Akademia Górniczo - Hutnicza

im. St. Staszica

w Krakowie

TECHNOLOGIA EKSPLOATACJI ZŁÓŻ RUD

Dobór obudowy kotwiowej dla wyrobiska w kopalni rud miedzi

Wykonał:

Zbigniew Musiał GiG IV rok TPEZ

Studia zaoczne

Kraków 2003

Rysunek nr 1. Wykres mineralizacji w kopalni „Polkowice” - przyjęty jako wzór do projektu na podst. „Ewolucja technologii eksploatacji złóż rud miedzi w polskich kopalniach”- pod redakcją J. Butry i J. Kickiego.

0,7 2 4 6 8 %Cu

wapień dolomit dolomit łupek łupek piaskowiec

wapnisty ilasty dolomityczny smolący

1. Wstęp:

Złoże rudy miedzi na obszarze monokliny przedsudeckiej tworzą zmineralizowane warstwy skał występujących na kontakcie tzw. serii dolomitowo-wapiennej dolnego cechsztynu i piaskowców czerwonego spągowca. Warstwy złoża generalnie zapadają pod niewielkim kątem 3÷5^o w kierunku północno-wschodnim (N-E). W profilu pionowym spąg wyrobisk eksploatacyjnych zawsze zbudowany jest z piaskowców szarych czerwonego spągowca o spoiwie ilasto-węglanowym, zaś strop bezpośredni i zasadniczy tworzą skały serii dolomitowo-wapiennej dolnego cechsztynu. Utwory te są zwięzłe, zbite, posiadają budowę monolityczną lub są uławicone o miąższości poszczególnych warstw od 0,1 - 2,0m.

W skałach pstrego piaskowca, cechsztynu i czerwonego spągowca wydziela się permotriasowy kompleks skał wodonośnych o charakterze szczelinowo-porowym zawierający kilka poziomów wodonośnych.

Profil litologiczno-góniczy górotworu:

Strop złoża - wapienie, średnia miąższość - 70 m, Rc = 127÷156 MPa

Furta eksploatacyjna - łupek dolomityczny, dolomit ilasty, dolomit wapnisty, średnia miąższość - 2,0 m, do 55 MPa

Spąg złoża - piaskowiec kwarcowy, średnia miąższość- 8,5m, Rc = 14÷76 MPa

Obudowa kotwiowa

1. Założenia do projektu:

Spąg złoża - H = 700m

Szerokość wyrobiska - 5,0m,

Wysokość wyrobiska - 3,0m

Głównym celem kotwienia jest uzyskanie bezpośredniego wzmocnienia skał otaczających wyrobisko górnicze poprzez sztuczne wytworzenie naprężeń ściskających w górotworze oraz przejęcie przez kotwie naprężeń rozciągających.

Uzyskany tym sposobem wzrost wytrzymałości skały winien być wystarczający do zachowania jej struktury i przejęcia przez nią naprężeń występujących dookoła wyrobiska.

2. Dobór obudowy kotwiowej na podstawie wskaźnika Q.

Aby określić współzależność wartości Q z wymaganiami dotyczącymi obudowy Barton, Lien i Lunde wprowadzili współczynnik zwany wymiarem równoznacznym D_e wg wzoru:

B = 5,0 m - szerokość wyrobiska

ESR = 3 - dla tymczasowych wyrobisk górniczych

System punktowy klasyfikacji górotworu wg Barton^'a, Lien^' i Lunde^'go:

Q - wskaźnik jakości górotworu:

RQD = 70 % - średnia podzielność rdzenia wiertniczego [%]

J_n = 2 - wskaźnik liczby systemu spękań, oznacza jeden system spękań,

J_r = 2 - wskaźnik szorstkości szczelin, oznacza powierzchnie gładkie, pofałdowane,

J_a = 3,0 - wskaźnik zwietrzenia ścianek skalnych, oznacza cienkie powłoki ilaste lub piaszczyste, małe frakcje ilaste,

J_w = 0,5 - wskaźnik zawodnienia, oznacza duży dopływ w mocnym masywie o niewypełnionych szczelinach,

SRF = 1,0 -wskaźnik odprężenia masywu, średnie naprężenia,

Wskaźnik jakości górotworu Q = 11,7 i dla szerokości wyrobiska B = 5 m oznacza strop dobry o możliwym rozstawie kotwi 2,0 m (odczytano z nomogramu doboru obudowy wyrobiska).

Do doboru kotwi stropowej można wykorzystać metodę Bartona:

L - długość kotwi

Wysokość strefy obciążającej obudowę wyrobiska wg wzoru Ünala:

γ - 2,76 kg/dm³ = 2760 kg/m³ gęstość właściwa skały, [kg/m³]

h_t - wysokość strefy obciążającej obudowę wyrobiska, [m]

RMR - wskaźnik (rock mass rating) wg Bieniawskiego

RMR = 9 · lnQ + 44= 66,14

Wykorzystując powyższy wskaźnik można obliczyć obciążenie na obudowę wyrobiska:

oraz wysokość strefy obciążającej wyrobisko:

h_t = 1,69 [m]

dla sprawdzenia długości kotwi L obliczona została wartość h_t .

Dobieram długość kotwi 1,8 m

3. Metoda Bieniawskiego

na podst. „Ocena stateczności górotworu dla potrzeb stosowania obudowy kotwiowej w wyrobiskach górniczych” T.Majcherczyk, A.Tajduś

Obliczenie wysokości sklepienia ciśnień:

f = 1,56 [m]

f - wysokość sklepienia ciśnień,

RMR_k - wskaźnik punktowy dla kotwi, RMR_k=63,92

B - szerokość wyrobiska, B = 5,0 m

RMR_k = RMR_g · K₁ · K₂ · K₃

Wskaźnik RMR_g jest wynikiem zsumowania not przypadających na poszczególne parametry:

• wytrzymałość jednoosiowa próbki skalnej na ściskanie R_c >120 MPa, 15 pkt.

• podzielność rdzenia wiertniczego RQD = 70% , 13pkt.

• odstęp spękań O_s= 0,6÷2 [m], 15 pkt.

• charakter spękań - nierówne, podzielność do 1 mm, twarde ścianki szczelin 25 pkt.

• zawodnienie - zawilgocenia, wykroplenia, dopływ wody do 10 l/min. 10 pkt.

• orientacja uwarstwienia w stosunku do kierunku drążenia wyrobiska - średnia, (-5 pkt.)

RMR_g = 73 pkt.

• sposób drążenia wyrobiska górniczego - strzelanie konwencjonalne w dobrych warunkach K₁ = 0,94,

• stan naprężenia wokół wyrobiska - wyrobisko poza wpływem innych wyrobisk K₂ = 1,0,

• wpływ czasu - wyrobisko o czasie istnienia poniżej dwóch lat K₃ = 1,0,

RMR_k = 73· 0,94 · 1,0 · 1,0 = 68,6

Wskaźnik RMR_k = 63,9 oznacza mocną klasę górotworu o zastosowaniu samodzielnej obudowy kotwiowej.

Obliczenie długości kotwi:

Określenie zdolności przenoszenia obciążenia przez kotew:

C_b = min. 100 [kN] - dla zakładów górniczych wydobywających rudy miedzi

Obliczanie odległości pomiędzy kotwiami:

S_b = 1,31 [m]

n = 1,5 - współczynnik bezpieczeństwa

γ - ciężar objętościowy skał stropowych, γ=24,7 [MN/m³]

f - wysokość sklepienia ciśnień, f = 1,56 [m]

Na podstawie wykonanych obliczeń dobieram kotwie KE-3-2K o długości 1,8 m i rozstawie 1,1 × 1,1 m.

Rysunek nr 2. Sposób kotwienia wyrobiska o wysokości 3,0 m i szerokości 5,0 m Skala 1:50

8

max 5,0 m

Lito-

logia

Straty-grafia

ruda węglanowa

cechsztyn

Miąższość

[cm]

350

300

250

200

150

100

50

400

450

500

550

600

Czerwony spągowiec

max 3,0 m

1,1 m

1,1 m

1,1 m

1,1 m

1,1 m

1,1 m

1,1 m

0,3 m

10^o

10^o

---