PL224768B1 - Górniczy słup podpornościowy i sposób jego wytwarzania - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest górniczy słup podpornościowy zawierający: warstwy wzdłużne, z których każda zawiera parę belek zewnętrznych, zasadniczo równoległych względem siebie, które definiują dwie wzdłużne ścianki słupa oraz warstwy poprzeczne, z których każda zawiera parę belek zewnętrznych, zasadniczo równoległych względem siebie, które definiują dwie poprzeczne ścianki słupa, przy czym warstwy poprzeczne ułożone są naprzemiennie z warstwami wzdłużnymi tak, że belki zewnętrzne warstw poprzecznych krzyżują się z sąsiadującymi belkami zewnętrznymi warstw wzdłużnych w czterech punktach krzyżowania i są z nimi sczepione za pośrednictwem wrębów wykonanych w górnych i dolnych powierzchniach belek wzdłużnych i belek poprzecznych.

Przedmiotem wynalazku jest również sposób wytwarzania takiego podpornościowego słupa górniczego.

Kaszty i słupy tego typu wykorzystywane są w górnictwie głębinowym jako elementy zabezpieczające, podpierające strop lub rozpierające spąg od stropu w wyrobiskach górniczych. Często mają one więcej niż dwie belki w poszczególnych warstwach. Słupy mające po dwie belki w warstwie naz ywane są czteropunktowymi, po trzy belki w warstwie - dziewięciopunktowymi, po cztery - szesnastopunktowymi, itd. W dolnych i górnych powierzchniach belek mogą być też ukształtowane wręby ułatwiające sczepianie belek warstw sąsiednich. Dla zwiększenia podporności słupa głębokość wrębów może też zapewniać stykanie się części środkowych belek pomiędzy wrębami i poza nimi. Po zabudowaniu słupa jest on zwykle klinowany do stropu górotworu.

Znaczące zwiększenie podporności słupa można uzyskać wypełniając jego wnętrze samoutwardzalną mieszanką, na przykład mineralno-cementową, na przykład tak, jak ujawniono w polskim zgłoszeniu wynalazku nr P. 389 946. Taki słup ma zatem strukturę kompozytową. Przed rozpoczęciem wypełniania słupa mieszanką wewnątrz słupa można też umieścić kaptur dystansowy, na przykład w formie otwartego z jednej strony prostopadłościanu, jak ujawniono na przykład w zgłoszeniu nr P. 389 946.

Często jednak okazuje się, że słup po wypełnieniu będzie przewymiarowany, to znaczy obciążenia, jakie może przenieść bez uszkodzenia będą znacznie prze kraczały obciążenia, na jakie będzie narażony podczas zabezpieczania wyrobiska górniczego, co jest niekorzystne z uwagi na utrudniony transport mieszanki wypełniającej w kopalniach, jak i koszty i problemy logistyczne z tym związane. Orientacyjny nacisk górotworu jest przy tym zwykle znany już na etapie projektowania słupa, można go obliczyć na podstawie analizy struktury górotworu.

Niestety, problemu tego nie rozwiązuje zmniejszenie przekroju poprzecznego słupa, a tym samym i przestrzeni wypełnianej mieszanką samoutwardzalną, ponieważ dla zmniejszenia ciśnienia wywieranego przez słup na spąg i strop wyrobiska konieczne jest, aby przekrój ten był relatywnie duży i wynosił na przykład około 0,8 m lub więcej. W przeciwnym razie słup będzie „wciskany” w spąg wyrobiska, co doprowadzi do ugięcia belki stropowej, a tym samym słup utraci swoje właściwości zabe zpieczające.

Celem wynalazku było dostarczenie słupa, którego konstrukcja umożliwi ominięcie wskazanych powyżej niedogodności, a w szczególności pozwoli na regulację podporności w zależności od zakładanego nacisku górotworu, przy zachowaniu relatywnie dużego przekroju poprzecznego słupa.

Istotą wynalazku jest opisany na wstępnie górniczy słup podpornościowy, który charakteryzuje się tym, że warstwy poprzeczne zawierają dodatkowo parę belek wewnętrznych, zasadniczo równoległych do i zasadniczo równoodległych od belek definiujących poprzeczne ścianki słupa, które definiują dwie wewnętrzne ścianki słupa, przy czym belki wewnętrzne warstw poprzecznych krzyżują się z sąsiadującymi belkami warstw wzdłużnych w czterech punktach krzyżowania i są z nimi sczepione za pośrednictwem wrębów wykonanych w górnych i dolnych powierzchniach belek wzdłużnych i belek wewnętrznych, przy czym przestrzeń zdefiniowana przez wewnętrzne ścianki słupa i wzdłużne ścianki słupa wypełniona jest mieszanką samoutwardzalną.

Struktura ścianek słupa według wynalazku definiuje wewnętrzny kanał przeznaczony do wypełnienia mieszanką samoutwardzalną. Kanał ten jest umieszczony centralnie wewnątrz słupa, a jego wnętrze jest dogodnie dostępne poprzez jedną ze wzdłużnych ścianek, którą pozycjonuje się zwykle równolegle do chronionego chodnika.

Zmieniając rozstaw ścianek wewnętrznych można w dogodny sposób definiować objętość wewnętrznego słupa materiału samoutwardzalnego, a tym samym regulować podporność słupa w zależPL 224 768 B1 ności od zakładanego nacisku górotworu. Jednocześnie zachowany zostaje relatywnie duży przekrój poprzeczny słupa.

Według wynalazku korzystne jest, aby sąsiadujące ze sobą belki zewnętrzne warstw wzdłużnych i sąsiadujące ze sobą belki wewnętrzne warstw poprzecznych przylegały do siebie zasadniczo bezszczelinowo co najmniej w obszarze między wrębami ich krzyżowania. Przyleganie belek pozwala na przeniesienie znaczących obciążeń wstępnych słupa jeszcze przed jego wypełnieniem mieszanką samoutwardzalną.

Szczególnie korzystnie wysokości wrębów wynoszą około jednej czwartej wysokości całkowitej belek. Taka konstrukcja zapewnia szczelność centralnego kanału słupa, dzięki czemu może on być zatłaczany ciekłą mieszaniną samoutwardzalną bez konieczności dodatkowego uszczelniania.

Korzystne jest ponadto, aby belki warstw wzdłużnych były odchylone od belek warstw poprzecznych pod pewnym kątem. Dzięki temu dochodzi do samozakleszczania się belek poszczególnych warstw, a słup ma większą stabilność i wytrzymałość na wyboczenie, a jego wewnętrzna przestrzeń jest szczelna.

Dla ułatwienia wypełniania słupa materiałem mineralnym wzdłużna ścianka słupa wyposażona jest w środki doprowadzania do wnętrza słupa mieszanki samoutwardzalnej, a korzystnie w jednodrogowy zawór odcinający lub dyszę kątową w przypadku wypełniania wnętrza słupa w technologii podawania „na sucho”.

Istotą wynalazku jest również sposób wytwarzania słupa górniczego, charakteryzujący się tym, że obejmuje etapy:

a) wykonania belek zewnętrznych warstw wzdłużnych oraz belek zewnętrznych i wewnętrznych warstw poprzecznych i wykonania w ich górnych i dolnych powierzchniach wrębów, przy czym wym agane długości belek oblicza się na podstawie parametrów geofizycznych wyrobiska dla zapewnienia takiej powierzchni przekroju słupa, przy której nie będzie się on przemieszczał w głąb spągu wyrobiska;

b) wykonania w górnych i dolnych powierzchniach belek zewnętrznych warstw wzdłużnych wrębów dla belek wewnętrznych zasadniczo równoległych do i zasadniczo równoodległych od belek zewnętrznych warstw poprzecznych, przy czym odległości pomiędzy wrębami oblicza się na podstawie zakładanego nacisku górotworu wyrobiska dla zapewnienia wymaganej podporności słupa;

c) naprzemiennego układania warstw wzdłużnych i warstw poprzecznych;

d) wypełnienia przestrzeni zdefiniowanej przez wewnętrzne ścianki słupa i wzdłużne ścianki słupa mieszanką samoutwardzalną.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na załączonym rysunku, na którym: figura 1 i figura 2 przedstawiają przykład wykonania słupa według wynalazku w widokach perspektywicznych;

figura 3 obrazuje proces składania słupa, figura 4 przedstawia słup z rysunku fig. 1 w widoku z góry, a figury 5, 6, 7 i 8 przedstawiają widoki perspektywiczne odpowiednio wzdłużnej belki, poprzecznej belki, połówkowej wzdłużnej belki i połówkowej poprzecznej belki słupa z rysunku fig. 1.

Przedstawiony na rysunku przykładowy słup 1 według wynalazku ma parę równoległych względem siebie wzdłużnych ścianek 2, parę równoległych względem siebie poprzecznych ścianek 3 i parę równoległych względem siebie wewnętrznych ścianek 4. Słup 1 według wynalazku jest zazwyczaj zabudowywany tak, że ścianki wzdłużne orientowane są równolegle do chodnika.

Słup 1 jest utworzony z ułożonych w słup naprzemiennie jedna na drugiej warstw wzdłużnych 5, z których każda zawiera parę belek zewnętrznych 51 oraz warstw poprzecznych 6, z których każda zawiera parę belek zewnętrznych 61 oraz parę belek wewnętrznych 62. Skrajna górna wzdłużna warstwa 5' zawiera połówkowe wzdłużne belki 51' o wysokości stanowiącej połowę wysokości poprzecznych belek 61,62, zaś skrajna dolna poprzeczna warstwa 6' zawiera połówkowe zewnętrzne belki 61' i połówkowe wewnętrzne belki 62' o wysokości stanowiącej połowę wysokości belek poprzecznych 62. Wszystkie belki słupa wykonane są z drewna i, poza belkami połówkowymi, mają ten sam prostokątny przekrój poprzeczny.

Poprzeczne belki 61, 61', 62, 62' poprzecznych warstw 6, 6' krzyżują się w ośmiu punktach krzyżowania ze wzdłużnymi belkami 51, 51' sąsiednich wzdłużnych warstw 5, 5' i są z nimi sczepione za pośrednictwem odpowiednio ukształtowanych i spozycjonowanych wrębów wykonanych zarówno w ich górnych, jak i dolnych powierzchniach, przy czym belki połówkowe 51', 61', 62' mają wręby tylko po stronie wewnętrznej.

PL 224 768 B1

Górne powierzchnie zewnętrzne połówkowych belek 51' są współpłaszczyznowe z górnymi powierzchniami zewnętrznymi poprzecznych belek 61,62 znajdującej się pod nimi poprzecznej warstwy 6. Natomiast dolne zewnętrzne powierzchnie połówkowych poprzecznych belek 61', 62' są współpłas zczyznowe z dolnymi zewnętrznymi powierzchniami wzdłużnych belek 51 znajdującej się nad nimi wzdłużnej warstwy 5.

Wzdłużna belka 51 ma cztery równoległobokowe wręby zewnętrzne 511 dla belek poprzecznych 61 oraz cztery równoległobokowe wręby wewnętrzne 512 dla wewnętrznych belek 62. Poprzec zna belka 61 oraz wewnętrzna poprzeczna belka 62 mają każda po cztery równoległobokowe zewnętrzne wręby 611, 621 dla wzdłużnych belek 51. Wysokości h wszystkich wrębów 511, 512, 611, 621 wynoszą około 1/4 wysokości całkowitej H belek 51, 51', 61, 61', 62, 62', co zapewnia pionową szczelność słupa. Natomiast szerokości s wrębów są nieznacznie większe od szerokości S belek 51, 51', 61, 61', 62, 62'. Ostry kąt wewnętrzny wszystkich równoległobokowych wrębów 511, 512, 611, 621 jest równy kątowi α odchylenia ścianek słupa, co zapewnia poziomą szczelność słupa. Dzięki temu po złożeniu słupa, dna wrębów krzyżujących się belek w sąsiednich warstwach stykają się ze sobą, zaś sąsiadujące ze sobą belki tego samego rodzaju stykają się ze sobą tworząc ścianki bezszczelinowe.

Dwie wewnętrzne ścianki poprzeczne 4 są rozmieszczone symetrycznie pomiędzy zewnętrznymi ściankami poprzecznymi 3 i w pewnej od nich odległości. Wzdłużne ścianki 2 są odchylone od ścianek poprzecznych 3, 4 pod kątem α wynoszącym około 82°.

Długości belek słupa oblicza się na podstawie parametrów geofizycznych wyrobiska dla zape wnienia takiej powierzchni przekroju słupa zdefiniowanej przez wręby 511 i 611 belek zewnętrznych 51 i 61, przy której słup nie będzie wciskany w głąb stropu i spągu wyrobiska, na przykład większej niż 0,8 m².

Ścianki wewnętrzne 4 i ścianki wzdłużne 2 definiują wewnętrzny kanał K, który wypełniany będzie mieszanką samoutwardzalną. Powierzchnia kanału K, a zatem także i jego objętość determinuje odległość rozstawu D wewnętrznych ścianek 4. Rozstaw D między wewnętrznymi poprzecznymi ściankami 4 oblicza się na podstawie zakładanego nacisku górotworu wyrobiska dla zapewnienia wymaganej podporności słupa wypełnionego utwardzoną mieszanką samoutwardzalną.

Celem umożliwienia doprowadzenia mieszanki do wnętrza kanału K słup 1 jest wyposażony w środki do doprowadzania mieszanki samoutwardzalnej zainstalowane we wzdłużnej ściance 2, obejmujące na przykład jednodrogowy zawór odcinający 71 zainstalowany w najwyżej położonej wzdłużnej belce 51 albo wycięcie 72 wykonane w zewnętrznej połówkowej wzdłużnej belce 51', poprzez które do wnętrza kanału K można wprowadzić lancę 73 dostarczającą mieszankę samoutwardzalną. Wycięcie dla wprowadzania lancy 73 można oczywiście również wykonać w ostatniej belce o pełnej grubości.

Proces konstruowania słupa według wynalazku zobrazowano na rysunku fig. 3. Układanie słupa belek rozpoczyna się od ułożenia czterech połówkowych poprzecznych belek 61', 62' tworzących pierwszą poprzeczną warstwę 6' na litym spągu równolegle względem siebie. Następnie, układa się na nich dwie wzdłużne belki 51 tworzące warstwę wzdłużną 5 tak, aby dolne wręby zewnętrzne 511 tych belek zakleszczyły się z wrębami 611' belek 61', a dolne wręby wewnętrzne 512 zakleszczyły się z wrębami 621' belek 62'.

Następnie, układa się kolejną poprzeczną warstwę 6 zawierającą dwie pary poprzecznych belek 61, 62, które zakleszczają się swoimi dolnymi wrębami 611, 621 z odpowiadającymi im górnymi wrębami 511, 512 belek 51 poniższej wzdłużnej warstwy 5. Jedna na drugiej układane są naprzemiennie kolejne wzdłużne warstwy 5 i poprzeczne warstwy 6 tworząc graniastosłupowy słup o podstawie równoległoboku. Taki system zabudowy prowadzony jest do momentu uzyskania żądanej w ysokości słupa. Celem całkowitego zamknięcia słupa na najwyższej poprzecznej warstwie belek poprzecznych układa się warstwę 5 połówkowych wzdłużnych belek 51'. Następnie, celem uzyskania wstępnej podporności słupa, utworzony w ten sposób słup belek należy oklinować drewnianymi klinami.

Według wynalazku nie jest konieczne stosowanie warstw belek połówkowych. Możliwe jest również stawianie słupa tylko na dwóch belkach poprzecznych lub dwóch belkach wzdłużnych. Ponadto, również i warstwy wzdłużne mogą zawierać dodatkowo parę belek wewnętrznych zasadniczo równoległych do i zasadniczo równoodległych od belek zewnętrznych tych warstw. Belki te będą wó wczas definiowały dwie dodatkowe wewnętrzne ścianki słupa, a stos będzie stosem 16-punktowym. Przedstawiony powyżej przykład realizacji wynalazku należy zatem traktować jedynie ilustracyjnie.

Claims (6)

1. Górniczy słup podpornościowy (1) zawierający: warstwy wzdłużne (5), z których każda zawiera parę belek zewnętrznych (51) zasadniczo równoległych względem siebie, które definiują dwie wzdłużne ścianki (2) słupa (1) oraz warstwy poprzeczne (6), z których każda zawiera parę belek zewnętrznych (61) zasadniczo równoległych względem siebie, które definiują dwie poprzeczne ścianki (3) słupa (1), przy czym warstwy poprzeczne (6) ułożone są naprzemiennie z warstwami wzdłużn ymi (5) tak, że belki zewnętrzne (61) warstw poprzecznych (6), krzyżują się z sąsiadującymi belkami zewnętrznymi (51) warstw wzdłużnych (5) w czterech punktach krzyżowania i są z nimi sczepione za pośrednictwem wrębów (511, 611) wykonanych w górnych i dolnych powierzchniach belek zewnętr znych (51, 61), znamienny tym, że warstwy poprzeczne (6) zawierają dodatkowo parę belek wewnętrznych (62) zasadniczo równoległych do i zasadniczo równoodległych od belek zewnętrznych (61), które definiują dwie wewnętrzne ścianki (4) słupa (1), przy czym belki wewnętrzne (62) warstw poprzecznych (6) krzyżują się z sąsiadującymi belkami zewnętrznymi (51) warstw wzdłużnych (5) w czterech punktach krzyżowania i są z nimi sczepione za pośrednictwem wrębów (512, 621) wykonanych w górnych i dolnych powierzchniach belek wzdłużnych (51) i belek wewnętrznych (62), a przestrzeń zdefiniowana przez wewnętrzne ścianki (4) słupa (1) i wzdłużne ścianki (2) słupa (1) w ypełniona jest mieszanką samoutwardzalną.

2. Słup podpornościowy według zastrz. 1, znamienny tym, że sąsiadujące ze sobą belki zewnętrzne (51) warstw wzdłużnych (5) i sąsiadujące ze sobą belki wewnętrzne (62) warstw poprzecznych (6) przylegają do siebie zasadniczo bezszczelinowo co najmniej w obszarze między wrębami (512, 621) ich krzyżowania.

3. Słup podpornościowy według zastrz. 2, znamienny tym, że wysokości (h) wrębów (511,512, 611,621) wynoszą około jednej czwartej wysokości całkowitej (H) belek (51,61,62).

4. Słup podpornościowy według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że belki warstw wzdłużnych (5) są odchylone od belek warstw poprzecznych (6) pod pewnym kątem.

5. Słup podpornościowy według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienny tym, że wzdłużna ścianka (2) słupa (1) wyposażona jest w środki doprowadzania do wnętrza słupa (1) mieszanki sam outwardzalnej, takie jak jednodrogowy zawór odcinający (71), bądź dysza kątowa.

6. Sposób wytwarzania górniczego słupa podpornościowego (1), znamienny tym, że obejmuje etapy:

a) wykonania belek zewnętrznych (51) warstw wzdłużnych (5) oraz belek zewnętrznych (61) i wewnętrznych (62) warstw poprzecznych (6) i wykonania w ich górnych i dolnych powierzchniach wrębów (511, 611, 621), przy czym wymagane długości belek (51, 61, 62) oblicza się na podstawie parametrów geofizycznych wyrobiska dla zapewnienia takiej powierzchni przekroju słupa zdefiniowanej przez wręby (511, 611) belek zewnętrznych (51, 61), przy której nie będzie się on przemieszczał w głąb stropu i spągu wyrobiska;

b) wykonania w górnych i dolnych powierzchniach belek zewnętrznych (51) warstw wzdłużnych (5) wrębów (512) dla belek wewnętrznych (62) zasadniczo równoległych do i zasadniczo równoodległych od belek zewnętrznych (61) warstw poprzecznych (6), przy czym odległości pomiędzy wrębami (512) oblicza się na podstawie zakładanego nacisku górotworu wyrobiska dla zapewnienia w ymaganej podporności słupa;

c) naprzemiennego układania warstw wzdłużnych (5) i warstw poprzecznych (6);

d) wypełnienia przestrzeni zdefiniowanej przez wewnętrzne ścianki (4) słupa (1) i wzdłużne ścianki (2) słupa (1) mieszanką samoutwardzalną.