Obudowa wyrobisk górniczych

Część I

Spis treści

I.      Cel stosowania obudowy wyrobisk górniczych. 1

II.     Podział obudowy górniczej 2

III.         Obudowa drewniana. 3

1.     Obudowa drewniana złożona. 3

2.     Rodzaje wiązań obudowy drewnianej 4

3.     Obudowa tymczasowa. 5

4.     Wykonanie obudowy ostatecznej 6

5.     Obudowa wyrobisk w pokładach nachylonych i stromych. 7

6.     Usuwanie zawałów i rekonstrukcja obudowy. 8

7.     Stos. 10

IV.         Obudowa kamienna. 11

8.     Obudowa murowa. 11

9.     Obudowa betonowa. 12

10.        Obudowa żelbetowa. 12

11.        Obudowa natryskowa. 12

V.     Obudowa metalowa wyrobisk korytarzowych. 13

12.        Obudowa stalowa sztywna. 13

13.        Obudowa stalowa podatna. 13

VI.         Obudowa kotwowa. 19

14.        Wykonanie obudowy kotwowej. 19

15.        Kotwie. 19

VII.       Obudowa skrzyżowań wyrobisk korytarzowych. 22

VIII.      Obudowa mieszana. 24

IX.         Wzmacnianie istniejącej obudowy. 25

16.        Wzmocnienie stojakami pośrednimi 25

17.        Obudowa wielobokowa wzmocniona. 25

18.        Wzmocnienie obudowy odrzwiami pośrednimi 27

X.     Obudowa wyrobisk ścianowych. 28

XI.         Bibliografia: 28

 

I.     Cel stosowania obudowy wyrobisk górniczych

Celem stosowania obudowy górniczej jest:

    zabezpieczenie przed zawałem wyrobiska,

    ochrona ludzi przed opadającymi skałami ze stropu i ociosów,

    utrzymanie przez ustalony czas przekroju poprzecznego wyrobiska w wymiarach gwarantujących bezpieczne oraz bezawaryjne prowadzenie: przewozu, transportu materiałów, wentylacji i innych funkcji,

    niedopuszczenie do wyrobiska wód i gazów z górotworu.

Obudowa powinna być:

    dostosowana do warunków górniczo-geologicznych panujących w otoczeniu wyrobiska,

    dostosowana do wielkości, przeznaczenia i czasu istnienia wyrobiska

           wytrzymała oraz łatwa do wykonania i wymiany,

    odporna na gnicie i korozję,

    łatwa do transportu,

    bezpieczna w wykonaniu i eksploatacji,

    bezawaryjna,

    jej zakup i wykonanie powinny być ekonomicznie uzasadnione,

II.   Podział obudowy górniczej

 

Obudowa górnicza wyrobiska składa się z zespołu powtarzalnych elementów zwanych zestawami obudowy. W zestawie obudowy możemy wyróżnić:

    elementy podstawowe (np. stojak, stropnica, spągownica, łuk),

    elementy pomocnicze (np. okorki, okładzina z siatki zgrzewanej, rozpory).

Np. w przypadku obudowy drewnianej zestawem obudowy są odrzwia, a elementem podstawowym są stojaki i stropnica, natomiast elementami pomocniczymi są okorki i rozpory.

Sposób rozmieszczenia zestawów obudowy w wyrobisku górniczym nazywa się systemem obudowy (np. podłużny lub poprzeczny w stosunku do czoła przodka).

Obudowę górniczą można podzielić (bez uwzględnienia szybów):

Według rodzaju wyrobiska i systemu obudowy na:

    obudowę ścian,

    obudowę zabierek,

    obudowę wyrobisk korytarzowych i komorowych.

Według sposobu pracy oraz podstawowych cech konstrukcji na:

    obudowę podatną,

    obudowę sztywną,

 

Według stosowanego materiału na obudowę:

    drewnianą,

    metalową,

    kamienną,

    z tworzyw sztucznych,

    mieszaną.

Według rodzaju i sposobu współpracy z górotworem obudowę górniczą można podzielić na:

    podporową - zabezpiecza strop, spąg i ocios wyrobiska poprzez ich podparcie, rozparcie lub podtrzymanie (np. obudowa typu ŁP, sekcja obudowy ścianowej itp.)

    kotwową, zabezpieczającą wyrobisko za pomocą kotwi spinających warstwy skalne,

    natryskową, wykonaną z materiału samowiążącego np. betonu nałożonego na strop i ociosy,

    kombinowaną.

Niezależnie od powyższych podziałów wyróżniamy obudowę ostateczną (wykonywana z zamiarem pozostawienia jej na cały czas używalności wyrobiska) oraz obudowę tymczasową (zabezpiecza wyrobisko w trakcie wykonywania obudowy ostatecznej).

III.  Obudowa drewniana

 

Pomimo pewnych wad (palność, butwienie, niska wytrzymałość, wysoki koszt) obudowa drewniana w pewnych przypadkach znajduje nadal zastosowanie.

Sposoby zabudowy obudowy drewnianej mogą być:

    stojakami - stosowane przy mocnym i zwięzłym stropie. Używane rzadko. (np. organy, zwarcia), (rys. 1a),

    krzyżami, (rys. 1b),

    stropnicami w gniazdach, (rys. 1c),

    złożone  czyli odrzwiami, stojakami i stropnicami, biegunami, zastrzałami, rozporami, stosami, itd.), (rys. 1d).

 

Rys. 1. Sposoby zabudowy obudowy drewnianej

Obudowę stojakami, krzyżami czy stropnicami w gniazdach stosuje się przy zwięzłych skałach ociosowych. Stropnica umieszczona zostaje pod stropem w gniazdkach z zawodami lub oparte na stalowych wspornikach zakotwionych w ociosie. Obecnie w polskim górnictwie węglowym ten rodzaj zabudowy nie jest praktycznie stosowany.

1.    Obudowa drewniana złożona

W warunkach słabych ociosów, występowania nacisków pionowych, poziomych lub obydwu form łącznie stosuje się obudowę złożoną (odrzwiową w różnych odmianach).

W zależności od konstrukcji rozróżnia się odrzwia:

    otwarte,

    zamknięte.

W zależności od możliwości przejmowania obciążeń rozróżnia się obudowy:

    normalną,

    wzmocnioną zastrzałami,

    wielobokową.

W zależności od miejsca lokalizacji rozróżnia się:

    obudowę wyrobisk poziomych lub słabo nachylonych,

    obudowę wyrobisk nachylonych i stromych.

Odrzwia stanowią pojedynczy zwykły zestaw obudowy złożonej ze stropnicy, co najmniej dwóch stojaków i elementów pomocniczych. Rozróżnia się odrzwia zwykłe otwarte (rys. 1d) lub zamknięte (rys. 2) stosowane tam, gdzie występuje wyciskanie spągu. Stojaki ze stropnicą łączone są za pomocą wiązań. W przypadku występowania większych ciśnień w wyrobiskach korytarzowych stosuje się dodatkowe stojaki środkowe, czyli tzw. pośredniaki.

 

 Rys. 2. Odrzwia zamknięte.

2.    Rodzaje wiązań obudowy drewnianej

Tworząc konstrukcje obudowy złożonej dokonuje się połączenia stojaka ze stropnicą, które nazywamy wiązaniem.

Najczęściej stosowanych wiązaniem w górnictwie polskim jest wiązanie polskie oraz rzadko niemieckie i szwedzkie.

 

a.   Wiązanie polskie

Wymaga wykonania w grubszym końcu stojaka półokrągłego wycięcia, tzw. olunku, w którym to wycięciu spoczywa stropnica. Olunek (rys. 3) wykonuje się cylindryczną piłą mechaniczną na powierzchni lub siekierą na miejscu zabudowy.

 

 

Rys.3. Wiązanie polskie

a) olunek dobrze wykonany

b) olunek źle wykonany

 

 

 

Wiązanie polskie jest łatwe do wykonania i pracuje dobrze przy nacisku pionowym na stropnicę. Przy nacisku bocznym stojaki mają tendencję do zsuwania się do wyrobiska. W takich przypadkach zabezpiecza się odrzwia rozporą zwaną podstropnicą (rys.4).

Do błędów najczęściej spotykanych przy wykonywaniu w przodkach olunku należą: wykonanie olunku piłą ręczną, wykonanie olunku wąskiego i głębokiego, niewłaściwy dobór średnicy stojaka do średnicy stropnicy, wykonanie olunku w płaszczyźnie skośnej do osi stojaka.

Rys. 4. Rozpora stosowana przy bocznym ciśnieniu.

 

b.   Wiązanie niemieckie

Wiązanie niemieckie (rys. 5) wymaga dokładnego wykonania. Wiązanie to pracuje dobrze zarówno przy ciśnieniu pionowym z góry, jak i przy ciśnieniu z boku.

 

Rys. 5. Wiązanie niemieckie

a) na ciśnienie z góry,

b) na ciśnienie z boku,

c, d)— wadliwe wykonanie wiązania

c.   Wiązanie szwedzkie

Wiązanie szwedzkie (rys. 6), stosowane przy ciśnieniach występujących od stropu i ociosów. Polega na styku płaszczyzny stojaka i stropnicy pod pewnym kątem.

 Rys. 6. Wiązanie szwedzkie.

3.    Obudowa tymczasowa

W postępującym przodku natychmiast po odsłonięciu stropu należy wykonać obudowę tymczasową (rys 7). W tym celu po przeprowadzeniu obrywki zawieszamy na podwieszkach (wieszaki) dwa podciągi (udźwigi) wysunięte do czoła przodka, na których kładziemy stropnicę. Między stropnicę i strop wkładamy okorki lub przy większych wyrwach w stropie połowice albo okrąglaki. Następnie podciągi klinujemy na podwieszkach, co powoduje dociągnięcie stropnicy do stropu.

 Rys.7. Wykonywanie odrzwi za pomocą udźwigów

a) schemat rozmieszczenia elementów obudowy,     b) oklinowanie udźwigów.

1 — stropnica podwieszona w przodku na udźwigach,

2, 3 — podciągi (udźwigi),

4, 5, 6, 7 — podwieszki,

8, 9 — stropnice podbudowane stojakami (kompletne odrzwia),

10, 11 — miejsca, w których będą zabudowane stojaki po wybraniu urobku,

12 — kliny

 Całość wykonana w ten sposób stanowi obudowę tymczasową. Po wybraniu urobku, pod podwieszoną stropnicą budujemy stojaki. Musimy pamiętać, aby stojaki były zabudowane zgodnie z godzinami, czyli wyznaczonym kierunkiem.

4.    Wykonanie obudowy ostatecznej

Okorki lub połowice opinające strop lub ociosy powinny być unieruchomione przez oklinowanie. Odrzwia drewniane upodatnia się przez zabudowanie zaciosanych stojaków w stopie (rys. 8). Stopa stojaka powinna znajdować się na spągu w specjalnie wykonanym gniazdku.

 

Rys. 8. Zaostrzenie stojaka w celu zwiększenia podatności obudowy przy ciśnieniu pionowym.

 

Wszelkie pustki między obudową a ociosami i stropem wyrobiska powinny być szczelnie wypełnione, przy czym przy obudowie drewnianej można wypełnić je przez wyklocowanie drewnem. Odległość między odrzwiami może wynosić max 1 m. Przy większym ciśnieniu górotworu musimy tą odległość zmniejszyć. W celu zwiększenia stabilności obudowy między odrzwia zabudowuje się rozpory drewniane, a w wyrobiskach o wysokości powyżej 3 m połączenie stojaka ze stropnicą powinno być zabezpieczone ja na rysunku 9.

 

Rys. 9. Związanie stropnicy ze stojakiem

a) klamrą ciesielską,

b) linką stalową.

 

 

 

Jednocześnie musimy pamiętać, że co wyrobisko to inne warunki górniczo-geologiczne i wymagania techniczne, które ma spełniać, dlatego występują różnice w wykonawstwie obudowy.

 

5.    Obudowa wyrobisk w pokładach nachylonych i stromych.

 

Zagadnienie jest bardzo szerokie i dotyczy wyrobisk prowadzonych po nachyleniu lub po rozciągłości w pokładach nachylonych i stromych.

 

 

Rys. 10. Stawianie stojaków przy nachyleniu.

 

 

 

 

 

Jeżeli chodnik prowadzony jest po rozciągłości w pokładzie o dużym nachyleniu, to większe ciśnienie występuje od strony ociosu górnego. Jeżeli opinka opiera się bezpośrednio o stojaki, to występujące tu duże ciśnienie boczne przenosi się na stojaki i łamie je. Najlepiej w takich warunkach zastosować, poza normalnymi odrzwiami, specjalną obudowę składającą się ze słupów 1 zabudowanych w gniazdkach poza stojakami odrzwi i na nich zakładać opinkę 2 (rys. 11).

Rys. 11. Obudowa chodnika prowadzonego po rozciągłości w pokładzie nachylonym bez przybierki spągu i stropu.

 

Inne rozwiązania obudowy w pokładach nachylonych pokazano na rysunku 12.

 

 

Rys. 12. Obudowa drewniana w pokładach nachylonych.

 

6.    Usuwanie zawałów i rekonstrukcja obudowy.

 

Rekonstrukcja obudowy należy do zadań trudnych i niebezpiecznych. Od górników przeprowadzających powyższe prace wymagane są najwyższe kwalifikacje i duże doświadczenie. Nie sposób w krótkiej publikacji wyczerpująco omówić to zagadnienie. Myślę, że poniższe rysunki z komentarzem pomogą zrozumieć istotę rekonstrukcji obudowy drewnianej, która niewiele odbiega od rekonstrukcji innych typów obudowy.

 

Rys. 13. Usuwanie zawałów  o   małej rozpiętości	Na nowo zabudowane odrzwia wzmacniające 1 nasuwa się kilka długich podciągów 2 równolegle do osi chodnika, a następnie pustą przestrzeń nad stropnicami zakłada się stosami drewnianymi (kasztami) 3, posuwając się systematycznie wzdłuż całego zawaliska przy równoległym wybieraniu skały i zabudowywaniu dalszych odrzwi 4.
Rys. 14. Rekonstrukcja obudowy przy małej wysokości sklepienia.	W trakcie wybierania skały zawałowej zabudowuje się na początku zawału stojak pomocniczy 1. Po wybraniu skały zawałowej na głębokość jednych odrzwi normalnych, tj. około 1,2 m, stawia się odrzwia kierunkowe 2, które usztywnia się klamrami stalowymi (hakami). Na odrzwia kierunkowe układa się podciągi 3, które w drugim końcu oparte są na odrzwiach w chodniku. Odrzwia kierunkowe łączy się klamrami z nałożonymi na nie podciągami. Następnie przy zabezpieczonym wyrobisku stojakiem pomocniczym układa się stos 4 usztywniając obudowę klinami. Po usztywnieniu zabudowuje się odrzwia pośrednie 5  i klinuje się ponownie całość. Przed przejściem do dalszego odcinka, który obudowuje się w podobny sposób, wycina się stojak pomocniczy i usuwa klamry.
Rys. 15. Przekrój poprzeczny wyrobiska z zabudowaną pustką stosami drewnianymi.	Pustkę zawałową można zapełnić stosami z drewna. Kształt stosów uwarunkowany jest formą sklepienia. Wzdłuż osi chodnika stosy mogą być powiązane z sobą lub mogą być rozstawiane względem siebie w odległościach 1,5 ÷ 2,5 m. W tym ostatnim przypadku zachodzi konieczność wychodzenia od szerszej podstawy stosu i zwężania następnych warstw stosów przy posuwaniu się w górę. Taki sposób obudowy jest możliwy przy zwięzłej skale w sklepieniu zawału.
Rys. 16. Obudowa rozporowo-sklepieniowa	W celu uniknięcia budowy wysokich stosów drewnianych pustkę można zabudować obudową rozporową. Przykładem takiej obudowy jest obudowa rozporowo sklepieniowa gdzie zasadniczą rzeczą jest wiązanie i opierane konstrukcji rozporowej na obudowie chodnikowej, która w danym przypadku tworzy jedną całość. Obudowę rozpoczyna się od zabudowania rozpór poziomych 1. Pod rozpory dolne zabudowuje się odrzwia chodnikowe 2, a następnie zakłada się rozpory 3 oraz zastrzały górne 4. Ilość zastrzałów oraz rozpór jest uwarunkowana kształtem sklepienia. Całość powinna być względem siebie również rozpierana rozporami podłużnymi 5 wzdłuż chodnika. W punktach węzłowych należy stosować dodatkowo klamry stalowe 6.
Rys. 17. Zabezpieczenie wyrobiska poduszka amortyzacyjną.	W skałach kruchych mających tendencję do opadania, układanie stosów lub zabudowywanie rozpór jest bardzo niebezpieczne. W takim przypadku celowe jest oddzielenie wyrobiska chodnikowego od sklepienia poduszką amortyzacyjną. Skały opadające na nią z biegiem czasu zapełnią pustkę. Przykłady takiego rozwiązania przedstawia sąsiedni rysunek.

 

7.    Stos

Stos zwany kasztem, stanowi podporę stropu wyrobiska górniczego charakteryzującą się dużą podpornością oraz dużą po wierzchnią podstawy, dzięki której utrzymuje on bez rozparcia stałą równowagę w pozycji stojącej. Stosy drewniane wykonywane są z okrąglaków lub kantówek układanych krzyżowo na sobie (rys. 18). Stos może być pusty lub wypełniony kamieniem.

 

 Rys. 18. Stos drewniany

IV. Obudowa kamienna.

 

Stosuje się ją do obudowy głównych wyrobisk udostępniających, wyrobisk komorowych oraz do obudowy szybów. Obudowa kamienna jest obudową sztywną. Można ją częściowo upodatnić przez stosowanie wkładek upodatniających (z twardego drewna) lub wykonanie podsadzki z drobnego kamienia (poduszki skalnej) między nią a górotworem.

Obudowę kamienną wykonuje się z cegły, betonitów, betonu i żelbetu.

Zależnie od warunków górniczo-geologicznych i ciśnień, jakie działają na obudowę, stosuje się różne kształty obudowy kamiennej (rys. 19).

Rys. 19. Kształty obudowy kamiennej.

 

Obudowę kamienną można podzielić na: murową, natryskową, betonową, żelbetową i prefabrykowaną.

8.    Obudowa murowa.

 

Powstaje ona przez odpowiednie ułożenie i połączenie ze sobą cegły lub betonitów (bloczki betonowe) na zaprawie cementowej. Można w niej wyróżnić: fundament, mury ociosowe, wezgłowie sklepienia i sklepienie.

    Rys. 20. Proces wznoszenia obudowy murowej.

 

 

9.    Obudowa betonowa.

Stanowi monolit z betonu. Wykonuje się ją odcinkami długości 4 do 6 m. Po ułożeniu fundamentów robi się odeskowanie (oszalowanie) wsparte na krążynach drewnianych lub stalowych i stojakach. Przestrzeń odeskowaną wypełnia się betonem.

 

Rys. 21. Deskowanie obudowy betonowej.

1 — krążyna metalowa,

2 — stojaki drewniane,

3 — deskowanie

10. Obudowa żelbetowa.

Można ją podzielić na:

    zwykłą, wykonywaną bezpośrednio w wyrobisku w formie monolitu,

    prefabrykowaną, złożoną z prefabrykowanych segmentów wykonanych na powierzchni i montowaną w wyrobisku.

 

 

Rys. 22. Obudowa żelbetowa pierścieniowa z elementów prefabrykowanych

 

11. Obudowa natryskowa

Obudowa natryskowa (torkretowa) stanowi obudowę górniczą wykonaną z warstwy betonu nałożonego przez natryskiwanie na strop i ociosy w celu ich umocnienia lub uszczelnienia. Obudowa betonem natryskowym stanowi obudowę sztywną przystosowaną do przenoszenia obciążeń statycznych, ochrania górotwór przed odspajaniem się odłamków, zapobiega wietrzeniu.

Obecnie stosuje się bardzo często połączenie obudowy natryskowej z obudową typu ŁP i opinką z siatki zgrzewanej. Jest to rozwiązanie szybkie w wykonaniu i tanie.

Istnieją dwie metody wykonywania betonu natryskowego:

— metoda sucha - przygotowana uprzednio sucha masa betonowa podawana jest przy pomocy sprężonego powietrza rurociągiem elastycznym do dyszy natryskowej gdzie następuje mieszanie suchej masy betonowej z wodą a następnie tak przygotowany beton z dużą prędkością jest natryskiwany na strop i ociosy;

— metoda mokra - dozowanie i mieszanie wszystkich składników betonu następuje w betoniarce a następnie tak przygotowana mieszanina jest transportowana pneumatycznie lub hydraulicznie rurociągiem elastycznym do dyszy natryskowej.

 

V.  Obudowa metalowa wyrobisk korytarzowych

Obecnie w wyrobiskach chodnikowych stosuje się głównie obudowę chodnikową stalową. Jest ona znacznie wytrzymalsza na ciśnienie górotworu niż obudowa drewniana, trwalsza, szybsza w montażu, można jej użyć wielokrotnie co w efekcie powoduje, że jest tańsza w eksploatacji. Rozróżniamy obudowę stalową sztywną i podatną.

 

12. Obudowa stalowa sztywna

Obudowa sztywna ma sporadyczne zastosowanie w skałach sztywnych, gdzie nie jest dopuszczalne obniżenie stropu. zastosowanie w skałach sztywnych, gdyż nie dopuszcza ona do pękania i obniżania się stropu.

Obudowa stalowa sztywna może być zbudowana z:

    odrzwi prostokątnych złożonych ze stropnicy podpartej sztywnymi stojakami, całość połączona jest na sztywno tzw. butami,

    odrzwi łukowych połączonych ze sobą przy pomocy złączy sztywnych.

 

13. Obudowa stalowa podatna

Najpopularniejszym przedstawicielem tego typu obudowy stosowanym w wyrobiskach korytarzowych są odrzwia wykonane z łuków podatnych, inaczej  krótko obudowa ŁP. Obudowa ta znalazła w górnictwie bardzo szerokie zastosowanie. Stosowana jest do obudowy wyrobisk korytarzowych, gdzie występują duże ciśnienia pionowe i boczne. Jest w znacznym stopniu odporna na duże ciśnienia statyczne pionowe i boczne oraz ciśnienie dynamiczne.

Odrzwia składają się z łuku stropnicowego i dwóch łuków ociosowych, łączonych strzemionami (rys. 23). Przy większych przekrojach odrzwi stosuje się obudowę czteroczęściową, składającą się z dwóch łuków ociosowych i dwóch łuków stropnicowych.

W skład obudowy łukami podatnymi wchodzą również okładziny, rozpory, a przy miękkich spągach płyty spągowe ( betonowe tzw. pestki lub stalowe).

 Rys. 23. Obudowa łukami podatnymi ŁP

Łuki podatne wyrabiane są z kształtowników stalowych profilu korytkowym lub V (rys 24). Profil korytkowy został zastąpiony profilem V, który ma lepsze parametry wytrzymałościowe.

Rys. 24. Profile korytkowy i V w przekroju poprzecznym

 

d.   Wielkości i rodzaje łuków

Kształtowniki o profilu korytkowym (zwanym także profilem TH) posiadają dwa profile KS i KO. Łuki stropnicowe mają mniejszy profil (KS), aby mogły wchodzić w korytka łuków ociosowych (o profilu KO). Na przykład symbol KS 21 oznacza profil korytkowy stropnicowy o masie 21 kg/m.

Odrzwia łukowe podatne ŁP występują w dziesięciu wielkościach oznaczonych ŁP 1, ŁP 2 itd. W załączniku 1 podano wymiary i masę poszczególnych wielkości odrzwi ŁP o profilu korytkowym.

Kształtowniki o profilu V mogą być o przekroju: V21, V25, V29, V32, V36 i V44. Oznaczenie V oznacza typ kształtownika, a 21 itd. masę w kilogramach na 1 mb. Przyjmuje się zasadę im większe ciśnienie na obudowę tym większy przekrój profilu.

W zależności od konstrukcji rozróżnia się dwa rodzaje łuków: ociosowy z odcinkiem prostym na dolnym końcu łuku i stropnicowy o jednakowym promieniu na całej długości.

W zależności od przeznaczenia rozróżnia się dwie odmiany łuków: do odrzwi trzyczęściowych (zał. 2) i do odrzwi czteroczęściowych (zał. 3). Niezależnie od w/w odmian odrzwi znalazły zastosowanie inne rozwiązania konstrukcyjne obudowy na bazie profili stalowych (zał. 4).

W zależności od typu odrzwi występują różne oznaczenia, np.:

ŁP9/V29/A oznacza łuk podatny o wielkości odrzwi 9 wykonany z kształtownika V29, do odrzwi trzyczęściowych, typoszeregu A^[1],

 ŁP16/V36/4/A oznacza łuk podatny o wielkości odrzwi 16 wykonany z kształtownika V36 do odrzwi czteroczęściowych typoszeregu A.

Wymiary i masę łuków typu V podano w załącznikach 2 i 3.

 

e.   Połączenia łuków - strzemiona.

Elementy odrzwi o profilu korytkowym połączone są strzemionami typu K (kabłąkowe) (rys. 25). Strzemiona powinny być umieszczone w odległości od siebie 20 cm, a odległość ich od końca zakładki powinna wynosić około 10 cm.

 

                        

 

Rys. 25. Połączenia łuków o profilu korytkowym

a) połączenie łuków ŁP o profilu korytkowym za pomocą kabłąków

b) strzemiona do łączenia luków ŁP

1 — śruba kabłąkowa, 2 — nakrętka, 3 — podkładka (łubek)

 

Odrzwia o profilu „V” połączone są strzemionami typu SD (rys. 26). Strzemię typu SD składa się z następujących części: jarzma dolnego, jarzma górnego i dwóch śrub z nakrętkami.

 

Rys. 26. Strzemię dolne

 

Dla kształtowników V21, V25 i V29 stosujemy połączenia dwustrzemieniowe SD21, SD25 i SD29 składające się z strzemion górnego i dolnego. Sposób montażu takich strzemion przedstawia rysunek 27.

 

 

Rys.27. Przykłady połączeń łuków z kształtowników o profilu „V” dwoma strzemionami

 

Dla kształtowników V32, V36 i V44 stosujemy połączenia trójstrzemieniowe SD32, SD36 i SD44 składające się z strzemion górnego, środkowego i dolnego. Sposób montażu takich strzemion przedstawia rysunek 28.

 

Rys.28. Przykłady połączeń łuków z kształtowników o profilu „V” trzema strzemionami

 

Śruby strzemion muszą być dokręcane z określonym momentem (w [Nm]) kluczem dynamometrycznym (załącznik 5). Śruby należy kontrolować i dokręcać jeszcze przez parę następnych dni po zabudowaniu obudowy.

f.     Okładziny

Okładziny stanowią istotny element obudowy odrzwiowej podatnej. Zapewniają one zarówno opięcie wyłomu skalnego wyrobiska oraz rozparcie i powiązanie poszczególnych odrzwi.

Opięcie wyłomu skalnego:

— zabezpiecza ludzi i urządzenia pracujące w wyrobisku przed opadem odłamków skalnych,

— przenosi ciśnienie górotworu na odrzwia,

— przeciwdziała odprężeniu się skał za obudową.

Okładziny mogą być żelbetowe (tzw. betoniki) i stalowe. Obecnie najpopularniejsze są stalowe wykonane z siatki zgrzewanej o różnej grubości i szerokości.

g.   Rozpory

Ustalają odległość w jakiej stawiane są odrzwia oraz zapewniają stateczność obudowy. Obecnie stosuje się rozpory stalowe o dwustronnym kierunku działania. Przyjmuje się, że na jeden łuk ŁP muszą przypadać minimum dwie rozpory zabudowane tak aby tworzyły ciąg współosiowy z pozostałymi rozporami.

h.   Wykonanie obudowy łukami podatnymi

Sposób wykonania obudowy tymczasowej zależy od metody drążenia wyrobiska korytarzowego.

W przypadku drążenia przy pomocy kombajnu chodnikowego stropnicę podnosimy przy pomocy ramienia urabiającego, zakładamy siatkę zgrzewaną na strop i następnie dociskamy ją ramieniem kombajnu do stropu (załącznik 6). Pod tak zabezpieczony strop możemy bezpiecznie wejść i dokończyć wykonywanie obudowy.

Natomiast gdy drążymy wyrobisko przy pomocy MW (materiałów wybuchowych) wykonanie obudowy tymczasowej jest bardziej pracochłonne i niebezpieczne. Po odpaleniu MW w przodku znajduje się stos urobku a nad nim odsłonięty strop. W pierwszej kolejności musimy oberwać łomem słabe skały, następnie przesuwamy podciągi z szyn (1) (rys. 29 oraz załącznik 7) w kierunku czoła przodka. Na podciągi wsuwamy stropnicę ŁP (3), następnie układamy podkłady drewniane (2) i całość dociągamy do stropu śrubami na wieszakach (4). Pod tak zabezpieczony strop możemy wejść i wybierać urobek. Przed opadem skał z czoła przodka zabezpiecza nas profil stalowy (5) przymocowany do podciągu. Po wybraniu urobku przystępujemy do zabudowy pomostu roboczego, który może być zawieszony na prętach stalowych (6) zakotwionych w ociosie lub na drabinach stalowych opartych o ocios. Następnie przystępujemy do wykonania obudowy ostatecznej.

Rys. 29. Obudowa tymczasowa w wyrobisku korytarzowym prowadzonym w obudowie ŁP

 

Do podwieszonej na podciągach stropnicy dostawimy łuki ociosowe zgodnie z godzinami (kierunkiem), zakładamy strzemiona, sprawdzamy zakładki (długość połączenia łuku ociosowego z stropnicą, patrz zał. 1, 2, 3), dokręcamy kluczem dynamometrycznym nakrętki na śrubach strzemion. Dolne końce łuków ociosowych stawia się w gniazdach wykonanych w spągu lub w przypadku miękkich skał na stopach podporowych. Zakładamy rozpory. Kończymy wykonywanie opinki ociosów i stropu. Pustą przestrzeń miedzy obudową a ociosem i stropem wypełniamy skałą. Ponownie dokręcamy strzemiona. Musimy zwrócić uwagę na prawidłowe wsunięcie łuku stropnicowego do łuku ociosowego, aby zachować prawidłowy kształt odrzwi ŁP (rys. 30).

Rys. 30. Prawidłowe połączenie łuków odrzwi ŁP.

W wyrobiskach o nachyleniu mniejszym od 25° łuki ustawia się prostopadle do osi wyrobiska. Jeżeli nachylenie wyrobiska jest większe od 25°, to łuki przechyla się górą o 5° (rys. 31).

Rys. 31. Stawianie odrzwi obudowy ŁP w wyrobiskach nachylonych.

Mimo prawidłowo wykonanej obudowy na skutek dużych ciśnień statycznych i dynamicznych obudowa może ulec znacznym deformacjom co przedstawia rysunku 32.

 

Rys. 32. Zdeformowana obudowa typu ŁP.

 

VI. Obudowa kotwowa.

 

Obudowa kotwowa wzmacnia górotwór wokół wyrobiska za pomocą kotwi.

Stosując kotwie w stropie wyrobiska możemy:

— przypiąć skały znajdujące się wewnątrz naturalnego sklepienia ciśnień do skał położonych poza jego zasięgiem (rys. 33a),

— spiąć warstwy leżące w zasięgu kotwi (rys. 33b),

 

Rys. 33. Charakter pracy kotwi w górotworze

a — przypięcie mało wytrzymałych warstw skalnych 2 do skał mocnych 1,

b — spięcie cienkich warstw stropowych w pakiet zapewniający wyższą wytrzymałość.

14. Wykonanie obudowy kotwowej.

Obudowa kotwowa powinna być wykonana bezpośrednio po wydrążeniu jednego pola wyrobiska, zanim skały stropowe ulegną poluzowaniu.

Kotwienie stropu obejmuje trzy zasadnicze czynności:

    wiercenie otworów kotwowych,

    rozparcie kotwi w otworach,

    spięcie warstw górotworu przez założenie stropnic lub płyt oporowych i dokręcenie nakrętek.

Do wiercenia otworów używa się wiertarek górniczych z podpórkami lub specjalnie w tym celu skonstruowanych kotwiarek (załącznik 8). Po wywierceniu otworu wkłada się kotew i rozpiera się ją na dnie otworu w sposób zależny od rodzaju kotwi. W razie stosowania stropnic podpiera się je tymczasowymi stojakami.

Bardzo popularna jest obudowa kotwowa w połączeniu z stropnicami o profilu korytkowym lub „V”, które są podparte stojakami drewnianymi lub stalowymi na stałe (załącznik 9). Obudowę taką nazywamy kotwowo-podporową.

15. Kotwie

Kotwie ze względu na zasadę pracy można podzielić na kotwie:

    klinowe,

    ekspansywne (szczękowe),

    wklejane o umocowaniu odcinkowym lub  o utwierdzeniu ciągłym.

i.     Kotwie klinowe

Kotwie klinowe w których utwierdzenie w dnie otworu spowodowane jest przez dobicie żerdzi (młotkiem pneumatycznym) co powoduje rozparcie klina. Wstępne naprężenie żerdzi uzyskuje się przez dokręcenie nakrętki na końcówce kotwi (rys. 34).

 

Rys. 34. Kotew klinowa

1 —klin,

2 — żerdź (cięgno),

3 — podkładka,

4 — nakrętka

 

 

j.     Kotwie ekspansywne

Kotwie ekspansywne w których głowica żerdzi połączona jest z rozpieraczem naciskającym na szczęki. Obrót żerdzi  powoduje nacisk rozpieracza na szczęki i utwierdzenie kotwi w końcowym odcinku otworu (rys. 35 i 36). Kotwie te można rabować. Stosowane są szeroko w górnictwie miedziowym.

 

 

Rys. 35. Kotew ekspansywna typ KE-3

1 — żerdź,

2 — rozpieracz,

3 — szczęka,

4 — sprężyna,

5 — podkładka zasadnicza,

6 — nakrętka,

7— podkładka pomocnicza,

8— śruba           

 Rys. 36. Kotew ekspansywna PS ze stożkiem rozporowym

1- żerdź 2 - rozpieracz 3 - szczęka

4 - podkładka 5 - nakrętka zasadnicza 6 - nakrętka pomocnicza

         

 

 

 

 

 

                    

                  

k.   Kotwie wklejane

 

Kotwie wklejane można podzielić na dwie zasadnicze grupy:

— kotwie z wklejeniem odcinkowym (rys. 37a),

— kotwie z wklejeniem ciągłym (rys. 37b).

                                 

Rys. 37. Kotwie wklejane POK 36 (przystosowane do otworów o średnicy 36 mm)

a — kotew wklejana o wklejeniu odcinkowym, b — kotew wklejana o wklejeniu ciągłym

1 — tworzywo wklejające, 2 — żerdź kotwowa, 3 — pierścień oporowy, 4 — uszczelka gumowa Φ 0,036 m,   5 — podkładka zasadnicza,  6 — nakrętka zasadnicza, 7— podkładka pomocnicza,  8 — nakrętka pomocnicza,  9 — uszczelka gumowa Φ 0,046 m

 

Kotew wklejana złożona jest z kotwi właściwej i masy klejącej. Masa klejąca przygotowana jest w tzw. ładunkach wklejających zawierających klej dwuskładnikowy, z którego po wymieszaniu w otworze powstaje spoiwo łączące żerdź kotwi z górotworem. Ładunki wklejające umieszczone są w fiolkach szklanych lub plastikowych.

Żerdź w chwili montażu ma za zadanie rozbicie ładunków wklejających oraz wymieszania masy wklejającej w otworze przed jej związaniem. Do tego celu służy użebrowanie żerdzi i uchwyt, umożliwiający połączenie z wiertarką w celu wprawienia jej w ruch obrotowy.

Kotwie wklejane POK 36 osiągają po 10 minutach nośność 50 kN, a po 20 minutach nośność ich dochodzi do 130 kN.

Elementy pomocnicze kotwi wklejanych stanowią podkładki i nakrętki, uszczelki i zaciski. Kotwie POK 36 mają dwa rodzaje nakrętek i podkładek. Są to:

— podkładka i nakrętka pomocnicza,

— podkładka i nakrętka zasadnicza.

Podkładka i nakrętka zasadnicza służą do nadania kotwom wstępnego naciągu, a więc potrzebne są tylko do kotwi odcinkowo wklejanych. Do podtrzymania opinki służy zestaw podkładki i nakrętki pomocniczej.

 Obudowa kotwowa ma wiele zalet. Daje ona dużą oszczędność materiałów do obudowy, umożliwia zmniejszenie wyłomu wyrobiska, gdyż nie powoduje zmniejszenia jego wymiarów oraz przy zmechanizowanym wierceniu otworów kotwowych wymaga mniejszego nakładu pracy niż inne rodzaje obudowy, a przez to przyczynia się do „zwiększenia postępu i zmniejszenia kosztów wykonania robót.

 

VII.             Obudowa skrzyżowań wyrobisk korytarzowych.

Skrzyżowania^[2] wyrobisk korytarzowych są narażone na wzmożone ciśnienie statyczne i dynamiczne górotworu. Wzrost ciśnienia potęguje duży przekrój poprzeczny samego skrzyżowania.

O wyborze rodzaju obudowy połączeń wyrobisk korytarzowych decydują:

— warunki geologiczno-górnicze,

— czas użytkowania wyrobiska,

— przyjęte metody drążenia.

Najprostszym typem skrzyżowania jest skrzyżowanie wyrobisk chodnikowych w obudowie drewnianej pod kątem prostym. W miejscu przewidywanego rozpoczęcia nowego wyrobiska (rys. 38) zakłada się podciąg pomocniczy 1, podpierając nim stropnice 3, następnie usuwa się stojaki w miejscu rozpoczęcia wybierki calizny. Z kolei zabudowuje się podciąg ostateczny 2 i usuwa podciąg pomocniczy 1. W przypadku zwiększonego ciśnienia górotworu lub większej szerokości d nowego wyrobiska stosuje się szyny kolejowe lub profile stalowe korytkowe lub „V”.

 

Rys. 38. Schemat wykonania obudowy drewnianej odgałęzienia pod kątem prostym wykonanego od chodnika wyjściowego

 

Obudowa odgałęzienia musi być wykonywana ze szczególną ostrożnością oraz zgodnie z dokumentacją.

Obecnie najczęściej spotykane jest skrzyżowanie wykonane w obudowie ŁP. Wyrobiska mogą się łączyć ze sobą pod kątem prostym lub ostrym tak jak przedstawia to rysunek 39. W tym rozwiązaniu najbardziej narażone na odkształcenia są elementy łukowe w narożniku rozwidlenia. Aby wzmocnić całe skrzyżowanie zabudowuje się dodatkowe podciągi na łukach ociosowych i stropnicowych obudowy ŁP, które wykonane są z szyn. Sklepienie pomiędzy ostatnimi o największym wymiarze odrzwiami a narożnikiem zabezpiecza się najczęściej krótkimi stalowymi stropnicami opartymi jednym końcem w narożniku, a drugim na stropnicy odrzwi o największym wymiarze. Stropnice te spięte są strzemionami ze stropnicami odrzwi. Rysunki innych skrzyżowań wyrobisk korytarzowych przedstawia załącznik 10.

 

 

Rys. 39. Wykonywanie skrzyżowania (rozwidlenia) obudowy metalowej ŁP

1 — odrzwia o największym wymiarze,

2 — odrzwia o wymiarach normalnych,

3, 4 — stalowe stropnice zabezpieczające strop pomiędzy odrzwiami o największym wymiarze i odrzwiami normalnymi

 

 

 

 

 

 

 

Szczególnym przypadkiem skrzyżowania jest połączenie chodnika podścianowego lub nadścianowego z dowierzchnią ścianową. Czas istnienia powyższego połączenia jest krótki. Występują tam duże koncentracje ciśnień. Jednocześnie z uwagi na zabudowane tam maszyny wymagane jest duże pole powierzchni skrzyżowania (załącznik 11).

Zasady jakie obejmują zabudowę skrzyżowań dotyczą także zabudowy wnęk i obejść (załącznik 12).

VIII.            Obudowa mieszana.

 

Obudowa mieszana jest to obudowa górnicza, której elementy wykonane są z różnego rodzaju materiału (np. stojaki drewniane a stropnice metalowe).

W wyrobiskach korytarzowych stosuje się:

— obudowę stalowo-drewnianą,

— obudowę stalowo-kotwową,

— obudowę stalowo-murową (również w wyrobiskach komorowych).

Obudowę stalowo-drewnianą w wyrobiskach korytarzowych stanowią odrzwia proste złożone ze stojaków drewnianych i stropnic stalowych.  Stropnice wykonuje się z szyn, lub prostych profili stalowych takich jak do łuków obudowy ŁP.

Obudowę stalowo kotwową w wyrobiskach korytarzowych stanowią najczęściej odrzwia stalowe złożone z profilu stalowego korytkowego lub „V”, który podparty jest stojakami stalowymi. Dodatkowo strop jest zakotwiony.

Obudowę stalowo-murową stawia się w wyrobiskach, których czas istnienia jest długi. W celu zmniejszenia pracochłonności wykonywania obudowy murowej stosuje się mury ociosowe proste, na których opierają się stalowe stropnice. Stropnice stalowe opierają się na murach (rys. 39).

 

 

 

Rys. 39. Chodnik w obudowie stalowo-murowej

1 — stropnica stalowa,

2 — okładziny żelbetowe,

3 — podkładki drewniane lub stalowe

4 — mur

5 — ściek

 

 

 

 

 

Pewną odmianą obudowy mieszanej jest obudowa kombinowana, której ścianki są wykonane z kilku rodzajów materiałów. Najczęściej są to łuki podatne, na które jest położony beton lub postawiony mur z cegły.

IX. Wzmacnianie istniejącej obudowy.

W przypadku wystąpienia zwiększonych ciśnień na obudowę zabudowuje się dodatkowe elementy obudowy. Mogą to być pośredniaki zabudowane po stropnicami lub obudowa wzmocniona wielobokowa albo też kompletne odrzwia stawiane pomiędzy już istniejące.

16. Wzmocnienie stojakami pośrednimi

Jest najmniej pracochłonnym, a jednocześnie skutecznym zabezpieczeniem obudowy. W tym celu stosuje się podciągi drewniane lub stalowe, podbudowane stojakami drewnianymi, ciernymi lub hydraulicznymi. Pośredniakami możemy wzmacniać każdy typ obudowy. Przy wzmacnianiu obudowy ŁP (rys. 40) podciągi zabudowuje się najczęściej w osi wyrobiska korytarzowego. Stojaki stawia się pod podciągami w punktach zetknięcia podciągów z łukami przystropowymi. Stojaki pośrednie utrudniają jednak transport w chodnikach i dlatego zastępuje się je obudową wzmocnioną wielobokową lub dodatkowymi odrzwiami.

 

Rys. 40. Wzmocnienie obudowy ŁP stojakami pośrednimi

a) pośredniak i podciąg drewniane

b) stojaki cierne zabudowane jako pośredniaki

 

17. Obudowa wielobokowa wzmocniona

 

Istnieje wiele odmian obudowy wielobokowej różniącej się między sobą liczbą podciągów kształtem i sposobem rozparcia. Obudowa wielobokowa może wzmacniać obudowę drewnianą, ŁP, a nawet kamienną.

Jedną z odmian obudowy wielobokowej jest tzw. obudowa piątkowa (rys. 41). Składa się ona z podciągu górnego (biegunu stropnicowego) 1, dwóch podciągów bocznych (biegunów ociosowych) 2, dwóch zastrzałów 3 i dwóch krótkich stojaków (chłopków) 4.

Wykonanie obudowy wielobokowej tzw. piątkowej. Podciąg górny 1 zawiesza się na drucie pod stropnicami, a następnie stawia się pod niego dwa tymczasowe stojaki, następnie zawiesza się boczne podciągi 2 i wbija się między nie tymczasowe rozpory. Pomiędzy w ten sposób usztywnione podciągi wbija się z dwóch stron zaolowane zastrzały 3, a następnie podbija się chłopki 4. Po całkowitym rozparciu obudowy stojaki i rozpory pomocnicze usuwa się i dokładnie oklinowuje wszystkie wiązania obudowy wzmocnionej wykazujące jakiekolwiek luzy. Gdy za stojakami występuje pusta przestrzeń wypełnia się ją skałą płonną lub okrąglakami.

 

 Rys. 41. Obudowa wielobokowa chodnika tzw. piątkowa.

 

 

W chodnikach szerokich obudowa piątkowa może być niewystarczająca i wówczas stosuje się obudowę wielobokową z 4 (jak na rys. 42) lub 6 podciągami.

 

  

Rys. 42. Obudowa wielobokowa chodnika za pomocą czterech podciągów.

     1 - podciągi górne (bieguny podstropnicowe)

     2 - podciągi boczne (bieguny przyociosowe)

     3 - zastrzały

     4 - krótkie stojaki (chłopki)

    5 - rozpora

 

 

Wykonanie obudowy wielobokowej za pomocą czterech podciągów. Podciągi górne 1 oraz boczne 2 zawiesza się pomocniczo (drutem) na obudowie. Następnie pod podciągi górne podbija się dwa stojaki pomocnicze (nieuwidocznione na rysunku) rozmieszczając je tak, by podciąg był mniej więcej podzielony na trzy równe odcinki. Podciągi boczne rozpiera się również pomocniczą rozporą (nieuwidoczniona na rysunku) według tej samej zasady. Po umocnieniu biegunów zakłada się chłopki 4, rozpory 5 oraz zastrzały 3. Te ostatnie zabudowuje się na końcu. Po całkowitym rozparciu zastrzałów usuwa się stojaki i rozpory pomocnicze i dokładnie oklinowuje wszystkie wiązania obudowy wzmocnionej wykazujące jakiekolwiek luzy. Nie należy również zapominać o sposobie pracy stojaków, którym zastrzały przekazują obciążenie stropu na ociosy. W związku z tym, gdy za stojakami występują luzy, wypełnia się przestrzeń pustą skałą płonną lub okrąglakami. Szczególną uwagę należy zwrócić, by chłopki i zastrzały leżały w jednej płaszczyźnie pionowej. W przeciwnym przypadku nastąpi zniszczenie elementów obudowy (rys. 43).

 

 

Rys.43. Zniszczenie obudowy wzmocnionej wskutek błędnego zabudowania rozpór i zastrzałów

Obecnie w polskim górnictwie węglowym wzmocnienie obudowy drewnianej obudową wieloblokową praktycznie nie jest stosowane. Stosujemy jednak obudowę wielobokową w celu wzmocnienia obudowy typu ŁP (rys. 44) lub kamiennej.

 

 

Rys. 44. Obudowa wielobokowa chodnika zabudowanego obudową ŁP

     1 - podciągi dolne (bieguny przyspągowe)

     2 - podciągi boczne (bieguny przyociosowe)

     3 - podciąg górny (biegun podstropnicowy)

     4 - krótkie stojaki (chłopki)

    5 - zastrzały

18. Wzmocnienie obudowy odrzwiami pośrednimi

W przypadku niemożności zabudowania stojaków pośrednich lub obudowy wielobokowej można zastosować wzmocnienie obudowy odrzwiami pośrednimi, zabudowując kompletne nowe odrzwia pomiędzy odrzwiami istniejącymi.

W przypadku obudowy ŁP w przewidziane miejsce pod strop wprowadza się najpierw łuk stropnicowy, który dociska się do opinki obudowy w stropie stojakiem ciernym lub hydraulicznym. Następnie dołącza się do niego łuki przyociosowe, usuwa rozpory i zabudowuje się w ich miejsce mniejsze do nowego rozstawu odrzwi.

Wzmacnianie odrzwiami pośrednimi nie zapewnia tej wytrzymałości co podciągi podbudowane stojakami, ale daje wolny od stojaków przekrój wyrobiska.

X.  Obudowa wyrobisk ścianowych

 

Warunki, w jakich pracuje obudowa wyrobisk wybierkowych (ścianowych) różnią się od warunków w jakich pracuje obudowa wyrobisk korytarzowych.

Wyrobiska wybierkowe charakteryzują się krótkim czasem istnienia i dużą powierzchnią odkrytego stropu. Obudowa tych wyrobisk narażona jest na duże ciśnienie górotworu, dlatego powinna być wykonywana bardzo starannie i w jak najkrótszym czasie, aby strop nie zdążył popękać. Musi być ona zawsze doprowadzona do samego przodku, aby praca odbywała się pod zabudowanym stropem. Powyższe kryteria spełnia obudowa zmechanizowana. Z tej to przyczyny rezygnuje się z innych typów obudów ścian na korzyść obudów zmechanizowanych współpracujących z kombajnami i przenośnikami zgrzebłowymi. 

Obudowa wyrobisk ścianowych będzie omawiana w następnym semestrze.

 

---