MECHANIKA GÓROTWORU

Temat: Ciśnienie w

wyrobiskach

korytarzowych i

wybierkowych

1. Rozkład naprężeń w

wyrobiskach

korytarzowych.

Wykonanie wyrobiska górniczego

zaburza istniejącą równowagę

górotworu. Powstanie pustej

przestrzeni wywołuje nowy układ

naprężeń.

Przebieg pierwotnych ciśnień, który w

górotworze nienaruszonym można

przedstawić w postaci linii

równoległych, po wykonaniu wyrobiska

przyjmuje układ jak na rysunku:

W nowym układzie rozkład

naprężeń zależy od:

• kształtu przekroju poprzecznego

wyrobiska (prostokąt, koło,
elipsa),

• wymiaru wyrobiska (szczególnie

od stosunku szerokości do
wysokości)

• W STROPIE ciśnienie pionowe p

z

powoduje

wygięcie warstwy stropowej w kierunku
wyrobiska, wskutek czego w dolnej
wypukłej jej części powstają naprężenia
rozciągające.

• W OCIOSACH działają naprężenia powstałe

pod wpływem nacisku warstw nadległych
oraz dodatkowo strop naciska na ociosy.
Naprężenia powstałe w ociosach są od dwu-
do czterokrotnie większe od pierwotnych p

z

(im większe wyrobisko tym większe
naprężenia).

Gdy w ociosach są skały mocne wtedy

największe naprężenie

σ

z

jest

bezpośrednio na ociosach (1).

Gdy w ociosach są skały słabe – max

naprężenia odsuwają się w głąb

górotworu (2 i 3).

Naprężenia te maleją, w pewnej

odległości osiągają wartość ciśnienia

pierwotnego p

z.

2. Wyciskanie spągu.

Pod ciśnieniem
wywieranym
przez ociosy przy
plastycznych
skałach
spągowych
następuje
wyciskanie skał
do wyrobiska

3. Strefa odprężona.

Strefą odprężoną nazywa się
strefę otaczającą wyrobisko, w
której wskutek popękania lub
zluźnienia skał, naprężenia
panujące w górotworze zostały
częściowo lub całkowicie
rozładowane.

Stopień odprężenia skał

zależy od stopnia

naruszenia lub zniszczenia

struktury skał.

Skały spękane mające

jeszcze łączność z

górotworem będą mniej

odprężone niż skały

całkowicie rozluźnione.

Z biegiem czasu odprężeniu ulegają po

kolei następne warstwy górotworu

otaczającego wyrobisko. Strefa odprężona

zwiększa się przyjmując kształt elipsy.

Po okresie 5 do 10 lat górotwór stopniowo

uspokaja się i następuje w nim

równowaga.

4. Ciśnienia działające na

obudowę wyrobisk

korytarzowych.

Odprężenie górotworu w otoczeniu

wyrobiska powoduje pękanie i
przemieszczanie się skał w kierunku
pustej przestrzeni.

W celu utrzymania potrzebnych

wymiarów wyrobiska górniczego oraz
zabezpieczenia pracujących w nim
ludzi przed odłamkami skalnymi
stosuje się OBUDOWĘ GÓRNICZĄ.

Wyróżniamy następujące

ciśnienia:

• Ciśnienie statyczne to ciśnienie,

jakie wywiera na obudowę ciężar

odspojonych i spoczywających na

niej skał strefy odprężonej.
Aby zapobiec powiększaniu się

strefy odprężonej należy zaraz po

wydrążeniu możliwie krótkiego

odcinka wyrobiska (najczęściej 1m)

zabezpieczyć go natychmiast

obudową górniczą.

• Ciśnienie dynamiczne,

wywierane jest na obudowę
górniczą w momencie nagłego
przemieszczania się i osiadania
na niej mas skalnych.
Ma niejako cechy uderzenia.
Na większych głębokościach
może spowodować zniszczenie
obudowy.

5. Rozkład naprężeń w

wyrobiskach wybierkowych.

Przy prowadzeniu wyrobiska
ścianowego w pokładzie węgla nad
wybraną pustą przestrzenią powstaje
SKLEPIENIE CIŚNIEŃ oparte z
jednej strony na caliźnie węglowej
przodku, z drugiej na starych
zrobach gdzie jest podsadzka lub
zawał.

Rozpiętość i wysokość sklepienia

jest mniejsze przy wybieraniu z

podsadzką niż przy wybieraniu z

zawałem stropu.

Skały zawarte wewnątrz sklepienia są

odprężone, a więc uwolnione od

ciśnienia warstw nadległych dlatego

jest to STREFA NAJMNIEJSZYCH

CIŚNIEŃ (strefa 1)

Największe ciśnienie występuje

tam, gdzie sklepienie ciśnień

opiera się na caliźnie węglowej i

na zrobach (strefy 2). Jest to tzw.

CIŚNIENIE EKSPLOATACYJNE.

6. Wielkość ciśnienia

eksploatacyjnego zależy od:

• głębokości zalegania pokładu,
• charakteru skał stropowych i spągowych,
• podporności obudowy (zdolność obudowy

do hamowania osiadania stropu),

• wielkości postępu ściany,
• sposobu kierowania stropem (zawał,

podsadzka).

Ciśnienie eksploatacyjne

powoduje wzrost naprężeń

w caliźnie węglowej do

głębokości 1 – 1,2 m od

czoła ściany ułatwiając

urabianie (tzw. węgiel

bujny).

Przy zatrzymaniu przodka

ciśnienie eksploatacyjne

przesuwa się w głąb calizny, a

w przodku powstaje trudny

do urabiania, odprężony tzw.

węgiel martwy.

Tak więc szybki postęp

przodka ułatwia urabianie

węgla.

7. Teoria fali ciśnień.

Teoria ta została podana przez prof. W.

Budryka 1933 r. i opiera się na

założeniu, że sztywna skała stropowa

przenosi naprężenia podobnie jak

równomiernie obciążona sztywna belka

spoczywająca na sprężystym podłożu.

Belką (wspornikiem) są skały stropowe,

sprężystym podłożem jest wybierany

pokład. Od góry belka jest obciążona

ciśnieniem p

z

pochodzącym od ciężaru

nadkładu.

W takich warunkach następuje ugięcie się

belki nad wybraną przestrzenią, wspornik
ugina się ku dołowi, natomiast część belki
leżąca nad pokładem przyjmuje kształt linii
falistej.

Długość fali ciśnień zależy od sprężystości i
ściśliwości skał.
Pod stropem jednolitym grubym o dużej
sprężystości oraz przy podatnym pokładzie i
spągu fala jest długa.
Przy stropie z cienkich warstw skał
miękkich, ale przy twardym pokładzie i

spągu, fala jest krótka.