0NASZprojekt gorII 2008


Politechnika Wrocławska

Wydział Geoinżynierii

Górnictwa i Geologii

Wrocław 31.05.2010


Projekt z Mechaniki Górotworu

Temat: Ocena obciążeń działających na obudowę wyrobisk korytarzowych.


Prowadzący:

Dr inż. Andrzej Wojtaszek

Wykonały:

Joanna Bury 172638

Monika Stach 172485


  1. Wprowadzenie

    1. Temat projektu

Ocena obciążeń działających na obudowę wyrobisk korytarzowych w Zagłębiu Górnośląskim.

    1. Cel i zakres opracowania

Głównym celem projektu jest wyznaczenie obciążeń działających na obudowę w wyrobisku korytarzowym o szerokości b = 5,5m i wysokości h = 4,5m zalegającym na głębokości H = 880m.

Projekt zawiera obliczenia dotyczące:

- warunków geotechniczno-górniczych wokół projektowanego wyrobiska;

- pierwotnego stanu naprężeń działających w miejscu lokalizacji wyrobiska;

- wtórnego stanu naprężeń dla górotworu, jako modelu ośrodka sprężystego i prognozy lokalnej utraty stateczności po wykonaniu wyrobiska;

- ciśnienia statycznego górotworu (metoda Cymbarewicza, hipoteza Sałustowicza);

- stanu naprężeń dla wyrobiska posadowionego poniżej Hkr (model sprężysto-plastyczny z osłabieniem);

- naprężeń wtórnych w strefach wokół wyrobiska;

- charakterystyki obciążeniowej górotworu i jej ilustracja graficzna;

- ustalenia obciążeń działających na obudowę projektowanego wyrobiska korytarzowego.

Powyższy zakres obliczeń pomoże zaprojektować wyrobisko stateczne i bezpieczne dla ludzi i kopalni podziemnej. Co jest celem projektu.

  1. Warunki Geotechniczno-górnicze wokół projektowanego wyrobiska

Górnośląskie Zagłębie Węglowe - jest największym ośrodkiem górnictwa węglowego w kraju. W granicach zakładów górniczych znajdują się najbardziej węglozasobne i wydajne złoża węgla kamiennego. W wyniku prowadzonej ponad 300 - letniej działalności górniczej wyeksploatowano już w znacznej mierze pokłady węgla o najdogodniejszych grubościach. Górnośląskie Zagłębie Węglowe znajduje się w południowo- zachodniej części Polski. Zostało utworzone na przedpolu geosynklinowego zapadliska przedgórskiego wschodnich Sudetów. Jego ukształtowanie związane jest z waryscyjską epoką tektoniczną, w czasie której utworzyło się szereg fałdów i niecek, a także nasunięć oraz liczne uskoki. Najsilniejsza aktywność tektoniczna wystąpiła w zachodniej, a szczególnie w południowo - zachodniej części Zagłebia. Granice Zagłębia stanowią wychodnie utworów produktywnych karbonu górnego, gdyż brak jest wyróżnionych granic strukturalnych.

W Górnośląskim Zagłębiu Węglowym warunki eksploatacji wahają się od niezbyt trudnych do bardzo trudnych. Na warunki eksploatacji mają wpływ następujące czynniki: duże zróżnicowanie miąższości pokładów, stosunkowo prosta tektonika, małe zawodnienie, duże zagrożenie naturalne (gazowe i tąpaniami), duża głębokość występowania maksimum zasobów, średnie zróżnicowanie typów węgla, trudne warunki geotermiczne, podrzędne występowanie kopalin towarzyszących.

    1. Zestawienie parametrów geotechnicznych skał budujących strop bezpośredni, ociosy i spąg projektowanego chodnika

Zachowanie górotworu względem obudowy wyrobiska wynika z jego budowy geologicznej oraz parametrów wytrzymałościowych wyznaczanych na podstawie badań laboratoryjnych na próbach skalnych oraz na podstawie rozpoznania geologiczno-inżynierskiego górotworu. Każde badanie wykonywane w laboratorium obarczone jest błędem, dlatego nanosi się zgodnie z zasadami statystyki matematycznej poprawki i w ten sposób otrzymuje się parametry normowe. Jednak, że każde badanie przeprowadzane na wybranych próbach górotworu nie oddaje złożoności jego budowy i cech, dlatego tez na parametry normowe nanoszone są kolejne poprawki, co tworzy nam parametry obliczeniowe wykorzystywane do dalszych prognoz zachowania górotworu.

Tabela 1. Parametry normowe skał występujących wokół wyrobiska

 

Miąższość

Rozmakalność

Podzielność

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

m

 

[MPa]

[MPa]

[GPa]

[-]

[º]

Iłowiec szary średniozwięzły

12,0

0,9

48,0

3,3

8,2

0,22

43,0

Węgiel kamienny

1,1

0,8

K

26,0

1,7

5,5

0,37

37,0

Pyłowiec kruchy

0,8

0,8

29,00

2,2

6,0

0,25

40,0

Pyłowiec przeławicony węglem

2,6

0,8

K

25,0

1,9

5,9

0,36

35,0

Pyłowiec

7,5

0,9

33,0

2,5

6,0

0,24

40,5

Gdzie:

0x01 graphic
- normowa wytrzymałość na ściskanie, MPa,

0x01 graphic
- normowa wytrzymałość na rozciąganie, MPa,

0x01 graphic
- normowy moduł sprężystości skał, GPa,

0x01 graphic
- normowy współczynnik Poissona,

0x01 graphic
- normowy pozorny kąt tarcia wewnętrznego skał, wyrażony w stopniach

Parametry obliczeniowe skał otrzymano poprzez pomnożenie parametrów normowych przez odpowiedni współczynnik niejednorodności zawarty w tabeli 2

Parametr

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

C

k

0,7

0,6

0,7

0,9

0,9

0,7

Tabela 2. Współczynniki niejednorodności dla poszczególnych parametrów

Przykładowe obliczenia dla iłowca szarego średniozwięzłego

0x01 graphic
= 0x01 graphic
0x01 graphic
,

0x01 graphic
= 0x01 graphic
0x01 graphic
,

0x01 graphic
= 0x01 graphic
0x01 graphic
,

0x01 graphic
= 0x01 graphic
0x01 graphic
,

0x01 graphic
= 0x01 graphic
0x01 graphic

Tabela3. Parametry obliczeniowe skał występujących wokół wyrobiska

 

Miąższość

Rozmakalność

Podzielność

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

m

 

[MPa]

[MPa]

[GPa]

[-]

[º]

Iłowiec szary średniozwięzły

12,0

0,9

33,6

1,98

5,74

0,198

38,7

Węgiel kamienny

1,1

0,8

K

18,2

1,02

3,85

0,333

33,3

Pyłowiec kruchy

0,8

0,8

20,3

1,32

4,2

0,225

36

Pyłowiec przeławicony węglem

2,6

0,8

K

17,5

1,14

4,13

0,324

31,5

Pyłowiec

7,5

0,9

23,1

1,5

4,2

0,216

36,45

    1. Oznaczenie obliczeniowych parametrów geotechnicznych w warstwach masywu skalnego otaczającego wyrobisko korytarzowe.

Parametry geotechniczne górotworu określono wg PN-G-05020:1997. Wartości k0 i k1 zależne są od podzielności i rozmakalności skały.

Tabelka 4. Wartości współczynników k0 i k1 są zależne od podzielności i rozmakalności skał

Lp.

Podzielność skał karbońskich

Odstępy powierzchni spękań i warstwowania

k0

k1

r 0,8

0,5 r 0,8

r 0,8

0,5 r 0,8

1

Masywna

Powyżej 2,0

1,0

0,5

1,05

Ił.

muł.

łw.

1,10

piask.

zlep.

1,05

2

Blokowa

Od 0,5 do 2,0

0,9

0,5

1,05

Ił.

łw. muł.

piask.

1,15

zlep.

1,10

3

Płytowa

Od 0,1 do 0,5

0,7

0,5

1,05

Ił. łw.

muł.

1,20

piask.

zlep.

1,10

4

Kostkowa

Do 0,1

0,5

0,5

1,05

Ił.

łw. muł.

1,25

piask.

zlep.

1,10

Wzory i przykładowe obliczenia dla iłowca szarego średniozwięzłego:

- wytrzymałość górotworu na ściskanie 0x01 graphic

0x08 graphic

- współczynnik sprężystości górotworu

0x08 graphic

- współczynnik Poissona

0x08 graphic

- kąt tarcia wewnętrznego górotworu

Tabela 5. Parametry obliczeniowe górotworu w warstwach wokół wyrobiska.

 

Miąższość

Rozmakalność

Podzielność

k0

k1

Rcg

Rr

Esg

vg

Фg

 

[m]

 

 

 

 

[MPa]

[MPa]

[GPa]

[-]

[º]

Iłowiec szary średniozwięzły

12,0

0,9

0,7

1,05

23,52

1,98

5,47

0,19

36,86

Węgiel kamienny

1,1

0,8

K

0,5

1,05

9,10

1,02

3,67

0,33

31,71

Pyłowiec kruchy

0,8

0,8

0,7

1,05

14,21

1,32

4,00

0,23

34,29

Pyłowiec przeławicony węglem

2,6

0,8

K

0,5

1,05

8,75

1,14

3,93

0,32

30,00

Pyłowiec

7,5

0,9

0,7

1,05

16,17

1,50

4,00

0,22

34,71

    1. Określenie obliczeniowych parametrów geotechnicznych masywu uśrednionego

Parametry geotechniczne wyznaczono jako średnią ważoną z wzoru

0x08 graphic

pi - wartość parametru.

Przykład obliczenia uśrednionego Rcg:

Rcg= 0x01 graphic

Tabela 6. Parametry masywu uśrednione.

parametry masywu uśrednione

Rcg

Rrg

Esg

vg

Фg

[MPa]

[MPa]

[GPa]

[-]

[º]

16,56

1,55

4,54

0,25

34,16

  1. Pierwotny stan naprężeń w miejscu lokalizacji wyrobiska

    1. Określenie składowych pierwotnego stanu naprężeń (pionowe i poziome) w warstwach górotworu wokół wyrobiska

Rys 1 Składowe Px i Pz

Wyrobisko korytarzowe wykonane zostało na głębokości H = 880m. Obszar nad wyrobiskiem traktujemy jako jednorodny nadkład o jednorodnym ciężarze objętościowym uśrednionym

0x01 graphic
Nadkład wywołuje ciśnienie pionowe działające na układ warstw.Powstałe w ten sposób ciśnienie jest przyczyną wielokierunkowego stanu naprężęń pierwotnych. Górotwór traktujemy jako ciało spręzyste. Składowe ciśneinia (pionowa i pozioma) w górotworze nienaruszonym obliczone zostały ze wzorów:

0x01 graphic

0x01 graphic

Gdzie:0x01 graphic
= 0x01 graphic

Ciężar objętościowy oraz współczynnik Poissona dla poszczególnych skał określono na podstawie normy PN-81-B-03020

Tabela 7. Pierwotny stan naprężeń

Nazwa skały

Głębokość spągu warstwy

Miąższość

Ciężar objętościowy γ

Współczynnik Poissona ν

Geostatyczny współczynnik parcia bocznego

0x01 graphic

Rcg w warstwach

Pierwotny stan naprężeń pionowych Pz

Pierwotny stan naprężeń poziomych Px

[m]

[m]

[KN/m3]

 

[MPa]

[MPa]

[MPa]

[MPa]

nadkład

868,00

868,00

26,00

 

 

22,57

w stropie

w spągu

Iłowiec szary średniozwięzły

880,00

12,00

26,00

0,24

0,32

23,52

22,88

7,22

7,32

Węgiel kamienny

881,10

1,1

14,00

0,35

0,54

9,10

22,90

12,36

12,37

Pyłowiec kruchy

881,90

0,8

20,70

0,24

0,32

14,21

22,92

7,33

7,33

Pyłowiec przeławicony węglem

884,50

2,6

26,00

0,23

0,30

8,75

22,99

6,88

6,90

Pyłowiec

892,00

7,5

27,00

0,22

0,28

16,17

23,19

6,44

6,49

Analiza stanu wytężenia masywu przed wykonaniem wyrobiska

Jeżeli Rcg > Pz to dana warstwa znajduje się w stanie sprężystym.

Jeżeli Rcg < Pz to dana warstwa znajduje się w stanie ukrytej plastyczności

Tabela 8. Rodzaje stanów wytężenia

Nazwa skały

Rcg w warstwach

Pierwotny stan naprężeń pionowych Pz

Stan wytężenia

[MPa]

[MPa]

 

nadkład

-

22,57

 -

Iłowiec szary średniozwięzły

23,52

22,88

Sprężysty

Węgiel kamienny

9,10

22,90

Ukrytej plastyczności

Pyłowiec kruchy

14,21

22,92

Ukrytej plastyczności

Pyłowiec przeławicony węglem

8,75

22,99

Ukrytej plastyczności

Pyłowiec

16,17

23,19

Ukrytej plastyczności

    1. Wykres naprężeń pierwotnych w otoczeniu wyrobiska

0x01 graphic

  1. Stan naprężeń wokół wyrobiska korytarzowego - rozwiązanie według teorii sprężystości

Teoria sprężystości określa zależności między odkształceniem, naprężeniem, przemieszczeniem oraz obciążeniem. Zmiany stanu równowagi określamy w sposób matematyczny

    1. Określenie wtórnego stanu naprężeń dla modelu górotworu jako środka sprężystego i prognoza możliwości lokalnej utraty stateczności po wykonaniu wyrobiska

Po wykonaniu każdego wyrobiska w górotworze znacznie pogarsza się jego wytrzymałość. Z prawa Hooke'a wynika, że naprężenie jest wprost proporcjonalne do odkształcenia. W górotworze zostaje wykonane wyrobisko o kształcie prostokątnym (o wymiarach; b = 5,5m i h = 4,5m) zaburzające układ półprzestrzeni sprężystej. Do obliczeń projektowych założono, że górotwór jest ośrodkiem sprężystym. Na wyrobisko działa ciśnienie pionowe Pz i poziome Px.

0x01 graphic

Rys 2. Zmiany naprężeń wokół wyrobiska.

Wielkość i rozkład naprężeń w najbliższym sąsiedztwie wyrobiska zależy od stosunku, szerokości do wysokości wyrobiska (b/h)

Dla:

0x01 graphic

Po obliczeniu stosunku wysokości do szerokości wyrobiska otrzymana została wartości na podstawie której sczytano α i β z poniższego wykresu:

Wykres zależności α = f ( b / h ) oraz β = f ( b /h). Na podstawie tablicy 3.1 z podręcznika „Geomechanika górnicza ” Kłeczek

0x01 graphic

α=0,925

0x01 graphic

β=0,77

0x01 graphic

Zmiana stanu naprężeń będzie taka, żę w stropie wyrobiska pojawią się naprężenia rozciągające, a w ociosach ściskające. Po za wyrobiskiem powstaje bardzo wytrzymały pierścień skalny.

Rys. 3. Zmiany naprężęń wokół wyrobiska (rys ręczny)

W ociosach i w ich sąsiedztwie naprężenia pionowe (ściskające) σz osiągają największą wartość dla pyłowca przeławiconego węglem (najmniejsza wartość Px)

0x01 graphic

0x01 graphic

Rcg = 8,75

Porównując otrzymane wartości naprężeń do wytrzymałości na ściskanie w przypadku najsłabszej warstwy ociosu

0x01 graphic

W stropie wyrobiska występują naprężenia poziome (rozciągające) przybierające najwyższą wartość w środkowym punkcie stropu. Obliczenia wykonano dla iłowca szarego średniozwięzłego, który znajduje się w stropie.

0x01 graphic

0x01 graphic

Rr = 3,30 [MPa]

Porównując otrzymane wartości naprężeń do wytrzymałości na rozciąganie w warstwie stropowej

0x01 graphic

Obliczenia potwierdziły lokalną utratę stateczności w stropie i ociosach. W stropie bezpośrednim skały ulegną zniszczeniu.

    1. Określenie ciśnienia statycznego górotworu jako skutek lokalnej utraty stateczności.

Ciśnienie statyczne - jest to ciężar zniszczonego, oderwanego od reszty górotworu, leżącego na obudowie, aby je wyznaczyć należy określić wysokość strefy obwału - ho

      1. Metoda Cymbarewicza

Metoda Cymbarewicza - bazuje na modelu górotworu przyjętym przez Protodiakonowa, traktuje skały jako ośrodek rozdrobniony. Ponadto zakłada zniszczenie ociosów, a kryterium zniszczenia jest wytrzymałość na ścinanie. Określa odległość, na jakiej nastąpi zniszczenie ociosów po płaszczyźnie klinów odłamu. Skały położone w tym obszarze obciążają obudowę dając obciążenie w kierunku pionowym i poziomym. Obciążenie pionowe to ciężar skał stropowych, natomiast obciążenie poziome stanowi efekt zsuwania się skał wzdłuż założonej płaszczyzny poślizgu pod wpływem ciężaru warstw wyżej leżących.

0x08 graphic

Rys. 4. Rejon zniszczenia według Cymbarewicza i rozkład działających sił.

Obciążenia pionowe to ciężar skał znajdujących się w strefie wyrobiska opisywanym równaniem paraboli, natomiast obciążenie poziome spowodowane jest ruchem posuwistym skał po teoretycznych płaszczyznach poślizgu pod wpływem obciążenia warstw nadległych.

Tabela 9. Zestawienie parametrów potrzebnych do wyznaczania strzałki sklepienia.

Nazwa skały

Miąższość

γ

Rcs

k1

0x01 graphic

0x01 graphic

średnie0x01 graphic

[m]

[KN/m3]

 [MPa]

[-]

[º] 

[º] 

[º] 

nadkład

868,00

26,00

33,6

1,05

-

-

-

Iłowiec szary średniozwięzły

12,00

26,00

18,2

1,05

61,21

58,29

58,29

Węgiel kamienny

1,1

14,00

20,3

1,05

63,77

60,73

61,69

Pyłowiec kruchy

0,8

20,70

17,5

1,05

60,25

57,38

Pyłowiec przeławicony węglem

2,6

26,00

23,1

1,05

66,59

63,42

Pyłowiec

7,5

27,00

33,6

1,05

-

-

-

Wzory i obliczenia pozornych kątów tarcia (przykładowe):

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Uśrednione wartości kątów tarcia dla ociosów:

0x01 graphic

Wartość stropowego ciśnienia statecznego górotworu należy obliczać, podstawiając zasięg strefy odprężonej według wzoru

0x01 graphic
=0x01 graphic

Dla:

h=4,5m

b=5,5m

Obliczamy naprężenia pionowe qz

Zakładamy, że ze względów bezpieczeństwa średni ciężar objętościowy w skałach nadkładu możemy ustalić na 26 kN/m3

0x01 graphic

Ze względu na dużą różnicę między naprężeniami poziomymi w stropie i spągu konieczne jest wyznaczenie tych dwóch wartości naprężeń:

Naprężenia poziome w stropie:

0x01 graphic

Obliczenia dla ociosów:

Ciśnienie boczne (ociosowe) statyczne:

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Strefa zniszczenia w ociosach:

0x01 graphic

Tabela 10. Zestawienie wyników z metody Cymbarewicza

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

[m]

[m]

[kPa]

[kPa]

[kPa]

1,13

2,40

62,40

3,93

11,30

      1. Zmodyfikowana hipoteza Sałustowicza.

Zmodyfikowana hipoteza Sałustowicza mówi, że na obudowę oprócz ciśnienia statycznego działa ciśnienie deformacyjne. W wyniku rozciągań w stropie, skały zaczynają rozluźniać się. Obrys rozluzowania wyznacza linia zaklinowania się materiału skalnego. Materiał, który przekroczy wartość wytrzymałości na rozciąganie oderwie się od całości, część, która pozostanie nienaruszona jest częścią sprężystą.

Wg Sałustowicza wytrzymałość na rozciąganie zostaje przekroczona w stropie i spągu wyrobiska. Wyrobisko samoistnie będzie dążyło do przyjęcia takiego kształtu, dzięki któremu naprężenia powstające nie przekroczą wytrzymałości na rozciąganie. Najbardziej optymalnym kształtem jest elipsa. Powierzchnia pomiędzy linią kształtu wyrobiska a elipsą stanowi strefę odprężoną.

0x01 graphic

Rys. 5. Obszar zniszczenia dla modelu obciążenia obudowy wg Sałustowicza z uwzględnieniem zniszczenia ociosów

Obliczenia:

Strzałka sklepienia ho

0x01 graphic

0x01 graphic

0x08 graphic
0x01 graphic

Ciśnienie stropowe:

0x01 graphic

Strefa zniszczenia w ociosach

0x01 graphic

Tabela 11. Zestawienie wyników z hipotezy Sałustowicza

b

h

Rrs

Pz

m

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

[m]

[m]

[Mpa]

[Mpa]

-

[0x01 graphic
]

[m]

[m]

[m]

[kPa]

5,5

4,5

1,98

22,88

5,05

61,69

3,32

4,48

2,23

57,98

Wybór metody obliczeń

Zasięg strefy odprężonej:

Wartości te różnią się znacznie między sobą, podobnie jak wartości obciążenia pionowego:

Z dwóch hipotez jako bardziej wiarygodną należy przyjąć hipotezę Cymbarewicza, która uwzględnia obciążenia poziome występujące w ociosach wyrobiska. Jest to istotne zwłaszcza w przypadku wyrobisk o znacznej wysokości, a także gdy w ociosach występują skały o niewielkiej wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie Rc.

Do dalszych obliczeń przyjęto wyniki uzyskane z metody Cymbarewicza

  1. Stan naprężeń wokół wyrobiska korytarzowego posadowionego poniżej głębokości krytycznej - rozwiązanie według modelu, sprężysto plastycznego z osłabieniem

0x08 graphic

Rys 6. Model sprężysto plastyczny z osłabieniem

    1. Określenie głębokości krytycznej w masywie uśrednionym i prognoza globalnej utraty stateczności

- głębokość posadowienia wyrobiska: H=880 m;

- ciężar skał: 0x01 graphic
;

- wytrzymałość na ścinanie masywu uśrednionego: 0x01 graphic

0x01 graphic

Wyrobisko posadowione jest poniżej głębokości krytycznej. Przyczyni się to do globalnego zniszczenia pierścienia wokół wyrobiska. Rozpatrywany będzie zatem model sprężysto-plastyczny z osłabieniem z uwzględnieniem wytrzymałości resztkowej Rcr.

5.2 Ustalenie modelu (schematu) obliczeniowego, założenia do obliczeń metodami analitycznymi.

Poprzez przekroczenie głębokości krytycznej następuje utrata globalnej statyczności objawiając się wyróżnieniem w górotworze na skutek przyjęcia do obliczeń modelu ośrodka sprężysto-plastycznego z osłabieniem, dwóch stref:

- sprężystej: nienaruszonej, z obecnością naprężeń wtórnych pochodzących od ciężaru masowego nadkładu. Jej zasięg wynosi: r > rL . Oddziałuje na strefę plastyczną ciśnieniem Pg;

- plastycznej: górotworu wtórnie zniszczonego, występującej bezpośrednio przy wyrobisku

rw <r <rl . Zachowuje ona wytrzymałość resztkową Rcr.

Założenia do modelu:

- wydzielona nieważka tarcza;

- układ osiowo symetryczny w otoczeniu wyrobiska;

- płaski stan odkształcenia;

- ośrodek jednorodny wokół wyrobiska;

- występuje stan naprężenia na brzegu tarczy (Px=Pz).

0x01 graphic

Rys. 7. Układ stref wokół wyrobiska - model obliczeniowy

Gdzie:

rw- promień wyrobiska,

r1- promień strefy plastycznej,

q - oddziaływanie statyczne w stropie wyrobiska,

Pa - oddziaływanie deformacyjne,

Pg - oddziaływanie radialne strefy sprężystej,

Pz - pierwotny stan naprężeń pionowych

W przyjętym układzie ośrodek skalny działa na obudowę wyrobiska jako:

5.3 Obliczenie i wykres naprężeń wtórnych w strefach obliczeniowych wokół wyrobiska 0x01 graphic
0x01 graphic

Tabela 12. Zestawienie średnich wartości.

Rcr

Rcg

b

Фg

Pz

rw

[MPa]

[MPa]

[m]

[MPa]

[m]

2,4

16,56

5,5

34,16

22,88

2,75

Obliczenia:

0x01 graphic
= 0x01 graphic

0x01 graphic

Zasięg strefy plastycznej:

0x01 graphic

Naprężenia w strefie sprężystej r > rl

0x01 graphic

Naprężenia w strefie plastycznej rw < r < rl

0x08 graphic

0x08 graphic

0x01 graphic

Rys 8. Wykres rozkładu naprężeń w strefach obliczeniowych wokół wyrobiska.

    1. Oddziaływanie górotworu na obudowę wyrobiska - obciążenie jako funkcja zasięgu strefy zniszczonej

Oddziaływanie deformacyjne górotworu wokół wyrobiska 0x01 graphic

Przyjmujemy warunki brzegowe : r = rw oraz 0x01 graphic
wówczas możemy skorzystać ze wzoru:

0x01 graphic

Przyczyną tego ciśnienia jest przemieszczanie się górotworu ku wyrobisku i jego deformacja wynikająca z panujących w nim naprężeń. Ciśnienie deformacyjne zależne jest od czasu (dąży do 0 wraz z jego upływem)

0x01 graphic

Rys 9. Charakterystyka deformacyjna górotworu wokół wyrobiska

Oddziaływanie statyczne w stropie wyrobiska 0x01 graphic

Oddziaływanie statyczne występuje w postaci ciśnień pionowych (od strony stropu) wraz ze wzrostem zasięgu strefy plastycznej (odprężonej) rośnie oddziaływanie sił masowych od skał zawartych w tej strefie: 0x01 graphic

0x01 graphic

Rys 10. Oddziaływanie statyczne w stropie wyrobiska.

.

6. Charakterystyka obciążeniowa górotworu wg modelu ciśnień deformacyjnych.

6.1. Stan przemieszczeń wokół wyrobiska, związek między zasięgiem strefy plastycznej (rl) a zaciskiem wyrobiska (uw).

0x08 graphic

Gdzie:

rw - promień wyrobiska w wyłomie,

rl - zasięg strefy plastycznej,

Pg - naprężenia radialne na granicy strefy plastycznej i sprężystej,

Pa - oddziaływanie deformacyjne,

uw - przemieszczenie konturu wyrobiska

Obciążenie deformacyjne Pa i statyczne q jako funkcja przemieszczenia sprężystego i konturu wyrobiska:

0x08 graphic

0x01 graphic

Oraz

0x01 graphic

Granicznemu zasięgowi strefy plastycznej rlg odpowiada graniczne przemieszczenie konturu wyrobiska ug :

0x01 graphic

- przemieszczenie sprężyste us zależne od rl :

0x01 graphic

0x01 graphic

- przemieszczenie graniczne ug zależne od rl :

0x01 graphic

us ≤ uw ≤ug

0,0099 ≤ uw ≤ 0,049

Tabela 13. Zestawienie wyników obliczeń

rw

Rcr

β

Pg

rlg

[m]

[MPa]

[MPa]

[m]

2,75

2,4

2,56

6,4

6,14

6.2 Charakterystyka obciążeniowa górotworu i jej ilustracja graficzna

Polska norma określa minimalny nacisk na obudowę i odpowiadające mu optymalne przemieszczenie konturu wyrobiska uopt wynikające z przecięcia się dwóch krzywych Pa i q:

Oddziaływanie deformacyjne

0x01 graphic

0x08 graphic

0x01 graphic

Rys 12. Charakterystyka obciążeniowa górotworu.

Z wykresu odczytano Uopt = 0,0498 [m]

6.3. Określenie obciążenia minimalnego przy optymalnym przemieszczeniu konturu wyrobiska.

Ciśnienie deformacyjne Pa = q stąd:

0x01 graphic

6.4. Ustalenie obciążeń działających na obudowę stropu i ociosów projektowanego wyrobiska korytarzowego.

Obciążenia poziome działające na krańcach ociosów:

0x01 graphic
0x01 graphic

Obciążenia pionowe:

0x01 graphic

Minimalny nacisk na obudowę wynikający z charakterystyki obciążeniowej górotworu:

Pmin = 58 kPa

Tabela 15. Zestawienie wyników.

Metoda Cymbarewicza

Metoda Sałustowicza

Model sprężysto plastyczny

qz =62,40[kpa]

qz =57,98[kpa]

qz =58[kpa]

Z = 1,13 [m]

Z = 0,57 [m]

-

q1=3,93[kpa]

-

q1=3,69[kPa]

qx211,30[kpa]

-

q2=11,13[Kpa]

7. Wnioski

Z dokonanej analizy obciążeń działających na obudowę wyrobiska korytarzowego za ostateczne przyjęto wyniki z modelu sprężysto-plastycznego z osłabieniem, ze względu na najwyższe wartości obciążeń. W ociosach znajdują się skały słabe (węgiel kamienny, pyłowiec kruchy, pyłowiec przeławicony węglem). W związku z tym obudowa musi przenieść duże obciążenia. Obciążenia działające na obudowę wynoszą;

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

Rys 13. Schemat obciążeń działających na obudowę wyrobiska korytarzowego.

8. Literatura

Kłeczek Z„Geomechanika górnicza”

Sałustowicz A.- „Zarys mechaniki górotworu”

Kidybiński A. - „Podstawy geotechniki kopalnianej”

Norma PN-G-05020

26

0x01 graphic

0x01 graphic

Pa

Pg

rw

0x01 graphic

rl

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

ul

uw



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
NASZprojekt gorII 2008
Kopia projekt gorII 2008
projekt górII 2008
~$SZprojekt gorII 2008 doc
Ubytki,niepr,poch poł(16 01 2008)
2008 XIIbid 26568 ppt
Tamponada serca, Karpacz, 2008
Bliźniuk G , interoperacyjność przegląd, marzec 2008
komunikacja niewerbalna wgGlodowskiego 2008
Osteoporaza diag i lecz podsumow interna 2008
Wzorniki cz 3 typy serii 2008 2009
Norma ISO 9001 2008 ZUT sem 3 2014
2 Fizyko KRIOTERAPIA 2008
Wyklad 4 HP 2008 09
ostre białaczki 24 11 2008 (kurs)
download Prawo PrawoAW Prawo A W sem I rok akadem 2008 2009 Prezentacja prawo europejskie, A W ppt

więcej podobnych podstron