DOBÓR OBUDOWY

KOTWIOWEJ

DLA ZAKŁADÓW

WYDOBYWAJĄCYCH RUDY

.

Materiały źródłowe:
1.     wykład: Jerzy Kicki „Dobór obudowy kotwiowej

dla zakładów

wydobywających rudy, AGH Kraków, 25.05.2005
2.     Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002,
Załącznik nr 3
3.     Stefan Gałczyński, Andrzej Wojtaszek: Analiza mechanizmu
zniszczenia skotwionej skalnej półki nośnej

4.     J. Dudek, S. Gałczyński, A. Wojtaszek, Zasady doboru podatnej
obudowy kotwiowej wyrobisk korytarzowych i komorowych (na
przykładzie kopalń LGOM-u), Prace Nauk. Instytutu Geotechniki
PWr nr 21, seria Monografie nr 4, Wrocław 1978.

5.     Stefan Gałczyński, Kazimierz Mrozek, Andrzej Wojtaszek:
Kryteria doboru nośności obudowy kotwiowej w wyrobiskach
podziemnych

a. b. c.

1

2

3

Modele obudowy kotwiowej, a - podwieszenie górotworu, b - konstrukcja nośna,

c - ośrodek ciągły, 1 - górotwór nienaruszony, 2 - górotwór naruszony, 3 -

górotwór sprężony.

Kotwie stropowe

Kotwie ociosowe

Produkujemy dwa rodzaje kotew:

Zanam-Legmet Sp. z o.o

 

 
 1.

    

Kotwa wklejana:

 


      

średnica żerdzi kotwy Ø 18,2 mm , Ø 19 mm, Ø 20 mm,



      

długość kotwi w mm

od 1 270 do 2 670 m

(posiada znak dopuszczenia Wyższego Urzędu Górniczego GG-
98/96)

 
 

2.

        

Kotwa rozprężna:

 



    

średnica żerdzi kotwy Ø 20 mm



    

długość kotwi w mm

od 600 do 3 000 mm

(posiada znak dopuszczenia Wyższego Urzędu Górniczego GG-
109/96)

Kotwa wklejana

Kotwa

rozprężna

Kotwie

rozprężne oraz wklejane

przeznaczone są do zabezpieczenia

stropu i ociosów wyrobisk

górniczych,

jako samodzielna lub wzmacniająca obudowa

kotwiowa stosowana w podziemnym górnictwie
rud metali nieżelaznych, górnictwie węgla
kamiennego.

Stosowane

są

również

do

podwieszania siatek i uchwytów, do zawieszania
rurociągów, przewodów lub innych elementów
wyposażenia górniczego, których masa nie
przekracza 500 kg.

 

Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002,

Załącznik nr 3

 

Przy doborze obudowy kotwiowej

uwzględnia się

:

1.

      

własności geomechaniczne skał

stropowych,
2.

      

lokalne zaburzenia geologiczne,

3.

      

przeznaczenie wyrobiska i jego

wymiary,
4.

      

klasy stropu według klasyfikacji

ustalonej

na

podstawie

badań

geomechanicznych,
5.własności skał wykonanych przez
rzeczoznawcę.

W zakładach górniczych wydobywających rudy

miedzi klasę stropu, dla doboru obudowy kotwiowej,

ustala się na podstawie wartości następujących

parametrów:

 

1.

      

uławicenia stropu,

2.

zagęszczenia

szczelin

zmineralizowanych w stropie wyrobisk,
3.

      

zuskokowania,

4.

      

zrzutu uskoków,

5. wytrzymałości skał na

rozciąganie

Rr

i

ściskanie Rc.

Wyróżnia się pięć klas stropu:

-  Klasa l

Klasa l

—

— skaty słabe

skaty słabe

,

,

-

-

 

  Klasa II

Klasa II

—

— skały średnio mocne

skały średnio mocne

,

,

-

-

 

  Klasa III

Klasa III

—

— skały średnio mocne

skały średnio mocne

,

,

-

-

 

  Klasa IV

Klasa IV

—

— skały mocne

skały mocne

,

,

-

-

 

  Klasa V

Klasa V

—

— skały bardzo mocne

skały bardzo mocne

.

.

 

Stropy klasy I

tworzą skały o budowie drobnoławicowej, o

wytrzymałości na ściskanie od 15 do 30 MPa oraz dużym
zaangażowaniem tektonicznym.

 

Stropy klasy II

tworzą skały o zróżnicowanej budowie i

wytrzymałości na ściskanie od 30 do 50 MPa oraz zmiennym
tektonicznym zaangażowaniem.

  

Stropy klasy III

tworzą skały o budowie gruboławicowej i

wytrzymałości na ściskanie od 50 do 80 MPa oraz małym
zaangażowaniem tektonicznym stropu.

  

Stropy klasy IV

tworzą skały o wytrzymałości na ściskanie

powyżej 80 MPa oraz budowie gruboławicowej i bardzo małym
zaangażowaniem tektonicznym (na całej przestrzeni strop o
dużej nośności).

Dobór obudowy kotwiowej dla

wyrobisk korytarzowych i komór

specjalnego przeznaczenia

.

 

 

Strop

wyrobisk

korytarzowych

zabezpiecza

się

kotwami

o

długości co najmniej

1,6 m

:

Dobór obudowy kotwiowej dla wyrobisk

korytarzowych i komór specjalnego

przeznaczenia.

 

PODSTAWOWYM SCHEMATEM KOTWIENIA JEST

 W przypadku stropów:



  

l klasy

oraz szerokości wyrobisk

do 6,0 m,



  

II klasy

oraz szerokości wyrobisk

do 7,0 m

ROZSTAW KOTWI 1,0 x 1,0 m.

 W przypadku stropów:



   

III klasy

oraz szerokości wyrobisk

do

7,0 m

 

ROZSTAW KOTWI 1,5 x 1,5 m.

 W przypadku stropów:



   

lV klasy

oraz szerokości wyrobisk

do 7,0 m

,



   

V klasy

oraz szerokości wyrobisk

do 8,0 m

 

ROZSTAW KOTWI 2,0 x 2,0 m.

Szerokość wyrobiska określana jest

pod jego stropem, prostopadle do osi

wyrobiska.

 
 

Kotwy stropowe

Przy

lokalnie

występujących

większych szerokościach

wyrobisk,

korytarzowych,

stosuje

się

dodatkowe zabezpieczenie stropu,
w szczególności

kotwie o zwiększonej długości

żerdzi

dobierane indywidualnie w

zależności

od

czasu

funkcjonowania i przeznaczenia
wyrobiska.

O rodzaju i sposobie dodatkowego

zabezpieczenia

decyduje

kierownik działu robót górniczych

Zabezpieczenie

OCIOSÓW

 OCIOSY WYROBISK POWINNY BYĆ ODCHYLONE

NA ZEWNĄTRZ

O KĄT CO NAJMNIEJ 10°.

Kotwieniu podlegają ociosy

wyrobisk

o wysokości:


powyżej 3,5 m

(bez względu na

kąt pochylenia)

 oraz

ociosy

wyrobisk

o

wysokości do 3,5 m

w przypadku

braku możliwości odchylenia ich
na zewnątrz.

 

DŁUGOŚĆ KOTWI OCIOSOWYCH

POWINNA WYNOSIĆ co najmniej

1,6m

.

 

Ociosy kotwi się w rozstawie kotew

1,5 x 1,5 m,

 

z usytuowaniem dolnego rzędu kotwi w

odległości około 1,8 m od spągu.

Ociosy mogą być kotwione z opóźnieniem

do 10m w stosunku do czoła przodka.

Dobór obudowy kotwiowej dla

WYROBISK EKSPLOATACYJNYCH.

 

Doboru obudowy kotwiowej dokonuje

się dla całego okresu funkcjonowania
wyrobisk w polu wydobywczym, przed
przystąpieniem

do

fazy

robót

rozcinkowych.

 

Szerokość

wyrobisk

wykonywanych

w

fazie

rozcinki, utrzymywanych w fazie rozwiniętej
eksploatacji oraz w fazie likwidacji, uzależniona
jest od:



  

klasy stropu,



  

zastosowanego systemu eksploatacji,



  

umaszynowienia procesu wybierkowego,



  

wysokości furty eksploatacyjnej,



  

minimalnego kąta pochylenia ociosów.

Dla wyrobisk eksploatacyjnych, o stropach zakwalifikowanych

do

l klasy

podstawowym schematem kotwienia jest rozstaw kotew

1,0 x 1,0m,

przy czym minimalna długość kotwi obudowy powinna wynosić:



    

1,6 m

— dla wyrobisk o wysokości do 5,0 m i szerokości do

7,0 m,



    

1,8 m

— dla wyrobisk o wysokości do 7,0 m i szerokości do

8,0 m,



    

2,2 m

— dla wyrobisk o wysokości do 7,0 m i szerokości do

9,0 m,



    

2,6 m

— dla wyrobisk o wysokości powyżej 7,0 m i

szerokości do 10,0 m.

 

Dla wyrobisk eksploatacyjnych, o stropach zakwalifikowanych

do

lI klasy

podstawowym schematem kotwienia jest rozstaw

kotew

1,5 x1,5m,

przy czym minimalna długość kotwi obudowy powinna wynosić:



    

1,6 m

— dla wyrobisk o wysokości do 5,0 m i szerokości do

9,0 m,



    

1,8

m

— dla wyrobisk o wysokości do 7,0 m i szerokości do

10,0 m,



    

2,2 m

— dla wyrobisk o wysokości do 7,0 m i szerokości do

11,0 m,



    

2,6 m

— dla wyrobisk o wysokości powyżej 7,0 m i

szerokości do 12,0 m.

Dla wyrobisk eksploatacyjnych, o stropach zakwalifikowanych

do
lII klasy

podstawowym schematem kotwienia jest rozstaw

kotew

1,5 x 1,5m,

przy czym minimalna długość kotwi obudowy powinna wynosić:



    

1,2 m

— dla wyrobisk o wysokości do 2,0 m i szerokości do

8,0 m,



    

1,6 m

— dla wyrobisk o wysokości do 5,0 m i szerokości do

10,0 m,



    

1,8 m

— dla wyrobisk o wysokości do 7,0 m i szerokości do

12,0 m,



    

2,2 m

— dla wyrobisk o wysokości powyżej 7,0 m i

szerokości do 13,0 m.



    

2,6 m

— dla wyrobisk o wysokości powyżej 7,0 m i

szerokości do 14,0 m.

Dla wyrobisk eksploatacyjnych, o stropach zakwalifikowanych

do

lV klasy

podstawowym schematem kotwienia jest rozstaw

kotew

2,0 x 2,0m,

przy czym minimalna długość kotwi obudowy powinna wynosić:



    

1,2 m

— dla wyrobisk o wysokości do 2,0 m i szerokości do

9,0 m,



    

1,6 m

— dla wyrobisk o wysokości do 5,0 m i szerokości do

12,0 m,



    

1,8 m

— dla wyrobisk o wysokości do 7,0 m i szerokości do

14,0 m,



    

2,2 m

— dla wyrobisk o wysokości powyżej 7,0 m i

szerokości do 16,0 m.



    

2,6 m

— dla wyrobisk o wysokości powyżej 7,0 m i

szerokości do 18,0 m.

 

Dla wyrobisk eksploatacyjnych, o stropach zakwalifikowanych

do

V klasy

podstawowym schematem kotwienia jest rozstaw

kotew

2,0 x 2,0m

,

przy czym minimalna długość kotwi obudowy powinna wynosić:



    

1,2 m

— dla wyrobisk o wysokości do 2,0 m i szerokości do

10,0 m,



    

1,6 m

— dla wyrobisk o wysokości do 5,0 m i szerokości do

13,0 m,



    

1,8 m

— dla wyrobisk o wysokości do 7,0 m i szerokości do

15,0 m,



    

2,2 m

— dla wyrobisk o wysokości powyżej 7,0 m i

szerokości do 17,0 m.



    

2,6 m

— dla wyrobisk o wysokości powyżej 7,0 m i

szerokości do 20,0 m.

Przy lokalnie występujących szerokościach wyrobisk

większych niż wyszczególnionych wcześniej stosuje się
dodatkowe zabezpieczenie stropu, w szczególności:

 



  

kotwy o zwiększonej długości żerdzi,



  

obudowę podporową,

dobierane

indywidualnie

w

zależności

od

warunków geologiczno-górniczych.

O rodzaju i sposobie dodatkowego zabezpieczenia stropu

decyduje Kierownik działu robót górniczych.

Sposób zabezpieczenia stropu wyrobisk
w fazie ich likwidacji

 
zatwierdza kierownik ruchu zakładu górniczego na

podstawie opinii kopalnianego zespołu do spraw
zwalczania tąpań i zawałów, przy czym maksymalne
poszerzenie wyrobisk zabezpieczonych obudową nie
powinno przekraczać:

dla I klasy stropu —15,0m,
dla II klasy stropu — 17,0m,
dla III klasy stropu —18,0m,
dla IV klasy stropu — 20,0m,
dla V klasy — 25,0m.

Faza likwidacji parceli elementarnej

przebiegać

powinna

w

sposób

ciągły

w

możliwie

najkrótszym czasie z zachowaniem rygorów
zatwierdzonych

przez kierownika ruchu zakładu

górniczego na podstawie opinii kopalnianego
zespołu do spraw zwalczania tąpań i zawałów.

Ociosy

Ociosy powinny być

odchylone

na zewnątrz o kąt co

najmniej

10°.

W przypadku braku możliwości

odchylenia ociosów na zewnątrz zabezpiecza się je w
szczególności przez:

- podsypanie urobkiem,
- zabudowanie stojaków


  

lub przez zakotwienie.

 

Zabezpieczanie ociosów

Zabezpieczanie ociosów.

 

Kotwieniu podlegają ociosy wyrobisk o wysokości

powyżej 10m

, w przypadku występowania w części

przystropowej

zwięzłych

gruboławicowych

warstw

dolomitowych.

Ustalono, że wówczas:



   

Długość kotwi ociosowych powinna wynosić

nie mniej niż

1,8m,



   

Ociosy mogą być kotwione z opóźnieniem do 10m w

stosunku do czoła przodka,



   

Kotwie ociosowe powinny być zabudowane według ustaleń

dokonanych przez kierownika działu robót górniczych.

podsypanie ociosów urobkiem,

 

podsypanie ociosów urobkiem,

 

Weryfikacja

doboru

obudowy

kotwiowej

 

Weryfikacji doboru obudowy kotwiowej
dokonuje się w przypadku:
 



  

nowo uruchomionych pól wybierkowych - nie

później

niż

po

uzyskaniu

frontem

robót

rozcinkowych postępu wynoszącego 200 m,



  

pól o zaawansowanej eksploatacji – po wystąpieniu

objawów szczególnego zagrożenia zawałami lub
zmiany

warunków

geologicznych

w

polu,

powodujących przeklasyfikowanie stropu,



  

wyrobisk przygotowawczych, znajdujących się pod

wpływem ciśnienia eksploatacyjnego

INSTRUKCJA STOSOWANIA OBUDOWY KOTWIOWEJ W

ZAKŁADACH GÓRNICZYCH WYDOBYWAJĄCYCH RUDY METALI

NIEŻELAZNYCH

 

Stateczność wyrobiska

jest to taki stan w układzie "górotwór

- obudowa", w który mechaniczne mają kontrolowany i
przewidywany przebieg. Obciążenia przenoszone przez układ są
mniejsze od dopuszczalnych a przemieszczenia nie przekraczają
wielkości prognozowanych.

 

Szczelinowatość skał

- właściwość skał wynikająca z istnienia

w niej spękań, niezależnie od pochodzenia, orientacji przestrzennej i
miejsca występowania.

 

Nośność kotwi

- siła powodująca zerwanie żerdzi kotwi,

wysunięcie pozbawiające współpracy z górotworem lub zniszczenie
podkładki, nakrętki i głowicy rozprężnej.

 

Kotew

- żerdź kotwiowa wraz z elementami mocującymi.

 

Żerdź kotwiowa

- podstawowy element kotwi, wykonany w postaci

pręta stalowego, drewnianego lub z tworzywa sztucznego, jak
również w innej postaci np. rury, liny lub wiązki cienkich prętów
stalowych.

 

Kotew rozprężna

- kotew mocowana w otworze

na zasadzie siły

tarcia wywołanej dociskiem elementu mocującego do ścian otworu.

 

Kotew spoiwowa

kotew mocowana w otworze za pomocą spoiwa

płynnego.

 

Kotew wklejana

- kotew mocowana w otworze za pomocą ładunków

klejowych.

 

Kotew żelbetowa

- kotew z żerdzią stalową, mocowana w otworze przy

pomocy spoiwa betonowego.

 

Kotew o zamocowaniu ciągłym

– kotew mocowana w otworze na co

najmniej 90 % jego długości.

 

Kotew o zamocowaniu odcinkowym

– kotew mocowana w otworze

na części jego długości.

 

Ładunek klejowy

- masa wiążąca umieszczana w otworze kotwiowym w

pojemnikach.

 

WARUNKI STOSOWANIA OBUDOWY

KOTWIOWEJ

 

Obudowa

kotwiowa,

spełniająca

rolę

konstrukcji nośnej,

może być stosowana w skałach zwięzłych w

przypadku

gdy równocześnie spełnione są następujące

warunki:

 

skały stropowe posiadają średnio-ważoną wytrzymałość na

jednoosiowe ściskanie

(Rc),

badaną dla pakietu skał o

grubości równej szerokości projektowanego wyrobiska,
wynoszącą

nie mniej niż 15MPa

nie mniej niż 15MPa

,

skały posiadają w strefie przewidzianej do kotwienia w

zakładach wydobywających rudy miedzi średnią

podzielność

nie mniej niż 20mm

i nie wykazują naturalnej skłonności

do odspajania się a w zakładach wydobywających rudy cynku i
ołowiu występujące gniazda brekcji nie wykazują skłonności
do odpadania.

WYMOGI STOSOWANIA OBUDOWY

KOTWIOWEJ

 

Obudowa kotwiowa może być stosowana gdy

zostaną spełnione następujące wymogi:



  

istnieje

niezbędne

rozpoznanie

własności skał,

-stosowane są dopuszczone materiały i

urządzenia,

- zapewnione

jest

prawidłowe

wykonawstwo,

-realizowana jest kontrola i badania

obudowy kotwiowej,

 

Zasady doboru obudowy

kotwiowej w zakładach

wydobywających rudy miedzi

 

Dla zakładów wydobywających rudy miedzi klasę

stropu ustala się w oparciu o wartość

wskaźnika

stateczności stropu

, który wyraża

zależność

między wytrzymałością skał, grubością
ławic oraz stopniem szczelinowatości

.

WYKONYWANIE OBUDOWY KOTWIOWEJ

 

Zabezpieczanie stropów wyrobisk górniczych może być

dokonywane

poprzez

kotwienie

podstawowe

i

"głębokie".



  

Pod pojęciem

kotwienia podstawowego

rozumie

się kotwienie na głębokość nie większą jak 2.6m –

(l

k



2,6 m)



  

Kotwienie kotwiami o długości powyżej 2.6m jest

kotwieniem głębokim

(l

k

> 2,6 m)

Na wykonanie obudowy kotwiowej składają się

takie czynności jak:



  

wiercenie otworów,

osadzanie kotwi oraz montaż takich elementów

jak podkładka, nakrętka, zaciski,



  

opinka itp.

Przy wykonywaniu obudowy kotwiowej

należy przestrzegać następujących zasad

ogólnych:

 



    

Kotwie należy zakładać rzędami zaczynając od ociosu.



    

Kotwie stropowe należy zabudowywać jak najbliżej ociosu

.



    

Odległość ostatniego rzędu kotwi od czoła przodka nie powinna być

większa niż rozstaw kotwi

.



    

Kotwie stropowe należy zabudowywać prostopadle do powierzchni

stropu za wyjątkiem kotwi przyociosowych, które należy odchylić w
kierunku ociosu pod kątem około 10°.



W zakładach wydobywających rudy cynku i ołowiu dopuszcza się w

wyrobiskach ze stropem płaskim zabudowanie wszystkich kotwi
stropowych prostopadle.



    

Kierunek zabudowy kotwi ociosowych może być poziomy lub z

odchyleniem w stronę spągu albo stropu

.



 

Kotwie ociosowe mogą być zabudowywane z prostopadłym

usytuowaniem rzędów i szeregów lub w szachownicę.

PROJEKT

sprawdzenie doboru obudowy

kotwiowej dla wyrobisk kopalń LGOM

 

25

OBLICZENIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE OBUDOWY

KOTWIOWEJ

 
 
 

 

P

P

u

a. b.

Charakterystyka wytrzymałościowo-odkształceniowa

kotwi: a – schemat kotwi, b – wykres charakterystyki, P –

nośność, u – przemieszczenie

 

WYTYCZNE OBLICZEŃ STATYCZNYCH

 

1.

    

Obciążenie obudowy kotwiowej określa

się zgodnie z normami:

PN 98/G- 05020: Podziemne wyrobiska korytarzowe i

komorowe. Obudowa sklepiona. Zasady projektowania i
obliczeń statycznych.

PN 98/G- 05600: Podziemne wyrobiska korytarzowe i

komorowe. Obudowa powłokowa. Zasady projektowania i
obliczeń statycznych.

 

Wykorzystuje się w tym celu

metody sklepieniowe:

Protodiakonowa, Cymbarewicza

lub Sałustowicza

lub rozwiązania wynikające z

modelu ciśnień deformacyjnych

 

 

1.1.

       

 

Model Protodiakonowa

 

 
 

b

h

o

h

q

z

s

o

tg

b

h



2



Mechanizm i zasięg stref

zniszczenia wg hipotezy

Protodiakonowa

Zasięg strefy zniszczonej

(odprężonej)

h

o

w stropie

wyrobiska określa się wg

wzoru:

1.1.

        

Model Cymbarewicza

b

2

45

o





h

o

h

q

x1

q

x2

q

z

Mechanizm i zasięg stref

zniszczenia wg hipotezy

Cymbarewicza

Wartość obciążenia górotworu
w stropie

q

z

należy obliczać wg

wzoru:

 

o

s

z

h

q





s

o

o

tg

htg

b

h























2

45

5

,

0

a zasięg strefy zniszczonej

(odprężonej)

h

o

wg wzoru:

s

cs

s

k

R

tg

arc

1

10





o

co

o

k

R

tg

arc

1

10





b h - szerokość i wysokość wyrobiska w świetle wyłomu,
R

cs

R

co

– wytrzymałość skał stropowych i ociosowych na jednoosiowe

ściskanie w MPa,


s

– pozorny kąt tarcia wewnętrznego górotworu w stropie wyrobiska,



o

–

pozorny kąt tarcia wewnętrznego górotworu w ociosie wyrobiska,
k

1

- współczynnik jakości górotworu odpowiednio dla skał w stropie i w

ociosach wyrobiska,


-

- ciężar objętościowy górotworu w stropie

.

1.3. Model Sałustowicza

2a

2

2a

1

h

o

b

h

 
 

W stropie występuje

strefa poziomych

rozciągań, w której

górotwór ulega

spękaniu i odprężeniu

 
 

R

r

-

wytrzymałość

górotworu na rozciąganie

p

z

, p

x

– pierwotny stan

naprężeń

pionowych

i

poziomych

x

x

z

r

p

p

p

R

a

a

n

2

2

1









 

2

2

2

h

nb

a





2

1

h

a

h

o





Zasięg strefy zniszczonej (odprężonej)

h

o

w stropie wyrobiska określa się wg wzoru:

1.4.

Model ciśnień deformacyjnych

(model górotworu: sprężysto-

plastyczny z osłabieniem)

 

Wartość obciążenia górotworu w stropie

q

z

należy obliczać jako ciśnienie

statyczne wynikające z optymalnego zaciskania konturu wyrobiska, wg
wzoru:

















1

s

opt

w

u

u

r

q



w którym optymalne zaciskanie wyrobiska

u

opt

określa się z rozwiązania

następujących zależności:















































1

2

s

opt

w

cr

opt

s

cr

g

u

u

r

R

u

u

R

p













g

z

L

L

L

p

p

E

r

u













1

g

g







sin

1

sin

2











2

1

;



















cr

g

s

g

w

L

s

R

p

u

u

r

u









2

2

cg

z

g

R

p

p

s

opt

w

Lopt

u

u

r

r



W tych warunkach optymalny zasięg strefy spękanej
(plastycznej) wynosi:

1.

   

Długość kotwi l

k

Długość kotwi dobiera się tak aby przekraczała

zasięg strefy spękanej powstałej w stropie wyrobiska
traktując kotwie jako elementy podwieszające strefę
górotworu spękanego do strefy nienaruszonej.
Przyjmuje się, że dla wyrobisk korytarzowych:

o

k

h

l

5

,

1



gdzie:

h

o

– zasięg

strefy spękań

w stropie

wyrobiska

uzależniona

od przyjętego

mechanizmu

zniszczenia

.

q

z

h

o

b

Strefa górotworu
spękanego

Strefa górotworu
nienaruszonego

l

k



      

wg

modelu

Protodiakonowa

s

k

tg

b

l



2

5

,

1





     

 

wg

modelu

Cymbarewicza:

s

o

k

tg

htg

b

l























2

45

5

,

0

5

,

1











 



2

5

,

1

1

h

a

l

k



    

  

wg

metody

Sałustowicza

-

wg

modelu

ciśnień

deformacyjnych





w

Lopt

k

r

r

l



 5

,

1



      

wg metody sklepienia płaskiego

(Gałczyński –Inst.

Geot. PWr)

Parametry obudowy kotwiowej określa się z, odmiennej niż w

poprzednich metodach, charakterystyki pracy tej obudowy. Nośność
obudowy kotwiowej wynika ze współpracy kotwy z górotworem i
określa się ją z wytrzymałości całego skotwionego stropu na ścinanie:

T

q

z

T

A

B

h

o

1

b

Kf

q

b

N

l

n

z

k

2

2

2















f

b

l

k



2

gdzie: n – liczba kotwi na 1 m stropu, l

k

– robocza długość kotwi, N – siła

naciągu kotwi, b – rozpiętość wyrobiska, q

z

– ciśnienie górotworu na półkę

nośną, K – współczynnik bocznego parcia górotworu, f – współczynnik
wytrzymałości górotworu na ścinanie (Protodiakonowa).

Kf

q

b

N

l

n

z

k

2

2

2















f

b

l

k



2

Spełnienie pierwszego z wymienionych warunków oznacza,
że skotwiona półka skalna nie powinna ulec ścięciu,
natomiast spełnienie drugiego zapewnia wytrzymałość
stropu po uformowaniu się w nim sklepienia płaskiego
jako najbardziej racjonalnego układu nośnego obudowy
kotwiowej

2

2

2

2

b

f

l

nNKf

q

b

k

z

















Stąd

długość kotwi

musi być zawarta w

przedziale

:

1.

   

GĘSTOŚĆ KOTWIENIA – METRYKA KOTWIENIA

 

Gęstość kotwienia należy ustalać wg wzoru:

śr

k

k

nl

N

A



2

3



gdzie: N – obliczeniowa nośność
kotwi,
n – współczynnik
bezpieczeństwa,


śr

– średni ciężar objętościowy

skał stropowych

Zaleca się rozmieszczać kotwie w rzędach i szeregach
w rozstawie:

k

A

a 

RACJONALIZACJA ZASAD DOBORU OBUDOWY

KOTWIOWEJ

Generalnie,

kotwie

w systemie skutecznego zabezpieczenia wyrobisk

podziemnych spełniają trzy funkcje:



 

są elementami obudowy osłonowej

, gdy górotwór znajduje się w stanie

naprężeń przedkrytycznych; jest to układ stabilny a obudowa kotwiowa
spełnia profilaktyczną rolę osłony chroniącej przed obwałami lokalnymi,



 

współuczestniczą jako kotwie grupowe w formowaniu się układu

nośnego wewnątrz skotwionego górotworu

, gdy ten ostatni znajdzie się w

stanie naprężeń pokrytycznych; stabilizację układu może zapewnić
wzbudzony proces degradacji masywu skalnego i redystrybucji jego
pierwotnych naprężeń,



    

są oddzielnymi elementami kotwiącymi obudowę lub fragment

odspojonego górotworu do masywu nienaruszonego;

pracują jako

pojedyncze, samodzielne ustroje nośne.

Praktycznie każdy z tych przypadków wymaga opracowania innych,

swoistych zasad racjonalnego doboru obudowy kotwiowej. Najbardziej
skutecznym byłby indywidualny projekt obejmujący takie czynności jak:



   

rozpoznanie górotworu ze wskazaniem jego klasy i określeniem

niezbędnych parametrów obliczeniowych,



  

obliczenia statyczne i wytrzymałościowe ustalonych schematów

ustrojów nośnych,



  

projekt konstrukcyjno-technologiczny zabezpieczenia wyrobiska w

różnych etapach jego eksploatacji,



 

ustalenie zasad kontroli i nadzoru oraz ewentualnej korekty wykonanej

obudowy kotwiowej,



      

przystosowanie obudowy do obciążeń dynamicznych.

Szczególnej procedury projektowej

wymagają wyrobiska udostępniające

pola eksploatacyjne kopalń. W takiej sytuacji mamy do czynienia ze
zmiennymi warunkami pracy obudowy kotwiowej. Z reguły wyrobisko
znajduje się najpierw w górotworze nienaruszonym, a więc w
przedkrytycznym stanie jego naprężeń i obudowa nośna nie jest
potrzebna a dopiero po zbliżeniu się frontu eksploatacyjnego popada w
zasięg górotworu naruszonego, z pokrytycznym stanem naprężeń i
wówczas bez obudowy nośnej układ narażony jest na całkowite
zniszczenie. Projektując zabezpieczenie takiego wyrobiska należy przede
wszystkim przeanalizować w jakim czasie i jakiego rodzaju obudowę
zastosować, aby była ona skuteczna i ekonomicznie uzasadniona. W
analizie tej muszą być uwzględnione wszystkie dodatnie i ujemne cechy
obudowy kotwiowej, a mianowicie:

możliwość stopniowego jej rozbudowania z przystosowaniem do

zmieniających

się

potrzeb,

na

przykład,

najpierw

do

celów

profilaktycznych a następnie do potrzeb pełnej stabilizacji wyrobiska,



 

wrażliwość kotwi na korozję, z czym wiąże się ograniczony czasokres

ich użytkowania, a więc wybór optymalnego czasu montowania lub
wzmocnienia obudowy,

sterowanie stanem zabezpieczenia wyrobiska w zależności od

możliwości obudowy kotwiowej a jej obciążeniem wynikającym z
pomierzonych i zarejestrowanych przejawów ciśnienia górotworu.

Całość zagadnień racjonalnego doboru obudowy kotwiowej wyrobisk

podziemnych winna regulować instrukcja przystosowana do możliwości
technicznych i potrzeb poszczególnych kopalń bądź zakładów górniczych.
Oddzielna instrukcja powinna regulować sposób montażu obudowy w
wyrobiskach tunelowych. Przewodnią myślą takiej instrukcji musi być opis
środków i zabiegów technicznych, które pozwolą na mobilizację
górotworu do przenoszenia obciążeń w warunkach naprężeń ściskających
– obudowa kotwiowa będzie wówczas pełnić rolę obudowy kamiennej.

LITERATURA

1.

    

J. Dudek, S. Gałczyński, A. Wojtaszek, Zasady doboru podatnej obudowy kotwiowej wyrobisk

korytarzowych i komorowych (na przykładzie kopalń LGOM-u), Pr. Nauk. Inst. Geot. PWr nr 21,
seria Mon. nr 4, Wrocław 1978.
2.

    

S. Gałczyński, Budowle Podziemne, Politechnika Wrocławska, Wrocław 1979,

3.

    

S. Gałczyński, A. Wojtaszek: O problemie pracy konstrukcji podziemnych przy obciążeniach

dynamicznych, XIX ZSMG „Zjawiska dynamiczne w górotworze ze szczególnym uwzględnieniem
wstrząsów

i

tąpań”,

Ustroń

Zawodzie

1996.
4.

    

S. Gałczyński, A. Wojtaszek : Model zachowania się obudowy kotwiowej w warunkach obciążeń

dynamicznych, Mat. Konf. „Obudowa kotwiowa jako skuteczny środek zabezpieczania wyrobisk w
kopalniach”, Lubiatów 1996.
5.

    

S. Gałczyński, A. Wojtaszek: Dynamiczne predyspozycje nośne skotwionego stropu płaskiego,

Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, XX ZSMG „Geotechnika Górnicza i Budownictwo
Podziemne”, Wrocław 1997.

6.

    

S. Gałczyński, , Górotwór jako masywna obudowa wyrobisk podziemnych, XXI ZSMG

„Geomechaniczne problemy eksploatacji złóż i budownictwa specjalnego, Zakopane Kościelisko
1998, Wyd. Katedry Geom. Górn. i Geotechniki
AGH Kraków.

7.

    

S. Gałczyński, A. Wojtaszek: Predyspozycje dynamiczne górotworu jako masywnej obudowy

wyrobisk podziemnych, XXI ZSMG „Geomechaniczne problemy eksploatacji złóż i budownictwa
specjalnego, Zakopane-Kościelisko 1998, Wyd. Katedry Geom. Górn. i Geotechniki AGH Kraków.

8.

    

S. Gałczyński, M. Leszczyński, A. Wojtaszek, Statyczna i dynamiczna nośność obudowy

kotwiowej, CUPRUM nr 8, 1988, Wyd. Centrum Badawczo Projektowe Miedzi „Cuprum”,
9.

    

S. Gałczyński, A. Wojtaszek, Rola monitoringu w ocenie mechanizmu degradacji ustrojów

nośnych, XXIIIZSMG „Geotechnika i Budownictwo Specjalne 2000”, Bukowina Tatrzańska 2000,
str. 75 – 81,
10.

S. Gałczyński, A. Wojtaszek, Niesuszczaja sposobność massiwa gornych porod

okrużajuszczich podzemnyje wyrabotki, Konf. „Problemy bezopacnosti i sowerszenstwowanja
gornych parod” Moskwa-ST. Petersburg 1999, RAN Ekaterinburg.

11.

S. Gałczyński, A. Wojtaszek, Analiza metod projektowania i wykonawstwa podatnych,

zespolonych konstrukcji podziemnych nośność podatnych, zespolonych konstrukcji podziemnych

12.

S. Gałczyński, A. Wojtaszek, Analiza mechanizmu zniszczenia skotwionej skalnej półki nośnej

13.

S. Gałczyński, A. Wojtaszek,

Charakterystyka nośności zakotwionego stropu płaskiego jako

podatnej niekonwencjonalnej obudowy podziemnej, XXIX ZSMGiG, 2006,
14.

S. Gałczyński, A. Wojtaszek, Charakterystyka nośności zakotwionego stropu jako podatnego

sklepienia ciśnień,

XXIX ZSMGiG, 2006,

15.

Praca zbiorowa CBMM „Cuprum”, Weryfikacja zasad doboru obudowy kotwiowej dla kopalń

rud miedzi w LGOM, listopad 2000, niepublikowana,

 
 
 

 

10

o