Badania modelowe dynamicznej odporności kotwi

W polskich kopalniach rud miedzi rejestruje się kilka tysięcy zjawisk sejsmicznych rocznie. Są to wstrząsy o energii dochodzącej do 10⁹ J. W większości przypadków po zaistniałych wstrząsach nie stwierdza się widocznych zmian w stropie i obudowie. Obserwuje się jednak szereg niekorzystnych zjawisk będących skutkami wstrząsów. Mając na uwadze powyższe w Głównym Instytucie Górnictwa rozpoczęto badania nad dostosowaniem obudowy kotwiowej do warunków wzmożonej aktywności sejsmicznej górotworu [10]. Dostępne informacje z zakresu teorii stateczności dynamicznej konstrukcji oraz zagraniczne wyniki badań kotwi pozwalają na stwierdzenie, że dynamiczna charakterystyka wytrzymałościowa kotwi różni się od charakterystyki statycznej. W niniejszym opracowaniu dokonano analizy wytrzymałości dynamicznej kotwi z wykorzystaniem modelu obciążenia wywołanego udarem spadającej masy oraz opracowano założenia i skale podobieństwa do badań modelowych. Przeprowadzone obliczenia spodziewanych wartości sił dynamicznych były podstawą do zaprojektowania stoiska do badań kotwi wykonanych w skali geometrycznej 1:2. Opisano przeprowadzone badania, wykonano ich analizę oraz przedstawiono wnioski, które można streścić w sposób następujący: 1. Rozbieżności między statycznymi a dynamicznymi parametrami wytrzymałościowymi kotwi wynikają z następujących zjawisk: - przy zwiększaniu prędkości obciążenia następuje zmiana granicy plastyczności i wytrzymałości; dynamiczna granica plastyczności i wytrzymałości jest większa od statycznej, - nagłe naprężenia o wartości przekraczającej statyczną wytrzymałość doraźną powodują zniszczenie materiału dopiero po upływie określonego czasu, odkształcenia i naprężenia w dynamicznie obciążonym ustroju zależą od sprężystej jego podatności i stopni swobody układu, - naprężenia i odkształcenia rozchodzą się w postaci fal. 2. Badania modelowe w skali 1:2 pozwoliły na zmierzenie wartości sił dynamicznych występujących w czasie obciążania kotwi ekspansywnych typu KSpn-18 udarem spadającej masy w fazie odkształceń sprężystych i plastycznych. W warunkach naturalnych jedna kotew rozprężna podwiesza górotwór o masie około 4 ton. Ważniejsze wyniki badań modelowych dla przypadku zniszczenia podkładki przy pierwszym udarze, przeniesione na powyższe kotwie w skali 1:1 wynosiłyby: - masa spadająca - 4077 kg, - wysokość udaru - 0,3 m, - energia kinetyczna udaru - 12 kJ, - siła dynamiczna udaru - 384 kN. 3. Systematyczne obciążenia udarowe kotwi w wyniku wstrząsów lub robót strzałowych w kopalniach rud miedzi, prowadzonych w niewielkiej odległości od tychże kotwi, powodują kumulowanie się odkształceń plastycznych, w efekcie kotwie rozprężne są szczególnie podatne na zerwanie. Przykładami występowania takiego zjawiska są przypadki zerwania kotwi przy opadaniu skał stropowych o grubości zaledwie kilkudziesięciu centymetrów, których ciężar przypadający na jedną kotew jest niewspółmiernie mały. 4. Powyższe wyniki badań modelowych wymagają weryfikacji za pomocą badań w skali 1:1.

Czasopismo: Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko / Główny Instytut Górnictwa
Dziedziny: nauki inżynieryjno-techniczne
Dyscypliny: inżynieria środowiska, górnictwo i energetyka