knjiga 2 rudasrke postorije

8/10/2019 knjiga 2 rudasrke postorije

1/31

41

Izgradnja podzemnih rudarskih objekata Ruenje radne sredine bez upotrebe eksploziva

DRUGI DIO

STIJENA, KAO RADNA SREDINA TEHNIKE OSOBINE RADNE SREDINE KLASIFIKCIJA STIJENA

2.1.STIJ ENA,KAORADNASREDINA

Podpojmomradnesredinepodrazumijevasegornji ovrsli diozemljinekore,ukojojseizvoderudarski radovi, izgraujupodzemneprostorijei organizujeeksploatacijavrstih

mineralnihsirovina.Ovaj ovrsli diozemljinekoresastavljenjeodrazliitihstijena,kakopomineralnomsastavu,takoistoi pogenezi,mehanikim,fizikimi drugimkarakteristikama.Razumljivojedaujednoj ovakvoj sloenoj srediniproblemi kodizvoenjarudarskihradova,izrade podzemnih prostorija i otkopavanja vrstih mineralnih sirovina, su raznovrsni iskopani samnogimtekoamai opasnostima.Svi ovi problemi,koji nastajuprilikomradau stijeni, mogu se posmatrati sarazliitih stanovita, meutim, sa stanovita izvoenjarudarskih radova, izradepodzemnih prostorija i otkopavanja rude, posebno je znaajnoponaanjestijenavezanoza: usloverada,teinuradai stabilnostizraenihprostorija.Svakaodovih karakteristika znaajna je kada je u pitanju rad u stijeni i stijenskommasivu, tenjihovoizuavanjezauzimaposebnomjestouoblasti rjeavanjatehnolokihproblema,to

jerazlogdasenjihovznaaj posebno,venapoetkuovihizlaganja,istie.Sveovepojave,i akomeusobnoveomarazliitepomehanizmuponaanja,karakteriu:mineralne,genetske,strukturne, teksturne, fizike, mehanike, reoloke, hidrolokei druge osobinestijenskemase.

U rudarskoj praksi pokazalo se praktinim da se stijenska masa ne posmatra sastanovitagrae, sastava, geneze i sl., vekao materijal u kome e se izvoditi rudarskiradovi i izraivati podzemne prostorije. Ovakav materijal ima svoje osobine i nekekarakteristike, koje omoguavaju da se svestijene u prirodi razvrstaju u: vrste, slabe,nevezanei tene. Ovapodjelastijenazasnovanajenavrstini unutranjihvezai ponaanjapoduticajemspoljanjihinilaca. I akosamo uslovna, ovapodjelanalajeveomairoku

primjenuurudarstvu,tojerazlogdajei ovdjeprihvaenakaoosnovnapodjelastijenskogmaterijala.KodVRSTIH STIJENA mineralneesticemeusobnosuvezaneveomasnanim

unutranjimsilama (kohezijom). Zahvaljujui ovim unutranjimvezama, vrst stijenskimaterijal pruasnaanotporspoljanjimsilama,kojeteedagadeformiui razore.U zavisnostiodkarakteraspoljanjihsila,vrstestijeneserazliitoponaaju, i njihovarekacijaispoljavaurazliitimvidovima.Zaovakvuvrsti stijenakaratkeristinajevelikamehanikavrstoa,visokastabilnosti znaajanotporpremarazaranju.U ovakvestijenespadaju:graniti,andeziti,krenjaci, mermeri i sl.stijene.

Popravilu,ovakvestijeneobezbjeujunajboljeradneuslovei podzemneprostorije

u ovakvimsredinama mogu da seodreduevrijeme i ako nisu podgraene.


2/31

42


ZaSLABE STIJENE karakteristinojedasevekodmanjihspoljanjihoptereenjadeformiu i kohezione veze meu mineralnimesticama poputaju, to se sveispoljavaveomaniskomstabilnouizgraenihpodzemnihprostorija.Ovakvestijenesu:glina,ugalji sl. stijene. U ovugrupuspadajui vrstestijenekojesuraznimmehanikimili hemijskim

uticajimatolikooslabljenei izmijenjenedanepredstavljajuviestijeneizprethodnegrupe.Ovakvestijene, takoer, predstavljaju dobre usloveza rad, s timto seizgraene

podzemneprostorijemogu odrati bez podgradejedno kraevrijeme.NEVEZANE STIJENE predstavljajuskupmineralnihzrna,kojamogubiti jednorodna

ili raznorodna, kako po vrsti tako i po veliini i obliku, a meusobno nisu povezanaunutranjimsilama.U ovakvuvrsti stijenaspadaju: pijesak,ljunak,drobinai drugestijeneizgraeneodkomadakoji sumeusobnocementovani nekimslabimprirodnimcementnimvezivom, ili, kod kojih veza odsustvuje. Osnovna osobina nevezanih stijena, kada je upitanjuizvoenjerudarskihradovai stabilnost podzemnih prostorija, ogledaseulahkomrazaranju i obruavanju otvorenih povrina, to predstavlja opasnost po radove koji se

podzemljomizvode.U ovakvim radnim sredinama izrada podzemnih prostorija nije mogua bez

posebnog obezbjeenja.U TENE STIJENE, urudarskoj praksi, spadajunevezanevodomzasienestijene

kojeimaju sveosobinetenosti. U zavisnosti odspoljanjeg pritiska, tenestijenemogubiti:bezpritiskai podpritiskom.

Tene stijene, koje se nalaze pod pritiskom, predstavljaju smjesu (pijeska, gline,ilovae i vode) koja nije izloena spoljanjemoptereenju. Ovakvestijene, zbogmalogkoeficijentafiltracije,zadravajuusebi svuvodu,toimomoguavapokretljivost.Kretanjeovakvihstijenavezanojezagravitaciju.

Tenestijenekojesenalazepodpritiskomimajuisti stavkaoi prethodne, samotosenalazepodnekimspoljanjim(obinohidrostatikim)pritiskom.Odveliinespoljanjegpritiskazavisitebrzinakretanjai pokretljivostovakvestijenskemase.

Radna sredina koja izgrauju tene stijene je veoma nepodesna za izvoenjerudarskih radova i izradu podzemnih prostorija zbog lahke izmjene oblika stijenskemase. Ovo jei razlogda,ukolikoseuovakvimsredinamamorajuizvoditi rudarski radovii izgraivati podzemne prostorije, ovakva stijenska masa se prethodno mora poboljati(smanjiti ili potpuno neutralisati pokretljivost), kako bi se stvorili to povoljniji uslovirada.

Podzemneprostorijezapotrebejamskeeksploatacije, kaoi drugepotrebe, izraujuseuvrstimi slabimstijenama,dokunevezanimi tenimstijenamasamoizuzetno,sobziromdasuoveposljednjedvijeradnesredineposebno tekezarad.

Bezobziratosurazlikeuponaanjustijenskogmasiva,navedenihkategorijastijenskemase, meusobnoveomajasnorazgraniene, ipakjeneophodnonaglasiti dai unutarjednekategorijestijena, razlikemogubiti veomavelike.Takonaprimjer,i akoi graniti krenjakspadajuuistukategoriju,fizike,mehanike,reolokei drugekaratkeristikesuimrazliite.Ovo se objanjava na taj nain, to su se u jednoj istoj kategoriji nale stijenske maserazliitog porijekla (geneze), razliitog mineralnog sastava, petrografske graei drugihkarakteristika.Ovoukazujenaznaaj koji osobinestijenskogmaterijalaimajunaponaanjestijenskemase,tojedovoljanrazlogdasezasvakustijenskumasuosobinemorajudetaljno


3/31

43


izuiti. Izuavanjeosobinastijenskogmaterijalaimaizuzetnoguticajazaizborracionalnetehnologijerada, vrstei tipamehanizacije, nainaosiguranja, utvrivanjaodgovarajuihnormi i sl.

Sloenosttehnologijerada, pri izradi podzemnih prostorijai izvoenju rudarskih

radova, uslovljava svestrano poznavanje osobina stijenskog materijala, od kojih sunajznaajnije:

fizikei mehanikeosobine, reoloke osobine, strukturne osobine, hidroloke osobine, gasonosnost, samozapaljivost i tehnolokeosobinei sl.

Navedene osobine u najkraim crtama bie objanjenje, i to samo u obimu kojiodgovarapotrebamarudarskihradovai izradi podzemnihprostorija.

2.1.1.Fizikeosobine

U znatnoj mjeri fizikeosobinestijenai ruda(masagustina), poroznost,specifinamasa, zapreminska masa, nasipnamasa, ugao prirodne ravnotee, rastresitost, vlanost)mogu da utiu na ponaanje stijenskog materijala i na stabilnost izgraenih podzemnihprostorija.Osimtogamnogitehniki pokazatelji,vezanizarudarskeradovei izradupodzemnihprostorija, u uskoj suvezi sa fizikimkarakteristikama stijenskemaseu kojoj seradoviizvode, tejepoznavanjeovih osobinanuno.

MASA (GUSTINA)predstavljaodnosmasevrstefaze(m0)premanjenoj zapremini

(V0)

gr/cm3 . (2.1.)

Masastijenezavisiodmineralnogsastava,odnosnoodgustinemineralakoji izgraujustijenu i njihovog zapreminskog procentualnog uea, to se moe izraziti slijedeimodnosom:

(2.2.)

gdjesu: m broj mineralakoji izgraujustijenu,

Vi diozapremineispunjensvakimmineralomi masapojedinihminerala.

Kodstijenamasanijestalnaveliinavepromjenljivai zavisiodmineralnogsastavasvake stijenei procentualnog sadraja sastavnih komponenata. Ova osobinanema veeprimjeneuoblasti rudarskihradovai podzemnoj i povrinskoj eksploataciji.

ZAPREMINSKA MASA predstavlja odnos stijenske mase (m0) prema njenoj

zapremini zajednosaupljinama(V)

gr/cm3. (2.3.)


4/31

44


Zapreminskamasastijenaodreenajenjihovimmineralnimsastavomi sadrajemupljina.Vezaizmeuzapreminskemasei masemoeseizrazitiprekopozornosti(n

0)sljedeim

odnosom

(2.4.)Zapreminskamasastijena, kakosetovidi izobrasca(2.4) uvijekjemanjaodmase,

razlogsuupljinei naprslineustijeni.Ovaupljikavoststijenaunajveembrojusluajeva,jegenetskogporijekla.tojeprocenatupljinamanji ustijenskoj masi,utolikojezapreminskamasabliamasi stijene.Kodnajveegbrojastijenazapreminskamasakreeseugranicamaizmeu 2,20 i 3,10, dok kod ruda ove razlike su daleko vee i iskljuivo zavise odprocentualnog sadraja korisne mineralne sirovine u rudi. Tako, kod jedne iste rude,zapreminskamasasemoekretati urelativnoirokimgranicama.

U zavisnosti odvrijednosti zapreminskemase,stijenesemogurazvrstati uslijedeihpetkategorija(vidi tabelu2.1.).

Tabela 2.1. Kategorizacijasistemanaosnovuzapreminskemase

POROZNOST definieueeupljinaujedinici zapreminestijenskemasei oznaavaseoznakom(n

0). Ovakarakteristika stijenskemasekvantitativno seizraavakao odnos,

izraenuprocentima,zapreminesvihupljinasadranihustijeni premazapremini stijeneu

njihovom prirodnomstanju, tj. poroznost oznaava zapreminu svih upljina u jedinicizapreminestijenskemase.Kakojezapreminaupljinadatarazlikomizmeuzapreminestijene(V)i zapreminenjenevrstefaze(V

0),tojeporoznostpremadatoj definiciji mogueiskazati

slijedeimrelacijama:

(2.5.)

Poroznoststijenakreeseuveomairokimgranicama, oddijelovaprocentapai dovieod50%.Meutim,kodnajveegbrojastijenskihvrstakreeseugranicamaod1 20%.Premastepenuporoznosti svestijenesemogurazvrstati uslijedeekategorije(vidi tabelu

2.2.).Tabela 2.2. Kategorizacijastijenapremaporoznosti

NASIPNA MASA predstavljamasuizdrobljenogstijenskogmaterijala(G) unasutom

stanju,ujedinici zapremine(V).Ovaosobinanajeeseizraavaut/m3

i kg/m3

.U izvjesnim


5/31

45


sluajevimaiskazujesei kao litarska teina (kg/dm3). Navrijednostnasipnemaseimajuuticaja:zapreminskamasa,veliinakomadastijene,odnosizmeufrakcija(granulometrijskisastav), stepenvlanosti i stepenzbijenosti. Polazei oddefinicijenasipnemase, nasipnamasasemoeprikazati obrascem

,t/m3 (2.6.)

U tebeli 2.3. datjepreglednasipnihmasazanekestijenei ugljeve.

Tabela2.3. Preglednasipnihmasazanekestijenei ugljeve

RASTRESITOST. Podrastresitousepodrazumijevaosobinakojuimajustijene,da u zdrobljenomstanju poveaju zapreminu u odnosu na zapreminu istog materijala ustijenskommasivu. Ovo poveanje zapremine, poslije usitnjavanja (razaranja) stijenskemase,izraavaseputemkoeficijentarastresitosti(k

r),koji seprekonasipnei zapreminske

masemoeizraunati poobrascu:

(2.7.)

Koeficijentrastresitosti, odnosnorastresitost,zavisi odvieinilaca, meukojima

seposebnoistiu:strukturastijene, vrstoa, granulometrijski sastavi nainrazaranja.Zaovu osobinu je karakteristino da rastresitost opada sa smanjenjem vrstoe stijenskogmaterijala.(viditabelu2.4.)

Tabela 2.4. Koeficijentrastresitosti zanekestijene

GRANUL OMETRIJSKI SASTAV je karakteristika izdrobljenog i nevezanogstijenskogmaterijaladasadri komadestijenarazliitihveliinai razliitogprocentualnoguea.Takonaprimjer,poslijeminiranjastijenskemase, uminiranjemrazorenomdijelu,nalazesekomadi razliitihveliina,odnekolikomilimetara,doblokovametarskihveliina.Njihovmeusobni odnos,premaveliini komada,izraenteinski i procentualno, uodnosunacjelokupnuodminiranumasu,predstavljagranulometrijski sastavodminiranogmaterijala.Ovaj sastavobinoseprikazujeprekogranulometrijskekrive,ijakonstrukcijajezasnovananaveranijeusvojenoj podjeli stijenapremakrupnoi. U praksi, prihvaenajepodjelanadvijeosnovnekategorijenevezanogmaterijala, i to: krupnozrnogi sitnozrnogsastava.

U krupnozrni sastav spadaju zdrobljenei nevezanestijene, ijazrnasu veaod2mm,dokusitnozrni sastavspadajustijeneijaveliinazrnajemanjaod2mm.U narednom

pregledudatajepodjelapremaovimsastavima:


6/31

46


a) Krupnozrni sastav

b) Sitnozrni sastav

Grafiki segranulometrijski sastavprikazujekrivomgranulometrijskogsastava.Naslici 2.1.prikazanjejedanovakavdijagram,salinijamagranulometrijskogsastavazarazliitevrstenevezanogstijenskogmaterijala.

Slika 2.1. Linije granulometrijskog sastava.1-ljunani pijesak, 2-prainasti pijesak, 3-pjeskovita glina, 4-glinovito tlo, 5-glina

2.1.2.Mehanikeosobine

Prilikomradaustijeni javljajuserazliitaoptereenjanakojestijenarazliitoreaguje.Najee, optereenjasuvezanazastatikai dinamikanaprezanja, kojaunutar stijenskemaseizazivajui razliitereakcije. U ciljutoboljegpoznavanjaovihreakcija otporakojipruastijenskamasa, neophodno jeizuiti: elastino i plastinoponaanje, zatim krtost,

vrstou,tvrdoui abrazivnost. Sveoveosobinekarakteritunekustijenskumasui utiunaizbor tehnologijerada, opremei nainosiguranjaotvorenihprostora. Ovosu upravo iosnovni razlozi to kod izvoenja rudarskih radova, izrade podzemnih prostorija iotkopavanjarude, mehanikoponaanjedefiniemnogetehnikei ekonomskeparametre.Sobziromnaznaaj ovihstijenskihkarakteristika,isteeunajkraimcrtamabiti izloene.

ELASTINOST. vrstastijenskamasa posjedujeelastine karakteristikevrstihtijela, tj. sposobnost daposlijedjelovanjaspoljanjesileponovo zauzmesvojuprvobitnuformui dimenzije.Meutim,ponaanjemstijenauoblasti elastinosti imadrugaiji karakterodponaanjametala. Dok semetali ponaajuuoblasti elastinosti pozakonuHuka, dotledijagrampromjenakodstijenaimanetodrugaiji oblik.Overazlikeprikazanesunaslici 2.2-a. Kakosetosaslikevidi,dijagramdeformacijekodsijenanijekonstanta(pravalinija)ve

predstavljakrivuliniju,iji karakterzavisi odvrstestijenskogmaterijalai nainaoptereenja


7/31

47


(naslici 2.2-a. linija2). Takonaprimjer kodjednokratnogoptereenjai rastereenja, kodstijenaudijagramunapon deformacija(slika2.2-b.)vidi sedaposlijerastereenjastijenazadravaizvjesnutrajnudeformaciju( ).

Slika 2.2. Karakteristini oblici deformacije stijenskog materijalaa-dijagram elastinih deformacija, b-dijagram elastinih deformacija sa oznakom: ukupne ( ),

elastine ( ), plastine ( ) deformacije poslije relaksacije, c-koji karakterie plastinoponaanjestijene, d-dijagram koji karakterie krto ponaanje stijene; 1-ponaanje po zakonu Huka,

2-ponaanje stijene.

ELASTINEDEFORMACIONEOSOBINE

Veoma vanu ulogu kod stabilnosti jamskih prostorija kao i u pogleduvrstoestijenskogmaterijala(radnesredine), imajudeformacioneosobinekojesekarakteriu:

E modulomelastinosti

G modulomsmicanjaK zapreminskimmodulom

Poissonovkoeficijentm Poissonov brojoznaimosa:P silukojapritieili zateeuzorak

duinauzorkas povrinapoprenogpresjekauzorka

ukupnoskraenjeili izduenjeuzorka

Uzorak stijene optereen jednoosno na pritisak


8/31

48


PremaHook-ovomzakonuizduenje,odnosnoskraenjeuzorkaiznosi:

(cm) (2.8.)

naponje: (N/cm2) (2.9.)

Dilatacijajeskraenjeuzorkapojedinici duine:

(2.10.)

Koristei seizrazimazanaponi dilatacijuHook-ovzakonsemoenapisatiuslijedeemobliku:

(N/cm2) (2.11.)

Naovaj nainpomouopitaodreujemovrijednostmodulaelstinosti (E).

Dilatacijaupravcudjelovanjasileje:

Dilatacijauravni upravnoj napravacdjelovanjasileje:

(2.12.)

Opiti pokazujudajeodnospoprenogi produenedilatacijeugranicamaelastinostiuvijek stalantojest:

ili (2.13.)

Konstanta()poznatajekaoPoissonovkoeficijentili koeficijentpoprenedilatacije.RecipronavrijednostPoissonovogkoeficijentajePoissonovbroj:

(2.14.)

Koeficijentizmeunaponasmicanja( ) i odgovarajuedeformacije( ) nazivasemodulomelastinosti pri smicanjuili modul klizanja(G).

(N/cm2) (2.15.)

Na osnovu teorije elastinosti mogue je vezu izmeu navedenih deformacionihkarakteristikaprikazati uoblikudvijeosnovnejednaine:

(2.16.)

Ispitivanjanaistomuzorkumogusevieputaponavljati, pri emuovakoviestrukooptereen i rastereen uzorak pokazuje uvijek izvjesnu zaostalu deformaciju, koja jepo

pravilusvemanjai manja.Naslici 2.3.prikazanjedijagramdeformacijakodjednogovakvog


9/31

49


viestrukogoptereenjai rastereenjastijenskemase.Akosemodul elastinosti proraunavaprema posljednjemciklusu optereenja i rastereenja, tadaeksperimenti pokazuju dauuporeenju sajednokratnimoptereenjemi rastereenjemstijenskemase, ovaj posljednjipokazujenetovievrijednosti. Ovapojavatumai seveomhomogenizacijomstijenske

mase, pasamimtimi boljimelastinimkarakteristikama, kojeseviepribliavajuzakonuHuka. S obziromda se stijenska masa razliito ponaa pri jednokratnomi viekratnomoptereenju i rastereenju, i dasedobijaju razliitevrijednosti modula elastinosti, tojenastala potreba da se razlikuju i moduli. Tako koeficijent elastine proporcionalnostiproraunatnaosnovujednokratnogoptereenja,zovesemodulomelastinosti (E)dokkodviekratnogoptereenjai rastereenjamodulomdeformacije(E

def).

Slika 2.3. Dijagram deformacije stijenske mase pri viestepenom optereenju i rastereenju

Poredstatikihoptereenjastijenskamasajeizloenai dinamikimoptereenjima.Uoblasti dinamikihoptereenjaelastinikoeficijenti (moduli Poissonovkoeficijent)odreujusenaosnovumjerenjabrzineultrazvunihtalasakroz stijenskumasu.U ovomsluajuovajkoeficijentsenazivadinamikimmodulomelastinosti(E

d),odnosnodinamikimPoissonovim

koeficijentom(d).Ako semeusobno uporeuju vrijednosti opisanih modulaelastinosti, vidi seda

seoni znatnorazlikujui dasenjihovi odnosi moguizraziti nejednakou:

E


10/31

50


Slika 2.4. Klju za proraun modula plastinosti

Veza izmeudeformacije i napona, slino kao kod iskazivanja veze kod modulaelastinosti, moeseprikazati, kadajeupitanju plastinost, pomoumodulaplastinosti(E

pl).Naslici 2.4.prikazanajedijagramdeformacija naponsazonamaelastinihi plastinih

deformacija.Naosnovudijelakrivekojaseodnosinaplastinedeformacije,pomouobrasca

, (2.18.)moguejeproraunati modul plastinosti.U praksi,veomaestopokazujesepotrebadasemeusobnorazliiti stijeneuporeuju

prema plastinosti, za ta moe posluitikoeficijent plastinosti.Do jednog ovakvogpokazateljamoguejedoi narazliitenaine.PremaL.A.reinerukoeficijentplastinostipredstavljaodnosizmeuukupneenergijerazaranja(A

pl) i energijedeformacijeuoblasti

elastinihdeformacija(Acl).

(2.19.)

Naslici 2.5.prikazanjedijagramelastoplastinihdeformacijasanainomproraunakoeficijenta plastinosti. Zona OAB predstavlja rad na razaranju idealno krtog tijela,(A

cl A

kr), dokpovrinaOCD predstavljaradutroennarazaranjeispitivanoguzroka(A

pl).

Slika 2.5. Klju za proraun koeficijenta plastinosti

Tabela 2.5. Koeficijent plastinosti zanekestijene


11/31

51


Po pravilu, sa poveanjemjednoosne vrstoe stijenskog materijala, koeficijentplastinosti sesmanjuje(vidi sliku2.6. krivaI). Sapoveanjemkoeficijentaplastinosti iplastinostsepoveava. U tabeli 2.5.dati sukoeficijenti plastinosti zanekestijene.

Slika 2.6. Promjena koeficijenta krtosti (kriva I I) i plastinosti (kriva I ) u zavisnosti od jednoosnevrstoe na pritisak

KRTOST jeosobinastijenskog materijalakod kojesestijenarazarabez zaostalih(plastinih)deformacija. Kodidealnogkrtogtijelarazaranjuprethodeiskljuivoelastinedeformacije.Karakterdeformacijekodkrtihstijenaprikazanjenaslici 2.2-d.Veomajetekootropodijeliti stijenenaplastinei krte,sobziromdaovekarakteristikestijenskogmaterijalazavise od mnogih inilaca. Tako na primjer jedna ista stijena u zavisnosti od brzineoptereenja,spoljanjegpritiskai temperaturemoeseponaati i kaoplastinai kaokrta.

Kodkvantitativnogocjenjivanjastepenakrtosti, istokao i kodplastinosti, koristisekoeficijentkrtosti (K

kr), koji predstavljaodnosizmeuutroenogradauoblasti elastinih

deformacija(Acl) i utroenogradanarazaranje(A

kr)

(2.20.)

Izprethodnogproizlazi dakodidealnogkrtogtijelakoeficijentkrtosti iznosi 1,0.Iako krtost stijena zavisi od mnogih inilaca, ipak, po pravilu, sa poveanjem

mehanikevrstoestepenkrtosti sepoveava(vidi sliku2.6.). Ovaosobinaomoguavadasei veomavrstestijenerelativnolakomogurazarati. Takonaprimjer,veomavrste, akrtestijeneznatnoboljeserazarajudinamikimnaprezanjima(miniranjem) odslabijihaliplastinihi ilavihstijena.Stogajei zaoekivati dasenajteerazarajuonestijenekodkojih

jezastupljenavisokavrstoai visok stepenplastinosti.

VRSTOA predstavlja takvu karakteristiku stijenskog materijala, koja se umehanikom smislu moe definisati kao: sposobnost materijala da se odupre dejstvuspoljanjihsilakojeteedaizazovudeformacijekojeebiti uzrok razaranju. Kaomjerilovrstoeuzimaseononaprezanjeumaterijalukojejei izvrilorazaranje.

Sammehanizamrazaranjastijenskogmaterijalaje, posvojoj prirodi, veomasloen,


12/31

52


tojei razlogdanepostoji jedinstvenateorijakojaobjanjavaprocesrazaranja. Bazbogovesloenosti predloeno jevieteorija, meukojimaseistiu: teorijagraninihnapona(Galilej), maksimalnadeformacija(SenVenan), najveihtangencijalnih napona(Kulon),teorijavrstoe(Mor)i dr.U oblasti rudarstvanajzapaenijajeteorijaMora,kojajezasnovana

nameusobnoj zavisnosti tangencijalnihi normalnihnapona, zabilokoju takustijenskemase ako se nalazi u sloenom naponskom stanju. Ova zavisnost u pravougaonomkoordinatnomsistemu( ) prikazujesekrivomlinijom, kojapredstavljatangencijalnukrivu (obvojnicu) Morovih krugova napona, ucrtanih za razliite vidove naprezanja( , , ). Ova kriva definie naponsko stanje u stijenskoj masi u momentu kadatangencijalnonaprezanjeuravnismicanjapostigneveuvrijednostodonekojajeogranienakrivomMora. Na slici (2.7.) prikazanaje jednaovakvakrivasaMorovimkrugovimazarazliitevidovenaprezanja.Krug-1odgovarajednoosnoj zateznoj vrstoi,krug-2vrstoipri dvoosanomzateznomi pritisnomoptereenju,krug-3jednoosnoj vrstoi napritisakikrug-4 dvoosnoj vrstoi napritisak.

Slika 2.7. Izgled i konstrukcija krive Mora

Osimgrafiki,Morovaovojnicamoebiti predstavljenai analitiki. Najjednostavnijianalitiki izraz,koji definieodnoseizmeunormalnihi tangencijalnihnapona,datjepravom

linijomuobliku:(2.21.)

gdje su: ugaounutranjegtrenja(sl. 2.8.)c kohezijatg koeficijentunutranjegtrenja.

Kodnevezanihstijena, kojeneposjedujuvrstounazatezanjei koheziju, Morovaovojnicaimaoblikpravekojaprolazi izkoordinatnogpoetkai datajeoblikom:

(2.22.)


13/31

53


Slika 2.8. Morova ovojnica u obliku prave sa elementima

Naslici 2.9.datesupravolinijskeMoroveobvojnice;a)zanevezanstijenski materijali b) zavrsti slabstijenski materijal.

a) b)

Slika 2.9. Pravolinijska Morova ovojnica za a) nevezan i b) vrsti stijenski materijal vertikalno, bono optereenje.

Morovaovojnicamoe biti izraena u obliku parabole drugog reda, ili u nekom

drugomodgovarajuemobliku.Najiruprimjenuimaparabolini oblikMoroveobvojnice,madai drugi oblici zasluujupanju.

vrstoazavisi odmnogihinilaca,meukojimaseistiu:veliinamineralnogzrna,tipi sastavmineralnogcementa, poroznost,vlanosti, raspucanost,veliinai oblik uzorkanakomejeispitivanjeizvreno,karakterispitivanjai sl.

vrstoavrstih i slabihstijenaodreujeseeksperimentalnonaspecijalnozaovusvrhupripremljenimuzorcima. U najveembrojusluajevaovaispitivanjaseobavljajuulaboratorijskimuslovima,pri jednoosnom,dvoosnomi troosnomoptereenju.Sobziromnasloenostvieosnih ispitivanja, vrstoasenajeeodreujeu jednoosnimuslovima. Uzavisnosti odnainaoptereenjauzorkarazlikujuse:vrstoanapritisak( ),vrstoana

zatezanje( ),vrstoanasmicanje( ) i vrstoanasavijanje( ).Eksperimentimajeutvrenodavrstoanapritisak, kodjednoosnihispitivanja, jevea od vrstoe na smicanje, odnosno vrstoa na smicanje je vea od vrstoe nazatezanje. Ovaj njihovmeusobni odnosmoguejenapisati i naslijedei nain:

(2.23.)

Kodjednomineralnihstijena,kaotosu:krenjak,pjear,kameniugalj,kvantitativniodnosi izmeunavedenihvidovavrstoemoguseizraziti kao:

(2.24)


14/31

54


(2.25.)

vrstoa stijena kod dvoosnog i troosnog ispitivanja, znatno je vea nego kodjednoosnog.Rezultati,dosadaizvrenihispitivanjapokazuju,dakodjednomineralnihstijenaodnos izmeuvrijednosti dobivene pri jednoosnomispitivanju vrstoenapritisak i pridvoosnomispitivanjustoji urelaciji:

(2.26.)

gdjeje pritisnavrstoakod dvoosnog ispitivanja.

Ranije je veistaknuto da mehanika vrstoa predstavlja jednu od osnovnih

karakteristikastijenskogmaterijala,pasamimtimi stijenei stijenskogmasiva.Sobziromnanainodreivanjavrstoestijena,obinonamalimneoteenimuzorcima,dobivenirezultatisu uvijek vei odstvarnevrstoemasiva. Ovarazlikaproizlazi kao posljedicaznatnogoteenjastijenskogmasiva,kojakodmalihuzorakasuiskljuena.Ovaoslabljenjastijenskogmasivanajeesuvezanezapojavupukotinai drugeoblikedegradacijestijenskemase.Odnosizmeuvrijednosti vrstoeodreenenamalimuzorcimai stvarnevrstoestijenskogmasivanazivasekoeficijentomoteenja (n). Brojnavrijednost koeficijentaoteenjastijenskemasemoeseodrediti eksperimentalnoili raunski.

PREMA FISENKU koeficijent oteenja stijenske mase, kojim treba umanjitivrijednosti vrstoestijenadobivenenamalimuzorcima, moguejeodrediti poobrascu:

, (2.27)

gdje su: koeficijentkoji zavisi odjednoosnekohezijestijenskogmaterijalaodreenenamalimuzorcima, daN/cm2 (v.tabelu2.6.),

L veliinadijelastijenskemasekojajeizloenarazaranju,l srednjaveliina(razorenog)odvaljenogkomada.

Tabela 2.6. Vrijednostkoeficijentazarazliitestijene(premaG. L. Fisenku).


15/31

55


Koeficijentoteenjastijenskemase, premaprijedloguFisenka, prilagoenjeviepotrebamai mogunostimavezanimzaradnapovrini i uvelikimpodzemnimkomoramaiotkopima, tojerazlogdaimaogranienuprimjenusamonaovakvuvrstuobjekata.

Neto je blii rudarskim problemima prijedlog Rajevskog, koji je zasnovan na

ponaanjukrovinei bokovahorizontalnihprostorija, i naosnovuempirijskezavisnosti zasluaj horizontalnihprostorija, odreujevrijednostkoeficijentaoteenjazadvasluaja:

a) kadaje

i (2.28.)

b) kadaje

(2.29.)

KriterijumpoRajevskomvai samozasluajeveakojepolovinairinehodnika(a)ugranicamaizmeu3i 6m(3


16/31

56


a) za od100do600daN/cm2 =0,7 0,8i

b)za preko600daN/cm2 =0,8 0,9.

Potrebnojeposebnoistai, daosimvrstoe, napojavuteenja,pasamimtimi navrijednostkoeficijentateenja, imajuuticajajoporoznosti vlanost.Kao to je veistaknuto, kodmnogih tehnikih prorauna, kao polazni elementi

usvajajusemehanikekarakteristikestijenskemaseodreenenaosnovumalihuzoraka. Sobzirom da ovako dobiveni podaci, uvijek pokazuju vee vrijednosti od onih koje suzastupljeneustijenskommasivu,tojeneophodnoisteumanjiti zaodreeni procenat.Poredveopisanih postupaka za smanjenje vrstoe odreenenauzorku i preraunavanje navrstoumasiva,upraksi sekoristejoi razliiti nomogrami i tabele.Ilustracijeradi utabeli2.8.datjekriterijumzasmanjenjevrstoeodreenenamalimuzorcima,ufunkciji odkarakterastepenastabilnosti i koeficijentavrstoe(f) poProtodjakonovu zavrstei slabestijene,dokutabeli 2.9.zaugljeve.

Tabela2.8. Koeficijentsnienjavrstoeodreenenamalimuzorcimazavrstei slabestijene

Iztabele2.8.i 2.9.vidi sedajejedanodveomaznaajnihparametarazaidentifikacijustijenskogmasivakoeficijentvrstoe(f) poProtodjakonovu.Dabi sepodatci iznavedenihtabela mogli pravilno koristiti, neophodno je ukazati na nain odreivanja koeficijentavrstoe. PremaProtodjakonovukoeficijentuvrstoe(f) jeparametar koji seodreujenaosnovu podataka o jednoosnoj vrstoi na pritisak ( ) odreenoj na malimuzorcimapravilnoggeometrijskogoblika. Izvorni obrazac zaodreivanjekoeficijentavrstoepoProtodjakonovudatjeuobliku:

, (2.31.)

akorigovanavrijednostpo Baronu:

(2.32.)

Zaodreivanjeovogkoeficijenta,porednavedenihobrazacapostojei mnogi drugi.


17/31

57


Tabela2.9. Koeficijentsnienjavrstoeodreenenamalimuzorcimauuglju

Tabela2.10. Preglednekihodosobinastijenautvrenihnamalimuzorcima

Stijena


18/31

58


TVRDOA predstavljaotporkoji nekotijelopruaprodiranjudrugogtvregtijela.U ovomsmislu trebaposmatrati i tvrdou stijena. Po pravilu, to nekastijenaposjedujeveu tvrdou, to sui otpori mehanikomrazaranju stijenavei. Prematome, moguejeposmatrati oveodnosei uspostaviti korelacionu vezu. Postoje razliite metodekoje se

koristezaodreivanjetvrdoe,meutimurudarskoj tehnici odomaenajetzv. kontaktnavrstoa(tvrdoa),kojaseizraavaujedinicamaN/mm2,N/cm2ili daN/mm2ili daN/cm2.Ovajpodatak jeodposebnog znaajazaanalizu radarudarskih mainakoje radenarazaranjustijenskogmaterijalabuenjem,rezanjem,glodanjemi sl. postupcima.U tabeli 2.11.dati supodaci okontaktnoj vrstoi zanekegrupestijena.

Tabela 2.11. Vrijednosti kontaktnevrstoezanekegrupestijenapremaL. I. Baronu

U okviruovihizlaganja,neulazei dubljeuanalizuoveosobinestijenskogmaterijala,bie prikazanasamo tehnika podjela stijenaprema kontaktnoj vrstoi, sanajnunijimopisomi kategorijama(v.tabelu2.12.).

Tabela 2.12. Klasifikacijastijenapremakontaktnoj tvrdoi (pk)

ABRAZIVNOST. Pod abrazivnou stijenai ruda podrazumijeva se sposobnoststijenedahabaneki drugi tvri predmet,kaonaprimjerkrunicusvrdla,rezaekombinovanihmainai sl.Ovaosobinazavisi odvrstemineralakoji ulazi usastavstijene,njihovihosobinai veliinekristalai zrna.Stepenabrazivnosti odreujeseobinonaosnovukoliinematerijalakoju izgubi predmet etalon u nekoj vremenskoj jedinici, ili na osnovu nekog drugogprigodnogpokazatelja. Najeepokazatelj abrazivnosti prikazujeseumg/min. U tabeli2.13.datajeklasifikacijastijenapremaabrazivnosti(a).emaureajazaispitivanjeabrazivnostipremaA.V.Kuznjecovuprikazanajenaslici 2.10.


19/31

59


Slika 2.10. ema ureaja za ispitivanje abrazivnosti stijena (prema A. V. Kuznjecovu).1-uzorak stijene, 2-stega, 3-drveni drai, 4-cilindrini metalni etalon, 5-osovina vrtalice,

6-optereenje, 7-elektromotor.

Tabela 2.13. Klasifikacijastijenapo abrazivnosti (a)

2.1.3.Reolokeosobine

Kao i svi realni materijali, takoisto i stijenski materijal pokazuje osobinu, dakoddugotrajnih optereenja ispod granica loma, dolazi do daljih deformacija. Ova osobinastijenskog materijala posebno je znaajna za stabilnost podzemnih prostorija koje trajuduevrijeme.Izovihrazlogapromjenekojenastajuustijenskommaterijalutokomvremena,

odposebnogsuznaajazarudarstvoi posebnoseizuavaju.Pojavaporastadeformacijeu


20/31

60


funkciji vremena,prinekomkonstantnomspoljanjemoptereenju,poznatajekaoreologija,apropratnareakcija,uvidudeformacije,kaoteenjeili puzanje.U zavisnosti odstijenskogmaterijala, veliineoptereenja i karakteradeformacije, deformacijeu oblasti reolokogponaanja stijenskog materijala mogu biti elastine, plastine, elasto-plastine. Kako je

mehanizamreolokogponaanjaveomasloen,tonjegovoanalitikoprikazivanje,uvidunekakvogzakona, iziskuje dublju analizu ovepojavezasvaki konkretan sluaj. Iz ovihrazlogakoddefinisanjavezaizmeunaprezanja,deformacijei vremena, usvjetlunjihovogreolokogponaanja,koristesereoloki modeli.U praksi sejavljavieovakvihmodela,kaoto su: elastini, elastoplastini, plastini i slini modeli. Svi ovi modeli predstavljajukombinaciju tzv. reolokih elementarnih modela, kakvi su elastini elementarni model,plastini elementarni model i drugi.

Najeereolokepojaveustijenskommaterijaluseidealizujui prikazujuurazliitimkombinacijamaelastinogi plastinogelementa. Naslici 2.11. prikazanojevierazliitihmodelasaodgovarajuimemamai reolokimjednainamastanja.

Slika 2.11. Neki reoloki modeli i jednaine reolokih stanja

E modul elastinosti, - koeficijent plastinosti, n period relaksacije, granica plastinosti.

Na osnovu veeg broja istraivanja utvreno je da se idealna kriva promjena,vezanazadeformacijustijenskogmaterijalapri dugotrajnomoptereenju,moe podijeliti utri sektora(v.s.2.12.) I sektorkoji karakteriepromjenudeformacijeodmahponanoenjuoptereenja,II sektorkoji karakterieoblastpostojanebrzineplastinedeformacije(oblastpuzanja)i III sektorkoji karakterieoblastukojoj jebrzinaplastinihdeformacijapoveana,

kaoi momentarazaranjastijene.


21/31

61


Slika 2.12. Stadijumi kroz koje prolazi proces teenja

Opiti supokazali,dapri dugotrajnomoptereenjustijenskemasedolazi dopostepenogsniavanjavrstoe,tojeveomailustrativnoprikazanonasl.2.13.Ovakvavrstoanazivasereolokomvrstoom( ) i popravilu, tojevrijemeoptereenjadue, toreolokavrstoaimaniuvrijednost.Ovosniavanjereolokevrstoeodvijasepojednoj krivoj(v.s.2.13.) kojaseasimtotski pribliavanekoj vrijednosti kojapredstavljagraninureolokuvrstou( ) i zaodreeni materijal onapredstavljanajniuvrijednostvrstoe. Poslijeovegranicenastupalom. Iz ovih razlogareolokavrstoajeznatnoniaodstandardnevrstoe.

Na osnovu detaljnih istraivanjadolo sedo zakljukadameuzavisnost izmeureolokevrstoeglinai vrstoe,ufunkciji odreolokogfaktora(vrijeme),moeseizrazitiizrazom:

(2.33.)

gdjesu: vrstoaodreenapri viestepenomoptereenju,

A konstantakojakarakteriepostojanost stijene.

Tako za gline u Kurskoj oblasti = 0,5 , dok za mnoge druge stijene

=(0,70,8) .

Slika 2.13. Primjer umanjenja vrstoe krenjaka za poveanjem vremena optereenja

Slinoreolokoj vrstoi moguejerazmatrati i pitanjereolokeelastinosti ( ).

Premaistimizvorimareolokuelastinostmoguejeodrediti naosnovuodnosa:


22/31

62


(2.34.)

gdjeje: E0

modul odreenpri viestepenomoptereenju.

Smanjenjevrstoestijenskemase, sapoveanjemvremenaoptereenja,povezujeseupraksi satzv. koeficijentomslabljenja,koji seodreujeizodnosavrstoeodreenena osnovu viestepenog optereenja na pritisak i odgovarajue vrijednosti reolokevrstoe.U tabeli 2.14.datjeprimjerovakvihizuavanjazasluaj pjeara.

Tabela2.14. Koeficijentslabljenjazanekematerijale(premasovjetskimizvorima)

U nedostatkupodatakauvezi koeficijentaslabljenjastijenskemase,veomaestosekoristedrugi pokazatelji,kaonaprimjerkoeficijentteenja.Prilikomprojektovanjapodzemnihprostorijai njihovogodravanjanetrebaispustiti

izvidadauslabimstijenama,kakvesugline,pjeari i sl.stijene,poddugotrajnimdjelovanjempodzemnog pritiska javlja se reoloki efekat, i kao posljedica ovog efekta sabijanje(konsolidacija) slabihi nevezanihstijena. Ovapojavauslovljavaizdvajanjevodeiz glina,poveanje gustinestijenske mase, poboljanje stabilnosnih i strukturnih karakteristika islino. Ovakarakteristika je odposebnog znaaja zarudnike uglja, posebno rudnike saveomdubinomeksploatacije. Najee, ugljeni slojevi nalaze seizmeu slabih stijena(gline, glinci, pjeari, kriljci itd.), kojesuskloneplastinimdeformacijama. U ovakvimsluajevimaproraunstabilnosti podzemnihprostorija,nosivoststubovai ponaanjeotkopaobaveznosemorajuzasnivati nareolokoj vrstoi stijenai osobinamateenjei relaksacije.

Slika 2.14. Primjer odreivanja reoloke vrstoe i granice reoloke vrstoeOAB, OC rad na razaranju pri raznim brzinama optereenja.

U praksi, od podataka o reolokoj vrstoi i granici reolokevrstoe, dolazi seputemeksperimenta, i tonataj naintoseizvri razaranjenekolikouzorakasarazliitimbrzinamaoptereenja.Naslici 2.14.dajejedanprimjer.


23/31

63


2.1.4.Strukturneosobine

Strukturne osobine, sastanovita izvoenja rudarskih radovai izradepodzemnihprostorija, karakteriuslojevitost i raspucaloststijenskemase.

SLOJEVITOST je osobinastijenskemase da se relativno lahko razaradu ravnislojevitosti ili luenja.Prilikomradauslojevitimstijenamapoeljnoje,kadaseizvoderudarskiradovi miniranjem, dasebuotinebueupravonaravni slojevitosti, toobezbjeujeveeefekte miniranja i smanjuje mogunost krivljenja buotine. Prilikomizrade podzemnihprostorijapoeljno jedaseisteizvodeupravno naslojevitost. Ovakav poloaj prostorijaobzebjeujeveustabilnosti nietrokoveizrade.

RASPUCANOST stijenskog masiva predstavljena je gustinom i prostornomrasprostranjenoupukotinaumasivu. Ovimpukotinamastijenski masiv jepodijeljennablokove razliitih veliina. U praksi, stijenskog masiva bez pukotina nema, te idealnomonolitnastijenskamasau prirodi nijezastupljena. U tabeli 2.15. prikazanajejednaodmoguih podjela stijenskog masiva prema raspucalosti, sa odgovarajuim opisom ikategorijama.

Tabela2.15. Klasifikacijastijenskogmasivapremaraspucanosti

Potrebno jeposebno istai, daprilikomprocjenestepenaraspucanosti (oteenja)stijenskog masiva, kada je stabilnost stijenske mase u pitanju, nema tako izrazit znaaj

gustinapukotina,veorijentacijai broj pukotinskihsistema.Istotakoodznaajajei injenicadali supukotinezapunjeneili suotvorene.Poredprirodnihfaktora,koji suoduticajanaraspucanost(genetski faktori,tektonika,

dehidratizacija, propilitizacija, kaolinizacijai dr.), naoteenostdijelastijenskogmasivauneposrednoj blizini izraenepodzemneprostorije,imajusvogudjelai tehniki inioci.Jedanodnajvanijihtehnikihinilacajetehnologijaizrade,kojaneposrednoutienasekundarnupojavupukotinaustijenskommasivu. Ispitivanjasupokazaladakodprimjenetehnologijeizradeuzpomominiranja(eksploziva), pojavasekundarnihpukotinamoebiti znatna,i oduticaja na stabilnost i ekonomiju izrade. Zapaeno je da gustina sekundarnih pukotinazavisi odvieinilaca, meukojima su najvaniji: vrstoa stijenskemase, orijentacijaprostorijeuodnosunapruanjestijenskemase,vrstaeksplozivai nainminiranja.Oveliini


24/31

64


zonezahvaenesekundarnimpukotinamaokopodzemneprostorije, kadaseistaizraujeminiranjem. P. Ja.Taranovsasvojimsaradnicima, doaojedorezultatakoji suprikazani utabeli 2.16.

Tabela2.16. Veliinaraspucanezonenastalekaoposljedicaminiranja(premaP. Ja.Taranovui dr.)

Uticaj raspucalosti, odnosnostrukturnihkarakteristikastijenskogmasiva,odznaajajenesamo zastabilnost podzemnih prostorija, vei naefikasnost miniranja. Od stepenaraspucalosti, u najveoj mjeri zavisi, kakav e biti granulometrijski sastav odminiranogmaterijala i koliki procenat negabaritnih komada. Stepenu raspucalosti neophodno je

prilagoditi i nainminiranja.U tabeli 2.17.datajeklasifikacijastijenskemasesastanovitaraspucalosti, pri emu su dati i vjerovatni procenti zastupljenosti najveih komada uodminiranoj stijenskoj masi.

Tabela 2.17. Podjelastijenapremaraspucalosti stijenskogmasivasastanovitaminiranjai %ueablokovaodreenihdimenzijaumasi (premasovjetskimizvorima)

Stepen(kategorija)raspucalosti moebiti odreennarazliitenaine:planimetrijski,naosnovujezgrabuotine, fotoplanimetrijski, prozvuivanjemstijenskemasei sl.

PLANIMETRIJSKI METOD.Kodprimjeneovogmetodaduelaotkopa,hodnikaili nekedrugepodzemneprostorijeili etaenapovrinskimkopovima,naopitnoj duini do10mregistrujesebroj pukotinakojesenalazenaopitnoj dionici, i zatimproraunavastepenraspucalosti po obrascu:

, (pukotina/m1) (2.35.)

gdjesu: n broj pukotinanamjernoj dionici,L duinadionice, m.

Ovaj postupak ponavlja senavie mjestai utvrujeprosjenavrijednost stepenaoteenjastijenskemase.

FOTOPLANIMETRIJSKI POSTUPAK.Kadaplanimetrijski postupaknijemogueprimjeniti, ili seocjeni daisti nedajepouzdanerezultateprimjenjujesefotoplanimetrijskimetododreivanjastepenaraspucalosti stijenskogmasiva.Kodovogpostupka,sarastojanjaod 2,0 m, kroz poseban ablon (v. sl. 2.15.), odabrano mjesto se fotografie. Na osnovu


25/31

65


fotografijei reetke,datihdimenzija(ugraeneuablon),moguejeodrediti srednjerastojanjemeupukotinama, zatimbroj i meusobnorastojanjemeukrupnijimdislokacijama, kaoibroj pukotinaumasi po1m3, koritenjemobrasca:

,(pukotina/m3) (2.36.)

gdjeje: n broj krupnijihpukotinanaizmjerenoj povrini ablonaS(m2).

Kodovogpostupkamoguesui greke, kojesuuglavnomvezanezaneiskustvo inemogunostpravilnogocjenjivanjabrojapukotina.

METODA JEZGRA zasnovanajenamjerenjujezgraizbuotine,i tonataj naintoseizmjeri svaki komadjezgra,vodei pri tomeraunaoprirodnimpukotinama.U zavisnostiodeljenogparametra(dali broj pukotinanam1stijenskemaseili rastojanjemeupukotinama)raspucalost stijenskogmasiva moeseproraunati poobrascu

,(broj pukotina/m1) (2.37.)

ili (srednjerastojanjemeupukotinama) (2.38.)

gdjesu: L ukupnoizmjerenaduinajezgra,mn broj dijelovajezgra.

Slika 2.15. ema uz fotometrijski postupak snimanja pukotina pomou ablona1-okvir sa mreom, 2-tijelo ablona, 3-okular.


26/31

66


METODPROZVUIVANJA zasnovanjenarazlikamaubrziniprelaenjaultrazvunihtalasakroz stijenski masiv i kroz homogeno jezgro. Prema ovommetodu tzv. akustinipokazateljraspucalosti odreujesepoobrascu:

, (2.39.)

gdjesu: vu

brzinaultrazvunogtalasakrozhomogeni uzorak, m/secv

m brzinaultrazvunogtalasakrozmasiv,m/sec

Na osnovuveeg broja opita, ustanovljeno jedapostoji odnosizmeukategorijastijenapremaraspucalosti (tabele2.16. i 2.17.) i koeficijentaakustikeraspucalosti stijena(A

i), tojedatounarednompregledu, tabela2.18.

Tabela 2.18. Podjelastijenapremaraspucalosti naosnovuakustikogpokazatelja(premaSovjetskimizvorima)

2.1.5.Hidrofizikeosobinestijenskogmasiva

Zaradpodzemljomodposebnogsuznaajahidrofizikeosobinestijenskogmaterijala.Nije svejedno da li stijenski masiv sadri vee koliine vode, da li je podloan nekim

promjenamapoduticajemvodeili jehidroloki stabilan. Hidrolokoponaanjestijenskogmasivazavisiodvieinilaca,meukojimaseistiu:vrstastijenskogmaterijalakoji izgraujemasiv, stepenraspucalosti, poroznost,nivopodzemnihvoda, pritisak podkojimsenalazepodzemnevodei sl. Svi ovi elementi odreujuponaanjestijenskemase,kojasestanovitavodoprovodljivosti i sposobnosti da omogui kretanje vode kroz masiv, moe bitivodonepropusna ili vodopropusna.

VODOPROPUSNOST sekarakterieprimanjemvodebezzadravanja.Ovaosobinanaroitojeizraenakodraspucanihvrstihi nevezanihstijena.Vodopropusnostkodstijenaodreujesekoeficijentomfiltracije(k

f),koji predstavljabrojnuvrijednostbrzinegravitacionog

kretanjavodei oznaavasesacm/sec, m/sec, m/dan.

VODONEPROPUSNOST sekarakteriezadravanjemupijenevodei malimstepenomfiltracije.

Dali estijenabiti manjeili viepropusnatozavisi odveliine,oblikai brojaporaistepena raspucalosti i oteenosti stijenske mase. Uopte uzevi vodopropusnost sepoveavasapoveanjemporoznosti i oteenjastijenskogmasiva.

Hidrofizikoponaanjestijenaoduticajajenametodeizradepodzemnihprostorijainjihovueksploataciju.

U tabeli 2.18.a. u zavisnosti odkoeficijentafiltracije, prikazanajepodjelastijenaprema vodopropusnosti.


27/31

67


Tabela 2.18.a. Podjela stijenaprema stepenu vodopropusnosti

Pored vodopropusnosti od znaajazarad u stijeni jei hidrofizikapojavastijenapoznatapodimenombubrenje.Podbubrenjempodrazumijevaseosobinanekihstijenadaupijajui vodu poveavaju svoju zapreminu. Ova pojava se obino prikazuje prekokoeficijentabubrenja(k

b),koji seproraunavaizodnosa:

, (2.40.)

gdjesu: Vb zapreminauzorkaposlijeupijanjavode,V

0 zapreminauzorkaprijeupijanjavode.

Bubrenju su naroito podlone gline i stijene koje sadre glinene komponente.Koeficijentbubrenjakodglinakreeseugranicamaod1,5 2,0;kodglinovitihpjeskovaod1,05 1,5,kodistogpijeskak

b=1.

Ova pojava posebno je neprijatna kod podzemnih radova, jer zbog poveanjazapreminestijenskemasedolazi dopoveanogpritiskanapodgradupodzemnihprostorija,toizazivanjenorazaranje,asaovimuvezi pomjeranjekolosijeka,smanjenjeprofilai drugenedae,v.sliku2.16.

Slika 2.16. ema izdizanja (bujanja) podine

2.1.6.Temperaturastijenskogmasiva

Temperaturastijenskemase, koja sepo pravilu sadubinompoveava, je takoerjedanodznaajnijihinilacakoji utiunausloveradapodzemljom.Mjerenjakojasuvrenau ovompravcu pokazala su da temperatura stijena, do dubine od 25 30 m, odgovarasrednjoj godinjoj temperaturi vazduhaposmatranogmjesta.Ovazonanazivaseneutralnomtemperaturnomzonom(H

0). Sadaljimpoveanjemdubine, poddejstvomunutranjetem-

peratureZemlje, temperaturastijenapostepeno sepoveava. Ovo poveanje iskazujesetzv.geotermskimgradijentom.Geotermski gradijentpokazujezakolikosestepeni poveavatemperaturastijenezasvaki metardubine.Meutim,mnogovieodgeotermskoggradijenta


28/31

68


jeuupotrebi parametarpoznatkaogeotermski stupanj.Geotermski stupanj jeparametarkojipokazujedubinuumetrimazakojusetemperaturapopneza1C.

U razliitimterenimageotermskigradijentimarazliitevrijednosti i kreeseod0,005 0,5C/m.Navrijednostgeotermskoggradijentaimajuuticaja:temperaturnekarakteristike

stijenskemase, uslovi formiranjazemljinekore,prisustvoeruptivnihstijenaveegobima,prisustvotoplihmineralnihi drugihvodai sl.

Geotermski stupanj takoer se kree u veoma irokim granicama, i zavisi odistih inilaca od kojih zavisi i geotermski gradijent. Veliine geotermskog stupnja uravniarskimpredjelimakreeseod30 35m,dokuplaninskimpredjelimajeobinonetovea oko45m.

I geotermski gradijenti geotermski stupanjnajeeseodreujudirektnimmjerenjima.Ova mjerenja su pokazala da, veoma esto, od utvrenog pravila ima odstupanja. Ovaodstupanjasuobinovezanazanekelokalneanomalije(naprimjer:termalnevode,plutoniti,vulkanska aktivnost i sl.). Meutim, ne ulazei u ove anomalije, moe se uzeti da se

temperaturastijenesadubinompoveavaponekomlinearnomzakonu, koji sedaizrazitioblikom:

, (2.41.)

ili

gdjesu: tst

i tnz

temperatura stijene na dubini (H) i temperatura stijene uneutralnoj zoni,

H i H0 dubina na kojoj se eli odrediti temperatura stijene i dubinaneutralnezone,G geotermski stupanj ig geotermski gradijent.

Prosjenatemperatura stijenske mase(tnz

), do dubine H0, obino je za1,5-2,0C

viaodprosjenetemperaturevazduha.

2.1.7.Stabilnost stijenskogmasiva

Stabilnost podzemnih prostorija, pai onih kojeseizrauju zapotrebejame, jeod

izuzetnog znaaja kada je u pitanju izrada i eksploatacija istih. Pod pojmomstabilnostipodrazumijevaseosobinastijenskogmasivadasauvaobliki dimenzijeizraeneprostorije,pri emudeformacijedijelastijenskogmasivakoji okruujepodzemnuprostoriju,neizlazevanoblasti elastinosti materijala. Ovakvaradnasredinanazivasestabilnomi neiziskujepodgraivanje. Za razliku od stabilneradne sredine odreeni stijenski masivi se veomalahkodeformiutodovodi dopojavepukotinai obruavanja.Ovakvaradnasredinanazivasenestabilnomi iziskujepodgraivanje.

Obruavanje, kodnestabilnih stijenskih masiva, moedaima jedan odslijedeihoblika:

a)Obruavanjenastalo kao posljedicasopstveneteinestijenskogmaterijala,


29/31

69


b)Obruavanje nastalo kao posljedica poveanih naprezanja u dijelu stijenskogmasivaokopodzemneprostorijei

c)Smanjenje poprenog presjeka podzemne prostorije nastalo kao posljedicaplastinog ponaanja stijenskog masiva, izazvanog poveanim naprezanjemu

dijelustijenskemaseokoprostorijeili pojavombubrenja.Dali eneki stijenski masiv biti stabilanili ne, to zavisi odvelikogbrojainilaca,

meukojimaseposebnoistiu:vrstoastijenskogmaterijalaodkogajeizgraenstijenskimasiv, plastinost i karakteristika teenja materijala, grae stijenskog masiva, stepenaoteenjai degradacijestijenskemase,pukotinai drugihoteenja,kaoi nainaizradesameprostorije.

2.1.7.1.KRITERIJ UM STABILNOSTI

Sklonost ka obruavanju konture podzemne prostorije vezanaje za: petrografskisastavi vrstoustijenskogmaterijala,zatimmakrostrukturui gustinui orijentacijupukotinaumasiva.Uticaj dubinejeteksekundarnogznaaja.IspitivanjakojasuizvrenauSovjetskomSavezupokazalasuda64%odsvihobruavanjauoknimadeavajusedodubinedo200m.Istotakostatistiki jeutvreno daoko 80% svih obruavanjastijenaiz bokovadeavaseusluajevimakadajeoknosaprenikompreko7m.Ovaj podatakukazujedanasklonostkaobruavanjuimauticajai veliinaprostorije.

Sastanovitaizradejamskihi drugihpodzemnihprostorija, kaoi izvoenjaradovapodzemljom, odpraktinogznaajasu, kadajeu pitanju procjenastabilnosti stijenskogmasiva,dvasluaja:sluaj kadaseprostorijeizgraujeuvrstimi slabimstijenamasakrtimponaanjemi stijenamakojeseponaajuplastino.Sobziromdasuobaovasluajaznaajnazarudarskupraksubiei detaljnije, svaki posebno,i obraeni.

KRITERIJUMSTABILNOSTI KODVRSTIHI SLABIH STIJENA

Jedan od u praksi prihvaenih kriterijuma, kada je u pitanju procjena stabilnostistijenskemase, zasnovanjenaveliini naponskogstanjai nosivosti dijelastijenskemasekojaseanalizira.Opti kriterijum,nabazi teorijeelastinosti, moguejenapisati uobliku:

(2.42.)

gdjesu: k koeficijentkocentracijenapona( 1,3 3,0), zapreminskamasastijenskogmaterijala,

H dubinaposmatranetake(prostorije), m koeficijentteenja,

n koeficijentoteenjastijenskemase, vrstoa(pritisnaili zatezna), daN/cm2.

Ukolikojelijevastranajednaina(2.42.)manjaoddesnestrane,moesesmatrati daoptereenjeizazvanohidrostatikimpritiskomi poremeajimanastalimizradompodzemneprostorije, neeprei kritinugranicuvrstoei prostorijaebiti stabilna.

Osimkriterijumaiskazanognejednainom(2.42.) o stabilnosti stijenskogmasiva,moesedonositi sudi naosnovutzv. koeficijenta stabilnosti prikazanoguobliku:


30/31

70


(2.43.)

Prema ovom koeficijentu JU. Z. Zaslavski je za vrste i slabe stijene sa krtimponaanjempredloio klasifikacijustijenskemasepremastabilnosti, kojajedatautabeli2.19.

Tabela 2.19. Klasifikacijastijenskemasepremastabilnosti(premaJu. Z. Zaslavskom)

Prema opaanjima koja su izvrena u rudnicima biveg Sovjetskog Saveza, kodstabilnih stijenskih masivadeformacijekontureprostorijeneprelaze50-80mm, tako daovakvedeformacijeneiziskujuneki posebansistemosiguranja.Radi osiguranjapodzemneprostorijedovoljnajenekalahkasigurnosnapodgradasazadatkomdasprijei obruavanjemanjihkomadastijenaizoslabljenezone.

Kodsrednjestabilnihstijenskihmasivadeformacijakonturepodzemneprostorijeneprelazi 200mmi neiziskujenekeposebnemjerezatite.U ovakvimsluajevimadovoljnajeokvirnapopustljivapodgrada.

Zanestabilnestijenskemasivekarakteristinojedasepoizradi podzemneprostorijestijenski materijal pokonturi prostorijeobruava,jerdeformacijeprelaze200mm.U ovakvimsredinamaobruavanjestijenaizkrovai bokovapraenojei izdizanjempodine,toiziskujeveomasnanu, i zatvorenu podgradu.

Problemstabilnosti prouavao je i F. Mor, koji je zaovaj sluaj predloio sljedeikriterijum:

, (2.44.)

pokomeukolikojes>4prostorijajestabilna.U obrascu(2.44.) oznaeni susa:C kohezija,daN/cm2

ugao unutranjeg trenja.

KRITERIJUM STABILNOSTI KODSTIJENASA PLASTINIM PONAANJEM

Analogno kriterijumukoji jedat zavrstei slabestijene, kodstijenasaplastinimponaanjem, opti oblik uslovastabilnosti moesenapisati uformi

, (2.45.)


31/31

71


gdjeje:

, (2.46.)

SaKs oznaenjekoeficijentkoji karakteriepoveanjestabilnosti stijenasposobnihdaseplastinodeformiu. Sa oznaenjeizraz:

(2.47.)

P pokazatelj plastinogponaanjastijenskemase.

AnalognoklasifikacijuJu.Z.Zaslavskog(tabela2.19.) i zastijenekojeseplastinodeformiumoguejesainiti odgovarajuuklasifikcaijupremaK

s.U tabeli 2.20.prikazanaje

jednaovakvaklasifikacija.

Tabela 2.20. Podjelastijenasaplastinimponaanjempo stepenustabilnosti (Sovjetski izvori)

Prema Ju. Z. Zaslavskom podina horizontalnih prostorija bie stabilna ukolikoizdizanjenijeveeod200mm.Premaovomautoruovaj uslovjeispunjenakoje:

, (2.48.)

gdjeje: A koeficijent koji uzimau obzir poloaj hodnikau odnosu naleite(slojeve). ZapoprenehodnikeA =1,6, dokzasveostaleA =1,22.

knjiga 2 rudasrke postorije

Documents