DOBÓR OBUDOWY
KOTWIOWEJ
DLA ZAKŁADÓW
WYDOBYWAJĄCYCH RUDY
.
Materiały źródłowe:
1. wykład: Jerzy Kicki „Dobór obudowy kotwiowej
dla zakładów
wydobywających rudy, AGH Kraków, 25.05.2005
2. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002,
Załącznik nr 3
3. Stefan Gałczyński, Andrzej Wojtaszek: Analiza mechanizmu
zniszczenia skotwionej skalnej półki nośnej
4. J. Dudek, S. Gałczyński, A. Wojtaszek, Zasady doboru podatnej
obudowy kotwiowej wyrobisk korytarzowych i komorowych (na
przykładzie kopalń LGOM-u), Prace Nauk. Instytutu Geotechniki
PWr nr 21, seria Monografie nr 4, Wrocław 1978.
5. Stefan Gałczyński, Kazimierz Mrozek, Andrzej Wojtaszek:
Kryteria doboru nośności obudowy kotwiowej w wyrobiskach
podziemnych
a. b. c.
1
2
3
Modele obudowy kotwiowej, a - podwieszenie górotworu, b - konstrukcja nośna,
c - ośrodek ciągły, 1 - górotwór nienaruszony, 2 - górotwór naruszony, 3 -
górotwór sprężony.
Kotwie stropowe
Kotwie ociosowe
Produkujemy dwa rodzaje kotew:
Zanam-Legmet Sp. z o.o
1.
Kotwa wklejana:
średnica żerdzi kotwy Ø 18,2 mm , Ø 19 mm, Ø 20 mm,
długość kotwi w mm
od 1 270 do 2 670 m
(posiada znak dopuszczenia Wyższego Urzędu Górniczego GG-
98/96)
2.
Kotwa rozprężna:
średnica żerdzi kotwy Ø 20 mm
długość kotwi w mm
od 600 do 3 000 mm
(posiada znak dopuszczenia Wyższego Urzędu Górniczego GG-
109/96)
Kotwa wklejana
Kotwa
rozprężna
Kotwie
rozprężne oraz wklejane
przeznaczone są do zabezpieczenia
stropu i ociosów wyrobisk
górniczych,
jako samodzielna lub wzmacniająca obudowa
kotwiowa stosowana w podziemnym górnictwie
rud metali nieżelaznych, górnictwie węgla
kamiennego.
Stosowane
są
również
do
podwieszania siatek i uchwytów, do zawieszania
rurociągów, przewodów lub innych elementów
wyposażenia górniczego, których masa nie
przekracza 500 kg.
Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002,
Załącznik nr 3
Przy doborze obudowy kotwiowej
uwzględnia się
:
1.
własności geomechaniczne skał
stropowych,
2.
lokalne zaburzenia geologiczne,
3.
przeznaczenie wyrobiska i jego
wymiary,
4.
klasy stropu według klasyfikacji
ustalonej
na
podstawie
badań
geomechanicznych,
5.własności skał wykonanych przez
rzeczoznawcę.
W zakładach górniczych wydobywających rudy
miedzi klasę stropu, dla doboru obudowy kotwiowej,
ustala się na podstawie wartości następujących
parametrów:
1.
uławicenia stropu,
2.
zagęszczenia
szczelin
zmineralizowanych w stropie wyrobisk,
3.
zuskokowania,
4.
zrzutu uskoków,
5. wytrzymałości skał na
rozciąganie
Rr
i
ściskanie Rc.
Wyróżnia się pięć klas stropu:
- Klasa l
Klasa l
—
— skaty słabe
skaty słabe
,
,
-
-
Klasa II
Klasa II
—
— skały średnio mocne
skały średnio mocne
,
,
-
-
Klasa III
Klasa III
—
— skały średnio mocne
skały średnio mocne
,
,
-
-
Klasa IV
Klasa IV
—
— skały mocne
skały mocne
,
,
-
-
Klasa V
Klasa V
—
— skały bardzo mocne
skały bardzo mocne
.
.
Stropy klasy I
tworzą skały o budowie drobnoławicowej, o
wytrzymałości na ściskanie od 15 do 30 MPa oraz dużym
zaangażowaniem tektonicznym.
Stropy klasy II
tworzą skały o zróżnicowanej budowie i
wytrzymałości na ściskanie od 30 do 50 MPa oraz zmiennym
tektonicznym zaangażowaniem.
Stropy klasy III
tworzą skały o budowie gruboławicowej i
wytrzymałości na ściskanie od 50 do 80 MPa oraz małym
zaangażowaniem tektonicznym stropu.
Stropy klasy IV
tworzą skały o wytrzymałości na ściskanie
powyżej 80 MPa oraz budowie gruboławicowej i bardzo małym
zaangażowaniem tektonicznym (na całej przestrzeni strop o
dużej nośności).
Dobór obudowy kotwiowej dla
wyrobisk korytarzowych i komór
specjalnego przeznaczenia
.
Strop
wyrobisk
korytarzowych
zabezpiecza
się
kotwami
o
długości co najmniej
1,6 m
:
Dobór obudowy kotwiowej dla wyrobisk
korytarzowych i komór specjalnego
przeznaczenia.
PODSTAWOWYM SCHEMATEM KOTWIENIA JEST
W przypadku stropów:
l klasy
oraz szerokości wyrobisk
do 6,0 m,
II klasy
oraz szerokości wyrobisk
do 7,0 m
ROZSTAW KOTWI 1,0 x 1,0 m.
W przypadku stropów:
III klasy
oraz szerokości wyrobisk
do
7,0 m
ROZSTAW KOTWI 1,5 x 1,5 m.
W przypadku stropów:
lV klasy
oraz szerokości wyrobisk
do 7,0 m
,
V klasy
oraz szerokości wyrobisk
do 8,0 m
ROZSTAW KOTWI 2,0 x 2,0 m.
Szerokość wyrobiska określana jest
pod jego stropem, prostopadle do osi
wyrobiska.
Kotwy stropowe
Przy
lokalnie
występujących
większych szerokościach
wyrobisk,
korytarzowych,
stosuje
się
dodatkowe zabezpieczenie stropu,
w szczególności
kotwie o zwiększonej długości
żerdzi
dobierane indywidualnie w
zależności
od
czasu
funkcjonowania i przeznaczenia
wyrobiska.
O rodzaju i sposobie dodatkowego
zabezpieczenia
decyduje
kierownik działu robót górniczych
Zabezpieczenie
OCIOSÓW
OCIOSY WYROBISK POWINNY BYĆ ODCHYLONE
NA ZEWNĄTRZ
O KĄT CO NAJMNIEJ 10°.
Kotwieniu podlegają ociosy
wyrobisk
o wysokości:
powyżej 3,5 m
(bez względu na
kąt pochylenia)
oraz
ociosy
wyrobisk
o
wysokości do 3,5 m
w przypadku
braku możliwości odchylenia ich
na zewnątrz.
DŁUGOŚĆ KOTWI OCIOSOWYCH
POWINNA WYNOSIĆ co najmniej
1,6m
.
Ociosy kotwi się w rozstawie kotew
1,5 x 1,5 m,
z usytuowaniem dolnego rzędu kotwi w
odległości około 1,8 m od spągu.
Ociosy mogą być kotwione z opóźnieniem
do 10m w stosunku do czoła przodka.
Dobór obudowy kotwiowej dla
WYROBISK EKSPLOATACYJNYCH.
Doboru obudowy kotwiowej dokonuje
się dla całego okresu funkcjonowania
wyrobisk w polu wydobywczym, przed
przystąpieniem
do
fazy
robót
rozcinkowych.
Szerokość
wyrobisk
wykonywanych
w
fazie
rozcinki, utrzymywanych w fazie rozwiniętej
eksploatacji oraz w fazie likwidacji, uzależniona
jest od:
klasy stropu,
zastosowanego systemu eksploatacji,
umaszynowienia procesu wybierkowego,
wysokości furty eksploatacyjnej,
minimalnego kąta pochylenia ociosów.
Dla wyrobisk eksploatacyjnych, o stropach zakwalifikowanych
do
l klasy
podstawowym schematem kotwienia jest rozstaw kotew
1,0 x 1,0m,
przy czym minimalna długość kotwi obudowy powinna wynosić:
1,6 m
— dla wyrobisk o wysokości do 5,0 m i szerokości do
7,0 m,
1,8 m
— dla wyrobisk o wysokości do 7,0 m i szerokości do
8,0 m,
2,2 m
— dla wyrobisk o wysokości do 7,0 m i szerokości do
9,0 m,
2,6 m
— dla wyrobisk o wysokości powyżej 7,0 m i
szerokości do 10,0 m.
Dla wyrobisk eksploatacyjnych, o stropach zakwalifikowanych
do
lI klasy
podstawowym schematem kotwienia jest rozstaw
kotew
1,5 x1,5m,
przy czym minimalna długość kotwi obudowy powinna wynosić:
1,6 m
— dla wyrobisk o wysokości do 5,0 m i szerokości do
9,0 m,
1,8
m
— dla wyrobisk o wysokości do 7,0 m i szerokości do
10,0 m,
2,2 m
— dla wyrobisk o wysokości do 7,0 m i szerokości do
11,0 m,
2,6 m
— dla wyrobisk o wysokości powyżej 7,0 m i
szerokości do 12,0 m.
Dla wyrobisk eksploatacyjnych, o stropach zakwalifikowanych
do
lII klasy
podstawowym schematem kotwienia jest rozstaw
kotew
1,5 x 1,5m,
przy czym minimalna długość kotwi obudowy powinna wynosić:
1,2 m
— dla wyrobisk o wysokości do 2,0 m i szerokości do
8,0 m,
1,6 m
— dla wyrobisk o wysokości do 5,0 m i szerokości do
10,0 m,
1,8 m
— dla wyrobisk o wysokości do 7,0 m i szerokości do
12,0 m,
2,2 m
— dla wyrobisk o wysokości powyżej 7,0 m i
szerokości do 13,0 m.
2,6 m
— dla wyrobisk o wysokości powyżej 7,0 m i
szerokości do 14,0 m.
Dla wyrobisk eksploatacyjnych, o stropach zakwalifikowanych
do
lV klasy
podstawowym schematem kotwienia jest rozstaw
kotew
2,0 x 2,0m,
przy czym minimalna długość kotwi obudowy powinna wynosić:
1,2 m
— dla wyrobisk o wysokości do 2,0 m i szerokości do
9,0 m,
1,6 m
— dla wyrobisk o wysokości do 5,0 m i szerokości do
12,0 m,
1,8 m
— dla wyrobisk o wysokości do 7,0 m i szerokości do
14,0 m,
2,2 m
— dla wyrobisk o wysokości powyżej 7,0 m i
szerokości do 16,0 m.
2,6 m
— dla wyrobisk o wysokości powyżej 7,0 m i
szerokości do 18,0 m.
Dla wyrobisk eksploatacyjnych, o stropach zakwalifikowanych
do
V klasy
podstawowym schematem kotwienia jest rozstaw
kotew
2,0 x 2,0m
,
przy czym minimalna długość kotwi obudowy powinna wynosić:
1,2 m
— dla wyrobisk o wysokości do 2,0 m i szerokości do
10,0 m,
1,6 m
— dla wyrobisk o wysokości do 5,0 m i szerokości do
13,0 m,
1,8 m
— dla wyrobisk o wysokości do 7,0 m i szerokości do
15,0 m,
2,2 m
— dla wyrobisk o wysokości powyżej 7,0 m i
szerokości do 17,0 m.
2,6 m
— dla wyrobisk o wysokości powyżej 7,0 m i
szerokości do 20,0 m.
Przy lokalnie występujących szerokościach wyrobisk
większych niż wyszczególnionych wcześniej stosuje się
dodatkowe zabezpieczenie stropu, w szczególności:
kotwy o zwiększonej długości żerdzi,
obudowę podporową,
dobierane
indywidualnie
w
zależności
od
warunków geologiczno-górniczych.
O rodzaju i sposobie dodatkowego zabezpieczenia stropu
decyduje Kierownik działu robót górniczych.
Sposób zabezpieczenia stropu wyrobisk
w fazie ich likwidacji
zatwierdza kierownik ruchu zakładu górniczego na
podstawie opinii kopalnianego zespołu do spraw
zwalczania tąpań i zawałów, przy czym maksymalne
poszerzenie wyrobisk zabezpieczonych obudową nie
powinno przekraczać:
dla I klasy stropu —15,0m,
dla II klasy stropu — 17,0m,
dla III klasy stropu —18,0m,
dla IV klasy stropu — 20,0m,
dla V klasy — 25,0m.
Faza likwidacji parceli elementarnej
przebiegać
powinna
w
sposób
ciągły
w
możliwie
najkrótszym czasie z zachowaniem rygorów
zatwierdzonych
przez kierownika ruchu zakładu
górniczego na podstawie opinii kopalnianego
zespołu do spraw zwalczania tąpań i zawałów.
Ociosy
Ociosy powinny być
odchylone
na zewnątrz o kąt co
najmniej
10°.
W przypadku braku możliwości
odchylenia ociosów na zewnątrz zabezpiecza się je w
szczególności przez:
- podsypanie urobkiem,
- zabudowanie stojaków
lub przez zakotwienie.
Zabezpieczanie ociosów
Zabezpieczanie ociosów.
Kotwieniu podlegają ociosy wyrobisk o wysokości
powyżej 10m
, w przypadku występowania w części
przystropowej
zwięzłych
gruboławicowych
warstw
dolomitowych.
Ustalono, że wówczas:
Długość kotwi ociosowych powinna wynosić
nie mniej niż
1,8m,
Ociosy mogą być kotwione z opóźnieniem do 10m w
stosunku do czoła przodka,
Kotwie ociosowe powinny być zabudowane według ustaleń
dokonanych przez kierownika działu robót górniczych.
podsypanie ociosów urobkiem,
podsypanie ociosów urobkiem,
Weryfikacja
doboru
obudowy
kotwiowej
Weryfikacji doboru obudowy kotwiowej
dokonuje się w przypadku:
nowo uruchomionych pól wybierkowych - nie
później
niż
po
uzyskaniu
frontem
robót
rozcinkowych postępu wynoszącego 200 m,
pól o zaawansowanej eksploatacji – po wystąpieniu
objawów szczególnego zagrożenia zawałami lub
zmiany
warunków
geologicznych
w
polu,
powodujących przeklasyfikowanie stropu,
wyrobisk przygotowawczych, znajdujących się pod
wpływem ciśnienia eksploatacyjnego
INSTRUKCJA STOSOWANIA OBUDOWY KOTWIOWEJ W
ZAKŁADACH GÓRNICZYCH WYDOBYWAJĄCYCH RUDY METALI
NIEŻELAZNYCH
Stateczność wyrobiska
jest to taki stan w układzie "górotwór
- obudowa", w który mechaniczne mają kontrolowany i
przewidywany przebieg. Obciążenia przenoszone przez układ są
mniejsze od dopuszczalnych a przemieszczenia nie przekraczają
wielkości prognozowanych.
Szczelinowatość skał
- właściwość skał wynikająca z istnienia
w niej spękań, niezależnie od pochodzenia, orientacji przestrzennej i
miejsca występowania.
Nośność kotwi
- siła powodująca zerwanie żerdzi kotwi,
wysunięcie pozbawiające współpracy z górotworem lub zniszczenie
podkładki, nakrętki i głowicy rozprężnej.
Kotew
- żerdź kotwiowa wraz z elementami mocującymi.
Żerdź kotwiowa
- podstawowy element kotwi, wykonany w postaci
pręta stalowego, drewnianego lub z tworzywa sztucznego, jak
również w innej postaci np. rury, liny lub wiązki cienkich prętów
stalowych.
Kotew rozprężna
- kotew mocowana w otworze
na zasadzie siły
tarcia wywołanej dociskiem elementu mocującego do ścian otworu.
Kotew spoiwowa
kotew mocowana w otworze za pomocą spoiwa
płynnego.
Kotew wklejana
- kotew mocowana w otworze za pomocą ładunków
klejowych.
Kotew żelbetowa
- kotew z żerdzią stalową, mocowana w otworze przy
pomocy spoiwa betonowego.
Kotew o zamocowaniu ciągłym
– kotew mocowana w otworze na co
najmniej 90 % jego długości.
Kotew o zamocowaniu odcinkowym
– kotew mocowana w otworze
na części jego długości.
Ładunek klejowy
- masa wiążąca umieszczana w otworze kotwiowym w
pojemnikach.
WARUNKI STOSOWANIA OBUDOWY
KOTWIOWEJ
Obudowa
kotwiowa,
spełniająca
rolę
konstrukcji nośnej,
może być stosowana w skałach zwięzłych w
przypadku
gdy równocześnie spełnione są następujące
warunki:
skały stropowe posiadają średnio-ważoną wytrzymałość na
jednoosiowe ściskanie
(Rc),
badaną dla pakietu skał o
grubości równej szerokości projektowanego wyrobiska,
wynoszącą
nie mniej niż 15MPa
nie mniej niż 15MPa
,
skały posiadają w strefie przewidzianej do kotwienia w
zakładach wydobywających rudy miedzi średnią
podzielność
nie mniej niż 20mm
i nie wykazują naturalnej skłonności
do odspajania się a w zakładach wydobywających rudy cynku i
ołowiu występujące gniazda brekcji nie wykazują skłonności
do odpadania.
WYMOGI STOSOWANIA OBUDOWY
KOTWIOWEJ
Obudowa kotwiowa może być stosowana gdy
zostaną spełnione następujące wymogi:
istnieje
niezbędne
rozpoznanie
własności skał,
-stosowane są dopuszczone materiały i
urządzenia,
- zapewnione
jest
prawidłowe
wykonawstwo,
-realizowana jest kontrola i badania
obudowy kotwiowej,
Zasady doboru obudowy
kotwiowej w zakładach
wydobywających rudy miedzi
Dla zakładów wydobywających rudy miedzi klasę
stropu ustala się w oparciu o wartość
wskaźnika
stateczności stropu
, który wyraża
zależność
między wytrzymałością skał, grubością
ławic oraz stopniem szczelinowatości
.
WYKONYWANIE OBUDOWY KOTWIOWEJ
Zabezpieczanie stropów wyrobisk górniczych może być
dokonywane
poprzez
kotwienie
podstawowe
i
"głębokie".
Pod pojęciem
kotwienia podstawowego
rozumie
się kotwienie na głębokość nie większą jak 2.6m –
(l
k
2,6 m)
Kotwienie kotwiami o długości powyżej 2.6m jest
kotwieniem głębokim
(l
k
> 2,6 m)
Na wykonanie obudowy kotwiowej składają się
takie czynności jak:
wiercenie otworów,
osadzanie kotwi oraz montaż takich elementów
jak podkładka, nakrętka, zaciski,
opinka itp.
Przy wykonywaniu obudowy kotwiowej
należy przestrzegać następujących zasad
ogólnych:
Kotwie należy zakładać rzędami zaczynając od ociosu.
Kotwie stropowe należy zabudowywać jak najbliżej ociosu
.
Odległość ostatniego rzędu kotwi od czoła przodka nie powinna być
większa niż rozstaw kotwi
.
Kotwie stropowe należy zabudowywać prostopadle do powierzchni
stropu za wyjątkiem kotwi przyociosowych, które należy odchylić w
kierunku ociosu pod kątem około 10°.
W zakładach wydobywających rudy cynku i ołowiu dopuszcza się w
wyrobiskach ze stropem płaskim zabudowanie wszystkich kotwi
stropowych prostopadle.
Kierunek zabudowy kotwi ociosowych może być poziomy lub z
odchyleniem w stronę spągu albo stropu
.
Kotwie ociosowe mogą być zabudowywane z prostopadłym
usytuowaniem rzędów i szeregów lub w szachownicę.
PROJEKT
sprawdzenie doboru obudowy
kotwiowej dla wyrobisk kopalń LGOM
25
OBLICZENIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE OBUDOWY
KOTWIOWEJ
P
P
u
a. b.
Charakterystyka wytrzymałościowo-odkształceniowa
kotwi: a – schemat kotwi, b – wykres charakterystyki, P –
nośność, u – przemieszczenie
WYTYCZNE OBLICZEŃ STATYCZNYCH
1.
Obciążenie obudowy kotwiowej określa
się zgodnie z normami:
PN 98/G- 05020: Podziemne wyrobiska korytarzowe i
komorowe. Obudowa sklepiona. Zasady projektowania i
obliczeń statycznych.
PN 98/G- 05600: Podziemne wyrobiska korytarzowe i
komorowe. Obudowa powłokowa. Zasady projektowania i
obliczeń statycznych.
Wykorzystuje się w tym celu
metody sklepieniowe:
Protodiakonowa, Cymbarewicza
lub Sałustowicza
lub rozwiązania wynikające z
modelu ciśnień deformacyjnych
1.1.
Model Protodiakonowa
b
h
o
h
q
z
s
o
tg
b
h
2
Mechanizm i zasięg stref
zniszczenia wg hipotezy
Protodiakonowa
Zasięg strefy zniszczonej
(odprężonej)
h
o
w stropie
wyrobiska określa się wg
wzoru:
1.1.
Model Cymbarewicza
b
2
45
o
h
o
h
q
x1
q
x2
q
z
Mechanizm i zasięg stref
zniszczenia wg hipotezy
Cymbarewicza
Wartość obciążenia górotworu
w stropie
q
z
należy obliczać wg
wzoru:
o
s
z
h
q
s
o
o
tg
htg
b
h
2
45
5
,
0
a zasięg strefy zniszczonej
(odprężonej)
h
o
wg wzoru:
s
cs
s
k
R
tg
arc
1
10
o
co
o
k
R
tg
arc
1
10
b h - szerokość i wysokość wyrobiska w świetle wyłomu,
R
cs
R
co
– wytrzymałość skał stropowych i ociosowych na jednoosiowe
ściskanie w MPa,
s
– pozorny kąt tarcia wewnętrznego górotworu w stropie wyrobiska,
o
–
pozorny kąt tarcia wewnętrznego górotworu w ociosie wyrobiska,
k
1
- współczynnik jakości górotworu odpowiednio dla skał w stropie i w
ociosach wyrobiska,
-
- ciężar objętościowy górotworu w stropie
.
1.3. Model Sałustowicza
2a
2
2a
1
h
o
b
h
W stropie występuje
strefa poziomych
rozciągań, w której
górotwór ulega
spękaniu i odprężeniu
R
r
-
wytrzymałość
górotworu na rozciąganie
p
z
, p
x
– pierwotny stan
naprężeń
pionowych
i
poziomych
x
x
z
r
p
p
p
R
a
a
n
2
2
1
2
2
2
h
nb
a
2
1
h
a
h
o
Zasięg strefy zniszczonej (odprężonej)
h
o
w stropie wyrobiska określa się wg wzoru:
1.4.
Model ciśnień deformacyjnych
(model górotworu: sprężysto-
plastyczny z osłabieniem)
Wartość obciążenia górotworu w stropie
q
z
należy obliczać jako ciśnienie
statyczne wynikające z optymalnego zaciskania konturu wyrobiska, wg
wzoru:
1
s
opt
w
u
u
r
q
w którym optymalne zaciskanie wyrobiska
u
opt
określa się z rozwiązania
następujących zależności:
1
2
s
opt
w
cr
opt
s
cr
g
u
u
r
R
u
u
R
p
g
z
L
L
L
p
p
E
r
u
1
g
g
sin
1
sin
2
2
1
;
cr
g
s
g
w
L
s
R
p
u
u
r
u
2
2
cg
z
g
R
p
p
s
opt
w
Lopt
u
u
r
r
W tych warunkach optymalny zasięg strefy spękanej
(plastycznej) wynosi:
1.
Długość kotwi l
k
Długość kotwi dobiera się tak aby przekraczała
zasięg strefy spękanej powstałej w stropie wyrobiska
traktując kotwie jako elementy podwieszające strefę
górotworu spękanego do strefy nienaruszonej.
Przyjmuje się, że dla wyrobisk korytarzowych:
o
k
h
l
5
,
1
gdzie:
h
o
– zasięg
strefy spękań
w stropie
wyrobiska
uzależniona
od przyjętego
mechanizmu
zniszczenia
.
q
z
h
o
b
Strefa górotworu
spękanego
Strefa górotworu
nienaruszonego
l
k
wg
modelu
Protodiakonowa
s
k
tg
b
l
2
5
,
1
wg
modelu
Cymbarewicza:
s
o
k
tg
htg
b
l
2
45
5
,
0
5
,
1
2
5
,
1
1
h
a
l
k
wg
metody
Sałustowicza
-
wg
modelu
ciśnień
deformacyjnych
w
Lopt
k
r
r
l
5
,
1
wg metody sklepienia płaskiego
(Gałczyński –Inst.
Geot. PWr)
Parametry obudowy kotwiowej określa się z, odmiennej niż w
poprzednich metodach, charakterystyki pracy tej obudowy. Nośność
obudowy kotwiowej wynika ze współpracy kotwy z górotworem i
określa się ją z wytrzymałości całego skotwionego stropu na ścinanie:
T
q
z
T
A
B
h
o
1
b
Kf
q
b
N
l
n
z
k
2
2
2
f
b
l
k
2
gdzie: n – liczba kotwi na 1 m stropu, l
k
– robocza długość kotwi, N – siła
naciągu kotwi, b – rozpiętość wyrobiska, q
z
– ciśnienie górotworu na półkę
nośną, K – współczynnik bocznego parcia górotworu, f – współczynnik
wytrzymałości górotworu na ścinanie (Protodiakonowa).
Kf
q
b
N
l
n
z
k
2
2
2
f
b
l
k
2
Spełnienie pierwszego z wymienionych warunków oznacza,
że skotwiona półka skalna nie powinna ulec ścięciu,
natomiast spełnienie drugiego zapewnia wytrzymałość
stropu po uformowaniu się w nim sklepienia płaskiego
jako najbardziej racjonalnego układu nośnego obudowy
kotwiowej
2
2
2
2
b
f
l
nNKf
q
b
k
z
Stąd
długość kotwi
musi być zawarta w
przedziale
:
1.
GĘSTOŚĆ KOTWIENIA – METRYKA KOTWIENIA
Gęstość kotwienia należy ustalać wg wzoru:
śr
k
k
nl
N
A
2
3
gdzie: N – obliczeniowa nośność
kotwi,
n – współczynnik
bezpieczeństwa,
śr
– średni ciężar objętościowy
skał stropowych
Zaleca się rozmieszczać kotwie w rzędach i szeregach
w rozstawie:
k
A
a
RACJONALIZACJA ZASAD DOBORU OBUDOWY
KOTWIOWEJ
Generalnie,
kotwie
w systemie skutecznego zabezpieczenia wyrobisk
podziemnych spełniają trzy funkcje:
są elementami obudowy osłonowej
, gdy górotwór znajduje się w stanie
naprężeń przedkrytycznych; jest to układ stabilny a obudowa kotwiowa
spełnia profilaktyczną rolę osłony chroniącej przed obwałami lokalnymi,
współuczestniczą jako kotwie grupowe w formowaniu się układu
nośnego wewnątrz skotwionego górotworu
, gdy ten ostatni znajdzie się w
stanie naprężeń pokrytycznych; stabilizację układu może zapewnić
wzbudzony proces degradacji masywu skalnego i redystrybucji jego
pierwotnych naprężeń,
są oddzielnymi elementami kotwiącymi obudowę lub fragment
odspojonego górotworu do masywu nienaruszonego;
pracują jako
pojedyncze, samodzielne ustroje nośne.
Praktycznie każdy z tych przypadków wymaga opracowania innych,
swoistych zasad racjonalnego doboru obudowy kotwiowej. Najbardziej
skutecznym byłby indywidualny projekt obejmujący takie czynności jak:
rozpoznanie górotworu ze wskazaniem jego klasy i określeniem
niezbędnych parametrów obliczeniowych,
obliczenia statyczne i wytrzymałościowe ustalonych schematów
ustrojów nośnych,
projekt konstrukcyjno-technologiczny zabezpieczenia wyrobiska w
różnych etapach jego eksploatacji,
ustalenie zasad kontroli i nadzoru oraz ewentualnej korekty wykonanej
obudowy kotwiowej,
przystosowanie obudowy do obciążeń dynamicznych.
Szczególnej procedury projektowej
wymagają wyrobiska udostępniające
pola eksploatacyjne kopalń. W takiej sytuacji mamy do czynienia ze
zmiennymi warunkami pracy obudowy kotwiowej. Z reguły wyrobisko
znajduje się najpierw w górotworze nienaruszonym, a więc w
przedkrytycznym stanie jego naprężeń i obudowa nośna nie jest
potrzebna a dopiero po zbliżeniu się frontu eksploatacyjnego popada w
zasięg górotworu naruszonego, z pokrytycznym stanem naprężeń i
wówczas bez obudowy nośnej układ narażony jest na całkowite
zniszczenie. Projektując zabezpieczenie takiego wyrobiska należy przede
wszystkim przeanalizować w jakim czasie i jakiego rodzaju obudowę
zastosować, aby była ona skuteczna i ekonomicznie uzasadniona. W
analizie tej muszą być uwzględnione wszystkie dodatnie i ujemne cechy
obudowy kotwiowej, a mianowicie:
możliwość stopniowego jej rozbudowania z przystosowaniem do
zmieniających
się
potrzeb,
na
przykład,
najpierw
do
celów
profilaktycznych a następnie do potrzeb pełnej stabilizacji wyrobiska,
wrażliwość kotwi na korozję, z czym wiąże się ograniczony czasokres
ich użytkowania, a więc wybór optymalnego czasu montowania lub
wzmocnienia obudowy,
sterowanie stanem zabezpieczenia wyrobiska w zależności od
możliwości obudowy kotwiowej a jej obciążeniem wynikającym z
pomierzonych i zarejestrowanych przejawów ciśnienia górotworu.
Całość zagadnień racjonalnego doboru obudowy kotwiowej wyrobisk
podziemnych winna regulować instrukcja przystosowana do możliwości
technicznych i potrzeb poszczególnych kopalń bądź zakładów górniczych.
Oddzielna instrukcja powinna regulować sposób montażu obudowy w
wyrobiskach tunelowych. Przewodnią myślą takiej instrukcji musi być opis
środków i zabiegów technicznych, które pozwolą na mobilizację
górotworu do przenoszenia obciążeń w warunkach naprężeń ściskających
– obudowa kotwiowa będzie wówczas pełnić rolę obudowy kamiennej.
LITERATURA
1.
J. Dudek, S. Gałczyński, A. Wojtaszek, Zasady doboru podatnej obudowy kotwiowej wyrobisk
korytarzowych i komorowych (na przykładzie kopalń LGOM-u), Pr. Nauk. Inst. Geot. PWr nr 21,
seria Mon. nr 4, Wrocław 1978.
2.
S. Gałczyński, Budowle Podziemne, Politechnika Wrocławska, Wrocław 1979,
3.
S. Gałczyński, A. Wojtaszek: O problemie pracy konstrukcji podziemnych przy obciążeniach
dynamicznych, XIX ZSMG „Zjawiska dynamiczne w górotworze ze szczególnym uwzględnieniem
wstrząsów
i
tąpań”,
Ustroń
Zawodzie
1996.
4.
S. Gałczyński, A. Wojtaszek : Model zachowania się obudowy kotwiowej w warunkach obciążeń
dynamicznych, Mat. Konf. „Obudowa kotwiowa jako skuteczny środek zabezpieczania wyrobisk w
kopalniach”, Lubiatów 1996.
5.
S. Gałczyński, A. Wojtaszek: Dynamiczne predyspozycje nośne skotwionego stropu płaskiego,
Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, XX ZSMG „Geotechnika Górnicza i Budownictwo
Podziemne”, Wrocław 1997.
6.
S. Gałczyński, , Górotwór jako masywna obudowa wyrobisk podziemnych, XXI ZSMG
„Geomechaniczne problemy eksploatacji złóż i budownictwa specjalnego, Zakopane Kościelisko
1998, Wyd. Katedry Geom. Górn. i Geotechniki
AGH Kraków.
7.
S. Gałczyński, A. Wojtaszek: Predyspozycje dynamiczne górotworu jako masywnej obudowy
wyrobisk podziemnych, XXI ZSMG „Geomechaniczne problemy eksploatacji złóż i budownictwa
specjalnego, Zakopane-Kościelisko 1998, Wyd. Katedry Geom. Górn. i Geotechniki AGH Kraków.
8.
S. Gałczyński, M. Leszczyński, A. Wojtaszek, Statyczna i dynamiczna nośność obudowy
kotwiowej, CUPRUM nr 8, 1988, Wyd. Centrum Badawczo Projektowe Miedzi „Cuprum”,
9.
S. Gałczyński, A. Wojtaszek, Rola monitoringu w ocenie mechanizmu degradacji ustrojów
nośnych, XXIIIZSMG „Geotechnika i Budownictwo Specjalne 2000”, Bukowina Tatrzańska 2000,
str. 75 – 81,
10.
S. Gałczyński, A. Wojtaszek, Niesuszczaja sposobność massiwa gornych porod
okrużajuszczich podzemnyje wyrabotki, Konf. „Problemy bezopacnosti i sowerszenstwowanja
gornych parod” Moskwa-ST. Petersburg 1999, RAN Ekaterinburg.
11.
S. Gałczyński, A. Wojtaszek, Analiza metod projektowania i wykonawstwa podatnych,
zespolonych konstrukcji podziemnych nośność podatnych, zespolonych konstrukcji podziemnych
12.
S. Gałczyński, A. Wojtaszek, Analiza mechanizmu zniszczenia skotwionej skalnej półki nośnej
13.
S. Gałczyński, A. Wojtaszek,
Charakterystyka nośności zakotwionego stropu płaskiego jako
podatnej niekonwencjonalnej obudowy podziemnej, XXIX ZSMGiG, 2006,
14.
S. Gałczyński, A. Wojtaszek, Charakterystyka nośności zakotwionego stropu jako podatnego
sklepienia ciśnień,
XXIX ZSMGiG, 2006,
15.
Praca zbiorowa CBMM „Cuprum”, Weryfikacja zasad doboru obudowy kotwiowej dla kopalń
rud miedzi w LGOM, listopad 2000, niepublikowana,
10
o
Document Outline
