Wyniki badań własności mechanicznych skał w aspekcie metody urabiania

• Autorzy: Bołoz Łukasz

Warianty tytułu

EN

The results of rock mechanical properties testing with respect to mining methodsl

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono tematykę związaną z często pomijanym wpływem kierunku urabiania na generowane opory urabiania skał. Na etapie prac związanych z rozpoznaniem złoża lub doborem sposobu eksploatacji przeprowadzane są badania określające własności mechaniczne calizny. Najczęściej przeprowadza się badania wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie oraz czasami urabialności skał. Bardzo często wyniki tych badań silnie zależą od kierunku ich realizacji. Ponadto w zależności od sposobu urabiania (frezowanie, struganie, wiercenie) oraz miejsca pobierania próbek (ocios ściany, czoło lub ocios chodnika) kierunek skrawania zazwyczaj nie jest zgodny z kierunkiem realizacji badań. W artykule zwrócono uwagę na występujące w praktyce kierunki skrawania oraz przedstawiono, opracowane w tym celu dla górnictwa podziemnego, zalecenia dotyczące kierunku prowadzenia badań w celu prawidłowego określenia własności calizny. Zaprezentowano również autorskie wyniki badań węgla kamiennego, soli kamiennej oraz piaskowców, łupków i dolomitów, przeprowadzonych w trzech prostopadłych kierunkach. Ponadto dokonano przeglądu literatury w tym aspekcie, prezentując wybrane badania. Wyniki badań potwierdzają występowanie kilkukrotnych, czasami prawie pięciokrotnych, różnic wartości własności mechanicznych w zależności od kierunku obciążania. Wiedza dotycząca planowanego kierunku skrawania oraz kierunku realizacji badań jest warunkiem koniecznym prawidłowej interpretacji wyników i doboru techniki urabiania, rodzaju narzędzi, parametrów procesu oraz spodziewanej efektywności i energochłonności.

EN

The paper is concerned with the influence of cutting direction on rock cutting resistance, which is a frequently neglected issue. Investigations into the mechanical properties of unmined rock are carried out at the stage of works involving deposit identification or mining method selection. The most frequently performed tests include uniaxial compressive strength and, sometimes, mineability of the unmined rock. The results of these tests are strongly correlated with the direction in which they have been carried out. Additionally, depending on the method of mining (cutting, planning, drilling) and the site of sampling (sidewall, face), the direction of cutting is usually inconsistent with the direction of testing. In the article, the author has drawn attention to the commonly applied directions of cutting and presented recommendations on the direction of testing to be followed in underground mining plants in order to properly determine the unmined rock properties. The results of author’s research into hard coal mine, rock salt and sandstones, shales and dolomites, conducted in three perpendicular directions have also been quoted. Furthermore, the subject literature in this field has been reviewed and selected investigations presented. The research results confirm that depending on the cutting direction, there may be considerable, even fivefold differences in the value of mechanical properties. Knowing the planned cutting direction and the direction of testing is a necessary condition for interpreting the results in a proper way, choosing a suitable mining technique, the type of tools and process parameters, as well as achieving the projected efficiency and energy consumption.

Słowa kluczowe

PL

własności mechaniczne skał; dobór metody urabiania; anizotropia skał; mechaniczne urabianie skał; frezowanie; struganie; wiercenie

EN

mechanical properties of rocks; selection of a mining method; rock anisotropy; mechanical cutting of rocks; cutting; planning; drilling

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Górnictwa
• Czasopismo: Przegląd Górniczy
• Rocznik: 2021
• Tom: T. 77, nr 1-3
• Strony: 38--47
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., fot., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Bołoz Łukasz

• AGH w Krakowie, Katedra Inżynierii Maszyn i Transportu

Bibliografia

• [1] AGUSTAWIJAYA D. S. 2007 – The Uniaxial Compressive Strength of Soft Rock. Civil Engineering Dimension. 9(1), pp. 9-14.
• [2] BIAŁY W. 2014 – Coal cutting force measurement systems - (CCFM). 14th SGEM GeoConference on Science and Technologies In Geology. Exploration and Mining. SGEM2014 Conference Proceedings, Vol. III, pp. 91-98.
• [3] BIAŁY W. 2015 – Innovative solutions applied in tools for determining coal mechanical properties. Management Systems in Production Engineering, 4(20), pp. 202-209.
• [4] BOŁOZ Ł. 2018 – Longwall shearers for exploiting thin coal seams as well as thin and highly inclined coal seams, „Mining – Informatics, Automation and Electrical Engineering”, 2(534), pp. 59-65.
• [5] BOŁOZ Ł. 2018 – Mining of thin coal seams using surface-underground methods, „Mining – Informatics, Automation and Electrical Engineering”, 3(535), pp. 59-73.
• [6] BOŁOZ Ł. 2019 – Directions for increasing conical picks’ durability, In: New trends in production engineering, Sciendo, 2(1), pp. 277-285.
• [7] BOŁOZ Ł. 2020 – Interpretation of the results of mechanical rock properties testing with respect to mining methods. Acta Montanistica Slovaca, 25(1), pp. 81-93.
• [8] BOŁOZ Ł., KRAUZE, K., KUBIN, T. 2018 – Mechanisation of longwall extraction of hard and abrasive rocks. Multidisciplinary Aspects of Production Engineering. Sciendo, 1(1), pp. 331-337.
• [9] BOŁOZ Ł., CASTAÑEDA L. F. 2018 – Computer-aided support for the rapid creation of parametric models of milling units for longwall shearers. Management Systems in Production Engineering, 26(4), pp. 193-199.
• [10] BOŁOZ Ł., MIDOR K. 2018 – Process innovations in mining industry and effects of their implementation presented on example of longwall milling heads. Acta Montanistica Slovaca, 23(3), pp. 282-292.
• [11] BOŁOZ Ł., MIDOR K. 2019 – The procedure of choosing an optimal offer for a conical pick as an element of realizing the sustainable development concept in mining enterprises. Acta Montanistica Slovaca, 24(2), pp. 140-150.
• [12] DINC O., SONMEZ H., TUNUSLUOGLU C., KASAPOGLU K.E. 2011 – A new general empirical approach for the prediction of rock mass strengths of soft to hard rock masses, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 48, pp. 650-665.
• [13] HASILOVÁ K., GAJEWSKI, J. 2019 – The use of kernel density estimates for classification of ripping tool wear, Tunnelling and Underground Space Technology, 88, pp. 29-34.
• [14] HE M., LI N., ZHU C., CHEN Y., WUA H. 2019 – Experimental investigation and damage modeling of salt rock subjected to fatigue loading, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 114, pp. 17-23.
• [15] HOEK E., BROWN E.T. 1980 – Empirical Strength Criterion for Rock Masses. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 106, pp. 1013-1035.
• [16] KOTWICA K. 2018 – Atypical and innovative tool, holder and mining head designed for roadheaders used to tunnel and gallery drilling in hard rock. Tunnelling and Underground Space Technology, 82, pp. 493-503.
• [17] KRAUZE K. 2000 – Urabianie skał kombajnami ścianowymi. Wydawnictwo naukowe „Śląsk”, Katowice,
• [18] MAJCHERCZYK T., NIEDBALSKI Z. 2004 – Wpływ nachylenia otworów badawczych na zmianę parametrów wytrzymałościowych skał, XXVII Zimowa szkoła mechaniki górotworu, Kraków, pp. 898-907.
• [19] MAŁKOWSKI P. 2015 – The impact of the physical model selection and rock mass stratification on the results of numerical calculations of the state of rock mass deformation around the roadways, Tunnelling and Underground Space Technology, 50, pp. 365-375.
• [20] MANSOURI H., AJALLOEIAN R. 2018 – Mechanical behavior of salt rock under uniaxial compression and creep tests, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 110, pp. 19-27.
• [21] MUCHA K. 2019 – The new method for assessing rock abrasivity in terms of wear of conical picks. In: New Trends in Production Engineering, Sciendo, 2(1), pp. 186-194.
• [22] MULLER L., PACHER F. 1965 – Modellversuche zur Klarung der Bruchgefahr geklufteter Medien, Felsmech. u. Ing. Geol., Suppl. II, pp. 7-24.
• [23] NASSERIA M.H.B., RAOB K.S., RAMAMURTHYB T. 2003 – Anisotropic strength and deformational behavior of Himalayan schists, International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 48, pp. 626-636.
• [24] OZCELIK Y., YILMAZKAYA E. 2011 – The effect of the rock anisotropy on the efficiency of diamond wire cutting machines, International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 40, pp 3-23.
• [25] ÖZBEK A., GÜL M., KARACAN E., ALCA Ö. 2018 – Anisotropy effect on strengths of metamorphic rocks, Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 10, pp. 165-175.
• [26] PROKOPENKO S. A., VOROBIEV A. V., LYUDMILA A., JANOCKO J. 2018 – Waste Cutters Utilization in Underground Coal Mining, Acta Montanistica Slovaca, 23(1), pp. 81-89.
• [27] SCHORMAIR N., THURO K., PLINNINGER R. 2006 – The influence of anisotropy on hard rock drilling and cutting, The Geological Society of London, IAEG, Paper 491, pp. 1-11.
• [28] SHUXIN W. 1992 – Fundamental studies of the deformability and strength of jointed rock masses at three dimensional level, dissertation, The University of Arizona (http://hdl.handle.net/10150/185923).
• [29] ŤAVODOVÁ M., KALINCOVÁ D., HNILICOVÁ M., HNILICA R. 2016 – The influence of heat treatment on tool properties mulcher, Manufacturing technology, 16(5), pp. 1169-1173.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021)