ΥΠΟΓΕΙΑ ΑΝΑΠΤΥΞΗ. Μέθοδος θαλάμων και στύλων

Transcript

1 ΥΠΟΓΕΙΑ ΑΝΑΠΤΥΞΗ και A. Μπενάρδος Λέκτορας ΕΜΠ Δ. Καλιαμπάκος Καθηγητής ΕΜΠ

2 και - Hunt Midwest (Subtroolis)

3 και - Hunt Midwest (Subtroolis)

4 Εφαρμογής - Η μέθοδος και (rooms and illars) ανήκει στην κατηγορία των μεθόδων εκμετάλλευσης με κενά μέτωπα (oen stoes) Το πεδίο της μεθόδου είναι τα οριζόντια ως μέτριας κλίσης στρωσιγενή κοιτάσματα, μικρού έως μέσου βάθος τα οποία έχουν ανθεκτική οροφή Συγκεκριμένα, η κλίση των στρωμάτων πρέπει να είναι μικρότερη των 30 ο, το δε πάχος φθάνει συνήθως τα m, μπορεί όμως να είναι και πολύ παραπάνω

5 και Στη γενική εφαρμογή της μεθόδου και, το μετάλλευμα εξορύσσεται μέσω ενός συστήματος παράλληλων οι οποίοι διαχωρίζονται από στύλους Οι θάλαμοι ορύσσονται ως στοές και οι άξονες τους συνήθως - ισαπέχουν. Στη συνέχεια ορύσσονται νέες στοές κάθετα ή με κάποια κλίση ως προς τις πρώτες. Με αυτό τον τρόπο δημιουργούνται στύλοι πετρώματος που στηρίζουν την οροφή

6 και Η ευστάθεια των επιτυγχάνεται χάρη στους στύλους - ύλ και συγκεκριμένα χάρη στην εκμετάλλευση της φέρουσας ικανότητας αυτών. Τόσο η διάταξη των στο χώρο, όσο και η διατομή τους μπορεί να είναι κανονική (τετραγωνική ή ορθογωνική) ή ακανόνιστη Όταν το προς εκμετάλλευση κοίτασμα έχει μεγάλο ύψος, επιλέγεται η εκμετάλλευσή του σε βαθμίδες

7 και - και με ορθή βαθμίδα

8 Χώρου - Στόχος του σχεδιασμού είναι ουσιαστικά ο προσδιορισμός των βέλτιστων διαστάσεων των, έτσι ώστε να επιτυγχάνεται ταυτόχρονα ασφάλεια, εκμετάλλευση και λειτουργικότητα

9 Χώρου - Οι βέλτιστες διαστάσεις των υπολογίζονται κυρίως με βάση δύο παράγοντες: Τα μηχανικά χαρακτηριστικά του πετρώματος (από το οποίο αποτελούνται οι στύλοι) Τις ασκούμενες, από τα υπερκείμενα στρώματα, τάσεις στους στύλους

10 C

11 Στύλων Ο σχεδιασμός των στη μέθοδο και γίνεται με βάση τη θεωρία της συνεισφέρουσας επιφάνειας Κάθε στύλος φέρει το φορτίο του πετρώματος που βρίσκεται - μέσα στο κατακόρυφο ορθογώνιο παραλληλεπίπεδο, λ του οποίου γενέτειρα είναι οι άξονες που χωρίζουν στη μέση τους διαδρόμους που περιβάλλουν το στύλο. Η οριζόντια αυτή επιφάνεια ονομάζεται συνεισφέρουσα. Ο στύλος αστοχεί όταν οι τάσεις που αναπτύσσονται σε αυτόν είναι μεγαλύτερες από την αντοχή του C F

12 Συνεισφέρουσα Επιφάνεια -

13 Στύλων - Οι στύλοι αστοχούν σε θλίψη όταν η ασκούμενη σε αυτούς θλιπτική τάση (σ) υπερβεί την αντοχή τους (C) C F σ: ασκούμενη τάση σε στύλους C: αντοχή στύλου F : συντελεστής ασφαλείας (σε θλίψη) Η αστοχία του στύλου σε διάτμηση περιγράφεται από το κριτήριο του Coulomb τόσο σε περίπτωση παρουσίας, όσο και μη παρουσίας επιπέδου ασυνέχειας S n f S tan n f τ : η διατμητική τάση στο επίπεδο αστοχίας ή ασυνέχειας S : η αντοχή σε διάτμηση του πετρώματος ή του επιπέδου ασυνέχειας σn : η κάθετη τάση στο επίπεδο αστοχίας ή ασυνέχειας μf : ο συντελεστής εσωτερικής τριβής του πετρώματος ή του επιπέδου ασυνέχειας φf : η γωνία εσωτερικής τριβής του πετρώματος ή του επιπέδου ασυνέχειας C

14 - Στάδια φόρτισης / αστοχίας στύλου

15

16 Στύλων - Αν (Α R ) η επιφάνεια που αντιστοιχεί σε κάθε στύλο (σκιαγραμμισμένο τμήμα) και (A) η επιφάνεια του στύλου, τότε το άθροισμα των δυο παραπάνω επιφανειών (At) είναι: At A R A P H τάση που αναπτύσσεται στο στύλο του πετρώματος δίνεται από τη σχέση: A t S v A Όπου : S v H γ= ειδικό βάρος του πετρώματος Η= το βάθος από την επιφάνεια.

17 Στύλων -

18 Στύλων - Κατανομή πιέσεων σε στύλους οι οποίοι,, δεν έχουν υποστεί καταστροφή από τα εκρηκτικά: και έχουν υποστεί καταστροφή από τα εκρηκτικά:

19 Στύλων - Η αντοχή του στύλου σε θλίψη έχει υπάρξει αντικείμενο έρευνας από πολλούς: W a 0,5, 1 W C C,, 1 C C 1 H SF >1,8 Holland & Gaddy, (1957) H C C W 0, 46 C 1 H 0,66 C 1 W 0,5 H 0,75 W C C 0,64 0, 36 1 H W C C 1 0,778 0, 222 H SF >1,6 Salamon & Munro, (1967) SF >1,6 Hedley & Grant (1972) SF >2 Bieniawski, (1967) SF >2 Obert & Duvall, (1967) C 1 : η αντοχή σε μονοαξονική θλίψη δοκιμίου του πετρώματος με λόγο διαμέτρου προς ύψος ίσο με 1 (D/H=1). Ο λόγος W/H κυμαίνεται συνήθως μεταξύ 0.5 και 4.

20 Στύλων - S W W UCS 0,3478 H 0,75 Golder Associates, (2003) 0,3 W 0,65 S UCS 0,59 Esterhuizen et al., (2008) H

21 Επίδραση μεγέθους (size effect) Στύλος 2 Επίδραση σχήματος (shae effect) Επίπεδα αδυναμίας Στύλος 1 Στύλος 1 Στύλος 2 V Σ1 >V Σ2 (W/H) Σ1 =(W/H) Σ2 V Σ1 =V Σ2 (W/H) Σ1 >(W/H) Σ2 C Σ1 <C Σ2 C Σ1 >C Σ2

22 - Αστοχία σε σχέση με το συντελεστή ασφαλείας και τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του (W/H) (Esterhuizen et al., 2008)

23 Στύλων Εκτεταμένη χρήση εμπειρικής σχέσης Obert & Duvall σε Ελλαδικές συνθήκες (κυρίως μεταλλευτική εμπειρία) με καλά αποτελέσματα. - C C 1 0,778 0, 222 W H ΟλόγοςW/H, στην περίπτωση μόνιμων έργων, θα πρέπει να είναι τουλάχιστον 1-1,5

24 Στύλων - Hedley & Grant von Kimmeimann Krauland & Soder Potvin et al. Sjoberg Lunder & Palkanis Εμπειρικά δεδομένα σχετικά με την αστοχία σε σχέση με το καθεστώς πιέσεων στο στύλο και τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του.

25 Στύλων - Το πλάτος του στύλου καθορίζει το βαθμό της συμπίεσης στον πυρήνα του στύλου Για λόγο W/H μικρότερο του 4 τότε οι στύλοι δεν παρουσιάζουν παραμένουσα αντοχή και αστοχούν

26 Στύλων - Αν,, W = το πλάτος του στύλου (τετραγωνική διατομή) W R = το πλάτος του θαλάμου, τότε ο συντελεστής απόληψης R, θα είναι: 2 W R 1 2 ( W WR)

27 Στύλων Αρχική επιφάνεια στύλου Επίπεδα Ε διαχωρισμού - α. β. Εσωτερική απόσχιση γ. δ. ε. Συνήθεις τρόποι αστοχίας.

28 Στύλων - Συνήθεις τρόποι αστοχίας.

29 Στύλων - Αριθμητική μέθοδος επίλυσης

30 Στύλων - Κατανομή τάσεων πάνω από το χώρο κατασκευής

31 Στύλων - Κατανομή τάσεων πάνω από το χώρο κατασκευής

32 Στύλων - Κατανομή τάσεων στον στύλο πετρώματος

33 Θαλάμων Ο υπολογισμός για στρωσιγενή πετρώματα γίνεται με τη θεωρία της αμφίπακτης δοκού: - n max L γ L max 32 E t 4 max γ L 2 t 2 n max : η μέγιστη κάμψη L: το πλάτος του θαλάμου t: το πάχος του στρώματος της οροφής Ε: το μέτρο του Young του πετρώματος της οροφής γ: το ειδικό βάρος του πετρώματος της οροφής τ max: η μέγιστη μγ διατμητική τάση σ max : η μέγιστη εφελκυστική / θλιπτική τάση

34 Θαλάμων - Διαιρώντας κατά μέλη τις σχέσεις: max γ L 3 γ L 4 max 2 t προκύπτει ότι: max max 2L 3t Όταν L / t> 5τότε σ max > 3 τ max Επειδή η αντοχή των πετρωμάτων σε εφελκυσμό είναι συνήθως μικρότερη από την αντοχή τους σε διάτμηση και πολύ μικρότερη από την αντοχή τους σε θλίψη, ως παράμετρος υπολογισμού του πλάτους των χρησιμοποιείται η μέγιστη εφελκυστική τάση 2

35 Θαλάμων - Από τη σχέση: max γ L 2 t 2 προκύπτει : L 2 t Ft t Όπου F = συντ. ασφάλειας με τιμές 4-8 t

36 Θαλάμων - Στις περιπτώσεις όπου η άμεση οροφή αποτελείται από δύο ή περισσότερες στρώσεις και οι λεπτότερες στρώσεις είναι πάνω από τις παχύτερες, τότε για το σχεδιασμό χρειάζεται να συμπεριληφθεί το επιπλέον βάρος που δέχεται η άμεση της οροφής στρώση. Αυτό γίνεται υπολογίζοντας ένα προσαρμοσμένο ειδικό βάρος (γa) σύμφωνα με τον τύπο: n 1 1 n 1 n 3 E n t n 1 2 E t t n όπου n= ο αριθμός των στρώσεων.

37 Παράδειγμα Πρόκειται να κατασκευαστεί υπόγειο κέντρο αποθήκευσης με τη μέθοδο και. Επιλέγεται η δημιουργία τετραγωνικών και διαστάσεων 11 m 11 m, με - τελικό ύψος 8 m. Το μέγιστο πάχος υπερκειμένων υπολογίζεται σε 150 m. Δοκιμές σε μονοαξονική θλίψη δοκιμίων (d/h=1) έδειξαν ότι η αντοχή τους υπολογίζεται γζ μεταξύ 60 και 85 MPa, η αντοχή του πετρώματος σε εφελκυσμό θεωρείται ίση με 10 MPa, ενώ το ειδικό βάρος του πετρώματος είναι ίσο με με 2,65 t/m 3 (26,1 kn/m 3 ). Θεωρήστε ότι η κατασκευή γίνεται εντός στρωσιγενούς σχηματισμού, με μέσο πάχος στρώσης t = 2m. Ζητείται να εξεταστεί η ευστάθεια των και της οροφής του συγκεκριμένου έργου.

38 Παράδειγμα - 1 ascal (Pa) 1 N/m 2 1MPa 100 t/m 2 Η κατακόρυφη τάση που ασκείται είναι: t t S H S 2,65 150m 397,5 S 3, 98MPa v v v m 3 m 2 Η μέση ορθή τάση που αναπτύσσεται στους στύλους είναι: A t S v A H 1 H W R W 1 2 W 2 R W P W 1 2 R H W W P L R L Ορθογώνιοι στύλοι Τετραγωνικοί στύλοι

39 Παράδειγμα Οι στύλοι έχουν κανονική διάταξη, με (W / H) = 1,38. Έτσι η τάση που αναπτύσσεται σε αυτούς δίνεται από την εξίσωση: - A 2 t 1111 m 2 S 3,98 Ma 398 3,98 4 Ma 15,92 Ma v A 2 11 m 2 Αφού a=b=c=11 m A = 121 m 2 A 2 t = 484 m

40 Παράδειγμα Επειδή οι στύλοι είναι τετραγωνικοί μπορεί να χρησιμοποιηθεί η παρακάτω σχέση: ή παρακάτω σχέση: ύλ R W H P W R W H t A S 1 2 W H P W H A v S MPa P W P W R W H A t A v S 15, , P

41 Παράδειγμα - Για τον υπολογισμό της αντοχής του στύλου σε θλίψη ( C ) χρησιμοποιείται ο τύπος των Obert και Duvall. Για λόγους ασφαλείας οι υπολογισμοί γίνονται θεωρώντας ως τιμή αντοχής τα 60 MPa. C C 1 W 11 0,778 0,222 C 60 (0,778 0,222 ) C H 8 64,995Ma Επομένως, σύμφωνα με τους παραπάνω υπολογισμούς, ο συντελεστής ασφαλείας, είναι: F C 64,995 15,92 F 4,08

42 Παράδειγμα - Για πάχος στρώσης οροφής t=2 m, σ = 2 ή t πετρ= 10 MPa=1000 t/m, γ= 2,6 t/m 3 και F t =8, υπολογίστε το μέγιστο επιτρεπόμενο άνοιγμα. L t m 2t t 2 m m Ft t 2,6 8 20,8 3 m L ,87 m

43

44 -

45 Στύλων -

46 Στύλων -

47 Στύλων -

48 Στύλων -