7. Obliczenia doboru obudowy skrzyżowania chodnika odstawczego Aw z pochylnią I wschodnią.

Przedmiotem analizy tego rozdziału jest dobór obudowy skrzyżowania pochylni I wsch. z chodnikiem odstawczym Aw pokładu 510 na poziomie 665 kopalni KWK „Mysłowice-Wesoła”. Obudowa skrzyżowania będzie się składała z obudowy stalowej ŁP, która na odcinku otwarcia podpierana będzie przez 6 podciągów o długości 8 m, opartych na dodatkowych odrzwiach podtrzymujących te podciągi. Wzory i potrzebne dane do określenia potrzebnych paranetrów zawarte są w rozdziałach 5 i 6 tego projektu.

7.1. Określenie parametrów wytrzymałościowych skał otaczających projektowane skrzyżowanie chodnika odstawczego Aw z poch. I wsch.

Dane potrzebne do policzenia tej części projektu wyliczone zostały w rozdziale 6.

Korzystając ze wzoru 5.6 wyliczono ostateczną wartość współczynnika zwięzłości skał i wynosi on:

f_śr = 3,45

Korzystając ze wzoru 5.2 z rozdziału 5, wyliczono średnią ważoną wartości modułu sprężystości i wynosi ona.

E_śr = 5431 MPa

E_obl = 3801 MPa

7.2. Określenie stanu naprężenia w masywie skalnym w rejonie projektowanego skrzyżowania chodnika odstawczego Aw z poch. I wsch.

Tak jak w poprzednim podpunkcie, dane potrzebne do określenia stanu naprężeń zostały już policzone w rozdziale 6 tego projektu.

Naprężenie pionowe w górotworze w rejonie chodnika odstawczego Aw obliczono ze wzoru 5.7:

p_z = -12,19

Wielkość naprężeń w górotworze w rejonie projektowanego w tej pracy wyrobiska wyliczono ze wzoru 5.26 i wynosi ona:

σ_z = 31,08 MPa

7.3. Określenie odziaływania górotworu na obudowę skrzyżowania.

- Strefa I – jest to strefa wspólna wyrobisk składających się na skrzyżowanie. Dla tej strefy określamy maksymalną szerokość, ktróą wyliczono ją ze wzoru 5.37 gdy:

S_w1 = 5,5 m

S_w2 = 5,5 m

S_w^max=7, 78 m

Współczynnik wytężenia górotworu wyliczono ze wzoru 5.39, a wynosi on:

n_w = 1,27

Wartość parametru charakteryzującego właściwości odkształceniowe skał wyznaczono z nomogramu, wykresu 5.2. Wartość wskaźnika zwięzłości skał f wynosi 3,49. Ponieważ do obliczeń wykorzystane zostały wytrzymałości skał metodą penetrometryczną do odczytania współczynnika n_e z nomogramu, wykres 5.2, przyjmuje się wartość modułu sprężystości w wysokości 0,7 E_śr = 3801 MPa. Wartość parametru charakteryzujący wielkość odkształcenia górotworu n_e przyjmuje wartość:

n_e = 0,6

Na podstawie wyliczonych powyżej: współczynnika wytężenia górotworu n_w oraz parametru właściwości odkształceniowego górotworu n_e obliczono parametr charakteryzujący stan górotworu n_sg ze wzoru 5.29.

n_sg = 0,76

Obciążenie statyczne obudowy q_o wyznaczono z nomogramu, wykres 5.4 i wynosi ono:

q_o = 175 kPa

Z powodu możliwości wystąpienia wstrząsów wyliczono ze wzorów 5.32 i 5.33 wzrost obciążenia na obudowę, gdy A_s = 7·10⁵ J, r = 5,05 m

v_w = 3,2

q_p = 224 kPa

Następnie obliczono całkowite obciążenie obudowy ze wzór 5.34, które wynosi:

q_c = 399,0 kPa

- Strefa II – obejmuje odcinki wyrobiska Pochylni I wsch. przylegającej do projektowanego chodnika odstawczego Aw.

W strefie II występuje koncentracja naprężeń spowodowana wzajemnym oddziaływaniem na siebie Pochylni I wschodniej oraz projektowanego chodnika odstawczego Aw.

Zasięg strefy II wyliczono ze wzoru 5.38, wynosi ona:

S_w2 = 5,5 m

X₁ = 3,4 m ≈ 3,5 m

Współczynnik wytężenia górotworu wyliczony ze wzoru 5.39 wynosi:

n_w = 1,27

Wartość parametru charakteryzującego właściwości odkształceniowe skał wyznaczono z nomogramu, wykres 5.2. Wartość wskaźnika zwięzłości skał f wynosi 3,49. Ponieważ do obliczeń wykorzystano wytrzymałość skał metodą penetrometryczną do odczytania współczynnika n_e z nomogramu, wykres 5.2, przyjęto wartość modułu sprężystości w wysokości 0,7 E_śr = 3801 MPa. Wartość parametru charakteryzujący wielkość odkształcenia górotworu n_e przyjmuje wartość:

n_e = 0,6

Na podstawie wyliczonych powyżej, współczynnika wytężenia górotworu n_w oraz parametru właściwości odkształceniowego górotworu n_e, obliczono parametr charakteryzujący stan górotworu n_sg ze wzoru 5.29.

n_sg = 0,76

Obciążenie statyczne obudowy q_o wyznaczono z monogramu, wykres 5.4, i wynosi:

q_o = 142 kPa

Z powodu na możliwość wystąpienia wstrząsów wyliczono ze wzorów 5.32 i 5.33 wzrost obciążenia na obudowę, gdy:

A_s = 7·10⁵ J

r = 5,05 m

v_w = 3,2

q_p = 185,6 kPa

Następnie obliczono całkowite obciążenie obudowy ze wzoru 5.34, które wynosi:

q_c = 327,6 kPa

- Strefa III – obejmuje odcinki projektowanego chodnika odstawczego Aw. odgałęziającego się od Pochylni I wsch.

W strefie III występuje koncentracja naprężeń ,tak samo ja w strefie II, spowodowana wzajemnym oddziaływaniem na siebie pochylnia I wschodnia oraz projektowanego chodnika odstawczego Aw.

Zasięg strefy III wyliczono ze wzoru 5.40, i wynos:

S_w1 = 5,5 m

X₂ = 3,9 ≈ 4 m

Współczynnik wytężenia górotworu wyliczony ze wzoru 5.41 wynosi:

n_w = 1,34

Wartość parametru charakteryzującego właściwości odkształceniowe skał wyznaczono z nomogramu, wykres 5.2. Wartość wskaźnika zwięzłości skał f wynosi 3,49. Ponieważ do obliczeń wykorzystano wytrzymałość skał z metody penetrometrycznej do odczytania współczynnika n_e z nomogramu, wykres 5.2, przyjmujento wartość modułu sprężystości w wysokości 0,7 E_śr = 3801 MPa. Wartość parametru charakteryzującego wielkość odkształcenia górotworu n_e przyjmuje wartość:

n_e = 0,6

Na podstawie wyliczonych powyżej: współczynnika wytężenia górotworu n_w oraz parametru właściwości odkształceniowego górotworu n_e, obliczono parametr charakteryzujący stan górotworu n_sg ze wzoru 5.29.

n_sg = 0,8

Obciążenie statyczne obudowy q_o wyznaczono z nomogramu, wykres 5.4, i wynosi ono:

q_o = 145 kPa

Z powodu na możliwość wystąpienia wstrząsów wyliczono, ze wzorów 5.32 i 5.33, wzrost obciążenia na obudowę:

A_s = 7·10⁵ J

r = 5,05

v_w = 3,2

q_p = 185,6 kPa

Następnie obliczono całkowite obciążenie obudowy ze wzoru 5.34 wynosi:

q_c = 330,6 kPa

7.4. Określenie wymaganych parametrów wytrzymałościowych obudowy skrzyżowania pochylni I wschodniej z projektowanym chodnikiem odstawczym Aw.

Dla wyznaczonych oddziaływań górotworu dla poszczególnych stref na obudowę projektowanego skrzyżowania określono wymaganą odległość pomiędzy odrzwiami obudowy ŁP wykonanej z profilu V29 z zastosowaniem złączy SD29 (M_d = 350 Nm)

oraz wykładki typu 3 (wykładki dobrej ręcznej z opinką ciągłą z siatki zgrzewanej).

Strefa I :

Z wykresu 5.7 wyznaczono odległość między odrzwiami z warunku na nośność profilu obudowy które wynosi:

d_o1 = 0,6 m

Z wykresu 5.8 wyznaczono zastępczy krok obudowy ze względu na nośność zamka i wynosi on:

d_zas = 0,22 m

Z tabeli 5.3 odczytano wartość nośności złącza SD29 dla momentu dokręcenia śruby

M_d = 350 Nm która wynosi N_z =240 kN.

Następnie ze wzoru 5.35 wyliczono krok obudowy ze względu na nośność złącza SD29

i wynosi ona:

do2 = 0,77 m

Następnie sprawdzono warunek minimalnej odległości miedzy odrzwiami obudowy ŁP V29 ze wzoru 5.36.

d = min(d_o1,d_o2) = min(0,6;0,77) = 0,6 m

Na podstawie przeprowadzonych obliczeń określono krok obudowy na 0,6 m. Jest to odległość, na której podporność dobranej obudowy jest wystarczająca, ale ponieważ trzeba ją dostosować do rozmiarów innych elementów, takich jak np.: rozpory, siatki do opinki, przyjmuje się krok obudowy co 0,5 m i jest to odległość, dla której można dobrać akcesoria o takiej długości.

Strefa II:

Z wykresu 5.7 wyznaczono odległość między odrzwiami z warunku na nośność profilu obudowy i równa się ona:

d_o1 = 0,75 m

Z wykres 5.8 wyznaczono zastępczy krok obudowy ze względu na nośność zamka i wynosi on:

d_zas = 0,3 m

Z tabeli 5.3 odczytano wartość nośności złącza SD29 dla momentu dokręcenia śruby

M_d = 350 Nm, która wynosi N_z =240 kN.

Następnie ze wzoru 5.35 wyliczono krok obudowy ze względu na nośność złącza SD29

i wynosi ona:

d_o2 = 0,7 m

Następnie sprawdzono warunek minimalnej odległości między odrzwiami obudowy ŁP V29 ze wzoru 5.36.

d = min(d_o1,d_o2) = min(0,75;0,72) = 0,72 m

Na podstawie przeprowadzonych obliczeń określono krok obudowy na 0,72 m. Jest to odległość, na której podporność dobranej obudowy jest wystarczająca, ale ponieważ trzeba ją dostosować do rozmiarów innych elementów, takich jak np.: rozpory, siatki do opinki, przyjmuje się krok obudowy co 0,5 m i jest to odległość dla której można dobrać akcesoria o takiej długości.

Strefa III

Z wykresu 5.7 wyznaczono odległość między odrzwiami z warunku na nośność profilu obudowy i równa się ona:

d_o1 = 0,75 m

Z wykresu 5.8 wyznaczono zastępczy krok obudowy ze względu na nośność zamka i wynosi on:

d_zas = 0,3 m

Z tabeli 5.3 odczytano wartość nośności złącza SD29 dla momentu dokręcenia śruby

M_d = 350 Nm, która wynosi N_z =240 kN.

Następnie ze wzoru 5.35 wyliczono krok obudowy ze względu na nośność złącza SD29

i wynosi ona:

d_o2 = 0,72 m

Następnie sprawdzono warunek minimalnej odległości między odrzwiami obudowy ŁP V29 ze wzoru 5.36.

d = min(d_o1,d_o2) = min(0,75;0,72) = 0,72 m

Na podstawie przeprowadzonych obliczeń określono krok obudowy na 0,72 m. Jest to odległość, na której podporność dobranej obudowy jest wystarczająca, ale ponieważ trzeba ją dostosować do rozmiarów innych elementów, takich jak np.: rozpory, siatki do opinki, przyjmuje się krok obudowy co 0,5 m i jest to odległość dla której można dobrać akcesoria o takiej długości.

Na podstawi obliczeń z strefy I przyjęto, że odległość między odrzwiami obudowy wynosi 0,5 m. Siłę skupioną obciążającą poszczególne podciągi wyliczono ze wzoru 5.42, gdy:

q_o = 175 kPa, S_w = 5,5 m, d = 0,5 m, n_pod = 6, x_p1 = 0 m, x_p2 = 0,5 m, x_p3 = 0,5 m, x_p4 = 1 m, x_p5 = 1 m, x_p6 = 1,5 m,

To wartość obciążenia dla poszczególnych podciągów wyniosły:

- Podciąg 1 – w osi wyrobiska:

P_o1 = 13,2 kN

- Podciąg 2 – 0,5 m od osi wyrobiska:

P_o2 = 12,0 kN

- Podciąg 3 – 0,5 m od osi wyrobiska:

P_o3 = 12,0 kN

- Podciąg 4 – 1,0 m od osi wyrobiska:

P_o4 = 10,8 kN

- Podciąg 5 – 1,0 m od osi wyrobiska:

P_o5 = 10,8 kN

- Podciąg 6– 1,5 m od osi wyrobiska:

P_o6 = 9,6 kN

Następnie przeliczono, ze wzoru 5.43, obciążenie punktowe sił skupionych na obciążenie ciągłe wiedząc że L_pod = 8 m:

- Podciąg 1 – w osi wyrobiska:

q^z_p1 = 16,4 kN/m

- Podciąg 2 – 0,5 m od osi wyrobiska:

q^z_p2 = 14,9 kN/m

- Podciąg 3 – 0,5 m od osi wyrobiska:

q^z_p3 = 14,9 kN/m

- Podciąg 4 – 1,0 m od osi wyrobiska:

q^z_p4 = 13,5 kN/m

- Podciąg 5 – 1,0 m od osi wyrobiska:

q^z_p5 = 13,5 kN/m

- Podciąg 26– 1,5 m od osi wyrobiska:

q^z_p6 = 12,0 kN/m

Znając obciążenie ciągłe wyliczone powyżej, można policzyć maksymalne momenty zginające dla każdego z 6 podciągów, ze wzoru 5.44 :

- Podciąg 1 – w osi wyrobiska:

M_g1 = 131,5 kNm

- Podciąg 2 – 0,5 m od osi wyrobiska:

M_g2 = 119,6 kNm

- Podciąg 3 – 0,5 m od osi wyrobiska:

M_{g 3} = 119,6 kNm

- Podciąg 4 – 1,0 m od osi wyrobiska:

M_{g 4} = 107,6 kNm

- Podciąg 5 – 1,0 m od osi wyrobiska:

M_{g 5} = 107,6 kNm

- Podciąg 26– 1,5 m od osi wyrobiska:

M_{g 6} = 95,7 kNm

Z powyższych obliczeń i z założenia wzoru 5.46 dobrano, z tabeli 5.4, kształtowniki podciągów. Dobrane zostały one następująco:

- Podciąg 1 – 1 x profil S-140

- Podciąg 2 – 1 x profil S-140

- Podciąg 3 – 1 x profil S-140

- Podciąg 4 – 1 x profil S-140

- Podciąg 5 – 1 x profil S-140

- Podciąg 6 – 1 x profil V-44

Obliczono wielkość reakcji w miejscach zamocowania podciągów, korzystając ze wzoru 5.45:

- Podciąg 1 – R_a1 = R_b1 = 65,8 kN

- Podciąg 2 – R_a2 = R_b2 = 59,8 kN

- Podciąg 3 – R_a3 = R_b3 = 59,8 kN

- Podciąg 4 – R_a4 = R_b4 = 53,8 kN

- Podciąg 5 – R_a5 = R_b5 = 53,8 kN

- Podciąg 6 – R_a6 = R_b6 = 47,8 kN

Następnie obliczono obciążenie dodatkowe odrzwi na których utwierdzone są podciągi, ze wzoru 5.47, gdzie q_o jest to obciążenie statyczne ze strefy II:

q^z_o = 197,0 kPa

Na podstawie nomogramów, wykres 5.7 i wykres 5.8 dla profilu V-29 z zastosowaniem złącza SD29 dla momentu dokręcenia śruby M_d = 350 i wykładki typu 3 (wykładka dobra ręczna i opinki ciągłej siatkami zgrzewanymi) stwierdzono, że wymagana długość przy takim obciążeniu wynosi:

- z wykresu 5.7 wyznaczono odległość między odrzwiami z warunku na nośność profilu obudowy i równa się ona:

d_o1 = 0,6 m

- z wykresu 5.8 wyznaczono zastępczy krok obudowy ze względu na nośność zamka i wynosi on:

d_zas = 0,22 m

- z tabeli 5.3 odczytano wartość nośności złącza SD29 dla momentu dokręcenia śruby

M_d = 350 Nm która wynosi N_z =240 kN.

- następnie ze wzoru 5.35 wyliczono krok obudowy ze względu na nośność złącza SD29

i wynosi ona:

d_o2 = 0,53 m

- następnie sprawdzono warunek minimalnej odległości miedzy odrzwiami obudowy ŁP V29 ze wzoru 5.36.

d = min(d_o1,d_o2) = min(0,6;0,53) = 0,53 m

Na podstawie przeprowadzonych obliczeń określono krok obudowy na 0,53 m. Wynika z tego, że kolejne odrzwia stawiane będą od siebie w odległości 0,5 m i jest to taka sama odległość, jaka została ustalona dla strefy II.