Mechanika górotworu

Mechanika górotworu

Naprężenia w obrębie

Naprężenia w obrębie

wyrobisk

wyrobisk

Rozkład naprężeń w otoczeniu

Rozkład naprężeń w otoczeniu

wyrobisk korytarzowych

wyrobisk korytarzowych

Wykonanie wyrobiska górniczego zaburza

Wykonanie wyrobiska górniczego zaburza

istniejącą równowagę górotworu. Powstanie

istniejącą równowagę górotworu. Powstanie

pustej przestrzeni wywołuje nowy układ

pustej przestrzeni wywołuje nowy układ

naprężeń różny od poprzedniego.

naprężeń różny od poprzedniego.

Na osłoniętych powierzchniach wyrobiska siły

Na osłoniętych powierzchniach wyrobiska siły

powierzchniowe są równe zeru (gdyż usunięcie

powierzchniowe są równe zeru (gdyż usunięcie

skały powoduje brak jakiegokolwiek odporu)

skały powoduje brak jakiegokolwiek odporu)

i działające w górotworze siły usiłują

i działające w górotworze siły usiłują

odkształcić go w kierunku wybranej pustki.

odkształcić go w kierunku wybranej pustki.

Rozkład linii ciśnień

Rozkład linii ciśnień

W uproszczeniu zagadnienie można przedstawić

W uproszczeniu zagadnienie można przedstawić

następująco. Przebieg pierwotnych ciśnień, który

następująco. Przebieg pierwotnych ciśnień, który

w górotworze nienaruszonym można przedstawić

w górotworze nienaruszonym można przedstawić

w postaci linii równoległych, po wykonaniu

w postaci linii równoległych, po wykonaniu

wyrobiska przyjmuje układ jak na poniższych

wyrobiska przyjmuje układ jak na poniższych

rysunkach:

rysunkach:

a — przed wykonaniem wyrobiska korytarzowego,
b — po wykonaniu wyrobiska korytarzowego,
c — w otoczeniu wyrobiska korytarzowego o przekroju kołowym,
d — w otoczeniu wyrobiska o przekroju prostokątnym

W nowym układzie rozkład naprężeń

W nowym układzie rozkład naprężeń

zależy od kształtu przekroju

zależy od kształtu przekroju

poprzecznego wyrobiska korytarzowego

poprzecznego wyrobiska korytarzowego

lub komorowego (prostokąt, koło,

lub komorowego (prostokąt, koło,

elipsa) i od jego wymiarów, a

elipsa) i od jego wymiarów, a

szczególnie od stosunku szerokości / do

szczególnie od stosunku szerokości / do

wysokości

wysokości

w

w

, czyli

, czyli

l/w.

l/w.

Wielkość

Wielkość

naprężeń dookoła przekroju wyrobiska

naprężeń dookoła przekroju wyrobiska

zależy od wielkości ciśnień pierwotnych

zależy od wielkości ciśnień pierwotnych

oraz ciśnień poziomych

oraz ciśnień poziomych

px

px

i

i

py.

py.



W

W

stropie

stropie

ciśnienie pionowe

ciśnienie pionowe

pz

pz

powoduje wygięcie

powoduje wygięcie

warstwy stropo wej w kierunku wyrobiska, wskutek

warstwy stropo wej w kierunku wyrobiska, wskutek

czego w dolnej wypukłej jej części powstają

czego w dolnej wypukłej jej części powstają

naprężenia rozciągające. Ciśnienie poziome

naprężenia rozciągające. Ciśnienie poziome

px

px

powoduje naprężenia ściskające; ponieważ jednak

powoduje naprężenia ściskające; ponieważ jednak

jest ono mniejsze, przeważać w stropie wyrobiska

jest ono mniejsze, przeważać w stropie wyrobiska

będą naprężenia rozciągające.

będą naprężenia rozciągające.



W

W

ociosach

ociosach

działają naprężenia powstałe pod

działają naprężenia powstałe pod

wpływem nacisku warstw nadległych. Wskutek

wpływem nacisku warstw nadległych. Wskutek

wykonania wyrobiska strop traci podparcie na całej

wykonania wyrobiska strop traci podparcie na całej

szerokości przekroju poprzecznego i wywiera

szerokości przekroju poprzecznego i wywiera

dodatkowy nacisk na ociosy. Naprężenia powstałe w

dodatkowy nacisk na ociosy. Naprężenia powstałe w

ociosach są większe od pierwotnych i wynoszą od

ociosach są większe od pierwotnych i wynoszą od

dwu- do czterokrotnej wartości pz . Im szersze

dwu- do czterokrotnej wartości pz . Im szersze

będzie wyrobisko, tym większe naprężenia będą

będzie wyrobisko, tym większe naprężenia będą

działały na ociosach.

działały na ociosach.



Największe koncentracje naprężeń powstają

Największe koncentracje naprężeń powstają

w narożach i przyległych do nich częściach

w narożach i przyległych do nich częściach

stropu, spągu oraz ociosów wyrobisk

stropu, spągu oraz ociosów wyrobisk

prostokątnych i trapezowych.

prostokątnych i trapezowych.



Powstają tu naprężenia kilkakrotnie większe

Powstają tu naprężenia kilkakrotnie większe

od naprężeń w ociosach, tworzą się

od naprężeń w ociosach, tworzą się

szczeliny

szczeliny

i pęknięcia, wpływające na osłabienie,

i pęknięcia, wpływające na osłabienie,

górotworu w otoczeniu wyrobiska, może

górotworu w otoczeniu wyrobiska, może

doprowadzić nawet do jego zniszczenia.

doprowadzić nawet do jego zniszczenia.



Skały spągowe

Skały spągowe

znajdują się pod ciśnieniem

znajdują się pod ciśnieniem

wywieranym przez ociosy a gdy są

wywieranym przez ociosy a gdy są

dostatecznie plastyczne zostają wyciskane

dostatecznie plastyczne zostają wyciskane

do wyrobiska. Jest to zjawisko spotykane w

do wyrobiska. Jest to zjawisko spotykane w

kopalniach pod nazwą wyciskania spągu.

kopalniach pod nazwą wyciskania spągu.

Skały spągowe

Skały spągowe

znajdują się pod

znajdują się pod

ciśnieniem wywieranym przez ociosy

ciśnieniem wywieranym przez ociosy

a gdy są dostatecznie plastyczne

a gdy są dostatecznie plastyczne

zostają wyciskane do wyrobiska. Jest

zostają wyciskane do wyrobiska. Jest

to zjawisko spotykane w kopalniach

to zjawisko spotykane w kopalniach

pod nazwą

pod nazwą

wyciskania spągu

wyciskania spągu

.

.

Charakterystyka naprężeń w otoczeniu

Charakterystyka naprężeń w otoczeniu

wyrobisk korytarzowych o różnych kształtach

wyrobisk korytarzowych o różnych kształtach

przekroju poprzecznego

przekroju poprzecznego

W tablicy przedstawiono wpływ kształtu przekroju

W tablicy przedstawiono wpływ kształtu przekroju

poprzecznego wyrobiska korytarzowego a układ naprężeń

poprzecznego wyrobiska korytarzowego a układ naprężeń

górotworu w jego otoczeniu. Z tablicy tej wynikają

górotworu w jego otoczeniu. Z tablicy tej wynikają

konkretne wskazania odnośnie do doboru kształtu wyrobisk

konkretne wskazania odnośnie do doboru kształtu wyrobisk

korytarzowych i komorowych.

korytarzowych i komorowych.

Kształt przekroju

Kształt przekroju

poprzecznego

poprzecznego

wyrobiska

wyrobiska

korytarzowego

korytarzowego

Naprężenia

Naprężenia

rozciągające

rozciągające

Naprężenia ściskające

Naprężenia ściskające

Prostokąt

Prostokąt

Duże w spodku i w pułapie

Duże w spodku i w pułapie

Duże w ociosach, największe

Duże w ociosach, największe

w narożach

w narożach

Trapez

Trapez

Duże w spodku i w pułapie

Duże w spodku i w pułapie

Duże w ociosach, największe

Duże w ociosach, największe

w narożach

w narożach

Łuk w kształcie zbliżonym do

Łuk w kształcie zbliżonym do

półelipsy

półelipsy

Małe w pułapie, duże w

Małe w pułapie, duże w

spodku

spodku

Duże w ociosach

Duże w ociosach

Koło

Koło

Małe w pułapie i w spodku

Małe w pułapie i w spodku

Duże w ociosach

Duże w ociosach

Elipsa o odpowiednim

Elipsa o odpowiednim

stosunku osi pionowej i

stosunku osi pionowej i

poziomej

poziomej

Nie występują

Nie występują

Jednakowe na całym obwodzie

Jednakowe na całym obwodzie



Przekrój prostokątny jest pod względem

Przekrój prostokątny jest pod względem

wytrzymałościowym niezbyt korzystny głównie z

wytrzymałościowym niezbyt korzystny głównie z

uwagi na występowanie naprężeń rozciągających,

uwagi na występowanie naprężeń rozciągających,

na które skały są bardzo mało wytrzymałe.

na które skały są bardzo mało wytrzymałe.

Ponieważ przekrój ten cechuje się możliwością

Ponieważ przekrój ten cechuje się możliwością

najlepszego wykorzystania powierzchni przekroju

najlepszego wykorzystania powierzchni przekroju

poprzecznego, dlatego też stosuje się go tam, gdzie

poprzecznego, dlatego też stosuje się go tam, gdzie

ciśnienia pionowe i poziome nie osiągają wielkich

ciśnienia pionowe i poziome nie osiągają wielkich

wartości, a więc na mniejszych głębokościach lub

wartości, a więc na mniejszych głębokościach lub

gdy czas użytkowania wyrobiska jest krótki.

gdy czas użytkowania wyrobiska jest krótki.



Korzystniejszy — bo zbliżony do półelipsy — jest

Korzystniejszy — bo zbliżony do półelipsy — jest

kształt łukowy, gdzie naprężenia rozciągające

kształt łukowy, gdzie naprężenia rozciągające

występują tylko w spągu. Kształt ten stosowany jest

występują tylko w spągu. Kształt ten stosowany jest

obecnie najczęściej dla wyrobisk korytarzowych

obecnie najczęściej dla wyrobisk korytarzowych

drążonych na większych głębokościach.

drążonych na większych głębokościach.

Strefa odprężona

Strefa odprężona



Naprężenia rozciągające i ściskające w strefie

Naprężenia rozciągające i ściskające w strefie

otaczającej wyrobisko górnicze po przekroczeniu

otaczającej wyrobisko górnicze po przekroczeniu

wytrzymałości skał powodują naruszenie ich struktury.

wytrzymałości skał powodują naruszenie ich struktury.

Powstają zarysowania, spękania, załamania, wreszcie

Powstają zarysowania, spękania, załamania, wreszcie

rozluźnienia skał, doprowadzające do przemieszczenia

rozluźnienia skał, doprowadzające do przemieszczenia

się mas skalnych do wyrobiska lub oparcia się ich na

się mas skalnych do wyrobiska lub oparcia się ich na

obudowie. W czasie przebiegu tych zjawisk następuje

obudowie. W czasie przebiegu tych zjawisk następuje

rozładowanie naprężeń panujących w otoczeniu

rozładowanie naprężeń panujących w otoczeniu

wyrobiska górniczego.

wyrobiska górniczego.



Strefę otaczającą wyrobisko, w której wskutek

Strefę otaczającą wyrobisko, w której wskutek

popękania lub zluźnienia skał naprężenia panujące w

popękania lub zluźnienia skał naprężenia panujące w

górotworze zostały częściowo lub całkowicie

górotworze zostały częściowo lub całkowicie

rozładowane, nazywa się

rozładowane, nazywa się

strefą odprężoną

strefą odprężoną

.

.

Kształt strefy odprężonej

Kształt strefy odprężonej

a

a

— wokół wyrobiska w pokładzie

— wokół wyrobiska w pokładzie

poziomym,

poziomym,

b

b

— wokół wyrobiska w pokładzie

— wokół wyrobiska w pokładzie

nachylonym

nachylonym

Rozluźnienie skał w bezpośrednim sąsiedztwie wyrobiska

Rozluźnienie skał w bezpośrednim sąsiedztwie wyrobiska

i utrata łączności z calizną powoduje utratę oparcia dla

i utrata łączności z calizną powoduje utratę oparcia dla

następnej warstwy skał, która z kolei teraz będzie ulegała

następnej warstwy skał, która z kolei teraz będzie ulegała

odprężeniu.

odprężeniu.

Z biegiem czasu odprężeniu ulegają po kolei następne warstwy

Z biegiem czasu odprężeniu ulegają po kolei następne warstwy

górotworu otaczającego wyrobisko i strefa odprężona zwiększa

górotworu otaczającego wyrobisko i strefa odprężona zwiększa

się przyjmując kształt elipsy

się przyjmując kształt elipsy



Jak wskazuje praktyka, po okresie 5 do

Jak wskazuje praktyka, po okresie 5 do

10 lat górotwór stopniowo uspokaja się

10 lat górotwór stopniowo uspokaja się

i następuje w nim równowaga.

i następuje w nim równowaga.



Wielkość oraz kształt strefy odprężonej

Wielkość oraz kształt strefy odprężonej

wokół wyrobisk korytarzo wych zależy od

wokół wyrobisk korytarzo wych zależy od

czasu, wytrzymałości skał, kształtu

czasu, wytrzymałości skał, kształtu

i wielkości wyrobis ka, nachylenia

i wielkości wyrobis ka, nachylenia

pokładów oraz głębokości, na której

pokładów oraz głębokości, na której

znajduje się wyrobisko.

znajduje się wyrobisko.



Odprężenie górotworu w otoczeniu wyrobiska

Odprężenie górotworu w otoczeniu wyrobiska

górniczego powoduje odkształcenie, pękanie,

górniczego powoduje odkształcenie, pękanie,

rozluźnienie i przemieszczenie się skał w kie runku

rozluźnienie i przemieszczenie się skał w kie runku

pustej przestrzeni. W celu utrzymania

pustej przestrzeni. W celu utrzymania

potrzebnych wymiarów wyrobiska górniczego oraz

potrzebnych wymiarów wyrobiska górniczego oraz

zabezpieczenia pracujących w nim ludzi przed

zabezpieczenia pracujących w nim ludzi przed

rażeniem odłamkami skalnymi odspojonymi ze

rażeniem odłamkami skalnymi odspojonymi ze

stropu i z ocio sów stosuje się w nich powszechnie

stropu i z ocio sów stosuje się w nich powszechnie

obudowę górniczą

obudowę górniczą

.

.

Powoduje ona nacisk na

Powoduje ona nacisk na

skały stropowe, przeciwdziałając odkształcaniu się

skały stropowe, przeciwdziałając odkształcaniu się

stropu.

stropu.



Zdolność obudowy do hamowania osiadania

Zdolność obudowy do hamowania osiadania

stropu (dawania odporu odkształcającym się

stropu (dawania odporu odkształcającym się

skałom stropowym) nazywa się

skałom stropowym) nazywa się

podpornością

podpornością

obudowy

obudowy

.

.

.

.

Istnieje wiele różnorodnych obudów

Istnieje wiele różnorodnych obudów

różniących się od siebie kształtem,

różniących się od siebie kształtem,

wytrzymałością, konstrukcją

wytrzymałością, konstrukcją

i podpornością. Obudowa dla danego

i podpornością. Obudowa dla danego

wyrobiska górniczego powinna być

wyrobiska górniczego powinna być

dostosowana do kształtu wyrobiska,

dostosowana do kształtu wyrobiska,

charakteru skał oraz wielkości

charakteru skał oraz wielkości

działających na nią ciśnień.

działających na nią ciśnień.

Działające na obudowę górniczą

Działające na obudowę górniczą

ciśnienie można podzielić na: ciśnienie

ciśnienie można podzielić na: ciśnienie

statyczne

statyczne

i

i

dynamiczne.

dynamiczne.

Ciśnienie statyczne

Ciśnienie statyczne



Ciśnienie statyczne. Jest to ciśnienie, jakie wywiera na obudowę

Ciśnienie statyczne. Jest to ciśnienie, jakie wywiera na obudowę

górniczą ciężar odspojonych i spoczywających na niej skał strefy

górniczą ciężar odspojonych i spoczywających na niej skał strefy

odprężonej. Osiąga ono maksymalną wielkość, gdy cała skała

odprężonej. Osiąga ono maksymalną wielkość, gdy cała skała

znajdująca się wewnątrz naturalnego sklepienia osiądzie na

znajdująca się wewnątrz naturalnego sklepienia osiądzie na

obudowie. Tę wielkość przyjmuje się zazwyczaj do obliczenia

obudowie. Tę wielkość przyjmuje się zazwyczaj do obliczenia

wytrzymałości obudowy wyrobisk korytarzowych

wytrzymałości obudowy wyrobisk korytarzowych

i komorowych na mniejszych głębokościach.

i komorowych na mniejszych głębokościach.



W skałach słabych strefa odprężona ma tendencję do

W skałach słabych strefa odprężona ma tendencję do

powiększania się, gdyż ociosy nie wytrzymują przenoszonych

powiększania się, gdyż ociosy nie wytrzymują przenoszonych

przez naturalne sklepienie ciśnień, pękają i kruszeją, wskutek

przez naturalne sklepienie ciśnień, pękają i kruszeją, wskutek

czego szerokość wyrobis ka zwiększa się, co z kolei powoduje

czego szerokość wyrobis ka zwiększa się, co z kolei powoduje

tworzenie się nowego sklepienia naturalnego oraz obrywanie się

tworzenie się nowego sklepienia naturalnego oraz obrywanie się

spod niego dalszych mas skalnych.

spod niego dalszych mas skalnych.



Aby zapobiec powiększaniu się strefy odprężonej, należy zaraz

Aby zapobiec powiększaniu się strefy odprężonej, należy zaraz

po wydrążeniu możliwie krótkiego odcinka wyrobiska

po wydrążeniu możliwie krótkiego odcinka wyrobiska

korytarzowego (najczęściej 1 m, a krótszego, jeżeli skały są

korytarzowego (najczęściej 1 m, a krótszego, jeżeli skały są

bardzo słabe) zabezpieczyć go natychmiast obudową górniczą.

bardzo słabe) zabezpieczyć go natychmiast obudową górniczą.

Prawidłowo wykonana obudowa górnicza może zahamować

Prawidłowo wykonana obudowa górnicza może zahamować

proces odprężenia, nie dopuszczając do powstania ciśnień

proces odprężenia, nie dopuszczając do powstania ciśnień

maksymalnych. Górotwór będzie odprężał się wtedy tylko w

maksymalnych. Górotwór będzie odprężał się wtedy tylko w

miarę odkształceń obudowy.

miarę odkształceń obudowy.

Ciśnienie dynamiczne

Ciśnienie dynamiczne



Ciśnienie dynamiczne. Wywierane jest ono na obudowę górniczą w

Ciśnienie dynamiczne. Wywierane jest ono na obudowę górniczą w

momencie nagłego przemieszczenia się i osiadania na niej mas skalnych.

momencie nagłego przemieszczenia się i osiadania na niej mas skalnych.

Nie występuje więc w sposób ciągły, a sporadycznie niekiedy okresowo. Ma

Nie występuje więc w sposób ciągły, a sporadycznie niekiedy okresowo. Ma

niejako cechy uderzenia. Na większych głębokościach osiąga ono wielkości

niejako cechy uderzenia. Na większych głębokościach osiąga ono wielkości

znacznie większe od ciśnienia statycznego, dlatego też może spowodować

znacznie większe od ciśnienia statycznego, dlatego też może spowodować

zniszczenie obudowy, jeśli została ona obliczona wyłącznie na ciśnienie

zniszczenie obudowy, jeśli została ona obliczona wyłącznie na ciśnienie

statyczne.

statyczne.



Ze względu na konstrukcję i sposób pracy obudowę górniczą dzieli się na

Ze względu na konstrukcję i sposób pracy obudowę górniczą dzieli się na

obudowę

obudowę

sztywną

sztywną

i

i

podatną.

podatną.



Obudowa sztywna

Obudowa sztywna

złożona jest z elementów sztywnych. Zaprojek towana i

złożona jest z elementów sztywnych. Zaprojek towana i

wykonana prawidłowo wytrzymuje ciśnienie statyczne ora/, niewielkie

wykonana prawidłowo wytrzymuje ciśnienie statyczne ora/, niewielkie

ciśnienia dynamiczne, chroni strop od nadmiernych spękań, zahamowuje

ciśnienia dynamiczne, chroni strop od nadmiernych spękań, zahamowuje

proces odprężania i pozwala utrzymać stałe wymiary wyrobiska. Na

proces odprężania i pozwala utrzymać stałe wymiary wyrobiska. Na

większych głębokościach, gdzie ciśnienia dynamiczne mogą osiągać

większych głębokościach, gdzie ciśnienia dynamiczne mogą osiągać

znaczne wartości, obudowa sztywna ulega uszkodzeniu, w związku z czym

znaczne wartości, obudowa sztywna ulega uszkodzeniu, w związku z czym

stosuje się tam obudowę podatną.

stosuje się tam obudowę podatną.



Obudowa podatna

Obudowa podatna

złożona jest z elementów, które pod wpływem

złożona jest z elementów, które pod wpływem

ciśnienia górotworu mogą przesuwać się (zsuwać się) do określonych

ciśnienia górotworu mogą przesuwać się (zsuwać się) do określonych

wymiarów. W momencie zadziałania ciśnienia dynamicznego obudo wa

wymiarów. W momencie zadziałania ciśnienia dynamicznego obudo wa

podatna poddaje się i przekrój wyrobiska zostaje zmniejszony, Obudowa,

podatna poddaje się i przekrój wyrobiska zostaje zmniejszony, Obudowa,

jakkolwiek zsunięta do mniejszych wymiarów, nie zostaje uszkodzona i

jakkolwiek zsunięta do mniejszych wymiarów, nie zostaje uszkodzona i

wyrobisko może być w dalszym ciągu użytkowane zgodnie ze swym

wyrobisko może być w dalszym ciągu użytkowane zgodnie ze swym

przeznaczeniem. Stosując obudowę podatną, drąży się wyrobisko o

przeznaczeniem. Stosując obudowę podatną, drąży się wyrobisko o

przekroju większym od potrzebnego, aby po częściowym, najczęściej

przekroju większym od potrzebnego, aby po częściowym, najczęściej

niewielkim zaciśnięciu, mogło być dalej użytkowane zgodnie z

niewielkim zaciśnięciu, mogło być dalej użytkowane zgodnie z

przeznaczeniem.

przeznaczeniem.

Ciśnienie w wyrobiskach wybierkowych

Ciśnienie w wyrobiskach wybierkowych



Ciśnienie występujące w czasie prowadzenia robót

Ciśnienie występujące w czasie prowadzenia robót

w wyrobiskach wybierkowych są bardziej

w wyrobiskach wybierkowych są bardziej

skomplikowane niż przy drążeniu wyrobisk

skomplikowane niż przy drążeniu wyrobisk

korytarzowych. Wynika to

korytarzowych. Wynika to

z faktu odkrywania dużych powierzchni stropu, czego

z faktu odkrywania dużych powierzchni stropu, czego

następstwem jest powstawanie większych ciśnień

następstwem jest powstawanie większych ciśnień

o dużym zasięgu.

o dużym zasięgu.



Przy prowadzeniu wyrobiska ścianowego w pokładzie

Przy prowadzeniu wyrobiska ścianowego w pokładzie

węgla, nad wybraną pustą przestrzenią powstaje

węgla, nad wybraną pustą przestrzenią powstaje

sklepienie ciśnień

sklepienie ciśnień

oparte z jednej strony na caliźnie

oparte z jednej strony na caliźnie

węglowej przodku, a z drugiej na starych zrobach,

węglowej przodku, a z drugiej na starych zrobach,

gdzie jest już dokładnie sprasowany zawał lub

gdzie jest już dokładnie sprasowany zawał lub

podsadzka.

podsadzka.

W miarę postępu ściany sklepienie ciśnień przesuwa

W miarę postępu ściany sklepienie ciśnień przesuwa

się, powodując zwiększony nacisk na obudowę w

się, powodując zwiększony nacisk na obudowę w

chodnikach przyścianowych zarówno przed czołem

chodnikach przyścianowych zarówno przed czołem

ściany (40 do 100 m od czoła ściany), jak i od strony

ściany (40 do 100 m od czoła ściany), jak i od strony

zrobów (100 do 200 m od czoła ściany).

zrobów (100 do 200 m od czoła ściany).

Rozkład i wielkość ciśnień w rejonie wyrobiska

Rozkład i wielkość ciśnień w rejonie wyrobiska

ścianowego wybieranego z podsadzką (rys. a)

ścianowego wybieranego z podsadzką (rys. a)

oraz dla ściany

oraz dla ściany

z zawałem stropu (rys. b) pokazano poniżej:

z zawałem stropu (rys. b) pokazano poniżej:

1 — strefa najmniejszych ciśnień,
2 — strefy największych ciśnień,
3 — strefy ciśnień zbliżonych do ciśnienia pierwotnego

Skały zawarte wewnątrz sklepienia ciśnień są

Skały zawarte wewnątrz sklepienia ciśnień są

odprężone, a więc uwolnione od ciśnienia

odprężone, a więc uwolnione od ciśnienia

warstw nadległych i wywierają nacisk na

warstw nadległych i wywierają nacisk na

obudowę ściany oraz na stare zroby tylko

obudowę ściany oraz na stare zroby tylko

swoim ciężarem (strefa

swoim ciężarem (strefa

1).

1).

Na obudowę ściany

Na obudowę ściany

naciska tylko część skał strefy odprężonej

naciska tylko część skał strefy odprężonej

szerokości 5 do 6 m położonej bezpośrednio

szerokości 5 do 6 m położonej bezpośrednio

nad przedziałem robo czym. Jest to właściwie

nad przedziałem robo czym. Jest to właściwie

strefa najmniejszych ciśnień

strefa najmniejszych ciśnień

występujących

występujących

w otoczeniu wyrobiska ścianowego. Większe

w otoczeniu wyrobiska ścianowego. Większe

ciśnienia występują tam, gdzie sklepienie

ciśnienia występują tam, gdzie sklepienie

ciśnień opiera się na caliźnie i na zrobach

ciśnień opiera się na caliźnie i na zrobach

(strefy 2). Osiągają one maksymalne wielkości

(strefy 2). Osiągają one maksymalne wielkości

w pewnej odległości od czoła ściany, po czym

w pewnej odległości od czoła ściany, po czym

maleją stopniowo osiągając wielkość ciśnienia

maleją stopniowo osiągając wielkość ciśnienia

pierwotnego (strefy

pierwotnego (strefy

3).

3).

Największe ciśnienie

Największe ciśnienie

występuje tam, gdzie sklepienie

występuje tam, gdzie sklepienie

ciśnień opiera się na caliźnie węglowej.

ciśnień opiera się na caliźnie węglowej.

Jest to tzw.

Jest to tzw.

ciśnienie eksploatacyjne.

ciśnienie eksploatacyjne.

Wielkość jego zależy od:

Wielkość jego zależy od:



głębokości zalegania pokładu,

głębokości zalegania pokładu,



charakteru skał stropowych i spągowych,

charakteru skał stropowych i spągowych,



szerokości przedziału roboczego ściany,

szerokości przedziału roboczego ściany,



podporności obudowy,

podporności obudowy,



wielkości postępu ściany,

wielkości postępu ściany,



sposobu kierowania stropem (zawał lub podsadzka).

sposobu kierowania stropem (zawał lub podsadzka).

Ciśnienie eksploatacyjne

Ciśnienie eksploatacyjne

powoduje wzrost

powoduje wzrost

naprężeń w caliźnie węglowej do głębokości

naprężeń w caliźnie węglowej do głębokości

1,0 do 1,2 m od czoła ściany ułatwiając

1,0 do 1,2 m od czoła ściany ułatwiając

urabianie (tzw.

urabianie (tzw.

węgiel bujny).

węgiel bujny).

Przy

Przy

zatrzymaniu przodku ciśnienie eksploatacyjne

zatrzymaniu przodku ciśnienie eksploatacyjne

przesuwa się w głąb calizny, a w przodku

przesuwa się w głąb calizny, a w przodku

powstaje trudny do urabiania, odprężony,

powstaje trudny do urabiania, odprężony,

tzw.

tzw.

węgiel martwy.

węgiel martwy.

Tak więc szybki postęp

Tak więc szybki postęp

przodku ułatwia urabianie węgla, przy czym

przodku ułatwia urabianie węgla, przy czym

powinien on być co najmniej tak szybki jak

powinien on być co najmniej tak szybki jak

przesuwanie się ciśnienia eksploatacyjnego w

przesuwanie się ciśnienia eksploatacyjnego w

głąb calizny węglowej.

głąb calizny węglowej.



Przy wybieraniu z podsadzką

Przy wybieraniu z podsadzką

skały stropowe osiadają

skały stropowe osiadają

na podsadz ce w miarę jej ściśliwości, przy czym

na podsadz ce w miarę jej ściśliwości, przy czym

powstają w nich pęknięcia głównie na płaszczyznach

powstają w nich pęknięcia głównie na płaszczyznach

uławicenia

uławicenia

i kliważu. Powstaje tzw.

i kliważu. Powstaje tzw.

strefa spękań,

strefa spękań,

nad którą wyżej

nad którą wyżej

zalęgające warstwy uginają się, powodując obniżenie

zalęgające warstwy uginają się, powodując obniżenie

nawet powierzchni ziemi.

nawet powierzchni ziemi.



Przy wybieraniu z zawałem

Przy wybieraniu z zawałem

rozluźnieniu

rozluźnieniu

i przemieszczeniu ulegają skały strefy odprężonej

i przemieszczeniu ulegają skały strefy odprężonej

oprócz tych, które podparte są obudową ścianową. Po

oprócz tych, które podparte są obudową ścianową. Po

oberwaniu się skał stropowych do wysokości równej

oberwaniu się skał stropowych do wysokości równej

4- o 5-krotnej grubości pokładu cała pusta przestrzeń

4- o 5-krotnej grubości pokładu cała pusta przestrzeń

(powstała po wybraniu pokładu i oberwaniu się skał

(powstała po wybraniu pokładu i oberwaniu się skał

stropowych) zostaje wypełniona. Na ten rumosz skalny

stropowych) zostaje wypełniona. Na ten rumosz skalny

naciskają warstwy wyżej zalegające, powodując jego

naciskają warstwy wyżej zalegające, powodując jego

sprasowanie. Równocześnie same ulegają spękaniu,

sprasowanie. Równocześnie same ulegają spękaniu,

tworząc strefę spękań, nad którą dalsze warstwy

tworząc strefę spękań, nad którą dalsze warstwy

ulegają ugięciu, powodując obniżenie powierzchni

ulegają ugięciu, powodując obniżenie powierzchni

ziemi.

ziemi.

Przy wybieraniu systemem zabierkowym,

Przy wybieraniu systemem zabierkowym,

wskutek nieregularności frontu

wskutek nieregularności frontu

eksploatacyjnego, dochodzi w pewnych

eksploatacyjnego, dochodzi w pewnych

punktach pola wybierania do koncentracji

punktach pola wybierania do koncentracji

ciśnień powodujących niszczenie skał

ciśnień powodujących niszczenie skał

stropowych większe niż miałoby to miejsce

stropowych większe niż miałoby to miejsce

przy wyrobiskach ścianowych. Z tego

przy wyrobiskach ścianowych. Z tego

względu na większych głębokościach

względu na większych głębokościach

(poniżej 500 m) wybieranie systemem

(poniżej 500 m) wybieranie systemem

zabierkowym staje się niebezpieczne i

zabierkowym staje się niebezpieczne i

bardziej wskazane jest wybieranie

bardziej wskazane jest wybieranie

systemem ścianowym.

systemem ścianowym.

Wpływ podzielności skał na usytuowanie wyrobisk

Wpływ podzielności skał na usytuowanie wyrobisk

górniczych

górniczych

Płaszczyzny uławicenia i łupności stanowią ważny czynnik

Płaszczyzny uławicenia i łupności stanowią ważny czynnik

decydujący o łatwości urabiania skał i utrzymania wyrobisk

decydujący o łatwości urabiania skał i utrzymania wyrobisk

górniczych.

górniczych.

Uławicenie.

Uławicenie.

Na podstawie obserwacji prowadzonych w

Na podstawie obserwacji prowadzonych w

kopalniach stwierdza się, że wyrobiska górnicze wykonane

kopalniach stwierdza się, że wyrobiska górnicze wykonane

pod mocną ławicą są łatwiejsze do utrzymania (rys. a). W

pod mocną ławicą są łatwiejsze do utrzymania (rys. a). W

grubych pokładach węglowych ławice takie należy rozeznać

grubych pokładach węglowych ławice takie należy rozeznać

i drążąc wyrobisko nie należy ich absolutnie przerywać źle

i drążąc wyrobisko nie należy ich absolutnie przerywać źle

odwierconymi otworami strzałowymi lub organem

odwierconymi otworami strzałowymi lub organem

urabiającym kombajnu

urabiającym kombajnu

(pamiętaj — szanuj mocną ławicę).

(pamiętaj — szanuj mocną ławicę).

Drążenie wyrobiska w kierunku poprzecznym do uławicenia,

Drążenie wyrobiska w kierunku poprzecznym do uławicenia,

np. przekopu, wymaga przerywania uławicenia (rys. b).

np. przekopu, wymaga przerywania uławicenia (rys. b).

Utrudnia to urabianie skał i powoduje nierówności wyłomu

Utrudnia to urabianie skał i powoduje nierówności wyłomu

skalnego lub węglowego, a powstałe pustki za obudową

skalnego lub węglowego, a powstałe pustki za obudową

ułatwiają odprężanie się skał, co w efekcie zwiększa

ułatwiają odprężanie się skał, co w efekcie zwiększa

ciśnienie na obudowę.

ciśnienie na obudowę.

a – wyrobisko drążone między płaszczyznami uławicenia i łupności,
b — wyrobisko drążone w kierunku poprzecznym do uławicenia

Łupność.

Łupność.

Spośród kierunków łupności

Spośród kierunków łupności

najważniejsze to kierunki: główny i

najważniejsze to kierunki: główny i

prostopadły. Kierunki te powinny być

prostopadły. Kierunki te powinny być

rozeznane i wyrobiska górnicze

rozeznane i wyrobiska górnicze

powinny być projektowane i

powinny być projektowane i

wykonywane pod kątem prawidłowego

wykonywane pod kątem prawidłowego

ich wykorzystania.

ich wykorzystania.

Utrzymanie chodnika jest łatwiejsze,

Utrzymanie chodnika jest łatwiejsze,

gdy jego oś podłużna jest prostopadła

gdy jego oś podłużna jest prostopadła

do kierunku łupności. Gdy natomiast oś

do kierunku łupności. Gdy natomiast oś

podłużna chodnika jest równoległa do

podłużna chodnika jest równoległa do

kierunku łupności, wówczas utrzymanie

kierunku łupności, wówczas utrzymanie

jest trudniejsze i mogą powstać zawały.

jest trudniejsze i mogą powstać zawały.

Czoła ścian usytuowane równolegle

Czoła ścian usytuowane równolegle

do jednego z kierunków łupności

do jednego z kierunków łupności

cechują się większą łatwością

cechują się większą łatwością

urabiania węgla (rys. a) niż fronty

urabiania węgla (rys. a) niż fronty

usytuowane skośnie (rys. b) lub

usytuowane skośnie (rys. b) lub

fronty prostopadle (rys. c).

fronty prostopadle (rys. c).

Szczególne znaczenie mają kierunki łupności

Szczególne znaczenie mają kierunki łupności

przy utrzymaniu przedziału roboczego i

przy utrzymaniu przedziału roboczego i

rabowaniu ściany. Przy stropach mocnych

rabowaniu ściany. Przy stropach mocnych

usytuowanie ściany równolegle do jednego z

usytuowanie ściany równolegle do jednego z

głównych kierunki łupności ułatwia urabianie

głównych kierunki łupności ułatwia urabianie

złoża

złoża

i rabowanie ściany. Przy stropach słabych

i rabowanie ściany. Przy stropach słabych

czoło ścian należy usytuować w kierunku

czoło ścian należy usytuować w kierunku

skośnym do jedno z głównych kierunków

skośnym do jedno z głównych kierunków

łupności, rezygnując z łatwiejszego urabiania

łupności, rezygnując z łatwiejszego urabiania

na rzecz zapewnienia maksymalnego

na rzecz zapewnienia maksymalnego

bezpieczeństwa

bezpieczeństwa

w przedziale roboczym.

w przedziale roboczym.

W kopalniach węgla przepisy nakazują

W kopalniach węgla przepisy nakazują

usytuowanie (odchylenie kierunku czoła ściany w

usytuowanie (odchylenie kierunku czoła ściany w

stosunku do głównego kierunku łupności pokładu

stosunku do głównego kierunku łupności pokładu

węglowego lub skał stropowych.

węglowego lub skał stropowych.

Duże znaczenie dla urabiania węgla

Duże znaczenie dla urabiania węgla

i utrzymania stropu również kierunek nachylenia

i utrzymania stropu również kierunek nachylenia

płaszczyzn łupności w przekroju pionowym.

płaszczyzn łupności w przekroju pionowym.

Rozróżnia się zasadniczo dwa układy —

Rozróżnia się zasadniczo dwa układy —

łupność

łupność

leżącą,

leżącą,

(rys. a)

(rys. a)

i

i

łupność wiszącą

łupność wiszącą

(rys. b)

(rys. b)

Przy łupności leżącej urabianie jest łatwiejsze i

Przy łupności leżącej urabianie jest łatwiejsze i

utrzymanie stropu lepsze, dzięki dobremu oparciu

utrzymanie stropu lepsze, dzięki dobremu oparciu

stropu o caliznę. Przy łupności wiszącej urabianie

stropu o caliznę. Przy łupności wiszącej urabianie

jest trudniejsze, a strop jest trudniejszy do

jest trudniejsze, a strop jest trudniejszy do

utrzymania, zwłaszcza w skałach słabych.

utrzymania, zwłaszcza w skałach słabych.

Wynikające stąd wskazania odnośnie do wybierania

Wynikające stąd wskazania odnośnie do wybierania

ścian z łupnością leżącą nie można stosować bez

ścian z łupnością leżącą nie można stosować bez

zastrzeżeń. W ścianach wysokich (powyżej 3 m

zastrzeżeń. W ścianach wysokich (powyżej 3 m

wysokości) łupność leżąca może stwarzać duże

wysokości) łupność leżąca może stwarzać duże

niebezpieczeństwo od ociosu, gdyż przystropowe

niebezpieczeństwo od ociosu, gdyż przystropowe

pryzmy węgla odprężając się mogą nagle odspoić

pryzmy węgla odprężając się mogą nagle odspoić

się

się

od calizny, stwarzając możliwość rażenia ludzi

od calizny, stwarzając możliwość rażenia ludzi

i powodując nadmierne obnażenie stropu. Z tego

i powodując nadmierne obnażenie stropu. Z tego

względu w grubych pokładach pod mocnym

względu w grubych pokładach pod mocnym

stropem lub mocną ławicą korzystniejsza może

stropem lub mocną ławicą korzystniejsza może

okazać się łupność wisząca.

okazać się łupność wisząca.