Pobierz pełna wersję artykułu

Transkrypt

23
CUPRUM – Czasopismo Naukowo-Techniczne Górnictwa Rud
nr 1 (74) 2015, s. 23-40
___________________________________________________________________
Badania zachowania się górotworu podczas
doświadczalnej eksploatacji systemem ścianowym
w ubierce A5/1 O/ZG Polkowice-Sieroszowice
Butra Jan1), Dębkowski Rafał1), Matusz Czesław2), Serafin Mariusz2)
KGHM CUPRUM sp. z o.o. – Centrum Badawczo-Rozwojowe, Wrocław
[email protected]
KGHM Polska Miedź S.A. O/ZG Polkowice-Sieroszowice, Kaźmierzów
Streszczenie
W artykule przedstawiono problematykę eksploatacji cienkiego złoża rud miedzi w kopalni
Polkowice-Sieroszowice. Na tle warunków geologiczno-górniczych w piętrze A5 pola A kopalni przedstawiono analizę wyników badań i obserwacji zachowania się górotworu podczas
doświadczalnej eksploatacji złoża o miąższości do 2 m systemem ścianowym, z zastosowaniem mechanicznego urabiania złoża w ubierce A5/1, w okresie od marca 2013 r. do października 2014 r.
Słowa kluczowe: górnictwo, mechaniczne urabianie złoża, badania zachowania się górotworu
Studies on rock-mass behavior during experimental mining using
long-wall system in A5/1 open end of Polkowice-Sieroszowice
mine
Abstract
The paper discusses the issue of thin copper ore deposit mining in Polkowice-Sieroszowice
mine. Taking into consideration the geological and mining conditions in A5 level of A field, the
analysis of results of tests and monitoring the rock-mass behavior during the experimental
mining of up to 2 m thick deposit using long-wall system with the mechanical breaking in A5/1
open end from March 2013 to October 2014, was presented.
Key words: mining, mechanical breaking of deposit, studies on rock-mass behavior
Wprowadzenie
Poligonem doświadczalnym, w zakresie doboru efektywnych sposobów (systemów)
wybierania złoża rud miedzi w warunkach kopalń, zlokalizowanych w Legnicko-Głogowskim Okręgu Miedziowym (LGOM), był oddział doświadczalny, usytuowany
w polu B, we wschodnim rejonie kopalni Lubin.
Pierwsze próby eksploatacji złoża w LGOM bazowały na doświadczeniach kopalni Konrad i innych kopalniach tzw. starego zagłębia miedziowego (Lena, Nowy
Kościół i Konrad). Eksploatację w tych kopalniach prowadzono systemami ścianowymi. Urabianie złoża odbywało się za pomocą materiałów wybuchowych. Obudowę
ścian stanowiła obudowa stalowo-członowa, a do ładowania i odstawy urobku wyko-
24
J. Butra, R. Dębkowski, Cz. Matusz, M. Serafin, Badania zachowania się górotworu…
___________________________________________________________________
rzystywano ładowarki zgarniakowe. Były to systemy z zawałem lub ugięciem stropu
i z podsadzką płynną [3]. Odmienność warunków geologiczno-górniczych złoża
między Lubinem i Sieroszowicami, w stosunku do innych złóż eksploatowanych
w latach 60. XX wieku w Polsce, wymagała zastosowania wydajnych rozwiązań
i kompleksowego spojrzenia na zagospodarowanie tego złoża. Brak możliwości
zastosowania mechanicznego urabiania złoża i uzyskiwane w związku z tym niskie
wskaźniki techniczno-ekonomiczne w systemie ścianowym zadecydowały wówczas
o wdrożeniu systemu komorowo-filarowego w kopalniach LGOM.
Technologia wybierania w kopalniach KGHM Polska Miedź S.A. bazuje od tego
czasu na wypracowanych własnych rozwiązaniach systemu komorowo-filarowego
oraz światowych osiągnięciach technicznych, łącząc zaawansowane technicznie
podstawowe elementy technologii, tj. urabianie, ładowanie i transport, obudowa
wyrobisk, oparte na samojezdnych maszynach górniczych z napędem spalinowym,
wyposażonych w odpowiednie układy robocze [1]. Takie czynniki, jak duża zmienność
wykształcenia złoża, w tym jego miąższości oraz właściwości górotworu, a także
możliwość stosowania pełnej mechanizacji robót, sprzyjają osiąganiu wysokiej wydajności pracy. W tej sytuacji systemy komorowo-filarowe nadal są preferowane
przy eksploatacji złoża o średniej i dużej miąższości.
W złożu o małej miąższości (poniżej 2,0 m) systemy komorowo-filarowe generują
duże zubożenie rudy, gdyż minimalna furta eksploatacyjna ograniczona jest wysokością maszyn samojezdnych. Natomiast zastosowanie rozdzielczego urabiania
w furcie eksploatacyjnej skutkuje komplikacjami w organizacji robót i wzrostem kosztów, a także zwiększonym zubożeniem w stosunku do eksploatacji tymi systemami
złoża rud miedzi o średniej i dużej miąższości w kopalniach LGOM.
Postęp techniczny w zakresie możliwości mechanicznego urabiania złoża, jaki
dokonany został w ostatnich latach, wskazuje, że eksploatacja ścianowa w kopalniach rud może być efektywna i konkurencyjna w stosunku do systemu komorowo-filarowego, szczególnie w zakresie wybierania złoża o małej miąższości. Istotnymi
kwestiami techniczno-technologicznymi w tym przypadku jest dobór optymalnych
parametrów ściany i sposobu kierowania stropem oraz wypracowanie odpowiednich
metod profilaktyki tąpaniowej.
Eksperyment z zastosowaniem systemu ścianowego (ubierkowego), z mechanicznym urabianiem złoża, zlokalizowany został w rejonie piętra A5 kopalni Polkowice-Sieroszowice. System ten, po potwierdzeniu przyjętych rozwiązań górniczych,
geomechanicznych i mechaniczno-energetycznych, w trakcie ruchu próbnego, stanowić będzie nową technologię eksploatacji złoża rud o małej miąższości.
1. Budowa geologiczna piętra eksploatacji próbnej
Złoże w piętrze A5 występuje w spągowej części serii skał węglanowych cechsztynu
i obejmuje: łupek miedzionośny ilasty i dolomityczno-ilasty o miąższości do 0,4 m,
dolomit ilasty szary i ciemnoszary o miąższości do 0,5 m, dolomit smugowany ciemnoszary o miąższości do 1,0 m oraz dolomit wapnisty szary o miąższości do 0,8 m.
Okruszcowanie w analizowanym rejonie jest zmienne. W polu istnieją obszary, gdzie
okruszcowany bilansowo jest tylko łupek miedzionośny lub dolomit smugowany
i dolomit wapnisty. Lokalnie występują zaniki złoża bilansowego. Sumaryczna miąższość złoża bilansowego wynosi od 0,0 do 2,4 m.
Strop złoża stanowią skały serii węglanowej miąższości około 18 m, powyżej serii węglanowej zalegają anhydryty o sumarycznej miąższości 180 m.
25
__________________________________________________________________
Spąg złoża stanowią szare piaskowce kwarcowe o spoiwie węglanowym, węglanowo-ilastym i ilastym, czerwonego spągowca o miąższości około 3,0 m. Ilość spoiwa i udział w nim substancji węglanowej wzrasta w kierunku stropu piaskowca, co
powoduje wzrost jego twardości.
Rozciągłość złoża NW-SE, upad 2-4° na NE. Górotwór jest słabo zaang ażowany
tektonicznie. Nie stwierdzono występowania uskoków. Występują natomiast liczne
spękania pionowe i skośne wypełnione gipsem i kalcytem, lokalnie występują ślizgi
tektoniczne o płaszczyznach ścięcia około 30°. Zło że zalega na głębokości około
800 m.
2. Technologia eksploatacji złoża o małej miąższości w ścianie A5/1,
z mechanicznym urabianiem calizny
W piętrze A5 projektowane jest uzbrojenie kilku ścian w układzie poprzecznym.
Eksploatacja złoża w pierwszej ścianie (ubierce) A5/1, w której prowadzony był ruch
próbny, rozpoczęła się w marcu 2013 r. i została zakończona w październiku 2014 r.
Zakończono również roboty związane z demontażem jej uzbrojenia.
Ściana A5/1 miała długość około 50 m (w osi wyrobisk przyścianowych), natomiast długość kolejnych ścian wynosić będzie około 100 m. Pochylnia A-5D stanowiła wyrobisko podścianowe o wysokości około 3,8 m, a jego spąg zlokalizowany był
około 1,3 m poniżej spągu wyrobiska ścianowego. Wyrobisko nadścianowe stanowiła pochylnia A-5C o wysokości około 2,0 m, a jego spąg znajdował się na wysokości
spągu wyrobiska ścianowego. Strop wyrobisk przyścianowych zabudowano kotwami
rozprężnymi o długości 1,6 m, w siatce 1,5×1,5 m.
Ściana wyposażona była w 23 zestawy obudowy zmechanizowanej, w tym 12
sekcji wyposażonych w stropnice odzawałowe (tylne) i 11 sekcji bez tych stropnic
oraz kompleks ścianowy ACT (kombajn i przenośnik płytowy) – rys.1, odstawiający
urobek na przenośnik taśmowy w wyrobisku podścianowym [2]. Uruchomienie ściany nastąpiło z przecinki ścianowej, wykonanej w obudowie kotwowej. Podczas ruchu
próbnego ściany A5/1 wyrobiska przyścianowe utrzymywane były za frontem ściany.
Z uwagi na konstrukcję kompleksu ścianowego ACT oraz hydraulicznej obudowy
zmechanizowanej ściany, odległość od czoła ściany do linii zrobów wynosi około
10 m.
Kierowanie stropem realizowane było przez ugięcie warstw stropowych na podporach nierabowanych, tj. kasztach systemu drewnianej obudowy kasztowej LINK-N-LOCK.
Roboty eksploatacyjne prowadzono według następujących zasad [2]:
− maksymalny zabiór 0,2 m (w ramach prób dopuszczalne było
eksperymentalne urabianie zabiorem do 0,4 m);
− maksymalny dobowy postęp ściany – 6 m;
− odtwarzanie ociosów pochylni A-5C i A-5D od strony zrobów ściany A5/1 za
pomocą stosów podporowych, za postępem prowadzonych robót;
− zabudowa nierabowalnych, sztucznych filarów zrobowych, za postępem
prowadzonych robót, w podziałce 1 podpora na 28 m2 odsłoniętego stropu,
w celu złagodzenia procesu uginania się warstw stropowych w pobliżu strefy
roboczej i w zrobach;
− wyłączanie z ruchu wyrobisk równoległych do ubierki na jej wybiegu
(przecinki wentylacyjne), po zbliżeniu się do nich frontu na odległość 100 m;
− sposób wzmocnienia stropu ww. przecinek (wraz ze skrzyżowaniami
26
___________________________________________________________________
z wyrobiskami przyścianowymi), znajdujących się na wybiegu frontu
eksploatacyjnego, obejmował:
• wzmocnienie obudową linową o długości 5 m, w siatce 3×3 m,
• zabudowanie co najmniej 4 kasztów podporowych przy każdym ociosie
przecinki.
Rys. 1. Schemat uzbrojenia ściany pilotowej [2]
3. Program badań zachowania się górotworu
Ściana doświadczalna objęta była całodobowym monitoringiem sejsmologicznym.
Podstawą oceny stateczności stropu w wyrobiskach przyścianowych ściany doświadczalnej były regularne obserwacje wizualne obudowy stanu stropu oraz ociosów i spągu, wykonywane raz w ciągu doby. Obserwacje takie prowadzono również
w odniesieniu do stropu oraz czoła ściany A5/1. Oprócz obserwacji wizualnych zachowania się górotworu prowadzone były również [2]:
− pomiary konwergencji w wyrobiskach przyścianowych typowymi
konwergometrami mechanicznymi, co najmniej 2 razy w tygodniu;
− czujnikami CKN w zrobach i w przecinkach na wybiegu frontu, co najmniej
2 razy w tygodniu;
− pomiary geodezyjne obniżenia (niwelacja) stropu w wyrobisku
podścianowym, z częstotliwością raz w miesiącu;
− pomiary prędkości deformowania się skał otaczających wyrobiska górnicze
czujnikiem DLN – 2 razy w tygodniu;
27
__________________________________________________________________
−
−
badania endoskopowe stropu w wyrobiskach przyścianowych;
ciągłe monitorowanie pracy wszystkich sekcji obudowy podporowej.
4. Analiza dotychczasowej eksploatacji – wyniki badań i obserwacji
zachowania się górotworu
4.1. Ciągłe obserwacje sejsmiczne
W analizowanym okresie, tj. od marca 2013 r. do października 2014 r., w rejonie
ściany A5/1 w piętrze A5 aktywność sejsmiczna kształtowała się na bardzo niskim
poziomie. W okresie tym zarejestrowano tylko jedno zjawisko sejsmiczne, wstrząs
górotworu, o energii E≥103 J. 22 grudnia 2013 r. wystąpił wstrząs o energii
3,2×103 J, a jego epicentrum zlokalizowano w odległości około 760 m od czoła frontu ścianowego – rys. 2. Wstrząs nie spowodował żadnych skutków w obszarze
próbnej eksploatacji ścianowej. Prawdopodobną przyczyną jego zaistnienia była
relaksacja naprężeń wywołanych zakończoną eksploatacją w piętrze A4.
Ściana A5/1
Rys. 2. Lokalizacja wstrząsu w piętrze A5 22.12.2013 r.
4.2. Obserwacje wizualne stanu górotworu w przestrzeni roboczej
oraz w wyrobiskach przyścianowych
Roboty w ścianie wykonywane były zgodnie z zatwierdzoną technologią. Zmiany,
które zachodziły, dotyczyły zmiany układu zabudowy kasztów w części zrobowej
oraz zabudowy dodatkowego rzędu kasztów, odcinających część zrobową od wyrobiska podścianowego (pochylnia A-5D).
28
___________________________________________________________________
Generalnie, w całym okresie urabiania ściany A5/1 eksploatacja przebiegała bez
większych zakłóceń od strony geomechanicznej. W tym okresie wystąpiło sześć
samoistnych zawałów stropów w części zrobowej. Występowanie zawałów skał
stropowych było przewidywane na etapie projektowania eksploatacji. Poprzedzone
one były wyraźnymi efektami akustycznymi (dźwięcznością górotworu oraz trzaskami kasztów, zabudowanych w części zrobowej ściany) i ich rozgniataniem, a także
prószeniem i odspajaniem się skał stropowych w zrobach. Takie przejawy ciśnienia
górotworu pozwalały na wcześniejsze wycofanie załogi ze strefy roboczej.
27.08.2013 r. zaistniał w zrobach I samoistny zawał stropu. Obszar zawalonego
stropu obejmował zroby własne i lokalnie przestrzeń nad stropnicami sekcji obudowy zmechanizowanej (sekcje 3 do 13), nie doszło jednak do wdarcia się skał w obręb przestrzeni roboczej. Zastosowane zabezpieczenia wyrobisk nadścianowego
i podścianowego, wygradzanych przy zrobach, były wystarczające do utrzymania ich
stateczności. Kolejne zawały: II – 27.02.2014 r. i III – 13.03.2014 r. charakteryzowały się tym, że występowały po znacznym postępie ściany (rys. 3), natomiast symptomy ich wystąpienia i zawałów kolejnych były analogiczne jak przy I zawale.
Rys. 3. Zawały stropu w części zrobowej do 13.03.2014 r.
Kolejne trzy samoistne zawały stropu w zrobach nie występowały, tak jak poprzednie, po istotnym postępie ściany, lecz były już konsekwencją ostatniego tego
typu zjawiska zaistniałego 13.03.2014 r. (rys. 4). Należy przy tym podkreślić, że
zrobowe stosy podporowe (kaszty) powodowały, że zawały te nie zachodziły w sposób dynamiczny.
W przypadku IV samoistnego zawału stropu w zrobach, zaistniałego
25.03.2014 r., w odróżnieniu od pozostałych zawałów, po raz pierwszy (i jak do tej
pory jedyny) zostały naruszone warstwy stropowe, znajdujące się bezpośrednio nad
strefą roboczą kompleksu ścianowego ACT, w centralnej części urabianej ściany.
29
__________________________________________________________________
Zawał ten, o szerokości około 6 m, objął środkowe sekcje obudowy hydraulicznej
ściany (od nr. 10 do nr. 14). Jego długość, od czoła ściany do granicy samoistnego
zawału stropu z 13.03.2014 r., który zainicjował omawianą sytuację, wynosiła około
16,5 m.
Rys. 4. Zawały stropu w części zrobowej w całym okresie badań i obserwacji
Uważa się, że powodem wystąpienia omawianego zawału stropu mógł być
weekendowy przestój kompleksu ścianowego, poprzedzony dość intensywnym urabianiem ściany. Zawał ten, z 25.03.2014 r., bezpośrednio nad strefą roboczą nie
wyrządził większych uszkodzeń. Po uporządkowaniu strefy między czołem ściany
a sekcjami hydraulicznymi wznowiono jej urabianie. W trakcie dalszej eksploatacji
9.04.2014 r. miało miejsce następne opadnięcie warstw stropowych (związane
z zawałem IV), które poszerzyło szerokość istniejącego zawału w strefie zrobowej
do około 21 m. Kolejne zawały stropu w zrobach V i VI były również konsekwencją
zjawiska zaistniałego 13.03.2014 r.
Przestoje kompleksu ścianowego powodowały również pojawianie się przejawów
ciśnienia górotworu w postaci łuszczenia, kruszenia i odspajania się warstw skalnych, zwłaszcza w czole ściany, w wyniku czego podczas jej urabiania powstawały
nadgabaryty, niekiedy o znacznych rozmiarach.
Urabianie złoża w ścianie miało istotny wpływ na stan wyrobisk przyścianowych.
Ze względu na zaburzenia występujące w stropie (ślizgi, spękania, przewarstwienia
i płaszczyzny podzielności płytowej, wypełnionej substancją ilastą) ulegały one degradacji. Szczególnie widoczne było to w wyrobisku podścianowym (pochylnia
A-5D). Lokalne zaburzenia stropu na bieżąco zabezpieczane były dodatkową obudową podporową oraz siatką „MM”. Po zakończeniu eksploatacji w ścianie A5/1
strop wyrobiska podścianowego, na całej długości, jest zdegradowany tak, że
w przyszłości to wyrobisko nie będzie się nadawało do ponownego wykorzystania.
30
___________________________________________________________________
Istotny wpływ ciśnienia górotworu stwierdzono również w wyrobisku nadścianowym. Choć degradacja stropu była w nim mniejsza niż w wyrobisku podścianowym,
spowodowała wypiętrzenie się spągu na wysokość, która utrudnia poruszanie się po
tym wyrobisku.
Reasumując, wpływ ciśnienia górotworu w wyrobiskach przyścianowych przed
ścianą i w jej bezpośrednim sąsiedztwie był stosunkowo niewielki, natomiast po
przejściu ściany zaczynała się stopniowa, postępująca degradacja tych wyrobisk.
Jest ona na tyle duża, że uniemożliwia bezpieczne ich użytkowanie w przyszłości.
Dla wyeliminowania skutków zawałów, jak w przypadku IV samoistnego zawału,
podjęto decyzję o dodatkowym zabezpieczeniu stropu stojakami indywidualnymi,
budowanymi między czołem ściany a stropnicami obudowy zmechanizowanej, podczas wszelkich przestojów kompleksu ścianowego. Ten zabieg technologiczny spowodował, że podczas kontynuacji wybierania złoża w ścianie występujące ciśnienie
górotworu nie osłabiało stropu nad przestrzenią roboczą, powodując samoistny
opad warstw stropowych do jej przestrzeni roboczej. Wszystkie inne zawały stropu
w części zrobowej były spodziewane i nie wyrządziły znacznych szkód w części
roboczej.
Mając na uwadze doświadczenia z zachowaniem się stropu podczas eksploatacji
złoża systemami komorowo-filarowymi oraz minimalne wymiary dostępnej przestrzeni pod stropnicami czołowymi od strony przenośnika ścianowego, założono, że
tunelem komunikacyjnym będzie przestrzeń pod stropnicami odzawałowymi obudowy zmechanizowanej ściany. Analiza skutków zaistniałych, samoistnych zawałów
w zrobowej części ściany pozwala na konkluzję, że poruszanie się po ścianie jest
bezpieczniejsze pod stropnicami sekcji hydraulicznej od strony ściany. Zdarzało się
bowiem, po samoistnych zawałach stropu w części zrobowej, że do tunelu komunikacyjnego wdarły się luźne stropowe bryły skalne. W pojedynczych przypadkach
obserwowano również uchylanie się stropnic odzawałowych pod obciążeniem odspojonego stropu bezpośredniego.
Uzyskane doświadczenia pozwalają na sformułowanie kilku istotnych sugestii,
dotyczących konstrukcji sekcji obudowy zmechanizowanej ściany. Między innymi,
podjęto decyzje o maksymalnym wydłużeniu stopnicy czołowej oraz zabudowie
stropnicy odzawałowej na każdej sekcji tej obudowy podczas kontynuacji eksperymentalnego urabiania złoża w warunkach kopalni Polkowice-Sieroszowice.
4.3. Pomiary konwergencji w wyrobiskach przyścianowych oraz w zrobach
Przed uruchomieniem eksploatacji, z wykorzystaniem kompleksu ścianowego ACT,
w marcu 2013 r., w wyrobiskach przyścianowych zamontowano punkty pomiaru
konwergencji. Ponadto pomiary te prowadzono również w środkowej części ubierki
(3 punkty, w tym dwa zlokalizowane w strefie zrobowej i jeden w przecince 2),
z wykorzystaniem czujników typu CKN-2000.
Rozmieszczenie początkowe punktów pomiaru konwergencji było następujące:
− wyrobisko nadścianowe (pochylnia A-5C – 6 punktów pomiarowych
– rys. 5),
− wyrobisko podścianowe (pochylnia A-5D – 13 punktów pomiarowych
– rys. 6),
− środkowa część ubierki 3 punkty pomiarowe – rys. 7.
31
__________________________________________________________________
Punkty pomiaru konwergencji w wyrobisku podścianowym były zlokalizowane w tych samych miejscach, co punkty niwelacyjne. Odległość między zabudowanymi punktami w wyrobiskach przyścianowych wynosiła około 30 m.
Rys. 5. Lokalizacja punktów pomiaru konwergencji w wyrobisku nadścianowym
Rys. 6. Lokalizacja punktów pomiaru konwergencji w wyrobisku podścianowym
32
___________________________________________________________________
Rys.7. Lokalizacja konwergometrów CKN
Pomiary konwergencji w wyrobiskach przyścianowych rozpoczęto w marcu
2013 r. Pierwszy znaczący przyrost konwergencji zaobserwowano, gdy kompleks
ścianowy wykonał około 4,5 m postępu, w trybie ciągłego urabiania złoża, a całkowity postęp od początku eksploatacji wynosił około 10 m. Zmiany zanotowano na
dwóch punktach zlokalizowanych najbliżej czoła ściany (punkt 2 – wyrobisko podścianowe i punkt 15 – wyrobisko nadścianowe). Wraz z postępem ściany stwierdzono stopniowy przyrost konwergencji w ww. punktach pomiarowych oraz pierwsze
przyrosty konwergencji w kolejnych punktach 2-3 stanowisk pomiarowych, zlokalizowanych najbliżej przemieszczającego się frontu ścianowego.
Na podstawie analizy wyników dalszych pomiarów stwierdzono, że istotny przyrost konwergencji występuje dopiero przy zbliżeniu się czoła ściany do punktów
pomiarowych i utrzymuje się aż do czasu ich minięcia przez ścianę. Konieczność
przemieszczania urządzeń zasilających mediami uzbrojenie ściany spowodowała
uszkodzenie kilku stanowisk pomiarowych w wyrobisku podścianowym (poch.
A-5D), co uniemożliwiło kontynuację pomiarów w tych miejscach. Ponadto, z uwagi
na wystąpienie pogorszonych warunków stropowych w wyrobisku nadścianowym
(poch. A-5C), również zaniechano dalszych pomiarów w kilku punktach pomiarowych. Mając na uwadze, że istotne przyrosty konwergencji występują dopiero po
zbliżeniu się czoła ściany do stanowiska pomiarowego, zdecydowano o sukcesywnym zabudowywaniu kolejnych konwergometrów, przy zachowaniu wcześniej ustalonego odstępu między nimi, tj. około 30 m. Na 30.10.2014 r., kończącym sesje
pomiarowe w ścianie A5/1, największy przyrost konwergencji w chodnikach przyścianowych wykazywały:
− w pochylni A-5C – punkt nr 16 (138 mm od początku pomiarów) oraz punkt
nr 15 (101 mm);
− w pochylni A-5D punkt nr 9 (68 mm od początku pomiarów do jego zniszczenia).
33
__________________________________________________________________
Zmiany konwergencji w poszczególnych punktach pomiarowych w wyrobiskach
przyścianowych od początku pomiarów przedstawiono na rys. 8 i 9.
Rys. 8. Zmiana konwergencji w punktach pomiarowych w wyrobisku nadścianowym
Rys. 9. Zmiana konwergencji w punktach pomiarowych w wyrobisku podścianowym
34
___________________________________________________________________
Pomiary konwergencji prowadzono również w części zrobowej oraz
w przecinkach przed ścianą, za pomocą konwergometrów typu CKN. Pomiar wykonywano na 10 stanowiskach. Rozmieszczenie punktów pomiarowych przedstawiono na rys. 10. Dodatkowe stanowiska, w odniesieniu do przedstawionych na
rys. 7, instalowano w środku długości ściany, bezpośrednio spod stropnic odzawałowych zmechanizowanej obudowy podporowej ściany.
Rys.10. Rozmieszczenie punktów pomiaru konwergencji w części zrobowej
i w przecince nr 3, przed ścianą A5/1
Pomiary konwergencji w zrobach ściany oraz przecinkach na wybiegu frontu
w analizowanym okresie charakteryzują się dużą zmiennością uzyskanych wyników:
− Średniodobowe przyrosty konwergencji na stanowiskach badawczych, funkcjonujących w zrobach dłuższy czas (co najmniej dwa tygodnie), wahały się
w granicach od 2,50 do 5,96 mm/d. Maksymalne, pomierzone wartości przyrostu konwergencji wahały się odpowiednio w granicach od 101 do 470 mm.
− Najmniejsze przyrosty wartości konwergencji (całkowite i średniodobowe, tj.
87 mm i 0,64 mm/d) zarejestrowano na konwergometrze zabudowanym
w odległości około 3 m od ociosu przecinki startowej P-1. Takie małe wartości konwergencji uzasadnione są bliskim sąsiedztwem dużej kostki calizny
na linii rozruchu ściany.
Wyniki obserwacji wizualnych wskazują, że głównym czynnikiem, wpływającym
na wielkość konwergencji w punktach pomiaru w zrobach, jest wypiętrzenie się spągów. Przebieg konwergencji dla wyżej omawianych punktów przedstawiono na
rys. 11.
35
__________________________________________________________________
Rys. 11. Zmiana konwergencji w punktach pomiarowych w zrobach
wraz z postępem ściany A5/1
4.4. Pomiary geodezyjne obniżenia stropu w wyrobisku podścianowym
Pomiary geodezyjne obniżenia (niwelacja) stropu prowadzone były z częstotliwością
raz na miesiąc w wyrobisku podścianowym, w miejscach wykazanych na rys. 6.
Ponieważ część punktów pomiarowych została uszkodzona podczas przemieszczania urządzeń funkcyjnych w wyrobisku podścianowym, w dłuższym okresie pomiary
wykonywane były w 10 stanowiskach pomiarowych. Jako repery stosowane były
podkładki kotew linowych.
Ostatnie pomiary niwelacji wykonano 19.09.2014 r. Największe „okresowe” obniżenie stropu wynosi 25 mm (bazą był pomiar z 8.10.2013 r.) i zostało stwierdzone
w punkcie pomiarowym Ł, około 10 m za ścianą. W pozostałych punktach pomiarowych strop był stabilny, a zanotowane wskazania pomiędzy pomiarami nie wykazują
znaczących zmian i mieszczą się w granicach błędów pomiaru (rys. 12).
36
___________________________________________________________________
Rys. 12. Różnica między pomiarami niwelacyjnymi stropu w chodniku
podścianowym (pochylnia A-5D)
4.5. Pomiary prędkości deformowania się skał otaczających wyrobiska
górnicze czujnikiem DLN
Prowadzone pomiary (2 razy w tygodniu) prędkości deformowania się skał otaczających wyrobiska górnicze czujnikiem DLN nie wskazywały na zmiany w górotworze,
mogące świadczyć o koncentracji naprężeń i wzrostu zagrożenia tąpaniami. Wraz
z postępem ściany likwidacji uległy czujniki znajdujące się w pierwszym i drugim
filarze wielkogabarytowym na wybiegu ściany. Pomiary te, prowadzone w trzecim
urabianym filarze (czujnik 1702 – rys. 13) do zakończenia eksploatacji w ścianie
A5/1, również nie wskazywały na zmiany w górotworze, mogące świadczyć o koncentracji naprężeń i wzrostu zagrożenia tąpaniami.
4.6. Badania endoskopowe w wyrobiskach przyścianowych
Po zaistniałym samoistnym zawale skał stropowych w części zrobowej ściany
27.08.2013 r. oraz po przeprowadzonej 28.08.2013 r. kontroli stanu wyrobisk przyścianowych rozpoczęto wykonywanie badań endoskopowych w wyrobiskach przyścianowych. Lokalizację otworów endoskopowych przedstawiono na rys. 14.
37
__________________________________________________________________
Rys. 13. Wartości wskaźnika WSG w otworze nr 1702
Rys. 14. Lokalizacja otworów endoskopowych
Badania otworów w wyrobisku nadścianowym (pochylnia A-5C) wykazały, że jedynie w dwóch pierwszych otworach zlokalizowanych najbliżej ściany występują
minimalne nieciągłości warstw stropowych (łączne rozwarstwienia do około 5 mm),
które jednak w żaden sposób nie wpływały na bezpieczeństwo prowadzenia robót
oraz stateczność stropu. Reszta otworów endoskopowych nie miała cech, które
mogłyby świadczyć o negatywnym wpływie eksploatacji na badany strop. Po ponownych badaniach endoskopowych w tym wyrobisku stwierdzono, że pojawiały się
dodatkowe nieciągłości w badanych otworach, zlokalizowanych w tym czasie najbliżej ściany. Oznacza to, że urabianie ściany ma wpływ na strop wyrobiska nadścianowego tylko w bezpośrednim jej sąsiedztwie. Stwierdzono przy tym, że nie miało to
wpływu na bezpieczeństwo prowadzenia robót oraz stateczność stropu w badanym
rejonie wyrobiska.
38
___________________________________________________________________
Pierwsze badania otworów w wyrobisku podścianowym (pochylnia A-5D) wykazały, że znaczne nieciągłości do wysokości 1,3 m w stropie znajdują się w pierwszym otworze – około 70 m od przecinki P-1 (przy czym nie stwierdzono rozwarstwień stropu) i w otworze odwierconym na skrzyżowaniu z przecinką P-3 (łączne
rozwarstwienie stropu do około 32 mm) oraz do wysokości 1,9 m w otworze odwierconym na skrzyżowaniu z przecinką P-4 (łączne rozwarstwienie stropu do około
3-4 mm). W innych otworach nieciągłość stropu zdarzała się do wysokości około
20 cm lub nie występowała w ogóle. Ponowne badanie otworów endoskopowych
wykazało pojawienie się dodatkowych nieciągłości stropu do wysokości około 0,6 m.
Znaczny wzrost nieciągłości, do wysokości około 2,4 m, stwierdzono w otworze na
skrzyżowaniu z przecinką P-3, który podczas badania znajdował się przed ścianą.
Dodatkowe badanie w wyrobisku podścianowym wykonano 28.09.2013 r. w nowo
odwierconych dwóch otworach endoskopowych, w sąsiedztwie ściany w odległości
około 64 m od przecinki P-1 oraz 6 m przed pierwszym otworem. Badania wykazały,
że płaszczyzny podzielności płytowej wypełnione substancją ilastą otworzyły się,
a nieciągłości stropu pojawiły się do wysokości 2 m – w pierwszym otworze (łączne
rozwarstwienie stropu do około 20 mm), a w drugim nawet do 4 m (łączne rozwarstwienie stropu do około 24 mm).
W trakcie dalszego urabiania złoża w ścianie A5/1 wykonywano cykliczne badania wziernikowania stropu w wyrobiskach przyścianowych z częstotliwością raz na
miesiąc, wykonując kontrolne badania w dwóch otworach endoskopowych, zlokalizowanych w danej chwili najbliżej przed lub równo ze ścianą. Ostatnie badanie wykonano na skrzyżowaniach wyrobisk przyścianowych z przecinką P-3. W otworze
oznaczonym jako A5C/3 (wyrobisko nadścianowe) oraz A5D/4 (wyrobisko podścianowe) nie stwierdzono nowych nieciągłości stropu w porównaniu z badaniami endoskopowych przeprowadzonych w poprzednim miesiącu.
Z badań endoskopowych wynika, że zdecydowanie bardziej zdegradowane jest
wyrobisko podścianowe, w którym stwierdzono więcej nieciągłości stropu, o większym sumarycznym rozwarstwieniu i o większym zasięgu pionowym. Ich wyniki jednoznacznie wskazują na istotny wpływ urabiania ściany na stateczność stropu tego
wyrobiska. Powoduje to, że nie jest możliwe przyszłe jego użytkowanie podczas
wybierania złoża w kolejnej ścianie piętra A5.
Analogiczny wpływ stwierdzono w odniesieniu do wyrobiska nadścianowego, ale
jedynie w bezpośrednim sąsiedztwie jego skrzyżowania ze ścianą. Zastosowanie
dodatkowego zabezpieczenia stropu siatką typu „MM” miało istotny wpływ na stateczność stropu oraz bezpieczeństwo prowadzenia robót w rejonie tego skrzyżowania i w większości skutecznie uniemożliwiało opadnięcie luźnych łat i brył stropowych do wyrobiska.
4.7. Ciągłe monitorowanie pracy wszystkich sekcji obudowy podporowej
HRS 1220
Na podstawie prowadzonych obserwacji i wskazań przy monitorowaniu pracy obudowy hydraulicznej generalnie stwierdzono ustabilizowany poziom ciśnienia w sekcjach obudowy na poziomie około 250 barów. Od początku urabiania ściany stwierdzono tylko jeden przypadek przejawu wzmożonego ciśnienia górotworu
– 07.05.2014 r., który spowodował zwiększenie tego ciśnienia do 390 barów.
39
__________________________________________________________________
Konsekwencją tego było stwierdzenie pojawienia się 21.05.2014 r. za sekcjami hydraulicznymi w środkowej części zrobowej zwiększonej ilości spękań w stropie.
Podsumowanie
Oceniając stan frontu eksploatacyjnego i wyrobisk przyścianowych oraz wyniki prowadzonych pomiarów, badań i obserwacji zachowania się górotworu w trakcie próbnej eksploatacji, stwierdzić należy, że dotychczas nie wystąpiły symptomy wzrostu
stanu zagrożenia tąpaniami, a zastosowana technologia zapewnia bezpieczeństwo
oraz stateczność ściany i chodników przyścianowych.
Znacząca degradacja, głównie stropu wyrobisk przyścianowych (zwłaszcza podścianowego) na wysokości zrobów, pojawiająca się już w trakcie urabiania pierwszej, eksperymentalnej ściany, powoduje brak możliwości ich wykorzystywania podczas kontynuacji eksperymentu wybierania złoża systemem ścianowym. W tej sytuacji kontynuacja ta powinna uwzględniać sugestie, wynikające z przeprowadzonych
badań i obserwacji zachowania się górotworu podczas eksploatacji ściany A5/1,
tj. aby w przyszłości zastosowany został dwunitkowy system wyrobisk konturujących
wyrobisko ścianowe.
W trakcie eksperymentalnego urabiania złoża w ścianie A5/1 wprowadzono szereg zmian, w odniesieniu do przyjętych założeń technologicznych, tj. m.in.:
− Po zaistniałym samoistnym zawale w zrobach, z 27.08.2013 r., dokonano
zmiany siatki stosów podporowych w zrobach, co poprawiło stateczność
stropu w części zrobowej. Mimo występującego ciśnienia górotworu stosy
podporowe nie ulegają widocznym zniszczeniom, tak jak to miało miejsce
przed tym zawałem.
− W celu dodatkowego zabezpieczenia stropu i poprawienia bezpieczeństwa
w wyrobisku podścianowym (pochylnia A-5D) budowano podwójny rząd
kasztów, odcinających część zrobową od tego wyrobiska.
− Dodatkowo, w celu bezpiecznego wykonywania prac remontowo-montażowych, głównie nad napędem głównym w pochylni A-5D, doraźnie
zabezpieczano strop dodatkową hydrauliczną obudową podporową, drewnianymi odrzwiami lub stropnicami.
Należy też podkreślić, że wszystkie prace wykonywane w przestrzeni roboczej
ściany (m.in. usuwanie nadgabarytów skalnych ze ścieżki kombajnowej i przenośnika ścianowego) odbywały się pod stropem zabezpieczonym obudową tymczasową.
Doświadczenia, uzyskane podczas eksperymentalnego urabiania złoża w ścianie
A5/1, pozwalają również na sformułowanie kilku istotnych sugestii, dotyczących
konstrukcji sekcji obudowy zmechanizowanej ściany. Między innymi podjęto decyzję
o maksymalnym wydłużeniu stopnicy czołowej oraz zabudowie stropnicy odzawałowej na każdej sekcji tej obudowy podczas kontynuacji eksperymentalnego urabiania
złoża w warunkach kopalni Polkowice-Sieroszowice.
40
___________________________________________________________________
Bibliografia
[1]
[2]
[3]
Butra J., 2010, Eksploatacja złoża rud miedzi w warunkach zagrożenia zawałami i tąpaniami, Wydawnictwo KGHM CUPRUM sp. z o.o., CBR, Wrocław.
Butra J. i in., 2010-2014, Opracowanie koncepcji i projektu eksploatacji złoża rudy miedzi o małej i średniej miąższości z mechanicznym urabianiem calizny na podstawie założeń przedstawionych przez O/ZG Polkowice-Sieroszowice oraz udział w próbach eksploatacyjnych z kompleksem urabiającym. Etap I, II i III, Praca niepublikowana CBPM
CUPRUM sp. z o.o., Wrocław.
Piestrzyński A. i in., 2007, Monografia KGHM Polska Miedź S.A., Praca zbiorowa CBPM
CUPRUM sp. z o.o., Wrocław.

Pobierz pełna wersję artykułu

Transkrypt

Podobne dokumenty

kaspa 60236306 omega ciemny brąz oprawa st

Opis techniczny Konstrukcja Wykonawczy

2 300 41 m2 - 4 Ściany Sp. z oo

gsdz [ ] ] [ karta tematu do projektu stropu belkowego

Stan Developerski z fundamentem - Szkielet ścian

firefloor rei60 light