NOVÉ TRENDY PŘI ŘEŠENÍ HORNICKÉ PROBLEMATIKY Z HLEDISKA PRODUKTŮ CTB

Transkript

1 Ing. Vladimír Krčmář CarboTech Bohemia, s.r.o., Lihovarská 10, Ostrava Radvanice Tel.: (069) Fax: (069) Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Moberg Rheinische Baustoffwerke GmbH, Auenheimer Straße, D Bergheim Tel.: +49(02271) Fax: +49(02271) NOVÉ TRENDY PŘI ŘEŠENÍ HORNICKÉ PROBLEMATIKY Z HLEDISKA PRODUKTŮ CTB Abstract The paper describes the latest types of anchors used in German and Polish coal mines and reinforcing construction materials based on the binder alpha-hemihydrate. 1. Úvod Společnost CarboTech Bohemia dodává na trh tři základní skupiny materiálů pro zpevňování a těsnění hornin a zemin: injektážní hmoty výplňové materiály kotevní prvky Ke všem materiálům jsou k dispozici zařízení pro jejich aplikaci s příslušenstvím. Rozsah využívání jednotlivých druhů materiálů v hornictví a v podzemním stavitelství je však rozdílný. Zatímco v hornictví jsou více nasazovány injektážní a výplňové materiály a méně kotevní prvky, v podzemním stavitelství je tomu naopak. Pokud se jedná o stříkané betony, které tvoří základ primárního ostění v podzemním stavitelství, ty se téměř přestaly v našich dolech používat. Firma CarboTech Bohemia proto v poslední době doplnila prodejní paletu o nové výrobky ze sortimentu kotevní výztuže a hydraulických prefabrikovaných směsí, které by měly zdokonalit a rozšířit uplatnění stabilizace hornin v důlních podmínkách. 2. Kotevní tyče Gewi Vývoj kotevních tyčí souvisí s vývojem geomechanických a stabilitních posouzení. Po několika selháních kotevní výztuže v německých kamenouhelných dolech na konci sedmdesátých a na začátku osmdesátých let se dospělo k chybnému závěru, že nepoddajná kotevní výztuž je vhodná do důlních děl, kde maximální konvergence nepřekročí 30 %. To mělo za následek omezení použití svorníkové výztuže a zahájení dlouhodobého vývoje kotev s poddajnou charakteristikou. Jejich ověření však skončilo neúspěšně a tento výsledek přispěl k totální změně dosavadní filosofie dimenzování svorníkové výztuže, kdy se opustila teorie zavěšeného tělesa a začaly se využívat a zdokonalovat metody založené na důkladném geologickém průzkumu, ze kterého se odvozuje předpokládané zatížení a potřebná únosnost výztuže.

2 Při pozorováních in situ se prokázalo, že kotevní výztuž s nejvyšší únosností vykazuje nejnižší konvergence. Stejně důležitá je však i tažnost (optimální poměr únosnosti na mezi kluzu a mezi pevnosti je ~ O,7). Svorník z vyvinuté vysoce legované oceli o nosnosti 700 kn se z důvodu nízké tažnosti neuplatnil. Od roku 1998 se u společnosti Deutsche Steinkohle používá jako standardní svorník pouze typ GW ø 25 mm s únosností na mezi pevnosti ~375 kn a tažností ~21 % [1]. Tomuto svorníku odpovídá jak tvarově, tak i materiálově typ GEWI. Charakteristika Ocelové kotevní tyče GEWI jsou opatřeny po celé délce speciálním průběžným pravotočivým závitem (obr.1). Při použití oceli 450/700 (hlavně pro oblast hornictví) se uplatňuje zejména její vysoká tažnost (okolo 20 %). Jsou však vyráběny i z ocelí jiných mechanických vlastností. Použití Kotevní tyče GEWI se používají převážně v pevných skalních horninách pro vyztužování tunelů, kolektorů, důlních a podzemních děl, ke stabilizaci svahů, stavebních jam a stavebních objektů. Dále se uplatňují při rekonstrukcích a sanacích objektů a obdobných pracích. Kotvy je možno dodat v délkách do 12 m podle přání zákazníků. Přednosti kotevních tyčí GEWI:!"vysoká únosnost v tahu!"kotevní tyč je opatřena závitem po celé délce umožňuje přizpůsobit délku tyče dle aktuální potřeby, usnadňuje manipulaci a předpínání, lze spojovat několik kusů!"malá citlivost na poškození závitu!"podstatně nižší cena než u svorníků z betonářské žebírkové oceli o jakosti # % $ 1 Kulová šestihranná matice 2 Kalotová podložka 3 Kotevní tyč obr.1

3 Příslušenství Příslušenství tyčových kotev GEWI se sestává ze: - šestihranných matic s kulovou dosedací plochou - roznášecích plochých nebo kalotových podložek - speciálních spojníků Technické údaje Třída oceli MPa 450 / 700 Průměr tyče mm Únosnost tyče na mezi kluzu kn Únosnost tyče na mezi pevnosti kn Hmotnost tyče kg/m 1,58 2,00 2,47 2,98 Třída oceli MPa 450 / 700 Průměr tyče mm Únosnost tyče na mezi kluzu kn Únosnost tyče na mezi pevnosti kn Hmotnost tyče kg/m 3,85 4,83 6,31 Aplikace Kotevní tyče GEWI se upínají pomocí polyesterových lepicích ampulí nebo kotevními maltami na cementové bázi. V prvním případě se lepicí ampule vsune do předem připraveného vývrtu. Následně se do vývrtu zavede GEWI tyč, otáčením a zasouváním této kotevní tyče je obsah ampule rozmícháván a rovnoměrně vyplní obsah mezikruží. V případě použití kotevní malty je směs vtláčena do vývrtu buď před vlastní instalací kotvy nebo po instalaci je do vývrtu injektována pomocí injektážní trubičky. 2. Sklolaminátové kotevní tyče V podzemním stavitelství i v hornictví se často vyskytují případy, kdy výlom musí být dočasně zajištěn a v další fázi nastává jeho rozšiřování. Sem lze zařadit i opatření proti vyjíždění uhelného pilíře v porubech, tzv. jehlování, využívající dřevěných hranolků a patron PUR. Vyjíždí-li pilíř na větší vzdálenost, osazují se delší a únosnější kotevní prvky, než jsou dřevěné hranolky, např. sklolaminátové kotevní tyče nebo hydraulicky rozpínané svorníky. Použití sklolaminátových tyčí má v tomto případě celou řadu výhod:

4 rozpojovací orgán dobývacího kombajnu spolehlivě odřezává část svorníku v zabírce uhelná substance neobsahuje kovové části, které mohou vyvolat problémy při dopravě těživa, jeho zpracování v úpravnách, event. při dalším zpracování uhlí u konečných odběratelů. Z těchto důvodů není většinou v zahraničí povoleno používání kovových prvků pro stabilizaci uhelných pilířů a používají se výlučně sklolaminátové kotevní tyče. Charakteristika Sklolaminátové kotevní tyče jsou vyráběny z polyesterových pryskyřic a skleněných vláken a to buďz plných tyčí kruhového profilu nebo s vnitřním kanálkem pro dopravu injektážního média. Použití Rozsah použití sklolaminátových kotevních tyčí je značně široký. Jsou určeny pro kotevní práce v hornictví, v podzemním a pozemním stavitelství, pro kotvení a stabilizaci uhelných pilířů, stropů, boků nebo počvy důlních děl a podzemních staveb, ke stabilizaci svahů a stěn stavebních jam. Jsou vhodné zejména tam, kde je potřebné nejdříve stabilizovat horninu a následně je uvažováno s jejím výrubem, případně tam, kde se počítá s dlouhodobým účinkem kotvení. Možnost aplikace tlakové injektáže rozšiřuje použití sklolaminátových injektážních kotevních tyčí i do takového prostředí, kde je požadováno nejen zalepení tyče ve vývrtu, ale i účinné proinjektování okolního prostoru. Kotevní tyče takto spojují v jednom prvku kotevní a injektážní funkci. Vlastnosti sklolaminátových kotevních tyčí!"vysoká pevnost v tahu vysoká únosnost na mezi pevnosti, s rostoucím zatížením nedochází k protažení!"snadná odstranitelnost nepoškozují řezné nástroje a dopravní zařízení, nepřekáží při dobývání uhlí, při ražbě nebo při rozšiřování tunelů, používají se ke stabilizaci čela výrubu, neobsahují odpadový materiál ani kovové části!"odolnost proti korozi jsou odolné vůči korozi i v agresivním prostředí, po celou dobu životnosti nemění mechanické parametry, nevyžadují stále dražší antikorozní opatření!"snadná ohebnost umožňuje instalaci dlouhých tyčí i ve stísněných prostorách a zjednodušuje transport

5 !"nízká hmotnost čtyřikrát nižší hmotnost oproti ocelovým kotevním tyčím podstatně ulehčuje manipulaci a snižuje náklady na dopravu Sklolaminátové kotevní tyče typ 18, 22N mají kruhový plný profil a jsou vyrobeny za použití pojiva na bázi polyesterových pryskyřic a skleněných vláken. Sklolaminátové kotevní tyče typ 22S, 25 mají kruhový plný profil a jsou vyrobeny za použití pojiva na bázi termosetových polyesterových pryskyřic a skleněných vláken. Sklolaminátové kotevní tyče typ 22I jsou vyrobeny ze sklolaminátových trubek za použití pojiva na bázi termosetových polyesterových pryskyřic a skleněných vláken. Číselné označení typu kotevní tyče určuje vnější průměr v mm. Tyče jsou standardně dodávány v délkách 2, 3 a 4 m, resp. na přání zákazníka až do 12 m. Kotevní tyče typu 18 a 22N mohou být v provedení bez závitu se zářezem pro rozpěrný klín nebo se speciálním závitem, další typy jsou pouze v provedení se speciálním závitem. Příslušenství sestává z plastových šestihranných matic, kruhových roznášecích plastových podložek různých průměrů a provedení, případně dřevěných podložek a rozpěrných klínů. Technické údaje Typ kotevní tyče 18 22N 22S 22I 25 Průměr tyče vnější / vnitřní mm 18 / - 22 / - 22 / - 22 / / - Únosnost tyče na mezi pevnosti v tahu kn Únosnost závitu na mezi pevnosti v tahu kn Hmotnost tyče kg/m 0,45 0,66 0,75 0,65 0,97 3. Systém stavebních hmot ProMont Firma Rhenische Baustoffwerke GmbH, divize ProMineral využívá energosádrovce z elektrárny Bergheim-Niederaußen pro výrobu pojiva alfa hemihydrát, které pak dodává do podniků na výrobu stavebních hmot pod obchodním názvem Alpha Účinek tohoto pojiva je charakterizován zejména velmi rychlým začátkem tvrdnutí a extrémně vysokou konečnou pevností. Díky tomu není nutné používat další aktivátory. Vysoký nárůst pevnosti v závislosti na čase umožňuje rychlou zatížitelnost stavebních materiálů. Díky vysoké čistotě vstupních surovin a průmyslovému zpracování je Alpha 2000 vysoce kvalitní pojivem s konstantními vlastnostmi. Pro optimální použití v různých stavebních hmotách jsou jeho vlastnosti upravovány mícháním komponent s rozdílnou jemností mletí.

6 Aplikace systému ProMont v hornictví a podzemním stavitelství Vlastnosti pojiva Alpha 2000 ho mimo jiné předurčují pro výrobu konsolidačních, zpevňovacích a výplňových materiálů pro hornictví a podzemní stavitelství. Na bázi pojiva Alpha 2000 byl vyvinut systém stavebních hmot ProMont pro jednotlivé druhy aplikací. Počáteční a konečné pevnosti těchto hmot jsou na úrovni betonů vyšších tříd, přičemž teplota při tvrdnutí je relativně nízká (okolo 40 o C). Všechny materiály jsou před uvedením na trh testovány a mají příslušné certifikáty. Kontrola kvality v průběhu celého výrobního procesu zaručuje konstantní vlastnosti a spolehlivost při aplikaci. Stavební materiály systému ProMont obr.2 Systém ProMont tvoří tyto výrobky (obr.2): - ProMont Dam Material ProMont stavební hmota pro stavbu hrází - ProMont Backfill Material ProMont stavební hmota pro vyplňování prostoru za výztuží - ProMont Spray Mortar ProMont nástřiková hmota - ProMont Consolidation Mortar ProMont konsolidační nástřiková hmota

7 - ProMont Sealing Mortar ProMont izolační nástřiková hmota - ProMont Rock Stabiliser ProMont injektážní hmota pro zpevňování hornin - ProMont Light Lightwight material ProMont lehčená stavební hmota ProMont stavební hmota pro stavbu hrází a pro vyplňování prostoru za výztuží Tento zrnitý materiál s velikostí částic do 4 mm je vhodný pro stavbu ochranných žeber, hrází, vyplňování prostoru za výztuží a vyplňování nadvýlomů. Zpracování a doprava jsou možné všemi běžnými stroji pro suchý i mokrý způsob. Doba zpracování je jedna hodina. Jedná se o rychle únosný materiál (obr.3). Firm ness process of dam - and backfilling m aterial Crushing strength [N/mm²] instant bearing ProM ont dam- and b ack fillin g m aterial late bearing 5 0 cavity filler early bearing 118m in m in h 66 3 h 74 5 h h 90 1 d 98 2 d d d d T im e of setting obr.3 ProMont nástřiková hmota Jedná se o zrnitý materiál s maximální velikostí částic 4 mm pro nástřikové práce při stavbě hrází, větrních objektů, vyplňování nadvýlomů, sanačních pracích a stabilizaci hornin. Zpracování je možné všemi stroji pro suchý způsob nástřiku. Materiál se dá použít jako ihned nebo brzy únosný (obr.4).

8 Firm ness process of spray m ortar ProM ont Spray mortar Crushing strength instant bearing 10 late bearing 5 cavity filler early bearing 0 118m in m in h 366h 574 h h 190 d 298 d 3106 d 7114 d d Time of setting obr.4 ProMont konsolidační nástřiková hmota Tento stavební materiál s velikostí zrna do 3 mm se používá pro zesilující nástřiky s vysokou pevností, stabilizaci hornin a sanaci důlních děl. Přednostmi tohoto materiálu jsou velmi vysoká konečná pevnost 50 MPa a ihned únosná charakteristika (obr.5). Aplikace se provádí jako u ProMont nástřikové hmoty. Firmness process of consolidating mortar ProM ont consolidating mortar Crushing strength instant bearing late bearing 5 0 cavity filler early bearing 118 m in m in h 366 h 74 5 h h 90 1 d 98 2 d d d d Time of setting obr.5

9 ProMont izolační nástřiková hmota Tato hmota je obdobná ProMont konsolidační nástřikové hmotě a používá se v podmínkách, kde požadavky na pevnost nejsou tak vysoké. Konečná pevnost činí 33 MPa a charakteristika tohoto materiálu je ihned/rychle únosná (obr.6). Firmness process of sealing mortar Crushing strength i nstant bearing ProM ont sealing mortar la te b e a rin g 5 0 c a v ity filler early bearing 18 1 m in m in h 66 3 h 574h h 90 1 d 298d d d d T im e o f setting obr.6 ProMont injektážní hmota pro zpevňování hornin Jedná se o práškový materiál s velikostí zrna < 0,1 mm. Hlavní oblastí použití je stabilizace a zpevňování hornin injektáží. Materiál je čerpatelný všemi standardními injektážními čerpadly pro cementové hmoty. Je lepkavý po 45 min. a vykazuje přídržnost 2,0 MPa po 24 hodinách. ProMont lehčená stavební hmota Zrnitá stavební hmota s lehčenými částicemi o velikosti do 4 mm. Používá se pro podpěrné vaky a zamezování prostupu plynů. Materiál se zpracovává v míchačce a dopravuje se běžnými čerpadly na beton. Velkou předností je nízká hustota 0,55 kg/dm Závěr V příspěvku byly představeny některé nové produkty v prodejní paletě společnosti CarboTech Bohemia určené pro stabilizaci a zpevňování hornin. Tyto výrobky jsou svými vlastnostmi na vysoké technické úrovni a jsou výhodné i cenovými relacemi s dosud

10 používanými ekvivalenty. Podmínkou pro získání jak krátkodobých, tak i dlouhodobých účinků z jejich používání je dodržování správných postupů při aplikaci. Literatura: [1] Opolony, K.: Einsatz von Ankerausbau bei der DSK. Sborník příspěvků mezinárodní konference Nowoczesne Technologie Górnicze 2001 Kotwienie, Ustroň , str