Obudowa ścianowa 

I.     Obudowa ścianowa -  wprowadzenie.

Wyrobiska ścianowe charakteryzują się dużą powierzchnią odkrytego stropu oraz krótkim czasem istnienia. Ciśnienie w wyrobiskach ścianowych może wzrosnąć do rozmiarów nie spotykanych w wyrobiskach chodnikowych, zwłaszcza gdy prowadzi się wybieranie z zawałem stropu. Ten wzrost ciśnienia rozwija się jednak stopniowo w miarę tworzenia się nad wyrobiskiem strefy odprężonej wskutek spękania stropu. Należy więc tak prowadzić wybieranie, aby można było zakończyć roboty i opuścić wyrobisko, zanim ciśnienie wzrośnie do takich rozmiarów, że utrzymanie stropu nad obudową stałoby się bardzo trudne, a nawet niemożliwe (rys. 1).

Rys. 1. Rozkład ciśnień w rejonie wyrobiska ścianowego.

W wyrobiskach ścianowych przez szybki postęp przodku uciekamy przed wzrostem ciśnienia, gdyż obudowa ścianowa potrafi utrzymać strop przez kilka dni. Po tym okresie w przypadku obudowy zmechanizowanej może nastąpić jej „zaciśnięcie”, a w przypadku obudowy indywidualnej jej zniszczenie.

Obudowa wyrobisk ścianowych powinna być wykonywana zgodnie ze sztuką górniczą i w krótkim czasie, aby strop nie zdążył popękać. Musi być ona zawsze doprowadzona do samego przodku, aby praca odbywała się pod zabudowanym stropem. Obudowa powinna być wykonana zgodnie z książką obudowy oraz z dokumentacją ściany.

W obudowie ścian możemy wyróżnić:

- obudowę pola ściany, czyli obudowa właściwa ściany,

- obudowę wylotów ściany, a więc skrzyżowań chodników przyścianowych z wyrobiskiem ścianowym,

- obudowę wnęk.

 

I.     Obudowa pola ściany.

Pole ściany można obudować obudową indywidualną albo sekcjami obudowy zmechanizowanej.

Obudowa indywidualna to odrzwia, które mogą być drewniane, metalowe lub mieszane.

1.    Obudowa drewniana.

 Obudowę drewnianą stosowano wyłącznie w ścianach nie zagrożonych dużymi ciśnieniami i tąpaniami, a więc głównie przy wybieraniu do głębokości 500 m oraz w ścianach o dużym nachyleniu. Stosowanie w pokładach o nachyleniu większym od 30⁰ obudowy drewnianej uzasadnione jest niebezpieczeństwem i uciążliwością, jakie stwarza inny typ obudowy ze względu na swoją masę. Po zatem ze względu na sposób zabudowy stojaki (stawia się je na ogół prostopadle do upadu) przenoszą znacznie mniejsze ciśnienia, spełniają tu tylko zadanie rozpór.

Obudowa ścianowa drewniana może być podłużna lub poprzeczna.

Obudowa podłużna. Obudowa podłużna może być stosowana przy dostatecznie mocnych skałach stropowych. Polega ona na tym, że stropnice długości 4 do 5 m zabudowuje się równolegle do przodku j podpiera trzema lub czterema stojakami. Odległość stropnic wynosi 1 do 1,2 m. W celu zabezpieczenia stropu do samego czoła ściany, stropnice nad przenośnikiem zabudowuje się na udźwigach (rys. 2). Takie rozwiązanie umożliwia przesuwanie przenośnika zgrzebłowego pancernego w całości.

      

Rys. 2. Obudowa ściany podłużna drewniana na udźwigach przed przesunięciem przenośnika, po urobieniu węgla i po przesunięciu przenośnika

Obudowa poprzeczna. W obudowie poprzecznej zabudowuje się stropnice prostopadle do linii czoła ściany. Stropnice mają długość 1,5 do 3,5 m i są podparte dwoma lub trzema stojakami. Zabudowuje się je w odstępach około 1 m. Obudowa taka lepiej zabezpiecza strop w czole przodku ścianowego, gdyż stropnice dochodzą do samej calizny węglowej. Obudowa poprzeczna może być wykonywana na styk lub na zakładkę.

 

Rys.3 . Obudowa poprzeczna a — na styk, b — na zakładkę

Obudowa drewniana  podłużna i poprzeczna jest stosowana w ścianach prowadzonych z podsadzką suchą i z podsadzką hydrauliczną. Natomiast w ścianach zawałowych stosujemy ja rzadko. Przyczyną ograniczania stosowania obudowy drewnianej w ścianach zawałowych jest jej duża podatność, a mała sztywność, która utrudnia wywołanie zawału. Wady tej jest pozbawiona obudowa oporowa.

Obudowa oporowa. Jako obudowę oporową w przypadku obudowy przodkowej drewnianej stosuje się zawsze stosy przenośne ustawione na granicy pola roboczego i zawału w linii prostej w odstępach przeważnie co 1,5 m. Stosy (kaszty) mogą być drewniane, stalowe lub kombinowane. Obudowa ta ma zastosowanie w ścianach prowadzonych na zawał. Jest stawiana na linii zawału ze względu na dużą wytrzymałość i sztywność. Cechy te ułatwiają wywołanie zawału. Zalet tych nie posiada obudowa drewniana odrzwiowa.

Rys.4. Stos drewniany

2.    Obudowa metalowa wyrobisk ścianowych

Głównymi elementami obudowy metalowej są stojaki i stropnice, wykonane najczęściej ze stali lub z lekkiego metalu o dużej wytrzymałości.

Stojaki metalowe dzielą się na dwa zasadnicze typy, tj. cierne i hydrauliczne. W stojakach ciernych nacisk stropu jest przejmowany przez zamek działający na zasadzie tarcia, zaś w stojakach hydraulicznych przez emulsję to jest mieszaninę wody z olejem.

Ważną cechą charakteryzującą pracę stojaków metalowych jest ich podporność, czyli zdolność podpierania stropu. Rozróżniamy:

      podporność wstępną, którą osiąga stojak po rozparciu go pod stropnicą,

      podporność roboczą, czyli nominalną, którą osiąga stojak pod naciskiem stropu po zsunięciu się na pewną wielkość zależną od typu stojaka,

      podporność maksymalną (szczytową), po przekroczeniu której stojak wskutek wyboczenia może ulec uszkodzeniu. Podporność szczytowa jest z zasady o 50°/o większa od podporności roboczej.

Ze względu na zachowanie się stojaków pod ciśnieniem stropu rozróżnia się stojaki:

      późnopodporowe o zsuwie 80 do 150 mm

      wczesnopodporowe o zsuwie do 20 mm

      natychmiast podporowe, czyli sztywne o zsuwie do 2 mm.

Stojak cierny (rys. 5a) zbudowany jest ze spodnika 1, w który wchodzi rdzennik 2. Rdzennik jest blokowany przy pomocy zamka 3 poprzez kliny 6. Stojak stoi na stopie 4. Góra rdzennika jest zakończona głowicą 5, która współpracuje z stropnicą. Elementem decydującym o pracy i podporności stojaka ciernego jest zamek. Wartość podporności zależy od siły zakleszczenia zamka oraz od współczynnika tarcia materiału elementów zamka. Stojak zakleszcza się przez wepchnięcie (zabicie) jednego lub dwóch klinów poprzecznych  w zamek, dzięki czemu uzyskuje on podporność.

Najpopularniejszy w polskim górnictwie stojak cierny typu „VALENT” ma podporność wstępną 80 kN, a szczytową 600 kN. Aby zabudować stojak cierny należy nastawić go w przybliżeniu na potrzebną wysokość i ustalić przez lekkie wbicie klina. Następnie podciąga się go za pomocą podciągników zębatkowych lub hydraulicznych, poczym uderzając młotem 4 kg na przemian w każdy klin aż do wystąpienia charakterystycznego tzw. dzwonienia (8 do 12 uderzeń w każdy klin) uzyskuje się zakleszczenie zamka. Rabowanie stojaków następuje przez wybicie klinów.                                     

 

Rys. 5. Stojaki metalowe  a)   Stojak cierny typu „Valent” b) Stojak hydrauliczny typu SHC                  

Stojaki hydrauliczne z zasilaniem centralnym (rys. 5b) - są wykonywane w wysokościach od 0,5 do 3,5 m o podporności roboczej 400 kN. Stojak składa się ze spodnika 1, rdzennika 2, głowicy 3, bloku zaworowego 4. Komora środkowa bloku zaworowego jest połączona rurą centralną 5 z przestrzenią podtłokową stojaka. W rurze jest umieszczona śrubowa sprężyna 6 służąca do przymusowego ściągania rdzennika w dół w przypadku rabowania stojaka. Stojak spoczywa na stopce 8. W bloku zaworowym umieszcza się wszystkie zawory stojaka; zasilający, przelewowy i rabujący. Po ustawieniu stojaka w wyrobisku górniczym przystępuje się do jego rozpierania. W tym celu jedną ręką przytrzymujemy stojak za uchwyt 7, a drugą na blok zaworowy nakładamy pistolet zasilający, połączony elastycznym wężem z magistralą zasilającą. Pistolet zasilający przymocowuje się za pomocą specjalnych zaczepów zakładanych w wycięcia bloku zaworowego, aby pod działaniem ciśnienia cieczy nie została ona wypchnięta na zewnątrz. Po naciśnięciu dźwigni otwierającej zawór przepływowy w pistolecie, skierowana pod ciśnieniem emulsja ugina sprężynę zaworu zasilającego i przez rurę centralną wpływa pod tłok rdzennika. Rdzennik wysuwa się ze spodnika i stojak zostaje rozparty między spągiem a stropem z podpornością wstępną. Po zdjęciu pistoletu zasilającego zawór zamyka się pod naciskiem sprężyny i uniemożliwia wypływ emulsji na zewnątrz stojaka. Po osiągnięciu przez stojak podporności wstępnej zaczyna on przejmować działający nań nacisk górotworu, aż do osiągnięcia podporności roboczej. Po przekroczeniu tej wartości nacisk cieczy spowoduje ugięcie sprężyny zaworu przelewowego i krople emulsji z przestrzeni podtłokowej przez rurę centralną i z wypływają przez otwór bloku zaworowego na spąg. Towarzyszy temu zsuw stojaka, spadek ciśnienia pod tłokiem, a w konsekwencji zamknięcie zaworu przelewowego. Rabowanie stojaka następuje przez otwarcie zaworu rabującego. W tym celu w blok zaworowy wkłada się od zewnątrz dźwignię rabującą i przez jej wychylenie przesuwa się osiowo wewnętrzny suwak bloku. Otwartymi kanałami emulsja swobodnie wypływa z komory ciśnieniowej na zewnątrz stojaka, a rdzennik pod ciężarem własnym zsuwa się do spodnika.

     W celu przystosowania stojaków do pracy w pokładach o różnej grubości stosuje się przedłużacze, które mogą być zakładane na rdzennik lub spodnik.

 

Stropnice metalowe stosowane w obudowie ścianowej indywidualnej możemy podzielić na zwykłe i członowe.

Stropnica zwykła jest to sztywna belka przeznaczona do podtrzymywania stropu wyrobiska górniczego, nie przystosowana do łączenia jej z innymi stropnicami. Obecnie jest to najczęściej stropnica wykonana z prostego profilu korytkowego KS, KO, lub „V” o długości do 5 m. Dodatkową zaletą tych stropnic jest to, że bardzo dobrze współpracują z obudową kotwową.

Stropnica członowa jest stropnicą przystosowaną do łączenia jej z innymi stropnicami tego samego typu w sposób umożliwiający wzajemne ich usztywnienia oraz mocowanie wysięgników. Stropnice członowe składają się z belki stropnicowej o profilu dwuteowym lub skrzynkowym. Usztywnienie stropnicy z sąsiednią stropnicą odbywa się przez założenie i zabicie strzemienia (rys. 6). Taki typ stropnicy członowej jest najpopularniejszy w polskich kopalniach. Istnieją również inne konstrukcje techniczne stropnic członowych, które maja zastosowanie w polskim i światowym górnictwie.

 

Rys. 6. Stropnica członowa o złączu strzemionowym.    1- belka stropnicowa, 2- strzemię,      3- kostka- miejsce podparcia stojaka, 4- zasuwka.

 Obudowa metalowa wyrobisk ścianowych w skład której wchodzą stropnice członowe nazywana bywa obudową członową lub stalowo-członową.

Zabudowa obudowy metalowej indywidualnej w ścianie.

Odrzwia mogą być wykonane ze stropnic stalowych sztywnych lub członowych (rys.7), które to mogą być podparte stojakami ciernymi lub hydraulicznymi. Ustawia się je w wyrobisku ścianowym prostopadle (obudowa poprzeczna) do czoła ściany. Elementami pomocniczymi odrzwi ścianowych są wykładziny (okorki) oraz płyty spągowe stosowane w przypadku miękkiego spągu.,

— płyty stropowe lub spągowe dla zmniejszenia nacisku jednostkowego na powierzchnię stropu lub spągu.

 

Rys. 7.  Zestawy (odrzwia) obudowy ścianowej metalowej

             a— ze stropnicą zwykłą, b — ze stropnicami członowymi

 

Bardzo ważną zaletą powyższej obudowy jest możność utrzymywania przenośnika ścianowego pod ociosem węglowym i przesuwania go w całości po wybraniu każdego zabioru. Umożliwia to właśnie obudowa członowa, w której zapięta na strzemieniu stropnica stanowi wysięgnik zabezpieczający strop w czasie ładowania i odstawy urobku bezpośrednio po urobieniu pasa calizny. Po wybraniu urobku oraz wyczyszczeniu urobionego pola można przenośnik przesunąć w całości i podbudować stojakami stropnice, będące dotychczas wysięgnikami.

Rozróżnia się następujące układy obudowy członowej ścian:

— w linię,

— w trójkąt,

— w zakos.

Obudowa w linię - końce stropnic zarówno od strony zawału, jak i od strony czoła ściany tworzą linię prostą. Pole robocze zabezpieczone jest odrzwiami zabudowanymi w odległości 0,6 do 1,0 m od siebie, przy czym zależnie od fazy wybierania ściany znajdują się w niej

Rys. 8. Obudowa stropnicami członowymi w linię.

 „dwa lub trzy szeregi stojaków (rys. 8).

W przypadku gdy w polu przyczołowym występują duże ciśnienia i utrzymanie stropu wysięgnikiem byłoby niebezpieczne podbudowuje się go stojakiem. Układ ten uniemożliwia przesuwanie przenośnika w całości, co utrudnia wybieranie ściany. W przypadku prowadzenia ściany zawałowej pole ściany od zawału zabezpiecza się linią dodatkowych stojaków (tzw. łamaczy).

Obudowa w trójkąt - głębokość jednorazowego zabioru równa się połowie długości stropnicy (rys.9). Na przykład przy stropnicach długości 1,2 m postęp wynosi 0,6 m.

Kolejne szeregi obudowy przesunięte są względem siebie o połowę długości stropnicy, w związku z czym końce stropnic zarówno od strony zawału, jak i od strony czoła ściany tworzą trójkąty równoramienne. Po urobieniu zabioru zapina się stropnice członowe na strzemionach w odrzwiach, których końce są dalej od aktualnego czoła ściany. Tym sposobem trójkąt zabezpieczający pierwsze pole (przyczołowe) przesuwa się do przodu i pod zabezpieczonym stropem można prowadzić dalsze czynności wybierania. Obudowa w trójkąt zapewnia dobre podparcie stropu i była najczęściej stosowanym układem obudowy indywidualnej przy urabianiu kombajnami.

Rys. 9. Obudowa stropnicami członowymi w trójkąt.

 

Obudowa w zakos - przy układzie obudowy w zakos końce stropnic zarówno od strony czoła ściany, jak i od strony zawału tworzą zakos, przy czym liczba odrzwi w zakosie może wynosić trzy lub cztery. Wskutek takiego układu szeregi stojaków są odległe od siebie o 0,3 lub 0,4 m. (rys. 10.). Ten typ obudowy może być stosowany przy urabianiu strugami.

Rys.10. Obudowa stropnicami członowymi w zakos.

3.    Zestawy obudowy zmechanizowanej. 

Obudowę ścianową zmechanizowaną każdy autor dzieli inaczej. W tym przypadku najlepiej posłużyć się podziałem zgodnym z polską normą patrz rys.11.

 

Rys. 11 Uproszczony podział obudów zmechanizowanych wg polskiej normy z roku 1988.

Z podziałem zmechanizowanych obudów ścianowych wiąże się również sposób ustalenia symbolu obudowy. W symbolu obudowy zawarte są informacje dotyczące obudowy, takie jak: producent obudowy, minimalna wysokość obudowy, maksymalna wysokość obudowy, rodzaj obudowy, sposób likwidacji wybranej przestrzeni za obudową.

Przykładem mogą być obudowy: FAZOS-17/36- POz lub  FAZOS-18/32- Pp. Spróbuj rozszyfrować powyższe symbole.

 

Obudowa z układem lemniskatowym w całym zakresie pracy obudowy zapewnia prawie jednakową odległość końca stropnicy do czoła ściany, którą nazywamy potocznie ścieżką kombajnową. Nie zapewnia tego obudowa z przegubem centralnym, dlatego ten typ obudowy nie jest już produkowany. Rysunki 12, 13, 14 i 15 przedstawiają schematyczną budowę poszczególnych typów obudowy.

 

 Rys. 12. Obudowa podporowa

 

Rys. 13. Obudowa podporowo- osłonowa

a- z układem lemniskatowym jednoszeregowa,  b) z układem lemniskatowym wieloszeregowa, c- z przegubem centralnym jednoszeregowa,   d) z przegubem centralnym wieloszeregowa.

 

 

 

Rys. 14. Obudowa osłonowo podporowa

a- z przegubem centralnym,   b- z układem lemniskatowym  

Rys. 15. Obudowa osłonowa

a- z przegubem centralnym,    b- z układem lemniskatowym.

Uwzględniając historyczny rozwój obudowy zmechanizowanej to w pierwszym okresie produkowano i stosowano obudowy podporowe (lata sześćdziesiąte ubiegłego wieku), których zasadniczymi elementami były stropnice, spągnice i połączone z nimi stojaki hydrauliczne oraz przesuwniki sekcji obudowy. W latach siedemdziesiątych zaczęto wdrażać sekcje obudów osłonowych oraz osłonowo podporowych i podporowo osłonowych. Po latach doskonaleń opracowano sekcje obudowy zmechanizowanej, które dobrze pracują w trudnych warunkach geologicznych.

Obudowa zmechanizowana współpracuje także z kombajnem ścianowym lub strugiem oraz z przenośnikiem ścianowym. Właściwa współpraca wymienionych maszyn górniczych w jednym kompleksie ścianowym wymaga zapewnienia odpowiedniego przejścia dla ludzi (min 0,6 m).

Ze względu na sposób współpracy obudowy zmechanizowanej z kombajnem i przenośnikiem sekcje obudowy mogą być:

•      dosunięte do przenośnika (tzw. praca „bez kroku wstecz”) rys. 16.

•      odsunięte od przenośnika (tzw. praca „z krokiem wstecz”) rys. 17.

Praca „bez kroku wstecz” - praca obudowy w ścianie obejmuje następujące cykle:

— po urobieniu kombajnem zabioru następuje wysunięcie stropnicy i zabezpieczenie odkrytego stropu,

— przesunięcie przenośnika ścianowego do czoła calizny,

— poluzowanie sekcji i jej dosunięcie do przenośnika z jednoczesnym zsuwem stropnicy wysuwnej,

— korygowanie położenia sekcji,

— rozparcie sekcji obudowy.

 

Rys. 16. Sekcja obudowy zmechanizowanej „bez kroku wstecz”

 

Rys. 17. Sekcja obudowy zmechanizowanej „z krokiem wstecz”

 

Praca „z krokiem wstecz” - obejmuje następujące cykle pracy obudowy:

— po urobieniu kombajnem zabioru następuje wysunięcie stropnicy lub poluzowanie i przesunięcie zestawu do przenośnika a następnie jego rozparcie, co powoduje zabezpieczenie odkrytego stropu,

— korygowanie położenia sekcji,

— przesunięcie przenośnika ścianowego.

 

Szczegółową budowę i zasadę działania obudowy zmechanizowanej poznamy na maszynach i urządzeniach górniczych.

II.   Obudowa wylotów ściany.

Eksploatacja ściany powoduje występowanie zwiększonych ciśnień w rejonie skrzyżowań chodników przyścianowych z wyrobiskiem ścianowym, czego efektem jest miedzy innymi deformacja obudowy i zaciskanie wyrobisk.

Na wielkość ciśnień w strefie skrzyżowania ma wpływ:

      sposób kierowania stropem,

      sposób obudowy skrzyżowania,

      wybieranie ściany z wnęką czy też bez wnęki (wnęka zwiększa rozpiętość skrzyżowania co powoduje zwiększenie ciśnień),

      to czy prowadzimy chodniki przyścianowe w węglu czy w zrobach ( np. przy ścianach wybieranych do pola),

      sposób obudowy strefy skrzyżowania. 

Skrzyżowanie ściany z chodnikiem przemieszcza się z postępem ściany, co wymaga sukcesywnego przebudowywania obudowy w rejonie chodników przyścianowych. Zwiększone ciśnienie wymaga dodatkowego wzmocnienia obudowy. Obudowę chodnika wzmacniamy przez zabudowanie podciągów w jego osi (w przypadku zwiększonego ciśnienia dwa lub trzy rzędy podciągów). W strefie samego skrzyżowania buduje się dodatkowe dwa podciągi stalowe zamocowane do obudowy chodnikowej. W przypadku większych ciśnień podbudowuje się je stojakami.

Różne sposoby zabudowy skrzyżowań w zależności od stosowanej obudowy, stosowania wnęk, sposobu kierowania stropem, wielkości ciśnienia czy też innych warunków przedstawiają rysunki 18, 19, 20, 21. Musimy pamiętać, że nie ma uniwersalnego sposobu zabudowy skrzyżowania ściany, każde skrzyżowanie jest inne, co jest uwzględnione w książce obudowy oraz w dokumentacji ściany.

 

 

 

         

Rys18. Dwa różne sposoby zabudowy skrzyżowania, z ścianą bezwnękową.

Rys. 19. Inny sposób zabudowy skrzyżowania ściany przy bezwnękowym urabianiu w ścianie

1- odrzwia obudowy łukowej, 2, 6, 7, 8 - podciągi, 3 - przenośnik podścianowy,

4 - napęd przenośnika ścianowego, 5- przenośnik ścianowy, 9 - stropnice stalowo-członowe,

10 - stojaki indywidualne, 11- stojaki drewniane (organy) odgradzające gruzowisko

zawałowe, 12 - sekcje obudowy zmechanizowanej

 

 

 

 

Rys. 20. Zabudowa skrzyżowania ściany z chodnikiem przyscianowym w przypadku wykonywania wnęk.

 

1, 4, 7, 9 —podciagi

2— odrzwia obudowy łukowej,

3, 5, 8 — stojaki SHC podpierające podciągi,

10 — obudowa metalowa indywidualna,

11 — przenośnik podścianowy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys. 21. Schemat skrzyżowania ściany z chodnikiem przyścianowym z wykorzystaniem zmechanizowanych sekcji obudowy chodnikowej.

 

1— normalne sekcje obudowy zmechanizowanej,

 2 — sekcje chodnikowe obudowy zmechanizowanej,

3- ściana,

4- chodnik przyścianowy

 

 

Najnowszym rozwiązaniem w zakresie zabezpieczenia skrzyżowań są zmechanizowane sekcje obudowy chodnikowej (rys. 21). Jest to zazwyczaj konstrukcja ramowa, składająca się z stropnicy o długości do 8 m oraz spągownicy, na której zabudowane są stojaki hydrauliczne. Długość sekcji całkowicie zabezpiecza skrzyżowanie a układ przesuwny pozwala na przesuwanie końcówki przenośnika i przesuwanie sekcji.

III.  Obudowa wnęk ścianowych.

Najczęściej jest to obudowa stalowa poprzeczna złożona ze stropnic członowych i stojaków natychmiastpodporowych ciernych lub hydraulicznych w układzie w trójkąt lub w linię. Zagęszczenie stojaków we wnęce zależy od rodzaju stojaków, od rozpiętości i wysokości wnęki oraz od tego, czy chodnik przyścianowy otoczony jest zrobami jednostronnie lub dwustronnie. W przypadku stosowania obudowy zmechanizowanej można obudować wnękę w sposób przedstawiony na rysunku 20. W miarę postępu ściany stojaki są rabowane i przesuwane do przodu.