AKADEMIA GÓRNICZO - HUTNICZA

IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE

________________________________________________

Górnictwo podziemne

Temat : Likwidacja zrobów przez wywołanie zawału stropu.

Aleksander Syrek Grupa: I

Wydział: GiG Rok: II

Studia Zaoczne Rok ak. 2008/2009

Prowadzący zajęcia: mgr inż. Łukasz Herezy

Systemy eksploatacji z zawałem stopu należy stosować wszędzie tam, gdzie pozwalają na to warunki i nie zachodzi potrzeba ochrony obiektów podziemnych i powierzchniowych. Ten sposób należy do najtańszych technologii likwidacji przestrzeni pozłożowych.

Bezpośredni wpływ na wybór sposobu likwidacji zrobów ma rodzaj skał stopowych. Dla ułatwienia wyboru systemu eksploatacji opracowane różne klasyfikacje skał stopowych. W Polsce przez wiele lat posługiwano się klasyfikacją skał stopowych przedstawioną w pracy

A.Sałustowicza „Mechanika górotworu wraz z podstawami mechaniki ciał stałych”.

Według tej klasyfikacji wydzielono następujące klasy stropów:

Klasa I- strop bezpośredni utworzony ze skał kruchych, łatwo się rabujących, przy czym

miąższość ich jest większa, niż 5-krotna grubość pokładu,

Klasa II- strop bezpośredni utworzony ze skał kruchych, łatwo się rabujących, przy czym

miąższość ich jest mniejsza niż 5-krotna grubość pokładu,

Klasa III- stropu bezpośredniego brak, stop zasadniczy nad pokładem utworzony z grubej

warstwy skał mocnych i nie uginających się,

Klasa IV- strop utworzony ze skał zdolnych do uginania się, a więc plastycznych lub

drobnouwarstwionych.

Przy eksploatacji wielowarstwowej z zawałem stropu ściany mogą być wybierane systemem podłużnym, poprzecznym albo diagonalnym. Przy oddzielnym wybieraniu warstw kierunek ścian w poszczególnych warstwach może być różny. Kolejne warstwy wybiera się

z góry do dołu. Zroby zawałowe pod wpływem ciśnienia nadległego górotworu ulegają rekonsolidacji, której stopień zależy od rodzaju skał, wielkości ciśnienia, zawodnienia itp.

W przeciętnych warunkach pełna, możliwa do osiągnięcia w danych warunkach rekonsolidacja gruzowiska zawałowego następuje po upływie około 1 roku od okresu prowadzenia eksploatacji.

Technologia wywoływania zawału polega na usuwaniu podparcia stropu w wyrobisku eksploatacyjnym. Strop pozbawiony podparcia powinien samoistnie ulec zawałowi.

W przypadku stosowania obudów indywidualnych strop pozbawia się podparcia poprzez rabowanie (usuwanie) obudowy w ostatnim polu obudowy od strony zrobów. Obudowę rabuje się odcinkami postępując ze wzniosem. W przypadku stosowania obudów zmechanizowanych zawał następuje w momencie przesuwania sekcji obudowy do czoła ściany.

Aktualnie system ścianowy podłużny z zawałem skał stropowych jest jednym z najczęściej stosowanych rozwiązań prowadzenia eksploatacji węgla kamiennego w Polsce. Przestrzeń robocza wyrobiska utrzymywana jest wyłącznie przy wykorzystaniu obudowy zmechanizowanej. Urabianie prowadzone jest wyłącznie kombajnami. Okresowo tylko podejmuje się próby wprowadzenia strugów do ścian prowadzonych w niskich pokładach. Zawał skał stropowych postępuje przeważnie samoczynnie bezpośrednio za sekcjami obudowy zmechanizowanej. Wspomaganie wywołania zawału z pomocą materiałów wybuchowych stosowane jest głównie w trakcie tak zwanego rozruchu ściany, kiedy strop nad wybranym pokładem całkowicie zawisa lub następujący zawał nie jest pełny- wysoki.

W przypadku niemożliwości zapewnienia stateczności wyrobisk znajdujących się w sąsiedztwie zrobów, chodniki podścianowe powinny być likwidowane bezpośrednio za frontem eksploatacji.

Samozagrzewanie węgla zdeponowanego w zrobach ścianowych jest zjawiskiem powszednim w kopalniach węgla kamiennego. Istotą procesu jest powolne utleniania zdeponowanego w zrobach węgla dzięki dostępowi powietrza penetrującego przestrzeń zrobów. Zjawisko to jest naturalne i nieuniknione, jednakże jego niekontrolowany przebieg

a w szczególności niedostateczny odbiór energii cieplnej zgromadzonej w obszarze zrobów może prowadzić do powstania ogniska pożaru endogenicznego, co bezpośrednio prowadzi do zagrożenia zdrowia i życia pracujących górników. Pozostawanie nie wypełnionych zawałem odcinków chodników za ścianą wobec braku możliwości efektywnego przewietrzania tej przestrzeni stwarza również zagrożenie metanowe. Głównym problemem w walce z tym zagrożeniem jest właściwe ocenienie skali procesu.

Technika kierowania stropem:

W zależności od warunków stropowych, grubości pokładu: -łagodne ugięcie stropu -pełny zawał -częściowa podsadzka (częściowy zawał) -pełna podsadzka.

Łagdone ugięcie-w przypadku wybierania pokładów cienkich (1-1,1m) przy stropie plastycznym np. składającym się z łupków ilastych. Technika ta możliwa jest tylko w systemach ubierkowych, przodek musi prowadzić się regularnie i dosyć szybko, gdyż jego zatrzymanie powoduje ugięcie się stropu przy czole przodka.

Pełny zawał polega na pękaniu i zawalaniu się skał stropu bezpośreniego skały te załamując się zwiększają pozornie swoją objętość i zawalają się do przestrzeni wybranej zapewniając jej samopodsadzanie. Nad zawałem powstaje strefa spękań a nad nią strefa łagodnego ugięcia skał. Technika ta stosowana jest przy stropach klasy 1,2a, 2b wg Budryka,

Częściowa podsadzka czyli lokowanie kamienia dostarczonego z zewnątrz i służy głównie zmiejszeniu deformacji powierzchni a także z nie wytwarzaniem hałd Pełna podsadzka w przypadku występowania stropów sztywnych, mocnych z także w przypadku ochrony obiektów na powierzchni lub robót górniczych prowadzonych powyżej stosuje się podsadzkę płynną. Podsadzanie musi być wykonywane bardzo dokładnie przy czym struktura ugięcia stropu mysi być większa od ściśliwości podsadzki. Materiał podsadzkowy nie powinien zawierać więcej niż 5% części lotnych, ściśliwość nie powinna być większa od 5% i powinien zapewnić dobre odsączanie wody Doszczelnianie zrobów za obudową jest ciągnięta rura poprzez którą wtłaczana jest mieszanina do zrobów.

Ochrona powierzchni :

d=a*g a-wsp esploat (0,12-0,25 pods. hydrauliczna; 0,25-0,5 podsadzka sucha; 0,5-0,7zawał z doszczelnieniem zrobów; 0,7-0,8 zawał Każdy materiał jest skłonny do gromadzenia energii potencjalnej i ma zdolność zmian tej energii na pracę.

Profilaktyka:

1. przed przystąpieniem do eksploatacji należy znać naturalną skłonność węgla do tąpań a

także skał otaczających stąd:

2. System eksploatacji powinien zapewniać optymalne bezpieczeństwo pracy -minimalna

ilość robót przygotowawczych -prowadzić wybieranie z zawałem stropu -utrzymywać stałą

odległość między czołem ściany a linią zrobów.

3. Ograniczy postęp ściany

4. Każdy węgiel można doprowadzić do tąpania jeśli: -pokłada ma zdolność do gromadzenia

energii sprężystej -występuje odpowiednia prędkość obciążenia -występuje przekroczenie

wytrzymałości materiały węglowego na ściskanie.

Rozruch ścian zawałowych:

Przy rozpoczęciu prowadzenia ściany napotyka się na trudności związane z uzyskaniem pierwszego pełnego zawału, zjawisko to jest o tyle groźne że czoło przodka przy oddaleniu się na większą odległość może ulec obwałowi lub zawałowi z uwagi na gwałtowne załamanie się stropu zasadniczego bloku o dużych gabarytach. Do wywołania pierwszego pełnego zawału muszą być przedsięwzięte środki ostrożności czyli np. urabianie za pomocą materiału wybuchowego, zatłaczanie wody pod dużym ciśnieniem do stropu przez co zmniejsza się jego spoistość, torpedowanie stropu lub zastosowanie tzw metody UHS (ukierunkowane hydroszczelinowanie stropu).

Systemy eksploatacji podziemnej złóż

Przygotowane do eksploatacji części złoża są wybierane przy zastosowaniu odpowiednio dobranych systemów eksploatacji. Przez system eksploatacji rozumie się sposób planowego wybierania złoża za pomocą wyrobisk eksploatacyjnych o określonych wymiarach, z ustalonym kierunkiem przesuwania się przodków eksploatacyjnych i ustalonym sposobem likwidacji przestrzeni poeksploatacyjnej.       

Systemami wybierania nazywamy sposoby wybierania kopaliny użytecznej ze złoża wraz z układem wyrobisk służących temu celowi.

Przy eksploatacji złóż należy kierować się następującymi zasadami:

·       złoże powinno być eksploatowane możliwie czysto,

·       eksploatacja powinna być prowadzona w taki sposób, aby kopalnia była rentowna,

·       musi być zapewnione bezpieczeństwo załogi i komfort pracy,

·       należy zachować racjonalną kolejność wybierania poszczególnych pokładów, poziomów

i pięter,

·       należy stosować odpowiedni do warunków kierunek eksploatacji,

·       eksploatacja powinna być prowadzona planowo z regularną linią frontu wybierania.

Różnorodność warunków geologiczno-górniczych sprawia, że dla eksploatacji złóż stosuje się olbrzymią ilość różnych systemów eksploatacji. W Polsce funkcjonuje klasyfikacja systemów eksploatacji opracowana przez Prof. Budryka w 1950 r., rozszerzona o systemy aktualnie stosowane i przewidywane do stosowania w nowych udokumentowanych złożach.

Ze względu na rodzaj wyrobiska eksploatacyjnego wydzielono systemy ubierkowe, zabierkowe, komorowe i blokowe.

Klasyfikacja systemów eksploatacji złóż w kopalniach podziemnych

Cecha podziału	Grupy	Kryterium podziału na grupy	Podgrupy
I. Rodzaj wyrobiska eksploatacyjnego	1. ubierkowe	długość przodku	a. ścianowe b. filarowo-ubierkowe c. ubierkowe pasami
		2. zabierkowe	długość zabierki	a. długich zabierek b. filarowo-zabierkowe
		3. komorowe	sposób wybierania złoża	a. komorowe właściwe b. komorowo-filarowe c. ubierkowo-komorowe
		4. blokowe	sposób wypuszczania urobku	a. z czołowym wypuszczaniem  urobku b. z wypuszczaniem urobku  przez otwory     wysypowe (leje)
	II. Sposób kierowania stropem	1. z ochroną     stropu	sposób utrzymania stropu	a. utrzymanie przestrzeni poeksploatacyjnej     (systemy komorowe)
		2. z zawałem	grubość stropu bezpośredniego	b. z podsadzką hydrauliczną c. z podsadzką suchą d. z podsadzką utwardzaną e. z magazynowaniem urobku
		3. z ugięciem     stropu	własności skał stropowych i grubość złoża	a. ugięcie całkowite b. ugięcie częściowe
III. Kierunek wybierania	1. podłużne 2. poprzeczne 3. przekątne	- - -	- - -
IV. Grubość złoża	1. na całą gru-     bość złoża	-	-
		2. eksploatacja     warstwami	sposób podziału na warstwy	a. warstwami równoległymi do uławicenia b. warstwami poziomymi c. warstwami pochyłymi

Jeżeli dzieli się złoże (rozcina) na filary to mamy systemy filarowo-zabierkowe i filarowo-ubierkowe.

W zależności od sposobu kierowania stropem wyróżnia się systemy :

- zawałowe ;

- podsadzkowe :

                         - z podsadzką hydrauliczną ;

                         - z podsadzką suchą pneumatyczną ;

                         - z podsadzka suchą sypaną itd. ( częściową lub całkowitą ) ;

- całkowitym ugięciem się stropu ;

- z ochroną stropu.

Podczas prowadzenia eksploatacji z całkowitym zawałem stropu wyróżnia się strefy zawału.

Rys. 1. Eksploatacja z zawałem stropu.

Z_s - strefy zawału swobodnego, Z_w - strefa zawału wysokiego, U - strefa ugięcia nad pustką             poeksploatacyjną (według Ropskiego)

Eksploatacja może być prowadzona również z zawałem częściowym

Rys. 2. Eksploatacja z zawałem częściowym stropu.

Rys. 3. Eksploatacja z ugięciem się stropu.

Rys. 4. Eksploatacja z podsadzką suchą częściową dostarczaną z zewnątrz.

Rys. 5. Eksploatacja z podsadzką suchą całkowitą dostarczaną z zewnątrz.

Rys. 6. Eksploatacja z podsadzką hydrauliczną

Pole wybierania wyznaczają najczęściej chodniki: podstawowy i wentylacyjny określonego poziomu wydobywczego, a długość wybieg ścian (wymiar po rozciągłości). Ograniczenie pola wybierania stanowią najczęściej nieregularności w jego zaleganiu (np. uskoki, wymycia), filary ochronne, granice obszaru górniczego, stare zroby itp. W zależności od kierunku przesuwania się frontu względem rozciągłości (kierunek wybierania przygotowanej części złoża) wydziela się systemy podłużne, poprzeczne i przekątne (diagonalne).

Rys. 7. System ścianowy podłużny z zawałem stropu [1]

Podstawowymi elementami ściany są:

L_s - długość ściany wynosząca od 60 m (50 m) do 300 m;

W_ś - wybieg ściany od ~200 do ponad 2000 m;

P_ś - szerokość przodka (ściany) od 2 do 8 m;

g_z - wysokość ściany od 1 do około 4 m.

Przy systemie ścianowym podłużnym czoła ścian przesuwają się po rozciągłości w kierunku od granic pola do wyrobisk udostępniających (od granic obszaru górniczego) lub odwrotnie. Mówi się wówczas o kierunku wybierania od pola (od granic) lub do pola.

Rys. 8. System ścianowy podłużny z zawałem stropu do pola i od pola [2]

a - kierunek wybierania od pola, b - kierunek wybierania do pola

Literatura:

1. Pobierz, Strzałkowski. : Zarys Podziemnego Górnictwa Węgla Kamiennego.

2. Stanisław Piechota. : Technika podziemnej eksploatacji złóż i likwidacji kopalń.

3. WWW.TEBERIA.PL portal górniczy

4

Syrek Aleksander „Likwidacja zrobów przez wywołanie zawału stropu.”

---