Quelle: Glückauf 138(2002) Nr.6 (s.269-273 in der samtlichen Werke für 2002 j.)

Bestimmung der Stützkraft von Streckenbegleitdammen nach Strebdurchgang.


Dr.-Ing. Stanislaw Prusek, Bergbau-Hauptinstitut (GIG) Kattowitz, Kattowitz, Polen

Je nach Zuschnitt der Lagerstatte ist eine Mehrfachnutzung von Abbaubegleitstrecken nicht zu umgehen. Aus diesem Grund ist es erforderlich, einen ausreichenden Streckenquer- schnitt hinter der Abbaufront zu erhalten, je nach dem, fur welchen Zweck die Abbaubegleit- strecken weiter genutzt werden. Zur Erhaltung des Streckenquerschnitts wendet man eine Reihe Methoden und Mittel an, die hauptsachlich der Konvergenz entgegenwirken sollen. Eine wirksa- me Methode ist das Einbringen eines Streckenbe- gleitdamms unmittelbar nach Strebdurchgang. Als Fullmaterial werden Holz- oder Bergekasten, aber auch verschiedene Arten von Baustoffen verwendet (Bild 1).

Begleitdamm


Bild 1. Strecken- begleitdamm aus Mineralstoff.

Bisherige Beobachtungen und Untersuchungen (4, 5, 6, 7,8,9,13) zeigen, dass der Einfluss des Fullmaterials auf die Minderung der Konvergenz der Abbaubegleitstrecken unterschiedlich ist. Dabei ist zu bemerken, dass Damme aus Mineralstoffen die Konvergenz effektiver beschranken als holzerne Damme, die gewohnlich sehr nachgiebig erscheinen. Dieser Zustand wird durch die unterschiedliche Ausbautragfahigkeit beeinflusst, welche die Streckenbegleitdamme aus Mineralstoffen oder Holz entwickeln. Ein Errechnen der Stutzkraftwerte fur gegebene Untertageverhaltnisse war bisher ziemlich ungenau, und die Werte wurden gewohnlich geschatzt.

In den letzten Jahren fuhrte man im polnischen Bergbau-Hauptinstitut Forschungsarbeiten mit dem Ziel durch, den Einfluss verschiedener Arten von Streckenbegleitdammen auf die Konvergenz der Abbaubegleitstrecken zu ermitteln (10, 11, 12, 13). Im Rahmen dieser Forschungsarbeiten wurden aufgrund von unter Tage durch- gefuhrten Messungen Stutzkraft-Kennlinien fur Streckenbegleitdamme aus verschiedenen Arten von Mineralstoffen sowie Holz bestimmt. Anschliessend wurden empirische Abhangigkeiten abgeleitet, die ein Errechnen der Stutzkraft fur verschiedene Arten von Streckenbegleitdammen unter bestimmten bergmannischen und geologischen Bedingungen ermoglichen.

Methode und Bereich der Messungen in Abbaubegleitstrecken

Die empirischen Abhangigkeiten, die das Errechnen der Stutzkraft von Streckenbegleitdammen ermoglichen, wurden aus den Ergebnissen von Messungen in neun Abbaubegleitstrecken abgeleitet. In diesen Abbaubegleitstrecken fuhrte man nach einmaligem Strebdurchgang Messungen der Konvergenz sowie der Stutzkraft der Streckenbegleitdamme durch. Dazu wurden in diesen Strekken rund 75 m vor der Abbaufront KonvergenzMessstellen angelegt, die mindestens die drei Messpunkte P1 bis P3 umfassten (Bild 2)

Anordnung der Messpunkte vor und hinter der Abbaufront


Bild 2. Anordnung der Messpunkte vor und hinter der Abbaufront.

Als Messpunkte wurden meistens Abschnitte von Gebirgsankern benutzt, die in der Firste und in der Sohle eingebracht waren. Die Punkte waren langs der Streckenachse angeordnet, wobei der Punkt in der Firste moglichst senkrecht uber dem entsprechenden Punkt auf der Sohle angeordnet wurde (Bild 3).

Messstellenanordnung in der Abbaubegleitstrecke


Bild 3. Messstellenanordnung in der Abbaubegleitstrecke.

Die Konvergenzmessung beruhte auf der Ermittlung der wechselseitigen Verschiebung der Messpunkte beim Nahern oder Entfernen der Abbaufront von der Messstelle. Die Konvergenzmessergebnisse aus einer der untersuchten Abbaubegleitstrecken zeigt Bild 4.

Beispiel der Konvergenz einer Abbaubegleitstrecke vor und hinter der Abbaufront


Bild 4. Beispiel der Konvergenz einer Abbaubegleitstrecke vor und hinter der Abbaufront.

Zum Messen der Stutzkraft der Streckenbegleitdamme wurden spezielle Dynamometer benutzt, die unmittelbar hinter der Abbaufront unter dem Damm angebracht wurden (Bild 3) und uber eine Hochdruckleitung mit einem Manometer mit Druckmessanzeige verbunden waren. Da diese Dynamometer zuvor auf einer hydraulischen Presse geeicht waren, konnten die aufgezeichneten Druckmesswerte in Krafteinheiten umgerechnet werden.

Die Messung der Konvergenz sowie das Ablesen der Manometeranzeigen wurde alle 24 Stunden gleichzeitig mit der Messung des Abstands der Abbaufront von den Messpunkten vorgenommen.

Bestimmung der empirischen Abhangigkeiten zum Errechnen der Stutzkrafte

Bei der Ableitung der Formeln zum Errechnen der Stutzkraft der Streckenbegleitdamme wurde aufgrund bisheriger Forschungsergebnisse des Bergbau-Hauptinstituts (1, 2, 3) sowie unter Tage erlangter Messergebnisse (10, 11, 12) vorausgesetzt, dass infolge der Gebirgsbewegung jeder Streckenbegleitdamm konvergiert, wobei sein kritischer Konvergenzwert zk, fur den die Stutzkraft ein Maximum erreicht, ermittelt werden kann.

Es wurde angenommen, dass zwischen der Konvergenz eines Streckenbegleitdamms und seiner erreichbaren Stutzkraft eine exakte Abhangigkeit besteht. Wenn anwachsende Konvergenzwerte kleiner als der kritische Wert zk sind, steigt die Stutzkraft des Streckenbegleitdamms, sind sie grosser als der kritische Wert zk, verringert sich die Stutzkraft.

Die Werte der Konvergenz der Streckenbegleitdamme z mit ihren kritischen Konvergenzwerten zk sowie die Stutzkraftwerte wurden fur jeden untersuchten Streckenbegleitdamm aufgrund direkter Messungen unterlage bestimmt. Auf diese Weise wurden Stutzkraft-Kennlinien der untersuchten Streckenbegleitdamme in Form einer Abhangigkeit ihrer Stutzkraft von der gemessenen Konvergenz ermittelt.

Die meisten Messreihen wurden in den Abbaubegleitstrecken durchgefuhrt, in denen die Strekkenbegleitdamme aus Stoffen wie Tekblend, Utex und Schaumstoff bestanden. Um die StutzkraftKennlinien dieser Streckenbegleitdamme in einem Diagramm aufzuzeichnen, wurden auf der x-Achse des Koordinatensystems die Werte fur z k/zk, das ist das Verhaltnis des Konvergenzwerts zum kritischen Konvergenzwert, und auf der y-Achse die Werte fur Ppk/Pmax, das ist das Verhaltnis der Stutzkraft zum maximalen Stutzkraftwert, eingetragen. Die so erhaltene Verteilung der Messpunkte zeigt Bild 6.

Stutzkraftkennlinie der Streckenbegleitdamme aus Mineralstoffen


Bild 5. Stutzkraftkennlinie der Streckenbegleitdamme aus Mineralstoffen.

Fur die im Bild. 5 dargestellten Punkte wurden Kurvengleichungen ausgewertet, deren Verlauf am nachsten der erzielten Verteilung der Punkte entsprach, wobei vorausgesetzt wurde, dass zwei hyperbolisch verlaufende Kurven in Betracht zu ziehen sind.

Mittels der nichtlinearen Regressionsanalyse, entsprechender Umformungen sowie unter Berucksichtigung weiterer Faktoren, die durch Literaturauswertungen ermittelt wurden, ergaben sich folgende empirische Formeln zum Errechnen der Stutzkraft der Streckenbegleitdamme:

Stutzkraft der Streckenbegleitdamme aus Mineralstoffen:

Maximale Stutzkraft des Damms (MN/m):

Maximale Stutzkraft des Damms



Stutzkraft bei niedrigen, den kritischen Wert nicht uberschreitenden Konvergenzwerten (MN/m):

Stutzkraft


Stutzkraft bei hohen, den kritischen Wert uberschreitenden Konvergenzwerten (MN/m):

Stutzkraft


zk = Konvergenz des Damms (mm);

zk = Kritischer Konvergenzwert des Damms (mm);

hk = Anfangshohe des Damms (mm);

Dk = Breite des Damms (m);

nk = Kriechfaktor des Damms;

Rk = = Druckfestigkeit des Stoffs, aus dem der Damm besteht (MPa);

Ahnlich wurden aufgrund von untertagigen Me?ergebnissen auch empirische Abhangigkeiten fur Streckenbegleitdamme aus Holz- oder Bergekasten abgeleitet.

Zusammenfassung

Die im vorliegenden Beitrag vorgestellten empirischen Abhangigkeiten ermoglichen ein Errechnen der Stutzkraft der vor allem im Kohlenbergbau oft benutzten Streckenbegleitdamme. Diese Abhangigkeiten konnen bei der Planung eines gegebenen Streckenbegleitdamms zur Auswahl einer entsprechenden Art des Damms, fur die Wahl der Kenngrossen der Mineralstoffe wie auch fur das Festsetzen seiner Abmessungen genutzt werden. Ein Streckenbegleitdamm mit einer den gegebenen bergmannischen und geologischen Verhaltnissen entsprechenden Stutzkraft sollte das Aufrechterhalten von ausreichenden Streckenquerschnitten hinter der Abbaufront sicherstellen konnen.

Quellennachweis

    1. Bilinski, A.: Gebirgsdruckerscheinungen in Kohleflozen n Bruchbauraeumen. In: Wissenschaftliche Hefte der Schlesischen Technischen Hochschule, Nr. 221, 1968.

    2. Bilinski, A.: Geomechanische Uberwachung von mechanisierten Streben bei grosser Teufe. Forschungsarbeiten des Hauptinstituts für Bergbau, Nr. 812, 1996.

    3. Bilinski, A. ; Kostyk, T.: Einfluss der Stutzkraft des Ausbaus auf die Gebirgsbewegung in Abbaubegleitstrecken beim Bruchbau. Forschungsarbeiten des Hauptinstituts für Bergbau, Nr. 773, 1992.

    4. Breer, Wolfgang ; Goetze, Wilhelm: Mitgefahrene und nachgefahrene Abbaustrecken im britischen Steinkohlenbergbau. In: Gluckauf 112 (1976), Nr. 2, S.70-75. der Schichten im Hangenden und Belastung des Streckenbegleitdamms in Abbaubegleitstrecken. Konferenz-Beitrge, XXI. Winterschule für Gebirgsmechanik, Zakopane 1998.

    5. Geffroy, Horst-Jürgen: Vergleich der verschiedenen Begleitdämme in einer Abbaustrecke. In: Gluckauf 108 (1972), Nr. 22, .1015-1017.

    6. Irresberger, Hermann: Gebirgsbeherrschung in Streb und Strecke bei grosser Teufe. In: Gluckauf 116 (1980), Nr. 5, S.195-200.

    7. Jacobi, Oskar: Praxis der Gebirgsbeherrschung. Essen: Verlag Glückauf, 1976.

    8. Kammer, Willi ; Schroer, Diethelm ; Ingenabel, Kurt: Geringe Konvergenz durch einen Streckenbegleitdamm aus Anhydrit. In: Glückauf 108 (1972), Nr. 21, S.980-982.

    9. Kammer, Willi: Grösserer Nutzquerschnitt durch starre Streckenbegleitdämme. In: Gluckauf 108 (1972), Nr. 22, S.1018-1020.

    10. Pursek, s.: Messungen der Konvergenz, Aufblatterung der Schichten im Hangenden und Belastung des Streckenbegleitdamms im Abbaubegleitstrecken. Konferenz-Beitrage, XXI. Winterschule fur Gebirgsmechanik, Zakopane 1998.

    11. Prusek, S.: Untertagemessungen in Abbaubegleitstrecken der Bruchstreben. Konferenz-Beiträge, XXII. Winterschule für Gebirgsmechanik, Karpacz 1999.

    12. Prusek, S.: Ausgewälte Ergebnisse von Untertagemessungen in Abbaubegleitstrecken. In: Przegl ad Gorniczy 1999, Nr. 11.

    13. Prusek, S.: Einfluss der Streckenbegleitdamme auf die Erhaltung von Abbaubegleitstrecken in Bruchbauraumen. Konferenz-Beiträge, XXIV. Winterschule für Gebirgsmechanik, Ladek Zdroj 2001.

    Der Beitrag wird gekürtzt. Die volle Fassung kann man in der Quelle zeigen.

    Quelle: Glückauf 138(2002) Nr.6 (s.269-273 in der samtlichen Werke für 2002 y.)

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