Mechanika górotworu

Spis treści:

I. Wiadomości wstępne dotyczące mechaniki górotworu. 1

II. Własności fizyczne i mechaniczne skał. 1

1. Własności fizyczne. 2

a. Gęstość (masa właściwa) 2

b. Ciężar właściwy 2

c. Ciężar objętościowy (γ0) 2

d. Porowatość skały 2

e. Wodochłonność lub nasiąkliwość skał 2

f. Plastycznością skały 2

2. Własności mechaniczne. 2

a. Wytrzymałość skał na ściskanie (R_C) 2

b. Wytrzymałość skał na rozciąganie (R_r) 2

c. Twardość skały. 2

d. Zwięzłość skał. 2

e. Urabialność skał 3

f. Sprężystość skal 3

III. Stan naprężeń w górotworze nienaruszonym. 3

IV. Ciśnienie w wyrobiskach korytarzowych. 4

1. Wprowadzenie 4

2. Przebieg naprężeń w stropie 4

3. Przebieg naprężeń w ociosach 4

4. Przebieg naprężeń w spągu 4

5. Wpływ kształtu przekroju poprzecznego wyrobiska korytarzowego na układ naprężeń górotworu w jego otoczeniu. 5

6. Strefa odprężona 5

7. Ciśnienie działające na obudowę wyrobisk korytarzowych 5

V. Ciśnienie w wyrobiskach ścianowych. 5

VI. Deformacja górotworu i powierzchni 6

1. Deformacje ciągłe powierzchni 6

2. Deformacje nieciągłe powierzchni. 7

VII. Pytania kontrolne: 7

VIII. Bibliografia: 8

1. Wiadomości wstępne dotyczące mechaniki górotworu.

Utwory skalne tworzące skorupę ziemską nazywamy górotworem. Poznanie zasad zachowania się górotworu w różnych warunkach ma szczególne znaczenie dla górnictwa.

W górotworze nienaruszonym robotami górniczymi, pod wpływem ciężaru warstw nadległych, a więc siły ciężkości, powstają w skałach równoważące ją naprężenia. Są one tym większe, im większy jest ciężar warstw nadległych, a więc im większa jest głębokość.

Wykonanie wyrobiska górniczego powoduje zaburzenie tej równowagi, a naprężenia górotworu powodują na wszystkich powierzchniach wyrobiska pojawienie się sił działających w kierunku powstałej w górotworze pustki. Siły te określa się ogólną nazwą ciśnienia górotworu. Ciśnienie górotworu powoduje pękanie i odspajanie skał na powierzchniach wyrobiska, doprowadzając niejednokrotnie do jego uszkodzenia, a nawet zniszczenia.

Intensywność tej działalności zależy od:

— czynników naturalnych, a więc głębokości położenia wyrobiska, własności fizykomechanicznych skał, w których je wykonano, zaburzeń tektonicznych, stosunków wodnych itd.,

— samego wyrobiska, tj. jego wielkości, kształtu, sposobu drążenia, obudowy itp., a więc od człowieka projektującego i wykonującego wyrobisko górnicze.

Naukę zajmującą się ciśnieniem górotworu, jego skutkami w wyrobiskach górniczych w postaci odkształceń, przemieszczeń, i zniszczeń oraz przewidywaniem i opanowaniem tych procesów nazywa się mechaniką górotworu.

2. Własności fizyczne i mechaniczne skał.

Ciśnienie górotworu oraz jego oddziaływanie na wyrobisko górnicze zależy w dużej mierze od charakteru skał tworzących górotwór, a w szczególności od ich własności fizycznych i mechanicznych. Własności te określa się za pomocą badań laboratoryjnych próbek danych skał.

W tablicy 1 podano własności fizyczne i mechaniczne niektórych skał.

• Własności fizyczne.

1. Gęstość (masa właściwa)

Jest to masa jednostki objętości materiału wyrażona w kg/m³

ρ - gęstość (ro) m- masa w (kg) V - objętość w (m³)

2. Ciężar właściwy

Wyraża ciężar jednostki objętości skały jednorodnej (zbitej masy skalnej bez jakichkolwiek pustych przestrzeni) wyrażony w N/m³.

γ - ciężar właściwy (gama) V - objętość w (m³)
Q - ciężar próbki skały w (N) Q= m* g

g - przyśpieszenie ziemskie przyjmujemy 10 m/s²

3. Ciężar objętościowy (γ0)

Jest to ciężar jednostki objętości skały w stanie naturalnym (tak jak występuje w naturze z porami i szczelinami) wyrażony w N/m³.

4. Porowatość skały

To obecność w skale pustych przestrzeni (pory, szczeliny). Mogą one być otwarte, czyli połączone między sobą i z środowiskiem otaczającym, mogą też być zamknięte, a więc nie mieć takich połączeń. Porowatość skał ma duże znaczenie dla gazonośności, wodonośności i wytrzymałości skały.

5. Wodochłonność lub nasiąkliwość skał

Jest zdolnością wchłaniania i zatrzymywania wody przez skałę wskutek jej porowatości. Skały o porach większych otwartych przepuszczają wodę. Są to skały wodoprzepuszczalne. Niektóre skały o porach drobnych (gliny, łupki) po wchłonięciu pewnej ilości wody pęcznieją, (przez co pory zaciskają się) i wtedy stają się nieprzepuszczalne.

6. Plastycznością skały

Nazywa się jej własność trwałego zmieniania swego kształtu pod wpływem działania sił zewnętrznych bez wywoływania pęknięć i niepowracania do pierwotnego kształtu po ustaniu działania tych sił. Plastyczność jest charakterystyczną cechą skał ilastych, np. glin, glinek, kaolinów i niektórych łupków.

• Własności mechaniczne.

Najważniejsza dla górnictwa jest wytrzymałość skał na działanie różnego rodzaju sił, a więc zarówno ciśnień górotworu, jak i sił zewnętrznych powodujących odspojenia brył skalnych od calizny.

Wytrzymałość skały zależy od:

— rodzaju skał i ich pochodzenia,

— wielkości i wytrzymałości ziaren

— własności lepiszcza (spoiwa ziaren),

— porowatości i zawilgocenia skał,

— występowania w skałach podzielności (uławicenia, kliważu), a także uskoków, pęknięć i zwietrzeń.

Rozróżnia się wytrzymałość skał na ściskanie, rozciąganie, zginanie i ścinanie oraz ich zwięzłość, urabialność, twardość i sprężystość.

1. Wytrzymałość skał na ściskanie (R_C)

Mierzy się wielkością siły powodującej zgniatanie (ściskanie) badanej próbki skalnej. Odpowiednie badania przeprowadza się w laboratorium, poddając próbkę skalną zgniataniu w prasie hydraulicznej.

Wytrzymałość na ściskanie R_C oblicza się ze wzoru

N/m²

F — siła zgniatająca próbkę (N),

S — powierzchnia, na którą działa siła F (m²)

7. Wytrzymałość skał na rozciąganie (R_r)

Jest to odporność na działanie sił usiłujących rozerwać jej spoistość. Wielkość siły rozrywającej wyraża się w N/m². Wytrzymałość na rozrywanie jest u wszystkich skał kilkanaście razy mniejsza od wytrzymałości na ściskanie.

R_r
N/m²

F — siła rozrywająca próbkę (N),

S — powierzchnia, na którą działa siła F (m²)

8. Twardość skały.

Twardością skały nazywa się jej własność przeciwstawiania się wnikaniu w nią ostrego narzędzia. Twardość skał jednorodnych można określić liczbą dziesięciostopniowej skali twardości zwanej skalą Mohsa i oznacza się ją przez zarysowanie skały twardszym minerałem.

9. Zwięzłość skał.

Jest cechą charakteryzującą jej odporność na oddzielenie od niej odłamów za pomocą narzędzi lub uderzeń. Zwięzłość skały zależy przede wszystkim od jej składu, jednorodności, wielkości ziarn, od jakości spoiwa, a tylko w pewnym stopniu od jej twardości. Zwięzłość skały określa się wskaźnikiem zwięzłości. Powszechnie stosowana jest klasyfikacja Protodiakonowa (tablica 2).

10. Urabialność skał

Jest cechą ściśle związaną z ich zwięzłością. Przez urabialność skały rozumie się jej podatność na oddzielenie jej od calizny za pomocą narzędzi, maszyn do urabiania lub materiałów wybuchowych.

Urabialność jest więc związana z twardością i zwięzłością skał, ciśnieniem górotworu, płaszczyznami łupliwości a także z wymiarami poprzecznymi przodku i jego postępem.

11. Sprężystość skal

Jest zdolnością zmieniania ich kształtu pod działaniem sił zewnętrznych i przyjmowania pierwotnego kształtu po ustaniu działania tych sił. Dużą sprężystością odznaczają się skały zwięzłe i bardzo zwięzłe.

Tablica 2. Liczbowe wartości współczynników zwięzłości skał wg Protodiakonowa.

3. Stan naprężeń w górotworze nienaruszonym.

W górotworze nienaruszonym robotami górniczymi panują ciśnienia, których przyczyną jest ciężar skał.

Wyobraźmy sobie kostkę skalną znajdującą się w górotworze nienaruszonym na pewnej głębokości (rys. 1).

Rys. 1 Ciśnienie w górotworze nienaruszonym.

Na kostkę tę działa siła ciężkości skierowana pionowo w dół. Siła ta wywołana jest ciężarem słupa nadległych skał.

Wielkość nacisku pionowego (ciśnienia) p_z działającego na cząsteczkę można wyliczyć ze wzoru:

p_z = -γ * H kN/m²

gdzie p_z - ciśnienie w kierunku pionowym

γ - ciężar objętościowy skał nadległych (N/m³)

H - głębokość na której obliczamy ciśnienie (m)

Znak „ —„ oznacza, że kostka poddana jest ściskaniu (powodujące mu zmniejszenie wymiaru), co w mechanice oznacza się znakiem umownym minus, w przeciwieństwie do sił rozciągających, które oznacza się znakiem „ + „.

Pod działaniem nacisku pionowego na kostkę na jej powierzchniach bocznych powstają ciśnienia poziome. Ciśnienia te wraz z ciśnieniem pionowym powodują w górotworze trójwymiarowy stan naprężeń spowodowany działaniem trzech sił prostopadłych do siebie, a więc pionowej p_z oraz prostopadłych do niej sił poziomych p_x i p_y. Ciśnienie pionowe, będące również przyczyną ciśnień poziomych, nazywa się ciśnieniem pierwotnym.

Ciśnienia poziome zależą od rodzaju skał i są mniejsze w skałach wytrzymałych oraz sztywnych (piaskowce), większe natomiast w skałach plastycznych (łupki, gliny, iły).

Wartość ciśnień poziomych wylicza się ze wzoru

m - liczba zależna od głębokości i rodzaju skał (tablica 3).

Tablica 3. Wartość liczby m

Stan naprężeń w górotworze nienaruszonym zależy również od zaburzeń tektonicznych górotworu, właściwości mechanicznych i uławicenia górotworu.

W górotworze zaburzonym wielkość ciśnienia poziomego jest różna. Po stronie wypukłej fałdów oraz w pobliżu uskoków właściwych jest ono mniejsze, po stronie wklęsłej fałdów ciśnienie poziome może nawet przekroczyć wartość ciśnienia pionowego.

Tak więc ciśnienia w górotworze są wynikiem działania ciężaru słupa skał nadległych. Pod wpływem tych ciśnień w skałach górotworu pojawiają się siły wewnętrzne zwane naprężeniami^[1].

4. Ciśnienie w wyrobiskach korytarzowych.

1. Wprowadzenie

W górotworze nienaruszonym robotami górniczymi panuje równowaga ciśnień. Wykonanie wyrobiska powoduje naruszenie stanu równowagi, skutkiem czego w otoczeniu wyrobiska zmieniają się naprężenia, których wartość jest większa od naprężeń początkowych.

Rys 2. Wzrost naprężeń spowodowanych wykonaniem wyrobiska korytarzowego

Rys 3. Rozkład linii ciśnień przed wykonaniem wyrobiska korytarzowego i po wykonaniu wyrobiska korytarzowego w zależności od kształtu.

Obnażony strop wywiera dodatkowy nacisk na ociosy wyrobiska (rys. 2 b), w wyniku czego panujące w nich ciśnienia pionowe znacznie się zwiększają. Im szersze jest wyrobisko, tym większe ciśnienie działać będzie na jego ociosy.

Rozkład naprężeń wokół wyrobiska zależy głównie od:

• kształtu przekroju poprzecznego wyrobiska korytarzowego (prostokąt, koło, elipsa) i od jego wymiarów.

• wielkości naprężeń dookoła przekroju wyrobiska, które zależą od wielkości ciśnień pionowych oraz ciśnień poziomych p_x i p_y.

• rodzaju skał otaczających wyrobisko.

• Przebieg naprężeń w stropie

Ciśnienie pionowe p_z powoduje wygięcie warstwy stropowej w kierunku wyrobiska, wskutek czego w dolnej wypukłej jej części powstają naprężenia rozciągające.

• Przebieg naprężeń w ociosach

Występują naprężenia powstałe pod wpływem nacisku warstw nadległych. Naprężenia powstałe w ociosach są większe od pierwotnych. Im szersze będzie wyrobisko, tym większe naprężenia będą działały na ociosach.

Rys. 4. Schemat rozkładu naprężeń pionowych w ociosach chodnika o przekroju prostokątnym.

Gdy w ociosach są skały mocne, wtedy największe naprężenia σ_z występują bezpośrednio na ociosach (linia ciągła 1), gdy w ociosach są skały słabe, maksymalne naprężenia odsuwają się nieco w głąb górotworu (linie przerywane 2 i 3). Naprężenia te maleją stopniowo w głąb calizny i w pewnej odległości osiągają wartość ciśnienia pierwotnego p_z.

Skały w ociosach są również pod działaniem ciśnień poziomych p_x

• Przebieg naprężeń w spągu

Skały spągowe znajdują się pod ciśnieniem wywieranym przez ociosy, a gdy są dostatecznie plastyczne zostają wyciskane do wyrobiska. Jest to zjawisko spotykane w kopalniach pod nazwą wyciskania spągu (rys. 5).

Rys. 5. Wyciskanie spągu.

• Wpływ kształtu przekroju poprzecznego wyrobiska korytarzowego na układ naprężeń górotworu w jego otoczeniu.

Przekrój prostokątny wyrobiska nie zbyt korzystny głównie z uwagi na występowanie naprężeń rozciągających, na które skały są bardzo mało wytrzymałe. Korzystniejszy, bo zbliżony do półelipsy jest kształt łukowy, gdzie naprężenia rozciągające występują tylko w spągu. Kształt ten stosowany jest obecnie najczęściej dla wyrobisk korytarzowych.

Korzystne są także przekroje, których wysokość jest większa od szerokości i to najlepiej, gdy stosunek ten wynosi w/l = Pz/Px, gdyż wówczas znikają naprężenia rozciągające, na które skały górotworu są bardzo mało wytrzymałe, zaś naprężenia ściskające osiągają wielkości umiarkowane, niezależnie od wielkości przekroju.

Wpływ kształtu przekroju poprzecznego wyrobiska korytarzowego na układ naprężeń w górotworze w jego otoczeniu przedstawiono na tablicy 3.

Tablica 3. Charakterystyka naprężeń w otoczeniu wyrobisk korytarzowych.

• Strefa odprężona

Naprężenia rozciągające i ściskające w strefie otaczającej wyrobisko górnicze po przekroczeniu wytrzymałości skał powodują zniszczenie ich struktury. Powstają zarysowania, spękania, załamania, wreszcie rozluźnienia skał, doprowadzające do przemieszczenia się mas skalnych do wyrobiska lub oparcia się ich na obudowie. Strefę wokół wyrobiska, w której wskutek popękania lub zluźnienia skał naprężenia panujące w górotworze zostały częściowo lub całkowicie rozładowane, nazywa się strefą odprężoną.

Stopień odprężenia skał w otoczeniu wyrobiska górniczego zależy od stopnia naruszenia lub zniszczenia struktury skał. Skały spękane, które pomimo pęknięć mają jeszcze łączność z górotworem, będą mniej odprężone niż skały całkowicie rozluźnione i nie mające z nim łączności.

Rozluźnienie skał w bezpośrednim sąsiedztwie wyrobiska i utrata łączności z calizną powoduje utratę oparcia dla następnej warstwy skał, która z kolei teraz będzie ulegała odprężeniu. Z biegiem czasu odprężeniu ulegają po kolei następne warstwy górotworu otaczającego wyrobisko i strefa odprężona zwiększa się przyjmując kształt elipsy (rys. 6.).

• Ciśnienie działające na obudowę wyrobisk korytarzowych

Odprężenie górotworu w otoczeniu wyrobiska górniczego powoduje przemieszczanie się skał w kierunku pustej przestrzeni. W celu utrzymania wyrobiska górniczego stosuje się w nim obudowę górniczą. Podtrzymuje ona odprężone skały wokół wyrobiska, przeciwdziałając dalszemu powiększaniu się strefy odprężonej (im większa strefa odprężona tym większy nacisk skał na obudowę).

Zdolność obudowy do powstrzymywania powiększania się strefy odprężonej nazywa się podpornością obudowy.

Działające na obudowę górniczą ciśnienie można podzielić na: ciśnienie statyczne i dynamiczne.

Ciśnienie statyczne. Jest to ciśnienie, jakie wywiera na obudowę górniczą ciężar odspojonych i spoczywających na niej skał strefy odprężonej.

W skałach słabych strefa odprężona ma tendencję do powiększania się, gdyż ociosy nie wytrzymują przenoszonych przez naturalne sklepienie ciśnień, pękają i kruszeją, wskutek czego szerokość wyrobiska zwiększa się, co z kolei powoduje tworzenie się nowego sklepienia naturalnego oraz obrywanie się spod niego dalszych mas skalnych.

Aby zapobiec powiększaniu się strefy odprężonej, należy zaraz po wydrążeniu odcinka wyrobiska zabezpieczyć go natychmiast obudową górniczą (najlepiej natychmiastpodporową).

Ciśnienie dynamiczne. Wywierane jest ono na obudowę górniczą w momencie nagłego przemieszczenia się i osiadania na niej mas skalnych. Nie występuje więc w sposób ciągły, a sporadycznie. Ma niejako cechy uderzenia. Na większych głębokościach osiąga ono wielkości znacznie większe od ciśnienia statycznego, dlatego też może spowodować zniszczenie obudowy, jeśli została ona obliczona wyłącznie na ciśnienie statyczne.

W takich warunkach obudowa sztywna nie jest w stanie przenieść działających obciążeń i ulega uszkodzeniu. W tych przypadkach konieczne jest stosowanie obudowy podatnej, to jest takiej, która w momencie dużego obciążenia będzie się deformować do pewnej wielkości w określonych wcześniej miejscach.

5. Ciśnienie w wyrobiskach ścianowych.

Przed rozpoczęciem eksploatacji pokładu węgla w jego otoczeniu panuje ciśnienie takie jak w górotworze nienaruszonym. Rozpoczęcie eksploatacji powoduje naruszenie równowagi w górotworze, co jest przyczyną odkształcenie się warstw skalnych w kierunku wybranej przestrzeni pokładu. Odkształcenia górotworu są przyczyną pojawienia się przed czołem ściany zwiększonych ciśnień górotworu, które nazywamy ciśnieniem eksploatacyjnym.

Przy prowadzeniu wyrobiska ścianowego w pokładzie węgla, nad wybraną pustą przestrzenią powstaje tzw. sklepienie ciśnień oparte z jednej strony na caliźnie węglowej przodku, a z drugiej na zawale lub podsadzce. W miarę postępu ściany sklepienie ciśnień przesuwa się, powodując zwiększony nacisk przed czołem ściany (40 do 100 m od czoła ściany), jak i od strony zawału czy podsadzki (100 do 200 m od czoła ściany).

Rozkład i wielkość ciśnień w rejonie wyrobiska ścianowego wybieranego z podsadzką pokazano na rys. 7a, a dla ściany z zawałem stropu na rys. 7b.

Rys.7. Wielkości ciśnień przy eksploatacji ścianowej

a — z podsadzką, b — z zawałem stropu,

1— strefa najmniejszych ciśnień,

2 — strefy największych ciśnień,

3 — strefy ciśnień zbliżonych do ciśnienia pierwotnego.

Analizując powyższe rysunki dochodzimy do wniosku, że wielkość sklepienia ciśnień jest mniejsza przy wybieraniu z podsadzką niż przy wybieraniu z zawałem stropu.

Skały znajdujące się wewnątrz sklepienia ciśnień są odprężone i wywierają nacisk na obudowę ściany oraz na stare zroby (zawał lub podsadzka) tylko swoim ciężarem (strefa 1). Na obudowę ściany naciska tylko część skał strefy odprężonej położonej bezpośrednio nad wyrobiskiem ścianowym. Większe ciśnienia występują tam, gdzie sklepienie ciśnień opiera się na caliźnie węglowej i na zrobach (strefy 2). Osiągają one maksymalne wielkości w pewnej odległości od czoła ściany, po czym maleją stopniowo osiągając wielkość ciśnienia pierwotnego (strefa 3). Największe ciśnienie występuje w caliźnie węglowej i jest nazywane ciśnieniem eksploatacyjnym.

Wielkość ciśnienia eksploatacyjnego zależy od:

— głębokości zalegania pokładu,

— szerokości wyrobiska ścianowego,

— rodzaju skał stropowych i spągowych,

— sposobu kierowania stropem (zawał lub podsadzka),

— podporności obudowy,

— wielkości postępu ściany.

Ciśnienie eksploatacyjne powoduje wzrost naprężeń w caliźnie węglowej od czoła ściany do głębokości 1,0 do 1,2 m ułatwiając urabianie (tzw. węgiel bujny). Przy zatrzymaniu postępu ściany ciśnienie eksploatacyjne przesuwa się w głąb calizny, a w przodku powstaje trudny do urabiania, odprężony, tzw. węgiel martwy. Jednocześnie następuje powiększenie strefy odprężonej co powoduje zwiększony nacisk na obudowę.

Przy wybieraniu z zawałem stropu przestrzeń powstała po wybraniu pokładu zostaje wypełniona skałami ze strefy odprężonej. Na ten rumosz skalny naciskają warstwy wyżej zalegające, powodując jego sprasowanie. Równocześnie same ulegają spękaniu, tworząc strefę spękań, nad którą dalsze warstwy ulegają ugięciu, powodując obniżenie powierzchni ziemi.

Przy wybieraniu z podsadzką powyższe zjawisko występuje w mniejszej skali.

6. Deformacja górotworu i powierzchni

Deformacje górotworu w otoczeniu wyrobisk wybierkowych i ugięcie powierzchni ziemi zależą od:

— sposobu kierowania stropem, rodzaju podsadzki i jej ściśliwości,

— grubości eksploatowanego pokładu,

— głębokości zalegania eksploatowanego pokładu,

— szerokości wyrobiska ścianowego,

— podporności obudowy,

— prędkości postępu frontu eksploatacji,

—budowy geologicznej i hydrogeologicznej górotworu (tj. rodzaju skał, ich zawodnienia, zaburzeń tektonicznych).

Wpływy eksploatacji mogą ujawnić się w postaci deformacji ciągłych i nieciągłych.

1. Deformacje ciągłe powierzchni

Przez deformację ciągłą rozumie się obniżenie powierzchni ziemi pod wpływem podziemnej eksploatacji złóż. Występuje strefa ugięcia warstw skalnych bez przerwania ich ciągłości. Nad wybranym pokładem tworzy się niecka, zwana niecką osiadania (rys.8).

Najistotniejszy wpływ na wielkość obniżeń ma grubość pokładu oraz sposób kierowania stropem. Obniżenie terenu przy wybieraniu z podsadzką hydrauliczną wynosi od 3 do 30% grubości wybranego pokładu, a przy wybieraniu z zawałem do 70%.

Rys. 8. Deformacja górotworu i powierzchni.

Maksymalne obniżenie powierzchni, wynosi

W_max = m * a, gdzie

m — grubość eksploatowanego pokładu,

a — współczynnik kierowania stropem.

Rys. 9. Zasięg wpływów eksploatacyjnych w niecce osiadania.

Chcąc wyznaczyć zasięg wpływów eksploatacyjnych, prowadzi się z punktów A i B pod kątem β proste AH i BF; teren położony pomiędzy punktami F i H objęty jest wpływami eksploatacji części pokładu AB. Dla Górnośląskiego Zagłębia Węglowego kąt β dla warstw formacji węglowej wynosi od 55⁰ do 70⁰ i więcej.

W niecce osiadania można wyróżnić trzy obszary:

• Obszar środkowy, położony wewnątrz niecki między punktami E i G (rys. 9.). Obiekty tutaj po łożone zazwyczaj nie doznają większych uszkodzeń.

• Strefa brzeżna wewnętrzna, położona między punktami EC i GD (rys. 9.). Powierzchnia terenu w tej strefie zakrzywia tak, że staje się wklęsła. W wyniku tego obiekty tutaj położone poddane są działaniu. sił ściskających.

• Strefa brzeżna zewnętrzna, położona między punktami CF i DH (rys. 9.). Powierzchnia terenu w tej strefie staje się wypukła. Obiekty narażone są więc na działanie sił rozciągających.

Ze względu na charakter obiektów i ich wytrzymałość ustalono cztery kategorie ochrony.

Czas osiadania powierzchni w warunkach Górnośląskiego Zagłębia trwa od 5 do 10 lat.

• Deformacje nieciągłe powierzchni.

Charakteryzują się przerwaniem pierwotnej ciągłości warstw skalnych lub powierzchni ziemi i występują w mniejszej odległości od wyrobiska, które było przyczyną ruchów skał. Nie występują tutaj strefy ugięcia.

Wielkość deformacji jest zróżnicowana i ujawnia się w postaci zapadlisk, rowów, lei itp.

Deformacje nieciągłe powierzchni powodowane są najczęściej eksploatacją płytko zalegających pokładów oraz obsuwaniem się terenu nad płytko zalegającymi pustkami eksploatacyjnymi np. rysunek 10.

Rys. 10. Przekrój deformacji leja stożkowego powstałego w obszarach płytkiej eksploatacji górniczej.

1- nadkład
2- skały zwięzłe
3- zawalisko wyrobiska wybierkowego
4- zapadlisko
5- otwór w skałach zwięzłych tzw. okno.

7. Pytania kontrolne:

1. Co nazywamy górotworem?

2. Co nazywamy mechaniką górotworu?

3. Od czego zależy oddziaływanie górotworu na wyrobisko górnicze?

4. Wymień własności fizyczne skał.

5. Scharakteryzuj ciężar właściwy.

6. Scharakteryzuj ciężar objętościowy.

7. Scharakteryzuj porowatość skały.

8. Scharakteryzuj plastyczność skały.

9. Wymień własności mechaniczne skał.

10. Scharakteryzuj wytrzymałość skały na ściskanie i rozciąganie.

11. Scharakteryzuj zwięzłość i urabialność skały.

12. Scharakteryzuj twardość i sprężystość skały.

13. Jak można wyliczyć wielkość nacisku pionowego (ciśnienia) p_z w górotworze nienaruszonym?

14. Jak można wyliczyć wielkość ciśnienia poziomego w górotworze nienaruszonym?

15. Jakie inne czynniki mają wpływ na wielkość naprężeń w górotworze nienaruszonym?

16. Co nazywamy naprężeniem?

17. Od jakich czynników zależy rozkład naprężeń wokół wyrobiska?

18. Omów przebieg naprężeń w ociosach wyrobiska. Jak będą one przebiegały w przypadku skał twardych i jak w przypadku skał miękkich? Czy na ich wielkość ma wpływ szerokość wyrobiska?

19. Omów przebieg naprężeń w stropie i w ociosie wyrobiska.

20. Jakie występują naprężenia (ściskające czy rozciągające) w ociosach, stropie i spągu w wyrobisku o przekroju prostokątnym?

21. Jakie występują naprężenia (ściskające czy rozciągające) w ociosach, stropie i spągu w wyrobisku o przekroju elipsy?

22. Co nazywamy strefą odprężoną? Jak powstała?

23. Jakie ciśnienia działają na obudowę? Omów je.

24. Narysuj rozkład przebiegu ciśnień na wybranym wyrobiskiem ścianowym.

25. Od czego zależy wielkość ciśnienia eksploatacyjnego?

26. Jak przebiega rozkład ciśnień w ścianie w przypadku zatrzymania jej postępu? Jakie są tego skutki?

27. Od jakich czynników zależy deformacja górotworu i powierzchni?

28. Narysuj nieckę osiadania.

29. Jak liczymy maksymalne obniżenie powierzchni?

30. Jaki ma wpływ sposób kierowania stropem na wielkość deformacji na powierzchni?

31. Omów deformacje nieciągłe powierzchni.

---