AKADEMIA GÓRNICZO - HUTNICZA

im. STANISŁAWA STASZICA

W KRAKOWIE

Opracowanie doboru obudowy podporowej dla wyrobiska korytarzowego

Wykonał:

Tomasz Kudłacik

GiG IV TPEZ

1. CHARAKTERYSTYKA WYROBISKA KORYTARZOWEGO

Projektowana obudowa znajduje się w chodniku przyścianowym partii 4/I, pokładu 504 na głębokości 680 m. Chodnik ten posiada strukturę kamienno-węglową.

Przeznaczeniem chodnika będzie odstawa urobku w kierunku szybu oraz funkcja wentylacyjna (chodnikiem będzie płynęło świeże powietrze w kierunku do ściany). Przewidywany czas istnienia wyrobiska to 20 lat (240 miesięcy).

Wyrobisko zostanie obudowane obudową ŁP9/V29/A.

2. OPIS WARUNKÓW GÓRNICZO-GEOLOGICZNYCH

Wyrobisko zalega na głębokości 680 m. Grubość pokładu lub innej warstwy występującej w przekroju wyrobiska wynosi 1,8 m. Chodnik nachylony jest pod kątem 2° w kierunku południowym obszaru górniczego kopalni „Wujek”. Uskoki nie występują. Strop bezpośredni tworzy łupek ilasty.

Występujące zagrożenia naturalne :

• metanowe - II kategoria

• wybuchem pyłu węglowego - klasa „B”

• wodne - I stopień

• radiacyjne - nie występuje

• skłonność węgla do samozapalenia - węgiel o małej skłonności

• wyrzutami gazów i skał - nie występuje

• tąpaniami - I stopień

3. CHARAKTERYSTYKA ZASTOSOWANEJ OBUDOWY

W wyrobisku zostanie zastosowana obudowa łukowa podatna trzyelementowa ŁP9/V29/A.

Dane techniczne

ŁP9/V29/A
wg PN-93/G-15000/02 oraz PN-93/G-15000/03
ZNAK DOPUSZCZENIA WUG: ŁP9/V29/A

Oznaczenie

F

S

W

L1

L2

R1

R2

z

c

Masa

[m^2]

[mm]

łuk stropnicowy

łuk ociosowy

odrzwia bez strzemion

[kg]

ŁP9/V29/A

14,8

5000±100

3500±70

3490±20

4070±20

2750±28

2400±24

820

550±28

118,0

101,2

320,4

Wskaźniki nośności W_N trzyczęściowych odrzwi obudowy ŁP

Oznaczenie	S	W	Wn [MN/m]
		[mm]		V21	V25	V29	V32	V36
ŁP9/A	5000	3500	-	-	0,202	-	-

KSZTAŁTOWNIKI

Zastosowana obudowa posiada kształtownik typu V29.

TH V

Wymiary wg:
PN-H-93441-1:1994, PN-H-93441-2:1995, PN-H-93441-3:1994

Oznacz.

K [mm]

N [mm]

F [mm]

D [mm]

G [mm]

E [mm]

H [mm]

Ix [cm^4]

Wx [cm^3]

Iy [cm^4]

Wy [cm^3]

F [cm^2]

M [kg/m]

V29

150,5 ± 1

116,5 ± 0,5

53 ± 0,5

16 ± 0,6

7,75 ± 0,5

28,5 ± 0,6

124 ± 1

616

93,7

775

103

37

29

OKŁADZINA MM

ROZPORY TYPU RdV29

Kompletna rozpora rurowa typu Rd i  Rdt składa się z łącznika dystansowego rurowego z trzema otworami montażowymi, śrub hakowych z gwintem walcowanym metrycznym w rozporze Rd i gwintem trapezowym w rozporze  Rdt oraz nakrętek.

4. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA POSZCZEGÓLNYCH CZĘŚCI OBUDOWY

Obudowa łukowa podatna - złożona z odrzwi łukowych podatnych tzw. ŁP, stosowana jest w wyrobiskach przygotowawczych (kamiennych, węglo­wych i kamienno-węglowych) i w wyrobiskach znajdujących się w obrębie wyrobisk wybierkowych, nowo drążonych lub przebudowywanych.

CHARAKTERYSTYKA KONSTRUKCJI OBUDOWY ŁP

Obudowa ŁP składa się z następujących elementów:

• z łuków ociosowych (nr1) i łuku stropnicowego (nr 2)

• dwóch strzemion łączących łuki ociosowe z łukiem stropnicowym (nr 3)

rys. Odrzwia obudowy ŁP

Łuki ociosowe (korytka ociosowe KO) i stropnicowe (korytka stropni­cowe KS) wykonywane są ze stali węglowej konstrukcyjnej St5. Profile korytkowe z tej stali są walcowane, a następnie wyginane na zimno giętarkami. Strzemiona wykonywane są ze stali St3. Kabłąk strze­miona wykonany jest z okrągłego pręta, jarzmo zaś z pręta płaskiego. Nakrętki są sześciokątne, półsurowe.

W praktyce zdarza się, ze w czasie pracy odrzwi w wyrobisku wywie­rany jest nacisk na złącza obudowy, co wpływa na zmianę pracy złącza.

W praktyce w zależności od kierunku działania ciśnienia stosuje się odrzwia:

• symetryczne

• niesymetryczne

Różnica między tymi typami obu­dowy polega na tym, ze np. przy odrzwiach niesymetrycznych jeden łuk ociosowy jest dłuższy o 500 mm. Obudowa niesymetryczna ma zastosowanie w chodnikach, w których wykonuje się ścieki.

Konstrukcje łuków obudowy ŁP dzieli się w zależności od wielkości łuków wymiarów poprzecznych wyrobiska w świetle obudowy i w zależności od ciężaru 1 m łuku. Łuki ŁP fabrykuje się w różnych wymiarach i profilach z tym, ze w górnictwie polskim mają zastosowanie tylko korytka stropnicowe KS i korytka ociosowe KO a cię­żarze 14, 18, 21 i 28 [kg/m].

Cechowanie elementów łuku wykonuje się dwoma sposobami:

• przez wywalcowanie na wewnętrznej powierzchni podstawy ozna­czenia np. KO 21 co oznacza, że jest to korytko ociosowe o ciężarze 21 [kg/m], lub np. KS 18 - korytko stropnicowe o ciężarze 18 [kg/m]

• przez oznaczenie wielkości odrzwi znakami malowanymi farbą olejną na podłużnej osi łuku w połowie jego długości (dla korytka stropnicowego) lub w odległości 500 do 700 mm od wyciętego końca (dla korytka ociosowego).

( dla wielkości 9 - jeden żółty krzyż )

STRZEMIONA I OBEJMY

rys. Strzemiona obudowy ŁP

Wywieranie docisku korytka stropnicowego do ociosowego może być dokonane za pomocą ob­jemek klinowych np. objemek pomysłu Pluty lub objmek z klinem wciąganym.

rys. Rodzaje objemek klinowych do obudowy ŁP

Objem­ka klinowa składa się tylko z dwóch części:

• strzemiona

• klina z blachy stalowej

Upraszcza ona do minimum pracę zamocowania ob­jemek przy stawianiu obudowy.

Pod­sadzkę stanowi tu materiał kamienny ułożony pomiędzy okładzinami a ociosem i stropem wyrobiska. Podsadzkę wykonuje się w celu uzyska­nia równomiernego rozkładu nacisku górotworu na obudowę.

W zależności od kategorii (znaczenia) wyrobisk korytarzowych stosuje się różne profile łuków:

• łuki z korytek profilu 14 nadają się na obudowę wyrobisk o drugo­rzędnym znaczeniu np. w wyrobiskach obchodowych, objazdo­wych, wodnych bądź służących do pomiaru materiałów tzn. o małym przekroju poprzecznym (do 3,0 m szerokości)

• w wyrobiskach szerszych o małych ciśnieniach górotworu stosuje się łuki profilu 18

• przy ciśnieniach większych używany jest profil 21

• profile najcięższe tj. 28, stosowane są dla dużych przekrojów i ciśnień.

Odległość między odrzwiami l_o można wyliczyć, ale najczęściej przyj­muje się l_o = 1 m. Przy większych ciśnieniach np. przy przejściu wyro­bisk w partii uskokowej, w pokładach tąpiących lub na znacznej głębo­kości, zagęszcza się odrzwia nawet do odległości 0,5 m i mniej. Zamek obudowy, który stanowią cztery strzemiona, powinien gwarantować po­datność obudowy gdy ciśnienie górotworu przekroczy moment nośności tej obudowy.

OKŁADZINY

Najmocniejsze i najlepiej dobrane odrzwia obudowy meta­lowej w swej indywidualnej pracy nie będą chroniły wyrobiska przed za­waleniem lub zaciśnięciem, jeśli nie będą pomiędzy sobą odpowiednio roz­parte i usztywnione okładzinami. Na podstawie obserwacji stwierdzono, że źle, niedostateczne lub nie w jednej linii rozparte odrzwia obudowy łatwo podlegają przechyleniu, skręcaniu i przewróceniu bądź to wskutek robot strzelniczych, bądź w wyniku wstrząsów lub wskutek działania nierówomiernych nacisków.

W przypadku opierania końców obudowy o okładziny lub ocios na­stępuje jej usztywnienie - przedwczesne deformowanie. Brak okładzin za odrzwiami lub niewłaściwy ich dobór czy ułożenie na obwodzie obudo­wy sprzyja spękaniu skał w obrębie wyrobiska i powiększaniu się strefy odprężonej, a ponadto wzrastające ciśnienie powoduje przewracanie odrzwi i deformację wyrobiska. Z tych względów okładziny stanowią ko­nieczny i ważny element obudowy odrzwiowej.

Okładziny mają za zadanie:

• powiązać między sobą szereg odrzwi dla wspólnego przeciwstawia­nia się ciśnieniu górotworu

• zabezpieczyć odcinki między odrzwiami przed opadaniem lub obsy­pywaniem się kawałków węgla lub kamienia

• przeciwstawiać się mniejszym ciśnieniom i przenosić je na elemen­ty odrzwiowe

• przejąć ciężar luźnych brył węgla lub kamienia od strony stropu i ociosu

• podtrzymywać powierzchnię skały lub węgla w wyrobiskach, aby zapobiec pękaniu skał i wypadaniu odłamków skał z calizny.

Okładziny mogą być zakładane na całym obwodzie obudowy (prócz spągu) lub tylko nad łukami stropnicowymi np. w obudowie metalowej sztywnej odrzwiowej.

Okładziny, zależnie od warunków geologiczno-gór­niczych oraz typu, mogą być układane obok siebie na styk ażurowo, zrębem - bocznie lub w odstępie większym (rozstawnie).

Okładziny mogą być:

• drewniane

• żelbetowe

• stalowe

Okładziny drewniane coraz rzadziej stosowane (z króciaków o średnicy 8 do 11 cm) stosuje się w wyrobiskach korytarzowych o ży­wotności 1 do 2 lat, gdy króciaki są nieimpregnowane, a 5 do 8 lat, gdy króciaki są impregnowane. Okładzin drewnianych nie należy stosować do obudowy wyrobisk o długiej żywotności, szczególnie ze względu na ich łatwopalność i krótkotrwałość.

Okładziny żelbetowe, których jest kilka typów w budownictwie pod­ziemnym kopalni, zaczęto stosować w 1956 r. Obecnie są stosowane między innymi okładziny typu A oraz typu C wykonywane z betonu marki 200 do 250 i cementu portlandzkiego 250 do 350.

Okładziny stalowe obecnie stosowane w górnictwie to tzw. okładziny podatne MM, stosowane do obudowy wyrobisk górniczych łukami podatnymi.

Okładzina podatna MM została zaprojektowana w dwóch typach.

Typ I wykonany z pasków blachy odpowiednio wykształconych i ze­spawanych (zgrzewanych) ze sobą.

Typ II wykonany z blachy ciąg­nionej na zimno. Jest to siatka jednolita odpowiednio zakładana i połączo­na specjalnymi łącznikami (spinkami) Okładzina podatna MM może być użyta do różnych typów obudowy górniczej.

Okładzinom MM stosowanym w górnictwie stawia się następujące wymagania:

• materiał: stal St37 lub St3 (blacha)

• grubość blachy, z której wykonana jest okładzina - 4 mm, tole­rancja

wg PN-55/D-92202 wynosi ± 0,30 mm

• wymiar przekroju poprzecznego pręta 4 x 6 mm - dla wymiaru 4 mm,

tolerancja ± 0,30 mm, natomiast dla wymiaru 6 mm to­lerancja ± 1 mm

rys. Okładzina MM

• długość nie rozciągniętej blachy w węzłach okładziny - 20 mm

(dotyczy również węzłów krańcowych) tolerancja wymiaru w węz­łach - 3 mm ± 1 mm

• wymiary oczek w osiach konstrukcji 75 x 200 mm, wymiary okładziny

w rzucie poziomym powinny wynikać z zacho­wania liczby oczek w okładzinie wzdłuż - 6 oczek, w szerz ­7 oczek, przy czym okładzina nie powinna mieć ostrych krawędzi i zadziorów.

Do łączenia siatek okładziny MM używa się spinek tub złącz.

Zakładanie okładzin podatnych MM odbywa się w warunkach prze­ciętnego ciśnienia górotworu w partiach przystropowych w ten sposób, że sąsiadujące elementy przylegają do siebie, natomiast w partiach ocio­sowych można dać między elementami odstępy wielkości około 10 cm.

Rozpoczynając stawianie obudowy z okładzinami podatnymi, stawia się najpierw dwa komplety odrzwi w odległości 80 cm od osi do osi odrzwi. Dla zachowania stałej przyjętej odległości należy założyć między odrzwia pięć rozpór np. z częściowo zużytych rur o średnicy ok. 80 mm. Do pierwszych odrzwi przytwierdza się: okładziny za pomocą jarzm uży­wanych do łączenia łuków podatnych. Okładziny powinny wystawać 12 do 15 cm poza drugie i kolejno poza odrzwiami zaczynając od dołu równocześnie z obu stron wyrobiska. Bezpośrednio po założeniu każdej okła­dziny w przypadku, gdy nie przylega ona bezpośrednio do ociosu, należy przestrzeń między okładziną a ociosem wypełnić szczelnie kamieniami. Po zakończeniu podsadzania pola między pierwszymi odrzwiami stawia się następny komplet odrzwi w odległości około 105 do 115 cm (lub w odległości mniejszej), licząc od osi do osi odrzwi w zależności od przewidywanego ciśnienia.

Dla zachowania stałej przyjętej od­ległości zakłada się między odrzwia rozpory. Pole między odrzwiami dru­gimi i trzecimi oraz wszystkie pola następne z wyjątkiem pola ostatniego okłada się okładzinami w sposób poprzednio opisany, z tym że okładziny w polu drugim i w polach następnych łączy się wystającymi na 12 do 15 cm końcami okładzin pola poprzedzającego za pomocą złączy lub sworzni.

Okładziny w polu drugim i w polach następnych, jeżeli nie przy­legają do ociosu, należy podsadzić kamieniem nie na całej długości, ale tylko do ostatniego łuku obudowy.

Chodzi bowiem o to, by poprzedni ko­niec okładziny pola poprzedniego wystawał wolno poza łuk obudowy i można było do niego przypiąć złączem tylny koniec okładziny pola na­stępnego. W ostatnim polu drążonego wyrobiska, a także przed skrzyżo­waniami przytwierdza się okładziny podatne do ostatnich odrzwi za po­mocą jarzma. W przypadku dużego ciśnienia pionowego górotworu w ocio­sach daje się siatkę MM, a w stropie okładziny.

Wymiana okładzin MM wymaga uprzednio, przed usunięciem okładzi­ny przewidzianej do wymiany, podparcia okładzin sąsiednich pól odpo­wiednimi podporami, zabezpieczając je w ten sposób przed wysunięciem się znad odrzwi w czasie wycięcia okładziny przewidzianej do wymiany, z którą były połączone złączami. Okładzinę tę usuwa się wycinając ją na odpowiedniej długości za pomocą kleszczy. Zachowując odpowiednie za­bezpieczenie usuwa się podsadzkę znad odciętej części okładziny leżącej na odrzwiach oraz z drugiej strony znad wystającej okładziny poprzed­niego pola. Po usunięciu podsadzki zakłada się w miejsce wy­ciętej okładziny nową okładzinę, której obydwa końce łączy się spinkami z okładzinami sąsiednich pól. Nową okładzinę należy tak założyć, aby zo­stawić z jednej strony wystarczający odstęp między nią a okładziną są­siednią w tym samym polu, w celu umożliwienia podsadzania kamieniem wolnej przestrzeni nad nową okładziną. Podobnie postępuje się przy wy­mianie sąsiedniej okładziny. Tak postępując nie pozostawia się odstępów między nowo założonymi okładzinami.

rys. Wymiana okładziny MM

Siatka MM, jak wykazały liczne obserwacje, daje znaczne obwisy. Dlatego w Zakładach Badań i doświadczeń Budownictwa Górniczego opracowano okładziny metalowe podatne MAWO. Okładzinę tę stanowi arkusz siatki cięto ciągnionej wykonanej z blachy o grubości 4mm ze stali St3, St3S, St3SX, St3SY. Wymiar przekroju poprzecznego pojedynczego pręta wynosi 4 x 6 mm, natomiast długość nie rozciętej bla­chy w węzłach okładziny 20 mm (dotyczy również węzłów końcowych).

Wymiary oczek w osiach konstrukcji wynoszą 75 x 200 mm.

Wymiary okładziny w rzucie poziomym wynikają z przyjętej liczby oczek siatki w okładzinie oraz kształtu poprzecznych wygięć.

Szerokość 7 oczek po 75 mm - 525 mm. Długość 6 oczek po 20 mm+2x10 mm długości skraj­nych węzłów - 1220 mm (bez uwzględnienia skrócenia siatki wskutek wykonania poprzecznych wygięć).Okładziny mają dwa wygięcia po­przeczne, których pierwsze wykonane w od­ległości 80 mm od końca okładziny służy do łączenia z okładziną poprzecz­nego pola.

Wygięcie drugie wykonane w odległości 260 mm od drugiego końca okładziny służy do zaklinowania okładziny w korytku ŁP.

Celem zabezpieczenia okładzin przed korozją i usunięcia ostrości jej krawędzi siatka powlekana jest mieszaniną asfaltów P-120 w stosunku 1:2.

Do połączenia okładzin między sobą służy złącze wyko­nane z pręta C) 6 do 8 mm, długości 600 mm (530 mm odcinek prosty +70 mm na uchwyt). Złącze może być wykonane w formie prostego pręta o długości 600 mm. Uchwyt złącza w razie potrzeby może być wykonany przez użytkownika na miejscu zabudowy.

WYKONANIE OBUDOWY I JEJ WPŁYW NA PRACĘ ŁUKÓW

Przed ustawieniem łuków należy tak wykonać wyrobisko, aby jego kształt był mniej więcej dostosowany do kształtu obudowy ŁP.

Ustawienie odrzwi może być wykonane dwoma sposobami:

• przez skręcenie odrzwi na spągu wyrobiska i podniesienie ich w całości,

a następnie ustawienie ich w położeniu zgodnym z książką obudowy,

• przez zawieszenie łuku stropnicy na podciągu w po­trzebnym usytuowaniu,

a następnie dostawieniu łuków ociosowych i skręceniu ich strzemionami ze stropnicą.

rys. Wykonywanie obudowy ŁP

Dolne końce łuków ociosowych powinny być ustawione w gniazdkach o głębokości do 20cm, w których przy miękkich skałach spą­gowych powinny być posadowione betonity fundamentowe lub podkładki z żelaza (grubości do 10 cm) bądź z twardego drewna (grubości 80 do 140 mm).

Podkładki żelazne należy układać w gniazdkach w płaszczyźnie prostopadłej do osi łuku ociosowego. Można też prowadząc betonowy ściek, wykonywać gniazdko w jego ociosowej ściance. W gniazdku tym należy ułożyć podkładkę, a na niej ustawić łuk ociosowy. Nie wolno zabetonować łuku ociosowego w ściance ścieku, jak też stawiać w ścieku dłuższego łuku ociosowego. Przy odrzwiach niesymetrycznych łuki ociosowe łączy się z łukiem stropnicowym strzemionami, przy czym odległość strzemion od końców zakładki powinna wynosić 10 cm. Odległość między strzemionami powinna wynosić 20 cm.

Strzemiona dokręca się kluczem - najlepiej z umieszczonym dynamometrem, co zapewnia przy każdych odrzwiach jednakowy docisk łuku stropnicowego do ociosowego. Przez zmianę wielkości docisku śrub w strzemionach można regulować podatność obudowy ŁP. Połączenie łuku stropnicowego z ociosowym powinno być tak wyko­nane, aby łuki na całej długości wzajemnego zachodzenia były równo­ległe. Dla prawidłowej pracy obudowy konieczne jest aby koń­ce łuków nie zaczepiały o okładziny lub o górotwór. Odległość między odrzwiami określona w książce obudowy zależna jest od warunków stro­powych i wynosi przeważnie od 0,8 do 1,2 m. Odległość zaś od przodku nie może przekraczać 3 m.

Równy odstęp między odrzwiami i jedna­kowe ich nachylenie względem pionu lub osi podłużnej wyrobiska (zabez­pieczenie przed skręceniem) ustala się za pomocą rozpór, które wykonuje się przeważnie z prętów stalowych i okrąglaków drewnianych o śr. 8 do 11 cm. Rozpory są również potrzebne i z tego powodu, że obudowa nie uzyskuje żadnej podporności wstępnej, a zatem jest łatwo wywrotna. Zależnie od wielkości łuków powinno być 5 do 7 rozpór symetrycznie roz­mieszczonych, a co najmniej każdy łuk powinien być rozparty w trzech lub pięciu punktach. Wolną przestrzeń między obudową a nierówną po­wierzchnią ociosu i stropu wyrobiska wypełnia się skałą płonną. Statecz­ność obudowy ŁP zależy bowiem nie tylko od wytrzymałości konstrukcji obudowy i wielkości nacisku górotworu, ale także w dużej mierze od ja­kości i szczelności podsadzki wokół tej obudowy, która powinna działać sprężynująco i być równomiernie rozłożona wzdłuż całego obwodu odrzwi. Prawidłowo ułożona podsadzka rozkłada nawet skupione naciski równomiernie na całym łuku obudowy.

5. OBLICZENIE ROZSTAWU ODRZWI OBUDOWY WEDŁUG PROGRAMU „OBUD”

6. UWAGI, WNIOSKI

Obudowa ŁP jest obudową najczęściej stosowaną w kopalniach węgla kamiennego w Polsce.

Do jej zalet należą przede wszystkim :

• duża wytrzymałość

• trwałość i możliwość wielokrotnego stosowania

• łatwość i szybkość montażu

• mała pracochłonność wykonywania

Obudowa ŁP nawet po przekroczeniu jej wytrzymałości nie ulega załamaniu, lecz tylko pewnej deformacji elementów w taki sposób, że jeszcze i w tym stanie utrzymuje strop przed zawaleniem. Z uwagi na największą podatność, jaką posiada obudowa ŁP w stosunku do in­nych obudów stalowych oraz z uwagi na fakt, że podatność tą można regulować, obudowę ŁP można stosować nie tylko przy ustalonych dużych ciśnieniach górotworu, ale również tam, gdzie zaznacza się strefa wpływu wybierania. Przy występujących dużych ciśnieniach należy co dwa tygodnie przeprowadzić kontrole obu­dowy.

Wyliczony odstęp odrzwi obudowy łukowej wyniósł 0,93 m. Ponieważ należy dobrać odstęp mniejszy od wyliczonego, dlatego ustalony odstęp odrzwi wynosi 0,75 m.

7. LITERATURA

1. M.CHUDEK „Obudowa wyrobisk górniczych cz.I” Wyd. Śląsk 1986

2. ST.PIECHOTA „Podstawowe zasady i technologie wybierania kopalin stałych”

Kraków 2003

3. A.FISZER, ST.SIEWIERSKI „Obudowa wyrobisk korytarzowych cz.II” Wrocław 1976

2

---