channel sections. Yielding arch frames constructed from V sections. Series of types A. Arches].
• [21] PN-G-15000-05:1992. Obudowa chodników odrzwiami podatnymi z kształtowników korytkowych. Odrzwia łukowe otwarte. Badania stanowiskowe. [Road support by means of yielding frame sets constructed from channel sections. Open arch frames. Bench tests].
• [22] PN-G-15011:2011. Obudowa chodników odrzwiami podatnymi z kształtowników korytkowych. Strzemiona. [Road support by means of yielding frame sets constructed from channel sections. Shackles].
• [23] PN-G-15022:2018-11. Obudowa wyrobisk górniczych. Odrzwia podatne z kształtowników korytkowych. Wymagania wytrzymałościowe i badania. [Mine working support. Yielding frames constructed from channel sections. Strength requirements and testing].
• [24] PN-G-15092:1999. Kotwie górnicze. Badania. [Rock bolts. Testing].
• [25] PN-H-93441-1:2013-12. Kształtowniki stalowe walcowane na gorąco dla górnictwa. Wymagania ogólne i badania. [Hot-rolled steel sections for mining. General requirements and testing].
• [26] PN-H-93441-3:2004. Kształtowniki stalowe walcowane na gorąco dla górnictwa. Kształtowniki typu V. Wymiary. [Hotrolled steel sections for mining. V sections. Dimensions].
• [27] Podjadtke R., Witthaus H., Breedlove J., 2008. Development in steel roadway support – a track record. 27th International Conference on Ground Control in Mining, 29-31 July 2008, Morgantown, West Virginia. http://www.sggt.com/fileadmin/Dateien_Unternehmen/BE/PDF/DEVELOPMENT_IN_STEEL_ROADWAY_SUPPORT.pdf. Accessed 26th February 2019.
• [28] Ptáček J., Koníček P., Holečko J., Przeczek A., Waclawik P., Pavelek Z., Macura M., Kajzar V., Kukutsch R., 2017. Rockbursts in Ostrava Karviná Coalfield. Ústav geoniky AV ČR, v.v.i., Ostrava.
• [29] Pytlik A., 2001. Wpływ zginania na pracę ciernych złączy łukowych odrzwi ŁP przy obciążeniach statycznych i dynamicznych. Praca Doktorska. [The influence of bending on yielding arch frame sliding joint operation under static and dynamic loads. Doctoral dissertation]. Główny Instytut Górnictwa, Katowice.
• [30] Pytlik A., 2002. Charakterystyka pracy ciernych złączy odrzwi obudowy ŁP przy obciążeniach statycznych i dynamicznych. [Operational characteristics of yielding arch frame support sliding joints under static and dynamic loads]. Prace Naukowe GIG 42. Główny Instytut Górnictwa, Katowice.
• [31] Pytlik A., 2017. Stanowisko i metodyka badań obudowy podporowo-kotwiowej w skali naturalnej. [Full-scale mixed support test stand and methodology]. Przegląd Górniczy 8, 18-23.
• [32] Pytlik A., 2019. Tests of steel arch and rock bolt support resistance to static and dynamic loading induced by suspended monorail transportation. Studia Geotechnica et Mechanica 41 (2), 81-92.
• [33] Pytlik A., Stoiński K., 2006. Odporność dynamiczna stalowych obudów odrzwiowych w świetle dotychczasowych badań. [Steel arch support dynamic resistance in the light of current studies]. K. Rułka (Ed.), Stalowe obudowy odrzwiowe. Nowe rozwiązania konstrukcyjne i metody projektowania. Główny Instytut Górnictwa, Katowice, 61-90.
• [34] Pytlik A., Prusek S., Masny W., 2016. A methodology for laboratory testing of rockbolts used in underground mines under dynamic loading conditions. SAIMM Journal of The Southern African Institute of Mining and Metallurgy 116 (12), 1101-1110.
• [35] Rotkegel M., 2013. ŁPW steel arch support – designing and test results. Journal of Sustainable Mining 12 (1), 34-40.
• [36] Sun X., Wang L., Lu Y., Jiang B., Li Z., Zhang J., 2018. A yielding bolt – grouting support design for a soft-rock roadway under high stress: a case study of the Yuandian No. 2 coal mine in China. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy 118 (1), 71-82. http://dx.doi.org/10.17159/2411-9717/2018/v118n1a9.
• [37] Tokarczyk J., Turewicz K., Smolnik G., Rotkegel M., 2010. Numerical analysis of impact load of arch yielding support. Journal of KONES Powertrain and Transport 17, 1, 455-464.
• [38] Turek M. (Ed.), 2012. Bezpieczeństwo obudowy podporowo-kotwiowej w warunkach występowania wstrząsów górotworu. [Mixed support safety under the conditions of rock mass tremor occurrence]. Główny Instytut Górnictwa, Katowice.
• [39] Turek M., 2010. Podstawy podziemnej eksploatacji pokładów węgla kamiennego. [The basics of underground hard coal deposit extraction]. Główny Instytut Górnictwa, Katowice.
• [40] Turek M., Prusek S., Masny W., 2015. Obudowa podporowo-kotwiowa w kopalniach węgla kamiennego. [Mixed support in hard coal mines]. Główny Instytut Górnictwa, Katowice.
• [41] UNE 22725:2007. Sliding steel profiles for roof support.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020)