Obudowa wyrobisk górniczych

Głównym zadaniem obudowy

górniczej jest:



ochrona ludzi zatrudnionych w wyrobiskach górniczych

przed uderzeniem odłamkami skał opadającymi ze stropu

i ociosów,



zabezpieczenie przed zawałem,



zapewnienie przez ustalony czas stateczności wyrobiska,

a więc utrzymanie jego przekroju poprzecznego w

wymiarach gwarantujących bezpieczne oraz bezawaryjne

prowadzenie przewozu, transportu materiałów, wentylacji

i innych funkcji, do pełnienia których wyrobisko zostało

przeznaczone.

Niekiedy obudowa górnicza spełnia

jeszcze inne zadania uboczne

jak

np.:



niedopuszczenie do wypływu do wyrobiska

gazów lub wód ze i skał otaczających,



zabezpieczenie obnażonych powierzchni

skalnych wyrobiska, przed wietrzeniem lub

utlenianiem,



izolację wyrobiska od ognisk pożarowych

Pod względem technicznym

obudowa górnicza powinna być:



wytrzymała oraz łatwa do wykonania i wymiany,



odporna na gnicie i korozję,



łatwa do transportu.

Pod względem ekonomicznym powinna być tania,

wykonana z dostępnych na rynku krajowym

materiałów i przy możliwie małym nakładzie

robocizny.

Pod względem ekonomicznym

obudowa górnicza powinna być:



tania,



wykonana z dostępnych na rynku krajowym

materiałów,



wykonana przy możliwie małym nakładzie

robocizny.

Prawidłowe dobranie i wykonanie

obudowy górniczej ma duże

znaczenie dla:



bezpieczeństwa ludzi pracujących pod ziemią,



bezawaryjnego prowadzenia ruchu,



ekonomicznych wyników kopalni

Rodzaj obudowy górniczej dla

danego wyrobiska dobiera się ze

względu na:



wielkość, rodzaj i kierunek spodziewanego ciśnienia górotworu,



rodzaj skał (ich własności fizyczne i mechaniczne),



wymagany przekrój poprzeczny wyrobiska,



przeznaczenie wyrobiska (korytarzowe — przewozowe,

transportowe, wentylacyjne i inne — lub wyrobisko

wybierkowe),



przewidywany czas użytkowania wyrobiska.

Zasadniczo wszystkie dostępne

wyrobiska podziemne powinny być

zabezpieczone obudową górniczą

przed obrywaniem się skał.

Jeżeli skały są dostatecznie mocne

(wytrzymałe), to kierownik ruchu

zakładu może zezwolić na

niestosowanie obudowy górniczej w

wyrobisku.

Do obudowy wyrobisk górniczych

stosuje się:



drewno,



stal,



stopy metali lekkich,



mur,



beton,



tworzywa sztuczne.

O wyborze materiału na obudowę wyrobisk decydują —

obok takich czynników, jak czas trwania wyrobiska,

ciśnienie górotworu, kształt wyrobiska — również

właściwości materiału użytego do obudowy, a

mianowicie:



wytrzymałość materiału,



odporność na korozję, wietrzenie i gnicie,



ognioodporność,



łatwość obróbki, transportu, składowania,



możliwość wielokrotnego zastosowania,



koszt obudowy przez cały okres używalności

wyrobiska wraz ze stosowanymi środkami

ochronnymi

i koniecznymi przebudowami.

Drewno

Zalety drewna:



ma znaczną wytrzymałość

przy niewielkim

stosunkowo ciężarze

właściwym,



jest łatwe do obróbki,

transportu i składowania,



suche drewno trzeszczy

zanim się złamie, przez co

ostrzega górnika przed

niebezpieczeństwem

zawału.

Wady drewna:



ograniczona trwałość (do

dwóch lat) wskutek

niszczącej działalności

organizmów roślinnych

(grzybów), powodujących

butwienie i próchnienie,

oraz owadów niszczących

strukturę

drewna,



palność i jednorazowość

pełnowartościowego

użycia.

Stal

Zalety stali:



duża wytrzymałość,



niepalność,



trwałość i możliwość

wielokrotnego

zastosowania,



możliwość łatwego

dostosowania kształtu

obudowy do kształtu

wyrobiska.

Wady stali:



wrażliwość na

działanie wód

agresywnych,



duża masa

elementów obudowy.

Beton

Zaletą betonu jest:

- ogniotrwałość,

długotrwałość,

duża odporność na

obciążenia statyczne

i czynniki

atmosferyczne.

Wady betonu to:

mała wytrzymałość na

obciążenia

dynamiczne, na

rozciąganie i zginanie,

duży ciężar

objętościowy,

trudności dokonywania

przebudów.

Żelbet

Zalety żelbetu to:

ogniotrwałość,

długotrwałość,

odporność na ciśnienia

statyczne i dynamiczne,

możliwość

wykonywania

konstrukcji o dowolnym

kształcie,

małe koszty

utrzymania.

Wadą żelbetu jest:

- duża masa

objętościowa

(około 2,5 t/m3),

- trudność w

dokonywaniu

przebudów.

Obudowa górnicza

stanowi

urządzenie lub zbiór

urządzeń, zwanych

zestawami lub elementami

obudowy, stanowiących

kompletne zabezpieczenie

wyrobiska górniczego.

Norma polska podaje następujący podział

obudowy górniczej (bez uwzględnienia szybów

i szybików :

według

rodzaju wyrobiska

systemu obudowy

na.



obudowę ścian,



obudowę zabierek,



obudowę wyrobisk korytarzowych i komorowych,

według

sposobu pracy

oraz

podstawowych cech konstrukcji

na:



obudowę sztywną,



obudowę podatną,

według

stosowanego materiału

na obudowę:



drewnianą,



metalową,



kamienną,



z tworzyw sztucznych,



mieszaną.

Według rodzaju i sposobu zabezpieczenia pułapu, ociosów

oraz, spodku wyrobiska obudowę górniczą można

podzielić

na:



podporową,

której zestawy i elementy przejmują

ciśnienie góro

tworu oraz zabezpieczają pułap, spodek i ociosy

wyrobisku

przez ich podparcie, rozparcie lub podtrzymanie,



kotwową,

zabezpieczającą wyrobisko za pomocą kotwi

spinających warstwy skalne, przez co następuje wzrost

ich wytrzymałości,



natryskową,

wykonaną z warstwy materiału — np.

betonu — nałożonego przez natryskiwanie na pułap i

ociosy w celu

ich umocnienia oraz uszczelnienia.



Obudową ostateczną

jest obudowa

górnicza wykonywana z zamiarem

pozostawienia jej na cały czas

używalności wyrobiska.



Obudowa tymczasowa

zabezpiecza

wyrobisko w czasie jego prowadzenia,

gdy przewidziane jest później

zastosowanie obudowy ostatecznej.

Najprostsze typy obudowy

drewnianej

a — stojakami, b — krzyżami, c — stropnicami w gniazdach

Opinka

adzinami

drewnian

Stropnica

W kopalniach polskich stosuje się wiązania

polskie, niemieckie i bardzo rzadko

wiązania

szwedzkie.

Wiązanie polskie

wymaga wykonania

w grubszym końcu stojaka

cylindrycznego wycięcia, tzw.

olunku,

którym to wycięciu spoczywa stropnica.

Olunek wykonuje się specjalną pilą

mechaniczną na powierzchni kopalni lub

na dole ręcznie siekierą.

Wiązanie niemieckie

wymaga

dokładnego

wykonania. Wiązanie to pracuje dobrze

zarówno przy ciśnieniu pionowym z

góry, jak i przy ciśnieniu z boku, przy

czym przy większym ciśnieniu

bocznym stojaki dotykają stropu

wyrobiska,

a stropnica spoczywając w ich

wycięciach nie dotyka ociosów.

Wiązanie szwedzkie,

stosowane przy

ciśnieniach jed nakowych od stropu

i ociosów, wymaga bardzo dokładnego

dopasowania stojaka oraz stropnicy.

W przypadku występowania większych

ciśnień w wyrobiskach korytarzowych

stosuje się dodatkowe stojaki

środkowe, czyli tzw.

pośredniaki.

Kaszty

Stos,

zwany również

kasztem,

stanowi

podporę stropu wyrobiska górniczego

charakteryzującą się dużą podpornością

oraz dużą powierzchnią podstawy, dzięki

której utrzymuje on bez rozparcia stałą

równowagę w pozycji stojącej. Stosy

drewniane (klatkowe) wykonywane są

z okrąglaków lub kantówek układanych

krzyżowo na sobie po dwie lub więcej na

kształt studni lub klatki. Stos może być

pusty

lub,

wypełniony kamieniem.

Może

być

stały

lub

rozbieralny.

Obudowa metalowa

Obudowa metalowa jest obudową

górniczą, której podstawowe

elementy wykonane są z metalu

(głównie ze stali — obudowa stalowa,

rzadziej ze stopów metali lekkich).

Ze względu na swe zalety obudowa

stalowa stanowi obecnie najczęściej

stosowaną obudowę wyrobisk

korytarzowych i ścian.

Elementy podstawowe obudowy

metalowej

stanowią:

stojaki,

stropnice,

łuki,

kotwie.

Stojaki metalowe

Dzieli się na pojedyncze i rozsuwne.

Stojaki pojedyncze

(stosowane bardzo rzadko)

wykonywane są zazwyczaj, ze starych szyn

kolejowych, kopalnianych, profilów dwuteowych lub

korytkowych przyciętych do odpowiedniej długości.



Stojaki rozsuwne

są to stojaki złożone z kilku

części; można je rozsuwać na określoną długość.

Mogą one być sztywne lub podatne i te ostatnie są

obecnie prawie wyłącznie stosowane.



Stojaki rozsuwne

podatne

dzielą się na

cierne

hydrauliczne.

W stojakach ciernych nacisk stropu

przejmowany jest przez zamek działający na

zasadzie tarcia, w stojakach hydraulicznych przez

ciecz, którą stanowi olej lub emulsja olejowa w

wodzie.

Istotną cechą stojaków jest ich podporność,

czyli zdolność

podpierania stropu.

Rozróżnia się podporność:



wstępną

którą nadaje się stojakowi przez

rozparcie go pod stropnicą,



roboczą

czyli

nominalną,

którą osiąga

stojak pod naciskiem stropu po zsunięciu go

o pewną długość zależną od typu stojaka,



maksymalną

czyli

szczytową,

równą

wytrzymałości stojaka na wyboczenie — po

jej przekroczeniu stojak ulega zniszczeniu.

Stojaki cierne

Stojak cierny, podobnie jak każdy stojak rozsuwny,

złożony jest z trzech zasadniczych części:



rdzennika

składającego się z rdzenia i głowicy

przystosowanej do współpracy ze stropnicą o

przekroju skrzynkowym, dwuteowym i innym;

zależnie od kształtu stropnicy rozróżnia się głowice

koronkowe do współpracy ze stropnicą o przekroju

skrzynkowym, dwuteowym lub stropnicą drewnianą i

głowice

widlaste dla stropnic o przekroju szynowym lub

dwuteowym;



spodnika

złożonego z pochwy wykonanej

z kształtownika lub rury i stopy;



zamka



Elementem decydującym o pracy

i podporności stojaka jest zamek,

służący do zakleszczenia (zaciśnięcia

ciernego) stojaka na ustalonej

wysokości, odpowiadającej wysokości

wyrobiska.



Podporność stojaka zależy od siły

zakleszczenia zamka i współczynników

tarcia jego elementów ciernych. Wpływ

na pracę stojaka ma również wilgoć

i zapylenie oddziałujące na wielkość

współczynnika tarcia.

Obudowy złożone z zestawów

metalowych zwykłych

Zestawy zwykłe obudowy metalowej stanowią odrzwia i

stosy. Odrzwia stalowe są powszechnie stosowanymi

zestawami obudowy zarówno wyrobisk korytarzowych,

jak

i wyrobisk wybierkowych. Ze względu na kształt

użytych

elementów podstawowych odrzwia dzielą się na:



prostoliniowe

(przeważnie prostokątne, rzadziej

trapezowe),

złożone z elementów prostoliniowych,



łukowe,

których część przylegająca do stropu

wyrobiska składa się wyłącznie z elementów

łukowych (łuków).

Pod względem współpracy z

górotworem rozróżnia się

odrzwia

sztywne

odrzwia podatne

przy

czym podatność może być uzyskana

przez zastosowanie podatnych

stojaków (ciernych, hydraulicznych),

zastosowanie połączeń podatnych.

Obudowa metalowa wyrobisk

korytarzowych

Obudowę metalową wyrobisk

korytarzowych mogą stanowić odrzwia

złożone z elementów podstawowych

prostoliniowych

lub

łukowych.

Stawiane są one w polu korytarza w

płaszczyznach prostopadłych do jego

osi w odległościach ustalonych

w książce obudowy.

Obudowa metalowa odrzwiami

prostokątnymi

Odrzwia prostokątne złożone są ze

stojaków pojedynczych metalowych

i stropnic metalowych zwykłych.

Obudowa taka jest

obudową sztywną.

Obudowa odrzwiowa prostokątna

podatna

złożona jest z dwóch lub

więcej stojaków podatnych

natychmiastpodporowych

i stropnicy metalowej zwykłej. Taką

obudowę stanowi obudowa odrzwiami

złożonymi z dwóch lub trzech

stojaków Valent i stropnicy wykonanej

z kształtowników V-25

Obudowa metalowa odrzwiami

łukowymi

Stanowi obudowę powszechnie stosowaną do

obudowy wyrobisk korytarzowych, niekiedy

komorowych. Odrzwia mogą być złożone ze

stropnicy łukowej i stojaków prostoliniowych lub

wyłącznie z elementów łukowych. Najczęściej

stosuje się odrzwia złożone z trzech elementów

łukowych, łuku stropnicowego i dwóch łuków

ociosowych

Zależnie od rodzaju połączeń rozróżnia się

odrzwia łukowe:



sztywne,



podatne.

Odrzwia łukowe sztywne

Stosowane

obecnie w polskim górnictwie odrzwia

łukowe sztywne ŁS-G110 i ŁS-G140

składają się z trzech elementów łukowych

(dwuteownik G-110 lub G-140) oraz

hakowych połączeń (zamków). Zamki

mogą być proste lub łukowe.

Odrzwia łukowe podatne

Odrzwia łukowe podatne, stosowanej

powszechnie w kraju konstrukcji ŁP,

złożone są z nastepujących

elementów:



dwóch łuków ociosowych



łuku stropnicowego



strzemion (zamków) łączących łuki

ociosowe z łukiem stropnicowym

Zestawy obudowy

zmechanizowanej

Zestawem zmechanizowanym nazywa się

zestaw obudowy górniczej, w którym

czynności podpierania, luzowania i

przesuwania lub kroczenia w procesie

zabezpieczenia wyrobiska górniczego

wykonywane są za pomocą napędu

mechanicznego lub hydraulicznego. Duża

podporność i łatwość przemieszczania się

w wyrobisku w miarę postępu przodku

zdecydowały, że są one obecnie

najchętniej stosowaną obudową ścian i to

zarówno zawałowych, jak i podsadzkowych.

Ze względu na konstrukcję można

je ogólnie podzielić na:



obudowy podporowe,

w których stropnice

i spągnice rozparte są stojakami

hydraulicznymi na podobieństwo kasztu,



obudowy osłonowe,

a raczej podporowo-

osłonowe, w których układ dwóch stropnic

osłonowej i podtrzymującej strop

zabezpiecza wyrobisko ścianowe od

przestrzeni zawałowej.

Obudowa podporowa



Składa się ona z zespołu stojaków hydraulicznych

rozpierających stropnice i spągnice, przesuwników

hydraulicznych umożliwiających przesuwanie

zespołu stojaków (kasztów) i przenośnika

ścianowego do ociosu. Układ hydrauliczny

przystosowany jest do sterowania ręcznego i

automatycznego. Umożliwia on luzowanie kasztu

przed jego przesunięciem, przesuwanie

zluzowanego (z obniżoną stropnicą) kasztu, a

następnie jego rozparcie i przesuwanie

przenośnika.



Obudowy podporowe budowane są obecnie o

konstrukcjach dostosowanych do eksploatacji

ścianowej z podsadzką hydrauliczną.

Obudowa osłonowa

Jej cechą zasadniczą jest osłona wyrobiska

ścianowego od strony zawału. Uzyskuje się to

przez wprowadzenie stropnicy osłonowej

połączonej ze spągnicą z jednej strony

i stropnicą podtrzymującą strop z drugiej strony

oraz rozpartej do spągnicy podporą (stojakiem

hydraulicznym). Wysuw stojaka hydraulicznego

pozwala na dostosowanie obudowy do

zmiennych warunków, które mogą wystąpić

w czasie eksploatacji obudowy w wyrobisku

ścianowym i po przeniesieniu obudowy do

innego pokładu.

Obudowy osłonowe podpierają małą szerokość stropu. Linia zawału

stropu znajduje się w odległości 1,2 do 2,0 m od czoła ściany,

podczas

gdy przy obudowach podporowych wynosi do 4 m.

Do podstawowych

zalet

obudów osłonowych należy zaliczyć:



uzyskiwanie dużych sił podpornościowych bezpośrednio przy

czole ściany przy jednoczesnej dużej stabilności sekcji obudowy,



całkowitą izolację wyrobiska ścianowego od przestrzeni zawałowej

oraz od przedostawania się do niego opadających skał ze

stropu, w tym także bardzo drobnych brył oraz pyłu,



przez zastosowanie mechanizmu lemniskatowego prawie

równoległe do pionu czoła ściany przesuwanie się w pionie

stropnicy podtrzymującej,



ograniczenie do minimum otwartej przestrzeni w ścianie, przy

jej optymalnym przekroju określonym przepływem powietrza,



możliwość stosowania ich przy urabianiu kombajnami i strugami,



uniezależnienie pracy obudowy od przenośnika zgrzebłowego

ścianowego,



bezpieczną i wolną od przeszkód drogę przejścia dla obsługi,

a także dogodny tor jazdy dla maszyn urabiających.

Obudowa kamienna



Obudowa kamienna stosowana jest jako obudowa

wyrobisk korytarzowych udostępniających, a więc

przekopów, przecznic, niektórych wyrobisk

przygotowawczych o długim okresie użytkowania

oraz komór pełniących zadania usługowe dla całości

kopalni lub poziomu. Stosowanie jej jest celowe w

górotworze,

w którym przewiduje się obciążenia statyczne.



Obudowa kamienna jest obudową sztywną. Można ją

częściowo upodatnić przez stosowanie wkładek

upodatniających (z twardego drewna) lub wykonanie

podsadzki z drobnego kamienia (poduszki skalnej)

między nią a górotworem.

Obudowa kamienna



Zalety

jej to duża wytrzymałość na

obciążenia statyczne, trwałość,

niepalność i odporność na czynniki

atmosferyczne.



Wady

to konieczność wykonywania

dużego wyłomu skalnego, mała

odporność na ciśnienia dynamiczne,

duży koszt wykonania i trudności

przy wykonywaniu przebudów.

Obudowę kamienną wykonuje się obecnie

wyłącznie z kamienia sztucznego, a więc

cegły, betonitów, betonu i żelbetu. Ze

względu na dużą wytrzymałość tych

materiałów na ściskanie, a małą na roz

ciąganie, obudowie tej nadaje się kształt

dostosowany do przejmowania naprężeń

ściskających. Dlatego też zasadniczą cechą

kształtu tych obudów jest sklepienie i stąd

obudowy kamienne zalicza się do obudów

sklepieniowych, a więc takich, które nad

wyrobiskiem korytarzowym lub komorowym

tworzą zwarte, trwałe sklepienie.

Obudowa murowa

Powstaje ona przez odpowiednie

ułożenie

i połączenie ze sobą cegły lub

betonitów. Składniki jej stanowią

cegła lub betonity

i zaprawa cementowa. Można w niej

wyróżnić

fundament, mury ociosowe,

wezgłowie sklepienia

sklepienie.

Schemat wykonania

obudowy

żelbetowej wyrobiska

korytarzowego

Ścianki ociosowe:

1 — fundament,

— pręty,

— stojak,

— beleczki

drewniane,

5 — krążyny

Obudowa mieszana

Obudowa mieszana jest to obudowa górnicza, której

elementy wykonane są z różnego rodzaju tworzywa

(np.

stojaki drewniane a stropnice metalowe).

W wyrobiskach korytarzowych stosuje się:



obudowę stalowo-drewnianą,



obudowę stalowo-murową (również w wyrobiskach

komorowych).

W wyrobiskach eksploatacyjnych (w ścianach

wybieranych

z zastosowaniem podsadzki hydraulicznej) stosuje się

obudowę stalowo-drewnianą.

Obudowę stalowo-drewnianą

wyrobiskach korytarzowych stanowią

odrzwia proste złożone ze stojaków

drewnianych i stropnic stalowych.

Stropnice wykonuje się z szyn lub

dźwigarów o profilach dwuteowych,

rzadziej korytkowych.

Obudowa kotwiowa

Obudowa kotwiowa zabezpiecza

wyrobisko górnicze za pomocą

kotwi. Zabezpieczenie to polega na

wzmocnieniu górotworu wokół

wyrobiska.

Kotwiami można:



przypiąć skały znajdujące się

wewnątrz naturalnego sklepienia

ciśnień do skał położonych poza jego

zasięgiem,



spiąć warstwy leżące w zasięgu

kotwi,



zwiększyć spoistość skał, zwłaszcza

w strefach silnie spękanych.

Celem kotwienia stropu jest także wzmocnienie

skał stropowych tak, aby wytrzymałość ich po

wzmocnieniu wystarczyła do przejęcia naprężeń

występujących w stropie, a tym samym do

samoutrzymania wyrobiska.

Podstawowym elementem obudowy kotwiowej

są

kotwie. Ze względu na zasadę pracy można je

podzielić na:



kotwie o utwierdzeniu punktowym

(klinowe,

ekspansywne, wklejane o umocowaniu

odcinkowym),



kotwie o utwierdzeniu ciągłym

(żelbetowe,

wklejane na całej długości).

Obudowa kotwiowo-podporowa

Obudowa kotwiowo-podporowa składa się

z kotwi, opinki oraz odrzwi łukowych lub

prostokątnych. Może być wykonana jako:



obudowa kotwiowo-odrzwiowa,

w której

odrzwia podpierają skotwiony górotwór,



obudowa odrzwiowa przykotwiona

, w

której odrzwia przykotwione są do

górotworu, przez co poprawiają się

warunki pracy obudowy odrzwiowej, a tym

samym wzrasta jej nośność.

Obudowa natryskowa

Obudowa natryskowa stanowi obudowę górniczą

wykonaną z warstwy betonu nałożonego przez

natryskiwanie na strop

i ociosy w celu ich umocnienia lub uszczelnienia

Obudowa betonem natryskowym stanowi

obudowę sztywną przystosowaną do

przenoszenia obciążeń statycznych. Dobrze

nałożony beton natryskowy ochrania górotwór

przed odspajaniem się odłamków, zapobiega

wietrzeniu i zmniejsza tarcie na płaszczyznach

poślizgu

Obudowa wyrobisk górniczych, w skład której

wchodzi beton natryskowy jako element

konstrukcji, wyróżnia się wieloma pozytywnymi

cechami, a mianowicie:



dużą podpornością, która wraz ze

starzeniem betonu się zwiększa,



dużą trwałością wynikającą z odporności na

korozję i temperaturę,



znaczną wodoszczelnością — większą od

betonów zwykłych,



mniejszymi oporami wentylacyjnymi.

Document Outline