GEOTECHNIKA 1 DOBÝVÁNÍ LOŽISEK NEROSTŮ

Transkript

1 UČEBNÍ TEXTY PRO PŘEDMĚT GEOTECHNIKA STŘEDNÍ PRŮMYSLOVÁ ŠKOLA, KARVINÁ, PŘÍSPĚVKOVÁ ORGANIZACE CENTRÁLNÍ VZDĚLÁVACÍ STŘEDISKO OKD, a.s. ÚNOR 2013 GEOTECHNIKA 1 DOBÝVÁNÍ LOŽISEK NEROSTŮ Ing. Jan Kubica Ing. Jan Kroul

2 Technická spolupráce: Ing. Dalibor Krátký Ing. Milan Čempiel Ing. Jindřich Lemel Ing. Ervin Přeček Ing. Jaroslav Seman Ing. Adolf Wertheim Ing. Petr Sklenář Korektury: Mgr. Lada Vojtková inż. Daniela Vitošová 2

3 Obsah: 1 Úvod Obecné cíle oboru Geotechnika Přehled hornických činností Hornická činnost Činnost prováděná hornickým způsobem Těžba surovin v ČR Dobývání povrchové a hlubinné (základní pojmy) Vyhledávání ložisek Geologický průzkum Geologické průzkumné metody Prospektorské průzkumné metody Mapovací metody Geochemické metody Geofyzikální metody Gravimetrické metody Seismické metody Geoelektrické metody Geomagnetické metody Radiometrické metody Geotermické metody Geofyzikální měření ve vrtech (karotáž) Terénní zkoušky a režimní pozorování Průzkumné technické práce vrty Průzkumné technické práce hornické Kategorie zásob, vztah k průzkumným pracím Dělení zásob Důlní díla Dobývací prostor Kapacita dolu Základní důlní díla Rozdělení důlních děl Zobrazování důlních děl - důlní mapy Informativní značky Značky z oblasti větrání Bezpečnostní značky Informativní značky Otvírka ložiska z povrchu Otvírka štolami Otvírka úklonnými jámami Svislé jámy Vzájemné umístění jam Znehodnocení dobývacího prostoru ochrannými pilíři Umístění jam Základní typy svislých jam Náraží Náraží s oběhem vozů Rozčleňování a příprava ložiska na patře pro dobývání Překopy

4 Typy odboček z překopů Příprava ložiska na dobývání Ostatní důlní díla Mechanika hornin a důlní tlaky Základní fyzikálně mechanické vlastnosti hornin Fyzikální vlastnosti hornin Mechanické vlastnosti hornin Technologické vlastnosti hornin Elasticita a plasticita hornin Způsoby rozrušování hornin Tlakové a deformační projevy horninového prostředí Pojem horských a důlních tlaků Výzkum horských tlaků Laboratorní výzkum důlních tlaků Výzkum tlaků v důlních podmínkách Projevy důlních tlaků Tlakové poměry v dlouhých důlních dílech Vznik tlakové oblasti Výpočet tlaků na výztuž Činitelé mající vliv na tlakovou oblast Přírodní činitelé Technickoprovozní činitelé Vedení důlních děl ve velkých hloubkách Tlakové poměry v porubech Tlakové poměry při pilířování Tlakové poměry ve stěnových porubech Klenbová teorie Nosníková teorie Činitelé mající vliv na tlakovou oblast porubu Výpočet zatížení výztuže Vliv tlakových projevů na uvolňování důlních plynů Důlní otřesy Vedení důlních děl v otřesových oblastech Otřesy v rudných dolech Výzkumné metody v otřesových oblastech Vliv důlních tlaků na bezpečnost provozu hlubinných dolů Výztuž důlních děl Význam a rozdělení výztuže Výztuž dlouhých důlních děl Výztuž dřevěná Výztuž ocelová pro ražení důlních děl Profily válcovaných tyčí pro důlní výztuž Spojování prvků výztuže Ocelová oblouková výztuž otevřená Ocelová výztuž kombinovaná otevřená Ostatní prvky ocelových výztuží Uzavřené výztuže Výztuž svorníková Použití svorníků Metoda s použitím lepicích ampulí

5 Svorníky s cementovou maltou Používané typy svorníků Zásady pro použití svorníkové výztuže Betonová a železobetonová výztuž Výztuž porubů Individuální výztuž Hydraulická posuvná výztuž Výbušiny a rozněcovadla Chemický výbuch Rozdělení výbušin Důležité charakteristiky výbušin Zkoušení pracovní schopnosti a brizance výbušin Princip výroby výbušin Průmyslové trhaviny Technické údaje důlních trhavin Balení a označování trhavin Teplotní odolnost trhavin Vodovzdornost výbušnin Důlní bezpečnost trhavin Trhaviny a náloživo pro speciální použití Uskladňování výbušnin Sklady výbušnin Uskladnění trhavin na pracovišti Rozněcovadla Základní rozněcovadla Průmyslové zážehové rozbušky Elektrická rozněcovadla Pomůcky pro nabíjení a ucpávání vývrtů při trhací práci Čisticí trubka Nabiják Zafoukávací pistole Trhací práce Působení výbuchu v plynném, kapalném a pevném prostředí Vliv volné plochy a pásma působení nálože Základní zásady trhacích prací Druhy náloží a jejich konstrukce Soustavy náloží Způsoby nabíjení náloží Impedanční přizpůsobení soustavy trhavina-hornina Určení množství trhaviny pro odstřel Výpočet měrné spotřeby trhavin pro ražení Výpočet celkové nálože Hodnocení výsledků odstřelů Nežádoucí vedlejší účinky trhacích prací Pravidla pro zakládání vývrtů a použití trhavin Pravidla pro použití rozněcovadel Výlomové trhací práce Všeobecné zásady Organizace vývrtů a náloží Zakládání vývrtů a určení jejich počtů

6 Druhy zálomů, jejich konstrukce a použití Zálomy sbíhavé Zálomy přímé Zálomy přechodné Volba a umístění zálomu Nabíjení a dimenzování náloží v zálomu Utěsňování náloží Roznět náloží Ražení důlních děl s řízeným výlomem Ražení velkoprostorových důlních děl Provádění trhacích prací ve zvláštních podmínkách Povinnosti střelmistra při výkonu trhací práce Vybavení střelmistra Zabezpečení a vybavení pracoviště Bezpečnostní opatření při provádění trhací práce Bezpečnostní okruh Manipulační prostor Příprava a provedení odstřelu Manipulace s výbušninami Provedení odstřelu Místo pro bezpečný úkryt a místo odpalu Čekací doba a kontrola pracoviště po odstřelu Doprava trhavin a rozněcovadel na pracoviště Příklady z praxe Hloubení jam Zarážkový bod a zjišťovací vrt Projekt technologie hloubení Zařízení staveniště pro hloubení Zařízení povrchové Objekty provozních zařízení Objekty vedlejších provozů a sociální zařízení Zaústění jámy Základní rám Hloubicí rám Prozatímní výztuž při hloubení jam Základ pro stálou výztuž ohlubně Větrní a ohřívací kanál Způsoby zaústění jam Zaústění jámy v nesoudržných horninách Zaústění jámy v pevných horninách Izolace povrchových vod Zařízení pro vlastní hloubení jámy Těžní okovy Drapákové nakladače Vrtání vývrtů pro trhací práci Průvodnice, napínací rám, vodicí rám Pracovní povaly Větrání v hloubení Odvodňování v hloubení Osvětlování v hloubení

7 8.5.9 Kontrola svislosti v hloubení Rozvod stlačeného vzduchu a vody Bezpečnostní zařízení v hloubení pro jízdu mužstva Bezpečnostní zařízení k uzavření jámy Technologie hloubení Hloubení s použitím železobetonových tybinků Hloubení s použitím litého betonu Trhací práce v hloubení Výstroj jámy Speciální metody hloubení Hloubení jam hnanou výztuží Hloubení jam spouštěnou výztuží Hloubení jam kesonováním Hloubení jam zmrazováním a cementací Hloubení jam vrtáním Ražení styku jámy s patrem Prohlubování jam Hloubení šachtic (slepých jam a šibíků) Rekonstrukce jam Ražení, údržba a plenění dlouhých důlních děl Ražení překopů Rozpojování hornin pomocí trhací práce Všeobecné zásady pro rozmisťování vrtů v čelbě Počet vrtů Výpočet specifické měrné spotřeby trhaviny Vrtací práce Vrtací kladiva a příslušenství Vrtačky a příslušenství Vrtání vrtů vrtacími vozy Nakládání a odkliz rozpojené horniny Nakládače s bočním výsypem Nakladače škrabákové Rozpojování hornin razicími kombajny a tunelovacími stroji Razicí kombajny Tunelovací stroje Vyztužování vylomeného prostoru Přibližování materiálu na čelbu a manipulace s díly výztuže Montáž, kontrola směru a obložení výztuže Zhoršené geologické podmínky při ražbě Překopní ražby při procházení uhelných slojí Zpevňování okolních hornin při ražbách pomocí svorníků Ražení dlouhých důlních děl v uhelném ložisku Ražení dlouhých důlních děl v plné mocnosti v uhlí Ražení důlních děl v uhlí s přibírkou průvodních hornin Přípravná dlouhá důlní díla Základna Těžní třída Prorážky Prorážky v nízkých ploše uložených slojích Prorážky v nízkých strmě uložených slojích

8 Prorážky ve středně mocných slojích Prorážky v mocných slojích Ražení velkoprostorových důlních děl Druhy velkoprostorových důlních děl Vlastní ražení velkoprostorových důlních děl Určení postupu ražení se zřetelem na pevnost hornin Ražení výlomem v plném průřezu Výlom s předražením Výlom s rozdělením čelby na několik předků Výlom v etážích Výlom na jádro Výstavba nárazišť Údržba důlních děl Zmáhání důlních děl Plenění obloukové výztuže Hlubinné dobývání uhelných ložisek Pojem dobývací metody Činitelé ovlivňující volbu dobývací metody Všeobecná hlediska se zřetelem na postup dobývání Základní pojmy Postup dobývání Dobývání ploše uložených slojí Stěnování Charakteristika a způsoby stěnování Směrné stěnování Dovrchní stěnování Úpadní stěnování Délka stěnového porubu Plán otvírky, přípravy a dobývání Výztuž ve stěnových porubech Hlavní zásady Systém výztuže (systém budování) IHV Mechanizované výztuže Zajišťování nesoudržného stropu v porubu Zajištění místa práce u pilíře Budování chodby na styku s porubem pomocí K rovin a SHZ stojek Budování chodby na styku s porubem bezestojkovým způsobem Plenění chodeb za postupujícím porubem Porubové dopravníky Dobývací kombajny Způsob práce s válcovým kombajnem ( příklady ) Dobývání uhelnými pluhy Vybavování porubů Příprava porubu na rozjezd Likvidace porubu Dobývání velmi nízkých slojí pomocí škrabákových pluhů Dobývání mocných ploše uložených slojí stěnováním Pilířování Zátinkování Komorování

9 Metoda komora pilíř Dobývání polostrmě a strmě uložených slojí Dobývání pomocí trhací práce Dobývání pomocí kombajnů a mechanizovaných výztuží Dobývání pluhy Škrabáky Sbíjecí tělesa Dobývání lanovými pilami Zakládání vyrubaných prostor Účel zakládání Materiál na zakládku Způsoby zakládání Zakládka sypaná, neboli zakládka samospádem Plavená zakládka Zakládka foukaná

10 10

11 1 Úvod 1.1 Obecné cíle oboru Geotechnika Do oboru Geotechnika patří obsahově okruhy technologií hornických činností a činností prováděných hornickým způsobem. Obor Geotechnika nás seznamuje s problematikou stanovení zásad ochrany a hospodářského využívání nerostného bohatství, zejména při vyhledávání a průzkumu, otvírce, přípravě a dobývání ložisek nerostů, jejich úpravě a zušlechťování prováděných v souvislosti s jejich dobýváním, jakož i bezpečnosti provozu a ochrany životního prostředí při těchto činnostech. Je úzce spojen s předměty geologie, geodézie, stroje a zařízení a bezpečnost a ochrana zdraví při práci (BOZP). 1.2 Přehled hornických činností Hornická činnost a činnost prováděná hornickým způsobem Hornická činnost Hornickou činností se rozumí: a) vyhledávání a průzkum ložisek vyhrazených nerostů (dále jen "výhradní ložiska"), b) otvírka, příprava a dobývání výhradních ložisek, c) zřizování, zajišťování a likvidace důlních děl a lomů, d) úprava a zušlechťování nerostů prováděné v souvislosti s jejich dobýváním, e) zřizování a provozování odvalů, výsypek a odkališť při činnostech uvedených v písmenech a) až d), f) zvláštní zásahy do zemské kůry, g) zajišťování a likvidace starých důlních děl, h) báňská záchranná služba, i) důlně měřická činnost Činnost prováděná hornickým způsobem Činností prováděnou hornickým způsobem se rozumí: a) dobývání ložisek nevyhrazených nerostů, včetně úpravy a zušlechťování nerostů prováděných v souvislosti s jejich dobýváním, a vyhledávání a průzkum ložisek nevyhrazených nerostů prováděné k tomu účelu, b) těžba písků v korytech vodních toků a štěrkopísků plovoucími stroji, včetně úpravy a zušlechťování těchto surovin prováděných v souvislosti s jejich těžbou, s výjimkou odstraňování nánosů při údržbě vodních toků, c) práce k zajištění stability podzemních prostorů (podzemní sanační práce), d) práce na zpřístupňování jeskyní a práce na jejich udržování v bezpečném stavu, e) zemní práce prováděné za použití strojů a výbušnin, pokud se na jedné lokalitě přemísťuje více než m krychlových horniny, s výjimkou zakládání staveb, vrtání vrtů s délkou nad 30 m pro jiné účely než k činnostem uvedeným v odst a 1.2.2, f) jímání přírodních léčivých a stolních minerálních vod v důlním díle v podzemí, g) práce na zpřístupnění starých důlních děl nebo trvale opuštěných důlních děl a práce na jejich udržování v bezpečném stavu, h) podzemní práce spočívající v hloubení důlních jam a studní, v ražení štol a tunelů, jakož i ve vytváření podzemních prostorů o objemu větším než 300 m krychlových horniny. 11

12 1.3 Těžba surovin v ČR Z přehledu dobývacích prostorů v České republice vydaných Státní báňskou správou České republiky ke dni získáme informace o těžbě surovin. K uvedenému dni bylo na území České republiky evidováno 968 registrovaných dobývacích prostorů. Těžba surovin je prováděna na 599 dobývacích prostorech celkového počtu (viz tabulka č. 1). Tabulka č. 1 Těžená surovina černé uhlí 10 hnědé uhlí 11 lignit 1 ropa a zemní plyn 78 rudy kovů 0 radioaktivní suroviny 1 kaolin 17 stavební kámen 185 kámen pro hrubou a ušlechtilou výrobu 72 (žula, pískovec, granit, mramor, diabas, granodiorit, travertin atd.) štěrkopísky 95 slévárenské a sklářské písky 11 vápenec 29 cihlářská surovina 41 jíly (žáruvzdorné, kameninové, bentonit a pod.) 22 ostatní (drahé kameny (vltavíny), sádrovec, čedič, grafit, cementářské suroviny a pod.) počet provozovaných dobývacích prostorů Stav ostatních registrovaných dobývacích prostorů k je uveden v tabulce č. 2. Tabulka č. 2 Stav ložisek počet ložiska v průzkumu, případně otvírce 78 ložisko uzavírané 8 zastavena těžba 119 rezervní ložiska 70 ukončena těžba 70 ukončena likvidace 24 K posouzení rozsahu těžby je nutné uvést vytěžená množství jednotlivých nerostů. Přehledné informace lze získat rovněž ze statistik Státní báňské zprávy České republiky na internetové adrese V tabulce č. 3 je uveden stručný přehled těžených nerostů v roce 2011 v České republice

13 Tabulka č.3 Těžený nerost 1) 2) [10 3 ] Černé uhlí (odbytová) [ t ] Hnědé uhlí a lignit (odb.) [ t ] Ropa [ t ] Zemní plyn (vč. degazace) [ 1000 m 3 ] Rudy - nerost [ t ] Kaolin [ t ] Stavební kámen [ m 3 ] Kámen pro HaUKV [ m 3 ] Štěrkopísky, písky [ m 3 ] Písky SKL a SL [ t ] Vápence [ t ] Cihlářské suroviny [ m 3 ] Jíly a bentonity [ t ] Ostatní [ t ] ) Údaje podle konečných bilancí vykazované k modrá čísla. 2) Údaje před konečnou bilancí zpracované k červená čísla. Počty zaměstnanců pracujících při těžbě užitkových nerostů v České republice v roce 2011 jsou uvedené v tabulce č. 4. Tabulka č.4 Těžený nerost Počty pracovníků rok v podzemí na povrchu celkem 2011 Černé uhlí Hnědé uhlí a lignit Ropa a zemní plyn Rudy Kaolin Stavební kámen Kámen pro HaUKV Štěrkopísky, písky Písky SKL a SL Vápence Cihlářské suroviny Jíly a bentonity Ostatní CELKEM Státní báňská správa měla pod dohledem k celkem m důlních děl, což rovněž vypovídá o rozsáhlé důlní činnosti na území České republiky. 1.4 Dobývání povrchové a hlubinné (základní pojmy) Ložiska nerostných surovin jsou někdy uložena přímo na povrchu nebo v malé hloubce pod povrchem; v takových případech se nerosty dobývají v povrchových lomech (obr. 1-1 a 1-2). 13

14 Obr. 1-1 Obr. 1-2 Povrchový lom - těžba obkladového kamene Povrchový důl - těžba hnědého uhlí Jsou-li ložiska uložena ve větší hloubce, je nutno je zpřístupnit - otevřít - svislou nebo úklonnou jámou nebo štolou, to je téměř vodorovnou důlní chodbou, vedenou ve svahu v kopcovitém terénu směrem k ložisku (obr. 1-3 a 1-4). Obr. 1-3 Obr. 1-4 Od jámy nebo štoly se razí další důlní díla, jako překopy a chodby, aby se zjistilo uložení a směr ložiska - sledování (vyřizování ložiska). Přípravnými důlními díly, raženými v ložisku, se ložisko připraví k účelnému a hospodárnému dobývání. Způsoby dobývání ložisek nerostných surovin jsou různé a řídí se mimo jiné úložnými podmínkami (např. uhlí je ve slojích, rudy v žilách a pod.). Vyrubáním části obsahu ložiska - sloje, žíly - vzniká prázdný prostor, který se pod tlakem nadložních hornin zavaluje. Aby se tak nestalo předčasně, zajišťují se tyto prostory výztuží. Není-li už třeba vyrubaných prostor pro provoz, výztuž se odstraní - plení - a vyrubané prostory se zavalují. Někdy je však nelze nechat zavalit, např. tehdy, když jsou nad nimi na povrchu obytné nebo průmyslové budovy. Vyrubané prostory se proto vyplní základkou, tj. hluchou (jalovou) horninou. 14

15 2 Vyhledávání ložisek Vyhledávání a průzkum výhradních ložisek. a) Vyhledávání a průzkum ložisek vyhrazených nerostů a výhradních ložisek nevyhrazených nerostů je možné provádět pouze na průzkumném území, které je stanoveno podle zvláštních právních předpisů. b) Při vyhledávání a průzkumu výhradních ložisek jsou organizace povinny z hlediska ochrany a racionálního využití nerostného bohatství: - ověřovat výhradní ložisko tak, aby se zjistily a vyhodnotily všechny využitelné nerosty ložiska a jejich užitkové složky, - ověřovat vývoj a úložní poměry výhradního ložiska tak, aby se výstavba dolů a lomů, otvírka, příprava a dobývání výhradního ložiska mohly projektovat a uskutečňovat podle zásad báňské technologie a aby se zabezpečilo racionální využití zásob výhradního ložiska, - používat takové metody a postupy, aby nedošlo ke znemožnění nebo ztížení využití výhradního ložiska nebo jeho části a k neodůvodněným ztrátám zásob výhradního ložiska, - zjistit skutečnosti potřebné k posouzení možných vlivů využívání výhradního ložiska na jiná ložiska, na zdroje vody a jiné přírodní zdroje, na životní prostředí a na další zákonem chráněné obecné zájmy, - při přerušení vyhledávání nebo průzkumu provést opatření, aby se nezmařila důlní díla a neztížilo provádění dalšího průzkumu a využití výhradního ložiska. c) Organizace je oprávněna nakládat s nerosty získanými při vyhledávání a průzkumu výhradních ložisek v rozsahu a za podmínek stanovených v povolení vydaném podle zvláštních předpisů. d) Provádění geologických prací upravují zvláštní předpisy. 2.1 Geologický průzkum Metody pro zjišťování informace o nitru Země jsou označovány jako GEOLOGICKÉ PRŮZKUMNÉ METODY. Geologickým průzkumem zkoumáme jevy a procesy v zemském tělese ve vzájemných souvislostech a podmíněnosti vývoje. Pomocí přímých a nepřímých metod získáváme informace o složení nitra Země. Za přímé metody považujeme ty, kdy si průběh horninového prostředí můžeme přímo prohlédnout a můžeme odebrat vzorky horninového prostředí. Nepřímé metody jsou ty, které nám pomocí sledování vybraných veličin podávají informaci o charakteru a průběhu horninových rozhraní. Horninové prostředí si nemůžeme přímo prohlédnout a nemůžeme odebrat vzorky. Geologický průzkum využívá geologických vědních poznatků pro studium a řešení všech praktických úkolů z oblasti ložiskové, hydrogeologické, inženýrsko-geologické a environmentální geologie. Zabývá se projektováním, prováděním a vyhodnocováním geologických prací. Využívá poznatků ze všech geologických disciplín a příbuzných oborů (hornictví, úpravárenství, environmentu atd.). Nejčastější cíle geologického průzkumu: - výzkum složení a strukturní stavby horninového prostředí; - nalezení nerostných surovin; - vyhledání, získání a ochrana zdrojů podzemních vod; - zjišťování znečištění horninového prostředí a jeho likvidace; - minimalizace dopadu přírodních katastrof na životní prostředí (sesuvy, záplavy); - řešení otázek spojených s výstavbou průmyslových objektů, silnic, železnic, vodních nádrží atd. 15

16 Princip postupného zpřesňování informací se opírá o etapy průzkumných prací. Z počátku získáváme méně přesné informace z velké oblasti, které nám slouží k určení zájmové dílčí oblasti. Zde je později soustředěn podrobnější průzkum, který přinese mnohem detailnější informace o zájmovém území. Metodické principy etap průzkumu: a) Orientační průzkum slouží jako geologický podklad pro vypracování výhledové studie. Posuzuje se vhodnost území na realizaci určitého investičního záměru. b) Předběžný průzkum navazuje na výsledky orientačního průzkumu. Je soustředěn do vybrané lokality, kde se provádí detailní analýza archivních materiálů, geologické mapování, realizují se technické, laboratorní a geofyzikální práce. Výsledky této etapy slouží jako podklad pro vypracování projektového úkolu. c) Podrobný průzkum zahrnuje práce potřebné na získání co nejúplnějších informací geologického charakteru horninového prostředí, které jsou potřebné pro spolehlivé zpracování projektové dokumentace záměru. Pracovní postupy se opírají o komplex terénních metod, jako jsou technické práce, odběry vzorků hornin a podzemní vody, laboratorní práce, terénní zkoušky a geofyzikální měření. d) Doplňkový průzkum probíhá při vlastní realizaci záměru. Používá se pro případné upřesnění nebo doplnění výsledků podrobného průzkumu. Řeší speciální dílčí problémy, které vznikly po ukončení podrobného průzkumu nebo vyplynuly z realizace díla (například neočekávané geologické komplikace). Geologický průzkum je prováděn za různým účelem. Podle toho, jaký je cíl průzkumu (vyhledání ložiska nerostné suroviny, zajištění a ochrana zdrojů podzemní vody, ) je upravována metodika průzkumu a použité průzkumné metody. Výsledkem ložiskového průzkumu jsou informace o prostorovém rozmístění akumulace, jejím tvaru, typu suroviny, kvalitě suroviny a množství. Také podává důležité informace o báňsko-technických podmínkách dobývání, hydrogeologických a plynových poměrech. Pro následný proces úpravy vytěžené nerostné suroviny na průmyslem požadovanou úroveň jsou důležité informace o technologických vlastnostech ložiska nerostné suroviny. Součástí komplexních informací získaných ložiskovým průzkumem je i dopad využití ložiska na životní prostředí. 2.2 Geologické průzkumné metody Prospektorské průzkumné metody - se v současnosti opírají především o metody dálkového průzkumu Země. Jednou ze základních metod je nalezení výchozů ložiskových těles (obr. 2.1). Obr. 2-1: Výchoz uhelné sloje - Landek 16

17 Vyhledávání ložiska podle aureol (úlomků ložiskové výplně) je taktéž velmi stará a jednoduchá metoda. Její postupy se liší podle typu sledované aureoly. Rozlišujeme: aureoly v říčním korytě; aureoly na svazích; aureoly v glaciálních sedimentech (je založena na principu sledování úlomků v morénách ledovců) Mapovací metody - geologické mapování se uplatňuje ve všech etapách průzkumu. Charakter a náplň mapování v různých etapách se liší podle účelu prací, geologické stavbě a míry prozkoumání. Geologická mapa podává informace o geologické stavbě a vývoji oblasti v závislosti na podrobnosti mapování. Vymezuje jednotlivá geologická tělesa, podává informaci o jejich strukturní stavbě, tektonickém postižení, petrografickém a litologickém složení (obr. 2-2). Obr. 2-2: Ukázka odkryté geologické mapy Geologické mapy slouží pro zjištění: prostorových geologických poměrů; hodnocení surovinové základny; geologických rizik (sesuvů, poddolování, šíření kontaminace podzemní vodou, zemětřesení, atd.); územní plánování (výstavba významných staveb); péči o životní prostředí. Horniny jsou rozlišeny barevně podle složení a stáří. Hydrogeologické mapování je zaměřeno na studium zákonitostí výskytu podzemní vody a jejího pohybu v závislosti na geologických strukturách, geomorfologických a klimatických podmínkách, sledování chemických a fyzikálních vlastností podzemní vody, možností jejího využití a ochrany před znečištěním. Úkolem hydrogeologického průzkumu je stanovení množství a jakosti podzemní vody, směru a rychlosti proudění, studium hydrologických poměrů (průtočnosti vodotečí, vydatnosti pramenů); vymezení zvodní; stanovení ochranných obvodů kolem zdrojů pitných vod, výzkum režimu spodních vod na ložiskách nerostných surovin a objasnění hydrogeologických poměrů v oblasti výstavby významných staveb, sanace sesuvů a v oblastech kontaminujících podzemní vodu. Hydrogeologické mapy podávají informace o: zjednodušené geologické stavbě; úrovni hladiny podzemní vody; směru a rychlosti proudění; hlavních hydrologických objektech (vrty, studně a jímací zařízení); informace o fyzikálních parametrech zvodně; chemickém složení podzemních vod; propustnosti horninového prostředí. 17

18 Inženýrskogeologické mapování je zaměřeno na zhodnocení inženýrsko-geologických poměrů a podmínek pro realizaci významné stavby nebo sanaci sesuvů. Při mapování se sleduje horninové prostředí do hloubky maximálně první desítky metrů. Sledují se technické vlastnosti hornin (pevnost, únosnost, rozpojitelnost, rozpukanost, mrazuvzdornost, atd.), hydrogeologické poměry (hladina podzemní vody mění technické parametry hornin), stav a chování zemních těles (náspy) a výskyty ložisek stavebních surovin. Stále více se uplatňují vybrané metody dálkového průzkumu Země, především letecké snímkování a letecké geofyzikální metody Geochemické metody se uplatňují ve všech etapách průzkumu. Úkolem je popis charakteru geochemických polí a vymezení jejich lokálních anomálií. Sledují se rozdíly v chemickém složení horninového prostředí ve vztahu k výskytu nerostné suroviny, znečištění nebo charakteru zvodně. Poskytují informace o geologickém prostředí vhodném pro výskyt dané suroviny, hydrogeologických poměrech, zdroji a stupni znečištění horninového prostředí. Základními metodami jsou: Litogeochemické metody se používají v případech, kdy geochemická anomálie má výrazný kontrast vůči horninovému okolí. Posuzují se vzorky hornin nebo půd odebraných z výchozů, odkryvů nebo vrtů. Hydrogeochemické metody jsou založeny na odběrech povrchových a podzemních vod, ve kterých se sleduje výskyt a koncentrace rozpuštěných iontů či kontaminantů. Biogeochemické metody využívají vazby vitality rostlin nebo výskytu určitého rostlinného druhu na lokalitu. Některým rostlinám se daří lépe na určitém chemicky specifickém druhu půdy. Podle jejich výskytu můžeme určit geochemickou anomálii (např. výskyt nerostné suroviny). V případě sledování vitality rostlin, která se náhle snížila, lze usuzovat na kontaminaci půdního horizontu. Atmogeochemické metody jsou založeny na odběrech vzorků půdního vzduchu z mělkých sond nebo z vrtů. Využívají se při vyhledání plynných aureol, které doprovázejí ložiska ropy, zemního plynu a některých rud (radioaktivních prvků). V současnosti je často spojen se zjišťováním výskytu radonu v obytných objektech Geofyzikální metody - jejich úkolem je popis geofyzikálních polí a vymezení jejich lokálních anomálií. Podávají informaci nepřímou. Jejich aplikací nevymezíme danou geologickou strukturu přímo, ale zjistíme pouze fyzikální rozhraní, které musí být správně interpretováno. Geofyzikální metody jsou aplikovány ve všech etapách průzkumu, od orientačního (aerofyzikální průzkum) až po těžební. Cílem je indikovat geofyzikální projevy související s akumulací nerostné suroviny, strukturní stavby, tektonického porušení, určení hladiny podzemní vody, směru proudění podzemní vody, určení zdroje znečištění, vymezení smykové plochy sesuvu, atd. Výběr geofyzikální metody je závislý na geologickostrukturních poměrech, mocnosti pokryvu, hydrogeologických poměrech, genetickém typu vyhledávaného tělesa (ložiska), texturně-strukturních vlastnostech hornin, atd. Základními metodami jsou: Gravimetrické metody - gravimetrie se zabývá studiem tíhového pole Země. Sleduje změny tíhového zrychlení pomocí kyvadlových hodin. Tíhové zrychlení se mění v závislosti na rozdělení hmot pod zemským povrchem. Je nepatrně ovlivněno hustotami hornin (obr. 2.3). Naměřené tíhové anomálie jsou rozdílem skutečné tíže a normální tíže. Výsledkem měření změn tíhového zrychlení je tíhová mapa a její následná geologická interpretace. Tíhové mapy umožňují zpřesnění v poznání geologické stavby, neboť velikost zemského tíhového zrychlení je nepatrně ovlivněna hustotou a velikostí geologických objektů. Měření 18

19 se provádí při plošném mapování, jehož výsledkem je mapa úplných Bouguerových anomálií, která obsahuje tíhový účinek především z připovrchové a hlubší geologické stavby. Geologicky využitelné informace aplikované gravimetrie jsou běžně z hloubek do 5 km, v oblastech silných zdrojů gravimetrických anomálií je to 15 až 20 km. Obr.2-3: Tíhová mapa úplných Bouguerových anomálií Tíhová mapa úplných Bouguerových anomálií z oblasti karpatské předhlubně v úseku Moravské brány. Mapy úplných Bouguerových anomálií (obr. 2-3) obsahují indikace z veškerých hustotních diferencí, obsažených v geologické stavbě. Zaznamenávají průběhy zlomů, typů hornin, umožňují představu o plošném rozsahu hornin a o jejich podpovrchovém pokračování a hloubkovém dosahu Seismické metody jsou založeny na sledování směru, odrazu a rychlosti šíření seismických objemových vln horninovým prostředím. Seismické vlny se v horninovém prostředí odrážejí, lámou či difragují. Čím větší je rychlost šíření seismické vlny, tím pevnější prostředí můžeme očekávat. Rychlost šíření seismické vlny lze převést na modul pružnosti, či lze odvodit jiné fyzikální vlastnosti horniny. Seismické metody podávají důležité informace o inženýrsko-geologických charakteristikách, jako jsou parametry pružnosti hornin, měrná hmotnost resp. pórovitost hornin, stupeň endogenního porušení (rozpukání), stupeň exogenního porušení (zvětrání), stupeň nasycení vodou nebo i napětí v horninovém masivu. V současnosti se často používá metoda reflexní seismiky (obr. 2.4), která je založena na registraci časů příchodu vln, odražených od rychlostních rozhraní (horninová rozhraní, rozhraní různého nasycení kolektoru, různého stavu navětrání hornin, mechanických vlastností hornin, atd.). Obr. 2-4: Schéma vysvětlující princip seismických metod Seismické vlny vyslané ze zdroje se na horninových rozhraních lámou a odrážejí zpět k povrchu, kde je zaznamenávají geofony. 19

20 Výsledkem měření je migrovaný časový řez, který po správné geologické interpretaci podává informaci o rozsahu ložiska, tektonickém porušení, litologii, mocnosti jednotlivých geologických jednotek, atd Geoelektrické metody jsou nejrozsáhlejší skupinou geofyzikálních průzkumných metod. Sledují změny elektrických polí v různých horninových prostředích. Měří elektrický odpor v horninách. Elektrický odpor hornin je závislý na petrografickém složení hornin, fyzickém stavu hornin, tektonickém porušení, rozvětrání, nasycení podzemní vodou, atd.. Sledováním změn elektrického odporu v horninovém prostředí zjišťujeme fyzikální stav horninového masivu, jeho tektonické postižení (zlomy), sledujeme některé fyzikální vlastnosti hornin, hydrogeologické struktury, hladinu a dynamiku podzemní vody, plochy nespojitosti v pokryvných útvarech, vyčleňujeme v horninovém prostředí kvazihomogenní bloky, vymezujeme smykové plochy u sesuvů. Geoelektrické metody se používají především při průzkumu stability svahů, svahových deformací a sesuvných území; pro stavební účely; pro lokalizaci inženýrských sítí, podzemních dutin a objektů; atd. Nejčastěji se používá geoelektrické profilování, sondování a karotáž Geomagnetické metody sledování geomagnetického pole Země (fyzika Země), regionálních i lokálních poruch geomagnetického pole (geologický průzkum, inženýrská, strukturní i ložisková geologie, archeologie) a laboratorní magnetometrická měření (paleomagnetický výzkum, archeomagnetický výzkum). Anomálie geomagnetického pole jsou způsobeny přítomností horninových typů a umělých objektů s konstantními magnetickými vlastnostmi. Měření se provádí většinou protonovými magnetometry, někdy přesnějšími atomovými (např. cesiovými) magnetometry. Magnetometrie, nebo též geomagnetická měření, slouží k detekci podzemních objektů s konstantními magnetickými vlastnostmi. Metoda nalezla široké uplatnění při hledání železných rud, bohatých na magnetit, ilmenit, pyrhotin a jiné silně magnetické nerosty. V uhelných oblastech se používá pro zjištění a zmapování skrytých čedičových pňů, v jejichž blízkosti je uhlí zkoksovatělé Radiometrické metody - sledování přirozené radioaktivity (geologický průzkum, inženýrská a ložisková geologie, hydrogeologie, ochrana životního prostředí, ojediněle archeologie), měření vzbuzených polí jaderného záření, laboratorní radiometrická měření (geologický průzkum, ložisková geologie, hydrogeologie, hornictví, energetika). Nejčastěji je radioaktivita detekována vhodnými aparaturami na základě svých ionizačních účinků. Registruje se úhrnná aktivita, nebo se pomocí spektometrů diferencují projevy s různou energií jaderného záření. Zřídka se používá tzv. emanometrie - k detekci tektonických linií (měření ionizačních účinků radionuklidů v půdním vzduchu). Kromě rozlišení některých litologických typů slouží radiometrie k určení kontaminace prostředí radioaktivními látkami a ocenění jeho rizika Geotermické metody sledování teplotního pole Země (fyzika Země) a lokálních poruch geotermického pole (strukturní geologie, vulkanologie, hydrogeologie, archeologie). Tepelné pole Země je produkováno rozpadem radioaktivních prvků, teplem uvolňovaným při mechanických pohybech zemských ker a pod.. Lokálními zdroji teplotních anomálií při povrchu jsou jednak výstupové cesty podzemních vod (extrémní kontrasty u termálních vod) a chemické procesy a hoření přirozené i v umělých deponiích (zapařování uhlí v okolních vrstvách důlních děl nebo na skládkách). Měření se provádí kontaktními (termistory) nebo bezkontaktními termometry (infračervené snímače). Pro rozsáhlejší oblasti je možné využít i dálkové snímkování (letecky, družice) v intervalu infračerveného záření. 20

21 Geofyzikální měření ve vrtech (karotáž) Měření ve vývrtech stanoví stav a vlastnosti horninového prostředí v blízkém okolí vrtu, kapaliny ve vrtu a geometrické parametry vrtu (sklon, průměr, technický stav a pod.). Při vrtání na jádro se některé vzorky horniny výplachem znehodnotí a skutečné prostředí ve vrtu musíme ověřovat karotáží. Podle principu je rozdělujeme na metody: elektrokarotážní (odporová karotáž, metoda slouží ke stanovení litologie, vymezení vodivých poloh - např. puklinových zón či kolektorů s kontaminovanou či vysoce mineralizovanou podzemní vodou a pod.) jaderné (gama karotáž - GK, neutron neutron karotáž - NNK, gama gama karotáž - GGK; metody slouží k litologické diferenciaci řezu, stanovení jílovitosti a také pro určení přirozené radioaktivity prostředí, pórovitosti a hustoty ) akustické (akustický cementoměr, např. lze použít ke kontrole kvality zapažnicové cementace a ke zjišťování kavern v zapažnicovém prostředí, a pod.) technické (kromě změření odklonu osy vrtu - inklinometrie a dalších geometrických parametrů sem patří např. kavernometrie - metodou se dobře indikují rozpukané polohy v pevnějších horninách; televizní kamera - ve vývrtu slouží k detailní vizuální inspekci stavu a charakteru vrtních stěn) Terénní zkoušky a režimní pozorování Uplatňují se především v etapách podrobného a těžebního průzkumu, kdy je nezbytné zjistit určité vlastnosti geologických objektů a dynamiku pozorovaných jevů in situ. Především se sleduje změna geologického prostředí v závislosti na provedené práci (výstavba různých objektů, vyražení důlních děl, rychlost čerpání podzemní vody, atd.). Využívají se různé terénní zkoušky nebo měření režimní, kdy se monitoruje určitý jev (pohyb sesouvaných hmot na sesuvu, poklesy terénu při poddolování, hladina podzemní vody, atd.) Průzkumné technické práce - vrty Vrtné práce patří mezi přímé metody průzkumu (především v případě odběru vrtného jádra - obr. 2-5). Obr. 2-5: Snímek bedny s vrtnými jádry Jsou aplikovány ve všech druzích geologického průzkumu, a to především v etapě podrobného a těžebního průzkumu. S počtem odvrtaných vrtů se zvyšuje podrobnost průzkumu. Získáváme podrobnější informace o: složení a struktuře horninového komplexu; o strukturně-tektonické stavbě oblasti; 21

22 o existenci a prostorové pozici ložiskových akumulací; o fyzikálně-mechanických vlastnostech hornin; o plynových poměrech; o petrofyzikálních a geochemických vlastnostech hornin; o hladině podzemní vody (nepřímo pak informace o hydrogeologických poměrech). Získaná data jsou relativně spolehlivá, ale bohužel nákladná. Při průzkumu se používá vrtání na plný profil nebo vrtání na jádro s doplněním geofyzikálních metod aplikovaných ve vrtu (karotážní měření) nebo hydrogeologických metod. Rozlišujeme tyto základní typy vrtání: a) spirálové vrtání Obr. 2-6: Šnek pro spirálové vrtání je využíváno pro mělké vrty v zeminách, většinou pro hydrogeologický či inženýrskogeologický průzkum. Ocelový šnek se pod tlakem a za stálého pomalého otáčení zatlačuje do zeminy, přičemž dochází k jejímu rozrušení a současnému nabírání (obr. 2-6). Jakmile se vrták naplní, celý se vytáhne a hornina se vysype mimo vrt. b) nárazové vrtání Obr. 2-7: Dláta pro nárazové vrtání je využíváno pro mělké vrty v zeminách, většinou pro hydrogeologický či inženýrskogeologický průzkum. Vrtání je prováděno pomocí dláta (obr. 2-7), které je upevněno na konci lana nebo tyčích. Dláto je opakovaně zvedáno a pouštěno na dno vrtu, kde ostří dláta odštěpuje úlomky horniny, podobně jako sekáč vniká do zdi pod úderem kladiva na dláto. Úlomky horniny se čas od času odstranily pomocí speciálních lžic. c) vibrační vrtání Pro hloubení vrtů v nesoudržných, rychle se zavalujících zeminách, zvodnělých píscích a štěrcích lze použít také vibrační způsob hloubení. Vibrátor, pohybující se na vrtném stožáru, je spojen s hloubícím nástrojem, kterým je v tomto případě vibrační pažnice, na kterou přenáší kmitavý pohyb a která takto proniká do nesoudržné zeminy. 22

23 Obr. 2-8: Pojízdné vibrační soupravy d) rotarové vrtání se používá při průzkumu a těžbě uhlovodíků, kdy se většinou vrtá na plný profil a jen místy se vrtá na jádro (obr.2-13). Vrtání pomocí valivého dláta (obr. 2-10) nebo korunky (obr. 2-9), které se za řízeného přítlaku na horninu otáčí. Obr. 2-9: Vrtací korunka Obr. 2-10: Valivé dláto 23

24 Obr. 2-11: Schéma vrtu a vrtného zařízení Otáčení přenáší z rotačního stolu (obr. 2-12) souprava trubek, kterými se současně do vrtu pumpuje výplach (obr. 2-11). Výplach je hustá kapalina složená z bentonitu (jílu) a vody. Tato kapalina tryská z vrtného nástroje, který ochlazuje, ale především vynáší zpět k ústí vrtu rozdrcené horninové úlomky. Tak se rotační vrtný proces stává velmi efektivním, protože nemusí být přerušován kvůli čištění vrtu od horninové drti. Výplach současně stabilizuje stěny vrtu (aby se nezhroutily) do doby, než se vrt zapaží (vloží se pažnicové trubky, které se zabetonují do horninového prostředí). Výplach může být přímý a nepřímý (obr. 2-14). Vrty se paží po celé délce nebo jen určitá část od ústí vrtu (obr. 2-15) podle místních podmínek nebo účelu použití. Chceme-li zabránit přístupu vody nebo plynů do vrtu nebo do ústí vrtu, izolujeme vrt včerpáním cementové kaše do prostoru mezi pažnice a stěny vrtu (obr. 2-16). Obr. 2-12: Schéma rotačního stolu Obr. 2-13: Vrtání na jádro 24

25 Obr. 2-14: Schéma výplachu nepřímého přímého Obr. 2-15: Pažení vrtu Obr. 2-16: Těsnění vrtu cementací Obr. 2-17: Klapa 1 - nárazová deska 2 - cementační pata 3 - tlak výplachu 4 - zátka 5 - cementová kaše 1 - vrtací tyč 2 - pružiny 3 - dutý válec 4 - vidlice 25

26 Poruchy ve vrtu bývají způsobeny petrografickými vlastnostmi hornin, zlomy trubek nebo poškozením ostatního vrtacího nářadí. Dochází také k závalům vrtů, k najetí na nepředvídanou kavernu, tektonickou poruchu a ke ztrátě výplachu, např. v kaverně. Likvidace havárií vyžaduje mnoho času - často trvá déle, než trvalo provrtání vrtu. Někdy se raději upustí od pokračování ve vrtání a založí se nový vrt. Práce spojené s vytažením části vrtací nebo pažnicové kolony, jež zůstala ve vývrtu, popřípadě spadlého železného předmětu, nazýváme pracemi chytacími nebo instrumentací. K tomu slouží vhodné nástroje. Ukroucenou tyč nad spojníkem se snažíme vytáhnout tzv. klapou (obr.2.17). Utrženou tyč daleko nad spojníkem se snažíme zachytit a vytáhnout pomocí přípravku (obr.2.18) zv. trn nebo zvon. Pád předmětu do vrtu řešíme pomocí přípravků zvaných pavouk, fréza (obr.2.19) nebo magnet. Pokud se předmět nepodaří vytáhnout, je možné pokračovat ve vrtání pomocí úhybového klínu. Obr. 2-18: Zachycení havarované tyče pomocí trnu a zvonu Obr.2-19: Zachycení nežádoucího předmětu ve vrtu: pavouk a fréza e) vrtání s ponornými kladivy Obr. 2-20: Schéma znázorňující vrtání ponorným kladivem Používá se při vyhledávání a průzkumu nerostných surovin, při jejich dobývání (ropa, zemní plyn), při řešení hydrogeologických a inženýrskogeologických úkolů. Princip je podobný jako u rotarového vrtání, ale vrtné soutyčí se neotáčí, otáčí se pouze vlastní ponorné kladivo. Pohon kladiva je závislý na jeho druhu. Nejčastěji se používají pneumatická ponorná kladiva a vodou či výplachem poháněná ponorná kladiva (obr. 2-20). 26

27 Průzkumné technické práce - hornické Povrchové a důlní hornické práce se aplikují především v etapách podrobného a těžebního průzkumu. Patří mezi přímé metody průzkumu (odběr vzorků, terénní zkoušky). Získaná data jsou spolehlivá, ale jejich získání je velmi nákladné. Rozlišujeme povrchová průzkumná hornická díla (průzkumné rýhy, sondy a šachtice) a podpovrchová hornická díla (svislé a úklonné průzkumné jámy, horizontální díla štoly, překopy, úpadní a dovrchní chodby). Hornické práce poskytují informace o: složení a struktuře horninového komplexu; strukturně-tektonické stavbě oblasti; existenci a prostorové pozici ložiskových akumulací; fyzikálně-mechanických vlastnostech hornin; plynových poměrech; petrofyzikálních a geochemických vlastnostech hornin; hladině podzemní vody (nepřímo pak informace o hydrogeologických poměrech). 2.3 Kategorie zásob, vztah k průzkumným pracím Pro projektování nových dolů je nutno získat kvalitní informace o geologické stavbě nového ložiska, o průběhu hlavních tektonických poruch, příkopů, o uložení vrstev, jejich hloubce, mocnosti a informace o báňsko-geologických úložných poměrech. Tím rozumíme výskyt a rozložení plynových horizontů, detritických oblastí a pod. V první etapě průzkumných prací (kategorie D) se v nadějných oblastech provádějí podél vybraných profilů hlubinné vrty z povrchu ve vzdálenosti 2 až 5 km. Výsledky tohoto průzkumu dávají možnost předběžného ocenění například počtu a mocnosti uhlonosných vrstev, kvality uhlí a taktéž umožňují přibližně vypočítat perspektivní zásoby. Pro snížení nákladů výzkumu prováděného hlubinnými vrty s povrchu se souběžně provádí i geofyzikální výzkum. Pokud se hodnocením výzkumu dospěje k závěru, že je prozkoumávána oblast perspektivní pro eventuelní pozdější výstavbu dolu, přistoupí se k další etapě průzkumu. Druhá etapa průzkumu (kategorie C 2 ) - hlubinné vrty provádíme ve zhuštěné vrtné síti (u uhelného ložiska např. ve vzdálenosti co m). Takto upřesněné podklady o úložních poměrech zásob nerostu se stanou výchozím materiálem k vypracování báňsko-průzkumné etapy, navazující na povrchový průzkum. Třetí etapa (kategorie C 1 ) - další zpřesnění údajů o ložisku získáme v době výstavby dolu při hloubení jam, ražení základních otvírkových důlních děl a prováděním doplňujících vrtů. Čtvrtá etapa (kategorie B) - provedením otvírkových prací v dané oblasti vyražením příslušných důlních děl (překopů). Z ražených důlních děl provedeme další průzkumné vrty, které jsou méně nákladné než z povrchu a jejich hustota proto může být podstatně větší. Upřesnění mocnosti a úklonu slojí má rozhodující vliv na volbu dobývací metody a použité technologie. Pátá etapa (kategorie A) - zde patří zásoby podrobně prozkoumané a ohraničené báňskými pracemi, u kterých je stanovena kvalita a technologické vlastnosti nerostu. 2.4 Dělení zásob Zásoby jako celek dělíme na bilanční a nebilanční. Bilanční zásoby jsou zásoby dobyvatelné. Nebilanční zásoby jsou toho času nedobyvatelné části ložiska, které buď jakostně nevyhovují požadavkům průmyslu, nebo by jejich dobývání bylo nehospodárné. K nebilančním zásobám se zpravidla počítají: a) zásoby slojí nebo slojových pásem, které vcelku nevyhovují průmyslovým požadavkům; 27

28 b) bloky s nedobyvatelnými zásobami (zásoby vázané na ohradníky a ochranná pásma; vrstvy o netěžitelné nebo velmi proměnlivé mocnosti; vrstvy v oblasti se značně členitou tektonikou). Některé nebilanční zásoby můžou být zařazeny mezi zásoby bilanční vývojem razící a dobývací techniky. 28

29 3 Důlní díla 3.1 Dobývací prostor Dobývací prostor se stanoví na základě výsledku geologického průzkumu, přihlíží se k stanovenému chráněnému ložiskovému území a k sousedním ložiskům. Může zahrnovat jedno nebo více výhradních ložisek nebo též jenom část ložiska. Jedná-li se o skupinu nerostů, může být stanoveno na ložisku více dobývacích prostorů. Hranice dobývacího prostoru se stanoví na povrchu uzavřeným geometrickým obrazcem s přímými stranami (mnohoúhelník) s vrcholy určenými souřadnicemi. Prostorově je vymezen obvykle svislými plochami, které procházejí povrchovými hranicemi. Možno však je vymezit i přirozenými hranicemi (tektonické poruchy, vymýtiny ap.). Omezení může být i hloubkové. Dobývací prostor stanoví obvodní báňský úřad v dohodě s dotčenými orgány státní správy. V dobývacím prostoru musí důl dobývat všechny užitkové nerosty, to znamená, že se nepřipouští nehospodárné dobývání ložisek, jeho částí, anebo jen některého nerostu. Obr. 3-1: Dobývací prostory Dolů OKD - karvinská část Postupem doby se dobývací prostory stálé zvětšují. Je to umožněno moderním vývojem dobývání, hlavně zmechanizováním dopravy v dole, zdokonalenými dobývacími způsoby i zlepšenou technikou větrání. 3.2 Kapacita dolu Na kapacitu a životnost dolu bude mít vliv velikost dobývacího prostoru. Kapacitou dolu se rozumí roční těžba užitkového nerostu, které je možno z ložiska nebo jeho části dosáhnout. Pro určitý důl se stanoví podle zásob užitkového nerostu, podle stavu připravenosti dolu, podle počtu činných porubů a podle rychlosti, s jakou poruby postupují - čili podle intenzity dobývání. Intenzitu dobývání rovněž určují konsolidační poměry v nadloží dané oblasti, dostupná technika pro těžbu a počet kvalifikovaných pracovníků pro příslušné činnosti. Roční těžba je však velmi často určena požadavky odběratelů a situací na trhu. Životnost dolu je doba, za kterou se při optimální nebo plánované těžbě vyrubou veškeré zásoby nerostu v ložisku. Určování nejvýhodnějších, tj. optimálních rozměrů dobývacího prostoru patří mezi nejzávažnější problémy, jež jsou spojeny s projektováním dolu. 29

30 3.3 Základní důlní díla Podle polohy ložiska vzhledem k zemskému povrchu, především podle hloubky uložení ložiska, rozeznáváme dva hlavní způsoby dobývání, a to: dobývání povrchové a dobývání hlubinné. Povrchově se ložisko dobývá, je-li uloženo volně na povrchu nebo je-li uloženo v malé hloubce pod povrchem a skryto pod malou vrstvou pokryvných hornin, které se dají technicky a hospodárně přemístit, aby bylo možno ložisko dobývat lomem. Je-li ložisko uloženo ve větší hloubce, dobývá se hlubinným způsobem. V obou případech se však setkáváme s pojmem důlní dílo. Důlní dílo je lidskou činností vytvořený prostor v zemské kůře za účelem dobývání užitkového nerostu. Důlní díla slouží zejména k: chůzi, dopravě, větrání, rozvodu energie a dobývání. Obr. 3-2: Hlavní částí důlního díla 1 - čelba 2 - bok 3 - počva 4 - strop Rozdělení důlních děl a) podle účelu: úvodní otvírková (spojují povrch s otvírkovými důlními díly) otvírková (zpřístupňují a rozčleňují ložisko, jsou ražena převážně v průvodních horninách) přípravná (jsou ražena v ložisku) dobývací (slouží k dobývání užitkového nerostu) b) podle polohy podélné osy: vertikální horizontální úklonná c) podle převažujícího rozměru: dlouhá (překopy, štoly, chodby) prostorná (náraží, čerpací komory, remízy lokomotiv, důlní dílny a skladiště, komory) rozsáhlá (poruby) 30

31 3.3.2 Zobrazování důlních děl - důlní mapy Z provozních, technických a bezpečnostních důvodů je třeba znát polohu všech důlních děl a porubů, a to nejen jejich vzájemnou polohu, ale i jejich polohu vzhledem k situaci povrchové. Proto se všechna důlní díla zaměřují a zakreslují do důlních map, jejich řádné vedení je předepsáno Horním zákonem a příslušnými předpisy. Obr. 3-3: Provozní mapa Do důlních map se zakreslují nejen všechna důlní díla a poruby, ale i úložní poměry ložiska, jeho směr, úklon, mocnost nebo jiné vlastnosti ložiska, tektonické poruchy, poloha průzkumných vrtů a jejich ochranná pásma a jiné skutečnosti, které jsou pro dobývání ložiska důležité. Důlní mapy se dělí (jejich měřítko se volí podle účelu, k němuž slouží), na: provozní, fárací (1:1000, 1:2000, přesnější zobrazení pro technologické postupy i 1:500), plánovací (1:5000, 1:10000), geologické, větrní, mapy rozvodu energie apod. K mapám se přikládají řezy dobývacím prostorem. Často se používá i prostorového znázorňování na mapách. Na obrázku 33 je zakresleno SVO porubu a jeho pozice ke dni Pro přehlednou orientaci na mapách používáme jednotlivé značky: a) chodby Každá chodba je označená svým pořadovým číslem (obr. 3-4). Barevné značení znamená číslo sloje, pokud je chodba ražená ve sloji, pokud je ražená mimo sloj, má barvu červenou. V uvedeném případě zelená barva znamená chodbu vyraženou v 39. sloji a modrá barva ve 40. sloji. První číslice znamená závod 3, pokud se podnik dělí na závody, čtvrtá číslice je oblast (tzv. 5. kra) důlního pole, pátá číslice 2 znamená těžní třídu (číslo 4 - dopravní třída, čísla 6 a 7 - ostatní třídy) a jedna znamená první těžní třída v páté kře v 39. sloji na závodě 3. Značení může být v jiném podniku odlišné. Obr. 3-4: Chodba 31

32 b) chodby Označená část chodby je v úklonu a je ražena mimo sloj (obr. 3-5), rozšířená prorážka ražená ve 40. sloji (obr. 3-6), číslo základní chodby je a číslo rozšířené části je Jedna chodba má dvě čísla. Obr. 3-5: Chodba v úklonu mimo sloj Obr. 3-6: Rozšířená prorážka Obr. 3-7: důlní dílo vypleněné (zavalené) c) překopy Překopy jsou většinou raženy v průvodních horninách a mají barvu červenou, pouze v místech, ve kterých přecházejí jednotlivé sloje, mají jejich příslušnou barvu (obr. 3-8). Překopy patrové mají jiné značení než chodby. První číslice je závod 3, druhá deváté patro a 07 je pořadové číslo. Obr. 3-8: Překop procházející 40. slojí d) Jámy a zásobník Obr. 3-9: Vtažná jáma Obr. 3-10: Výdušná jáma Obr. 3-11: Zásobník horniny MÍR 5 e) Žumpovní překopy a čerpací stanice Žumpovní překopy se nacházejí na překopech s čísly 2941 a (obr. 3-12). Čerpací stanice se nachází na třídě Žumpovní překopy a čerpací stanice musí mít životnost delší, než je životnost patra, a proto jsou vybudovány v jámovém ohradníku. Žumpovní překopy musí být dva, jeden se napouští a usazuje se v něm sediment a z druhého je sediment odstraňován (obr. 3-13). Obr. 3-12: Žumpovní překopy Obr. 3-13: Odtěžování sedimentu 32

33 f) důlní provozovny Důlní provozovny s nákladnou výstavbou se nacházejí v jámovém ohradníku. Na obrázku číslo 3-14 jsou znázorněny následující provozovny: opravna malé mechanizace; elektro rozvodna a dílna hydrauliky. Obr 3.14: Důlní provozovny Obr. 3-15: Elektro rozvodna g) sklady trhavin obr. 3-16: Sklad trhavin Mezi nejnákladnější důlní díla patřily důlní sklady trhavin (obr. 3-16). Novodobé důlní sklady trhavin (obr. 3-17, obr. 3-18) na ražbu jsou již méně náročné. Výdušné větry z důlního skladu trhavin musí směřovat přímo do výdušné jámy, viz obr Obr. 3-17: Novodobý sklad trhavin Obr. 3-18: Novodobý sklad trhavin v reálu 33

34 h) centrální klimatizační stanice Centrální klimatizační stanice má speciální značku (obr. 3-19). Náročnou technologii (obr. 3-20) umisťujeme do důlních děl s dlouhou životností. Vhodné je umístit CKS v blízkosti celkového výdušného proudu, nejlépe v blízkosti výdušné jámy, kam odvádíme odebrané teplo z dobývacího pole. Obr. 3-19: Centrální klimatizační stanice Obr. 3-20: CKS v reálu i) Remíze lokomotiv Remíze důlních lokomotiv na mapách nejsou speciálně vyznačené. Umísťují se v důlních dílech s větším průřezem a nehořlavou výztuží. Pro svou náročnost na výstavbu s požadavkem dlouhé životnosti se umísťují v ohradnících jam. Obr. 3-21: Remíze kolejových lokomotiv Obr. 3-22: Remíze závěsných lokomotiv j) Hrázové objekty Obr. 3-23: Důlní dílo uzavřené hrází Obr. 3-24: Hráz s větracím otvorem Obr. 3-25: Přípravná hráz Obr. 3-26: Dvoje hrázové dveře 34

35 3.3.3 Význam ostatních značek používaných na důlních mapách Značky z oblasti větrání Obr. 3-27: Větry vtažné Obr. 3-28: Větry výdušné Obr. 3-29: Omezené vtažné větry Obr. 3-30: Separátní větrání Obr. 3-31: Regulační větrní dveře Začátek samostatného větrního oddělení 37. sloje v 5. kře (obr. 3-32) a konec samostatného větrního oddělení v dané oblasti (obr. 3-33). Obr. 3-32: Začátek SVO Obr. 3-33: Konec SVO Bezpečnostní značky Obr. 3-34: PVU - vodní Obr. 3-35: PVU - prachová Obr. 3-36: Umístění sanitního vozu Obr. 3-37: Sanitní vůz 35

36 Informativní značky a) Mocnosti Ověřené mocnosti sloje při ražbě nebo dobývání porubem uvádíme značkou dle obrázku číslo Na obrázku číslo 3-39 máme ověřenou mocnost sloje ražbou nebo dobýváním 370 cm a ověřenou mocnost sloje 120 cm ponechanou v počvě. Obrázek číslo 3-40 znázorňuje ponechanou část sloje jak v počvě, tak i ve stropě bez ověření mocnosti. Na obrázku číslo 3-41 je znázorněn proplastek průvodní horniny o mocnosti 45 cm. Obr Obr Obr Obr b) Body důlního polygonu, staničení Bod důlního polygonu (jeho pořadové číslo), stabilizovaný, s udáním nadmořské výšky bodu (obr. 3-42). Na obrázku číslo 3-43 je vyznačená délková značka (staničení) důlního díla. Obr Obr c) Tektonické poruchy Značky tektonických poruch na mapách jsou v celém spektru zobrazeny v učebnici geologie, zde je zobrazen pouze pokles (obr. 3-44) a přesmyk (obr. 3-45). Obr. 3-44: Pokles Obr. 3-45: Přesmyk d) Značení průzkumných vrtů Pro doplnění parametrů ložiska (sloje) se provádí řada ověřovacích vrtů. Při následné likvidaci vrtů nejsou vždy řádně založené a může se v nich nahromadit větší množství vody Obr a plynů, které mohou při najetí kombajnu na vrt způsobit problémy. Při vrtání se vrt často odkloní od svislice, a proto musí být vyznačeno ochranné pásmo, ve kterém by se uvedený vrt měl nacházet. Ochranné pásmo se vyznačuje kruhově (obr. 3-46) a jeho průměr je závislý hlavně na délce vrtu. Ochranné pásmo platí jen pro příslušnou sloj. 36

37 e) Hranice dobývacího prostoru Obr f) Vydobytý prostor Vydobytý prostor v plné mocnosti na zával a pozice porubu k uvedenému dni (obr. 3-48). Obr. 3-48: Vydobytý prostor a pozice porubu 3.4 Otvírka ložiska z povrchu Důlní díla, která zpřístupňují, čili otvírají ložisko z povrchu a tvoří trvalé provozní spojení s povrchem, označují se jako otvírková, úvodní nebo též hlavní důlní díla. Jsou to štoly a jámy s přilehlými náražími a různými provozními komorami. Vyražením hlavních překopů z náraží jam do ložiska a překřížení ložiska nebo skupiny ložisek hlavními překopy končí otvírka z překopu. Každý těžební důl, v němž se pracuje, musí mít alespoň dva východy na povrch (dvě úvodní díla) od sebe spolehlivě oddělené, na sobě nezávislé. Jámy musí být vybaveny lezným oddělením a aspoň v jedné z nich musí být těžní zařízení. Oba východy nesmí ústit do jedné budovy. Do každého z nich musí být zajištěn přístup ze všech pater a pracovišť. Dvě úvodní důlní díla jsou nutná k větrání. Volba a způsob otvírky ložiska závisí na mnoha důlních i povrchových činitelích, k nimž se musí přihlížet, aby otvírka byla účelná a byla provedena s co nejmenším investičním nákladem. Při rozhodování o způsobu otvírky je třeba uvažovat o možnostech otevření ložiska jámami nebo štolami, kde mají být v určeném dobývacím prostoru umístěny, kolik jich má být a jaká má být jejich hloubka, průřez, výztuž a pod. Při řešení těchto otázek rozhoduje několik činitelů: a) v prvé řadě tvar, úložní poměry, rozloha, mocnost a úklon ložiska, dále tektonická členitost, vlastnosti průvodních hornin, přítoky vod a pod.; b) zásoby užitkového nerostu a jejich rozložení v ložisku; c) hloubka ložiska; d) celková povrchová situace, tj. vhodný terén pro výstavbu nového závodu, dostatek místa pro odvaly, možnost připojení na veřejné komunikace (silnice, železnice), na elektrorozvodnou a vodovodní síť již během výstavby závodu a pod. Jámy nebo štoly se snažíme umístit tak, abychom minimalizovali vázání zásob nerostů do ohradníků Otvírka štolami V hornatém terénu, kde má ložisko obvykle větší úklon a kde aspoň část ložiska leží nad úrovní dna údolí, se otevírá štolami. Štolou je možno otevřít i ploše uložené ložisko, bude-li ovšem uloženo nad úrovní dna údolí a tedy i nad úrovní štoly. 37

38 Každá štola je ražena mírně dovrchně a má vybudovanou stoku k odvádění důlních vod. Rozměry štoly se volí podle účelu, kterému bude štola sloužit. Pro malé těžby s kolejovou nebo pásovou dopravou se razí menší průřezy, pro nákladní automobilovou dopravu větší průřezy důlních děl. Obr. 3-49: Otvírka ložiska štolami 1 - rudná žíla 2 - hlavní štola 3 - výdušná štola 4 - slepá jáma 5 - překop 6 - směrné chodby 7 - odval pro hlušinu 8 - těžní most 9 - úpravna 10 - odval z úpravny Obr. 3-50: Otvírka více-žilného ložiska příčnými štolami a slepou jámou Obr. 3-51: Otvírka mocného strmě uloženého ložiska směrnými štolami 38

39 Obr. 3-52: Otvírka tektonicky porušeného ložiska hlavní a pomocnou štolou Otvírka úklonnými jámami Tento způsob otvírky se používá tehdy, má-li ložisko s menším úklonem výchoz v plochém terénu blízko pod povrchem, nebo má-li ložisko opačný sklon, než je sklon svahu terénu. Úklonná jáma se může hloubit přímo v ložisku nebo v jeho podloží, a to v takové vzdálenosti, aby na ni již nepůsobily tlakové účinky a deformační projevy vyvolané dobýváním ložiska. Tento způsob byl používán v nučickém železnorudném revíru. Úklonnou jámou byla také otevírána některá hnědouhelná a lignitová ložiska. Pro odtěžení v úklonných jámách se používá vrátek, lanovka, podstavníky pro vozy, skipy, pásová doprava a nákladní vozidla. Obr. 3-53: Otvírka ložisek úklonnými jámami A - otvírka v úbočí úklonnou jámou v ložisku B - otvírka úklonnou jámou v ložisku C - otvírka úklonnou jámou a patrovými překopy v podloží D - otvírka úklonnou jámou v nadloží Otevření dolu úklonnou jámou má týto přednosti: a) jednoduchost a poměrně nízké náklady na otvírkové práce; b) poměrně rychlé zahájení dobývacích prací na patře po dokončení otvírky; c) při ražení v podloží není nutno ponechávat ochranné pilíře; d) dá se snadněji prodlužovat než jáma svislá. Otvírka úklonnou jámou má ovšem také nevýhody: a) má-li se dosáhnout stejné hloubky, je její délka větší než hloubka svislé jámy; b) náklady na udržování jam jsou mnohem větší, obzvláště při tlačivém podloží; c) jsou-li vrstvy naplavenin, jež pokrývají výchoz ložiska nebo vodorovně uložené ložisko, mocné, anebo vyskytují-li se v nich vodonosné vrstvy, je ražení úklonné jámy 39

40 mnohem obtížnější než u jámy svislé, protože je nutno tyto vrstvy procházet na větší délku. Výztuž jámy i její udržování jsou pak velmi nákladné Svislé jámy Ploše až polostrmě uložená ložiska s mocnějším nadložím a ložiska strmě uložená, upadající do velkých hloubek, otevírají se dnes všeobecně jámami svislými. Svislými jámami se otevírají ložiska uložená pod mocnějšími ležatými vrstvami sypkých hornin, popřípadě vodonosnými vrstvami, protože pronik takových vrstev svislou jámou je kratší než u jámy úklonné. Kapacita těžního zařízení ve svislých jámách je větší než v jámách úklonných, pokud se v nich netěží dopravními pásy. Svislé jámy se hloubí v ložisku, v jeho podloží nebo nadloží. Hloubení jámy přímo v ložisku se dá použít zcela výjimečně s ohledem vázání značných zásob na jámový ohradník, kde nelze nerost těžit. V minulosti se jámy umisťovaly do centra zásob. Hlavní kriterium byla nejkratší vzdálenost větrních a dopravních cest. V současné době máme k dispozici výkonnou techniku, pomocí které jsme schopni hloubit a razit větší průřezy důlních děl a tím zajistit kvalitní větrání a odtěžení na větší vzdálenosti. Nemusíme tak hloubit další výdušné jámy po obvodu důlního pole, na které v minulosti byly vázané značné zásoby Vzájemné umístění jam Rozeznáváme základní tři způsoby rozmístění jam: a) Centrální Obr. 3-54: Centrální umístění jam Jáma vtažná a jáma výdušná jsou vyhloubeny uprostřed dobývacího pole a blízko sebe. V dole jsou mezi sebou spojené překopem a lze tak co nejrychleji uzavřít větrní okruh. Ražba dalších překopů není větrána pomocí luten až z povrchu. Výhodou je i jeden společný ohradník pro obě jámy. Při dobývání okrajových částí důlního pole jsou větrní cesty delší. Odpor větrních cest v současnosti zmenšujeme zvětšeným průřezem důlních děl. b) Diagonální Obr. 3-55: Diagonální umístění jam Diagonální umístění vtažné a výdušných jam bylo využíváno v minulosti, kdy průřezy důlních děl byly podstatně menší, a byl problém odvětrat okrajové části důlního pole. Nevýhodou bylo hloubení většího počtu jam a velký počet ohradníků. Nevýhodou bylo i ražení prvního oddílového překopu se separátním větráním vedeným až z povrchu. 40

41 c) Kombinované Obr. 3-56: Kombinované umístění jam U kombinovaného umístění jam byly výhody a nevýhody obdobné jako u diagonálního umístění jam, pouze ražba prvního oddílového překopu nebyla větrána až z povrchu Znehodnocení dobývacího prostoru ochrannými pilíři Jáma by se měla založit tak, aby zásoby užitkového nerostu v ochranném pilíři byly co nejmenší. Na obrázku číslo 3-57 je vidět, jak se s přibývající hloubkou znehodnocuje dobývací prostor zvětšujícími se ochrannými pilíři. Ochranné pilíře nejsou jen kolem jam, musíme je také ponechávat pod důležitými objekty na povrchu i v podzemí. Obr. 3-57: Ochranné pilíře Půdorys ochranného pilíře: na 1. patře na 2. patře na 6. patře Umístění jam Jámu je též vhodné umístit v místě vyhlušení ložiska (obr. 3-58). Pokud je to možné, je výhodné založit jámu mimo ložisko a v dostatečné vzdálenosti od ložiska, aby nebyla vlastní jáma ohrožena účinky dobývání. Obr. 3-58: Jáma v místě vyhlušení ložiska 41

42 Základní typy svislých jam Jámy hloubíme většinou kruhového průřezu. Podle využití je rozdělujeme na vtažné, většinou sloužící pro dopravu mužstva a materiálu (obr. 3-59), a výdušné jámy, sloužící k dopravě těživa. V jámách používáme klece jednoetážové až čtyřetážové s užitečným zatížením od 2500 kg do kg, při mimořádné jízdě až do kg. Ve čtyřech etážích umožňují přepravu až 240 osob při jedné jízdě. Klece můžou být rovněž upraveny pro transport materiálu v podvěsu pod patou klece. Největší výkonnost v přepravě těživa na povrch mají skipové jámy (obr. 3-60). Užitečné zatížení sypkých hmot lze volit od 1500 kg do kg pro jednu jízdu v jedné nádobě. Skipová nádoba Dolu Darkov na užitečné zatížení kg a celkové výšce 25 m viz obrázek Obr. 3-59: Těžní jáma 1 - Klecové oddělení, případně skipové oddělení 2 - Klecové oddělení 3 - Lezní oddělení 4 - Oddělení pro vzduchové a degazační potrubí, případně dusíkovod 5 - Oddělení pro požární vodovod a výtlačné potrubí, klimatizační a popílkové potrubí 6 - Oddělení pro kabely 7 - Průvodnice 8 - Rozpony 9 - Žebříky 10 - Odpočívací povaly Obr. 3-60: Skipová jáma Obr. 3-61: Skipová nádoba 42

43 3.4.4 Náraží Na každém patře se přímo u jámy zakládají větší manipulační prostory, tzv. náraží, které zprostředkují spojení jámy s ostatními důlními díly. Přímý přechod z jámy do vodorovného náraží se nazývá náraziště (obr. 3-62). Je to místo, kde se narážejí vozy do klece, kde do klecí nastupují a z nich vystupují lidé, kde jsou signály, telefony apod. V průniku jámy s nárazištěm je jeho výška největší, aby bylo možno spouštět do dolu dlouhý materiál (kolejnice, roury a pod.), aby mohli pracovníci nastupovat a vstupovat najednou, např. do čtyř etáží klece a výjezd pracovníků by mohl proběhnout v co nejkratší době. Obr. 3-62: Náraziště Náraží s oběhem vozů Pokračováním náraziště je náraží, které je možno označit za důlní náraží. Soustřeďuje se v něm na jedné straně těžba nerostu nebo hlušiny, různý materiál určený pro dopravu na povrch, na druhé straně prázdné vozy, různý materiál nebo strojní zařízení určené pro dopravu na pracoviště. Je tam položeno několik kolejí vedle sebe, aby manipulace s vozy byla snadná, aby pro každou klec byla samostatná kolej na plné i prázdné straně a bylo dostatek místa pro sestavování vozů do vlaků. Zároveň musí být dostatek odstavných kolejí pro vozy s materiálem, strojním zařízením, hlušinami a pod. V náraží samém anebo v jeho blízkosti jsou umístěna důležitá důlní díla, potřebná pro provoz, tzv. komory. Patří k nim remízy pro důlní lokomotivy, transformační stanice a rozvodny, čerpací stanice s žumpovními překopy a pod. 43

44 Obr. 3-63: Náraží, oběhy vozů a komory v moderním dole Rozčleňování a příprava ložiska na patře pro dobývání Z náraží se razí napříč vrstvami hlavní překopy, které zpřístupňují jednotlivé části dobývacího pole. Překřížením ložiska nebo skupiny ložisek hlavním překopem se končí vlastní otvírka ložiska. Z hlavních překopů se razí směrné překopy mimo ložisko nebo směrné sledné chodby v ložisku a z nich příčné překopy. Jsou to hlavní dopravní a větrní cesty, jimiž se ložisko rozděluje na vhodné úseky nazývané důlní pole nebo důlní oddělení. Z těchto hlavních důlních děl se razí v užitkovém nerostu směrné a úklonné chodby, prorážky a komíny, kterými se ložisko rozděluje na vhodné menší plochy nebo bloky. Ty se podrobně rozdělují na poruby, v nichž se teprve užitkový nerost dobývá Překopy Překopy jsou otvírková důlní díla ražená v průvodní hornině za účelem dosažení ložiska. Podle účelu je dělíme na: a) Hlavní patrové (umožňují spojení jámy s ložiskem) b) Oddílové (zpřístupňují jednotlivá důlní oddělení) c) Spojovací (spojují přípravná důlní díla v jednotlivých slojích) d) Vyřizovací (procházejí tektonickou poruchou) e) Žumpovní (slouží ke shromažďování důlních vod) f) Mezipatrové 44

45 Obr. 3-64: Hlavní patrový překop Obr. 3-65: Ražba spojovacího překopu Typy odboček z překopů Typy odboček z překopů jsou dány způsobem dopravy. Pokud se jedná o kolejovou dopravu, odbočky je nutno zhotovit s plynulým odbočením o poloměru 15 až 30m (obr a 3-67). Obr. 3-66: Odbočka z překopu "Sloupová" Obr. 3-67: Vidlice "Sloupová" U dopravy závěsnou drážkou ZD-24 můžeme zhotovit odbočky pravoúhlé (obr. 3-68). Na zhotovení jsou méně náročné. Oboustrannou odbočku s plynulým přechodem by šlo zhotovit jen ve velmi pevných horninách a jednalo by se o velkoprostorové důlní dílo s vysokými náklady. Pokud potřebujeme odbočit vlevo i vpravo, nejdříve odbočíme na jednu stranu a s odstupem na druhou stranu. Pravoúhlé oboustranné odbočky (obr. 3-69) jsou technicky vyřešené. Obr. 3-68: Pravoúhlá odbočka Obr. 3-69: Pravoúhlé oboustranné odbočky 45

46 Příprava ložiska na dobývání Přípravu ložiska pro dobývání začínáme vyražením základny, pásové a dopravní třídy a prorážky (obr. 3-70). K odtěžení horniny v důlních provozech používáme zejména pásové dopravníky. Pásovou třídu proto razíme v přímce a případné menší tektonické poruchy se snažíme procházet takovým způsobem, aby mohly být pásové dopravníky nainstalovány. Obr. 3-70: Ložisko připravené na dobývání. Dopravní třídu se snažíme vyrazit takovým způsobem, aby byla délka porubu konstantní z důvodu náročnosti prodlužování případně zkracování délky porubu. Prorážku razíme v ložisku pokud možno bez přibírek počvy a stropu, nejčastěji kolmo na pásovou třídu dle použité technologie. Šířka prorážky je dána typem výztuže. U mocnějších vrstev musíme prorážku ještě rozšířit, aby v ní šlo mechanizovanou výztuž vytočit kolmo na pilíř a upnout (obr. 3-72). Obr. 3-71: Pásová chodba porubu Obr. 3-72: Rozšířená prorážka 3.5 Ostatní důlní díla Pro zajištění provozu používáme další důlní díla jako šibíky, zásobníky, kolejový dispečink (obr. 3-73), důlní mechanickou dílnu se svařovnou, dílnu hydrauliky, požární sklad a podobně. Pro montáž a demontáž mechanizované výztuže zhotovujeme speciální montážní a demontážní komory (obr. 3-74), které pro montáž největších mechanizovaných výztuží dosahují výšky až 5,5 m. Obr. 3-73: Důlní kolejový dispečink Obr. 3-74: Montážní komora 46

47 4 Mechanika hornin a důlní tlaky Mechanika hornin se zabývá nejen studiem, zjišťováním a zhodnocováním fyzikálních a mechanických vlastností jednotlivých hornin, ale také vysvětlováním všech projevů horninového prostředí vyvolaných hornickými pracemi. S prudkým rozvojem hornictví přechází dobývání do větších hloubek, kde přibývají nové problémy, jako je zvětšující se horský tlak a jeho projevy, zvýšená teplota hornin, větší relativní vlhkost větrů, otřesy, plynové erupce apod. Tyto problémy nelze však řešit bez mechaniky hornin a znalosti zákonitostí důlních tlaků, musí být řešeny soustavně a v úzké spolupráci praktiků a vědeckovýzkumných pracovníků. 4.1 Základní fyzikálně mechanické vlastnosti hornin K vysvětlení tlakových poměrů v důlních dílech je nutné znát fyzikálně mechanické vlastnosti hornin, a to nejen vlastnosti ložiskové výplně, ale také vlastnosti nadložních a podložních hornin. Vcelku je možno říci, že fyzikálně mechanické vlastnosti hornin se mění - za jinak stejných přírodních podmínek - v širokých mezích, a to nejen podle druhu horniny, ale dokonce u stejných typů horniny. Jsou závislé především na genezi (zrodu, vzniku) hornin, na nynějších úložních poměrech, geologickém stáří, tektonice pohoří, stavu zvětrání, obsahu vody a dalších činitelích Fyzikální vlastnosti hornin a) Objemová hmotnost horniny (ϱ o ) je hmotnost objemové jednotky horniny v rostlém stavu (včetně vody, pórů a dutin). Vyjadřuje se v kg/m 3. Objemová hmotnost u uhlí je v rozmezí až kg/m 3, u kamenné soli kg/m 3, u karbonských hornin až kg/m 3, u barytu kg/m 3, u galenitu kg/m 3 atd. b) Měrná hmotnost (ϱ) je hmotnost objemové jednotky vysušené horniny bez pórů a dutin; zahrnuje tedy pouze pevnou fázi horniny, a proto je hodnota měrné hmotnosti vyšší než objemové hmotnosti. Vyjadřuje se v kg/m 3. c) Měrná tíha (γ) - podíl tíhy a objemu horniny. Tíhové působení jednotkového objemu horniny (nadloží na výztuž). γ = ϱ o.g [ N.m -3 ] g = přibližně 10m.s -2 (g - tíhové zrychlení) d) Vlhkost horniny je poměr hmotnosti vody, kterou lze z horniny odstranit vysušením při teplotě 105 C, k hmotnosti vysušené horniny. Udává se v procentech a pohybuje se např. v uhlí OKR v rozmezí 0,5 až 5 %, u písků 0 až 10 %, u karbonských hornin 1 až 4 % apod. e) Pórovitostí p se rozumí poměr objemu pórů a dutin k celkovému objemu horniny. Vypočte se ze vztahu: kde ϱ je měrná hmotnost horniny [kg/m 3 ], ϱ o - objemová hmotnost vysušené horniny [kg/m 3 ]. Pórovitost bývá u eruptivních hornin do 1 %, u uhlí od 3 do 40 %, u slepence od 4 do 15 %, u vápenců od 0,65 do 2,5 % atd. f) Zkypřitelností se všeobecně rozumí schopnost horniny zvětšovat svůj objem vlivem rozrušení. Vyjadřuje se koeficientem nakypření k, který udává poměr nově vzniklého objemu rozrušené horniny k původnímu objemu horniny v rostlém stavu. Rozeznáváme koeficient okamžitého nakypření k o, který se pohybuje v rozmezí 1,01 až 2,2 a koeficient trvalého nakypření k t, který je 1,01 až 1,2. Koeficient nakypření závisí na povaze původní horniny, na vlhkosti, na zrnitosti a na zhutnění horniny. 47

48 g) Stlačitelností se rozumí poměr zmenšení objemu rozrušené horniny (např. základky) za působení tlaku k jejímu původnímu (nakypřenému) objemu. Stlačitelnost se vyjadřuje v procentech a bývá u sypkých hornin a základky v rozmezí 0 až 50 %. Závisí na velikosti tlaku, který způsoboval stlačování, a na dalších činitelích (na zrnitosti, skladbě zrn, obsahu příměsí a vlhkosti). h) Sypná hmotnost (ϱ s ) je definována jako hmotnost objemové jednotky rozpojené horniny ve volně sypaném stavu. Závisí na objemové hmotnosti, zrnitosti nakypřené horniny a koeficientu okamžitého nakypření: kde ϱ o je objemová hmotnost rostlé horniny [kg/m 3 ], k o - koeficient okamžitého nakypření. S pojmem sypná hmotnost se setkáváme při propočtu plnění obsahu důlních vozů, skipů apod Mechanické vlastnosti hornin Působí-li na vzorek horniny nějaká vnější síla, vzorek se začne deformovat a nakonec se poruší. V dole vznikají různé druhy namáhání, především namáhání v tlaku, tahu, smyku a ohybu. Namáhání hornin se může dít vnější silou nebo také vlastní tíhou. Při zatěžování vzorku silou F zjistíme, že se vzorek podélně stlačuje (zkracuje - Δl) a příčně roztahuje - ΔR (obr. 4-1). Obr. 4-1: Průběh deformace vzorku při stlačování F - tlaková síla na vzorek R - poloměr vzorku ΔR - příčné rozšíření vzorku při zatížení l - původní délka vzorku Δl - podélné zkrácení vzorku Velikost podélné deformace v závislosti na síle F se zobrazuje v tzv. pracovním diagramu (obr. 4-2), na němž jsou charakteristické tři body: A, B a C. Obr. 4-2: Pracovní diagram horniny při namáhání tlakem A - mez úměrnosti; B - mez pružnosti; C - mez pevnosti; Ϭ d - tlak; ε - relativní podélné zkrácení vzorku F - tlaková síla Δl - podélné zkrácení vzorku 48

49 Bod A udává bod úměrnosti, tj. napětí, při němž se vzorek ještě rovnoměrně stlačuje v závislosti na tlaku. Průběh pracovního diagramu po mez úměrnosti je přímkový. Bod B představuje mez pružnosti, která určuje maximální napětí, při němž se hornina chová ještě pružně a je schopna po odlehčení se opět dostat do původního stavu. Mezi bodem A a B dochází k většímu nárůstu podélného zkrácení vzorku při stejném nárůstu zatížení než mezi body 0 a A. Bod C je mez pevnosti, která udává napětí, při němž se vzorek poruší. Mezi bodem B a C dochází k nevratným změnám v rozměrech a struktuře vzorku. V technické literatuře se zpravidla setkáváme s pojmem pevnost. Tímto pojmem označujeme odpor horniny proti rozrušení vyjádřený maximálním tlakovým napětím v MPa, při němž nastane rozrušení horniny. Protože hornina neklade stejný odpor při všech způsobech namáhání, musí se vždy uvést druh namáhání, a podle toho se rozlišuje: pevnost v prostém tlaku, pevnost v příčném tahu, pevnost v ohybu, pevnost ve smyku a pevnost vtlačná. Pevnost v prostém (jednoosém) tlaku Udává tlakové napětí, při kterém se vzorek poruší tlakovou silou. Pevnost v tlaku se vypočte ze vztahu: kde F je rozrušující tlaková síla [N], S - počáteční průřez vzorku [m 2 ]. Tabulka č. 5: Pevnosti vybraných hornin HORNINY PEVNOST V PROSTÉM TLAKU Ϭ d [MPa] OD DO ŽULA MAG SYENITY MA DIORITY TIC GABRO A DIABÁZY KÉ BAZALTY RULY META KVARCITY MOR MRAMORY FO KRYSTALICKÉ BŘIDLICE VA HLINITÉ BŘIDLICE NÉ SERPENTINITY UHLÍ OKR 7 45 SEDI JÍLOVEC OKR MEN PRACHOVEC OKR TÁR PÍSKOVEC OKR NÍ SLEPENEC OKR Pevnost v příčném tahu Pevnost v prostém tahu se stanoví na trámečcích horniny namáhaných v čelistech trhacího stroje. Tato metoda je však velmi náročná na zhotovení vhodných zkušebních vzorků, a proto se u hornin měří tzv. pevnost v příčném tahu. Vzorek horniny se postupně zatěžuje na plášti 49

50 (obr. 4-3), až se objeví porušení vzorku svislou trhlinou. V místech trhliny působí maximální tahové napětí, které se vypočte z výrazu: Obr. 4-3: Pevnost v příčném tahu kde F je rozrušující tlaková síla [MPa], R - poloměr válečku [m], b - délka válečku [m]. Pevnost hornin v příčném tahu bývá z pravidla od 1/15 do 1/10 pevnosti v prostém tlaku! Takto zmenšená pevnost horniny se projevuje zejména v nezaložených bocích dlouhých důlních děl a v neopříčeném pilíři v rubáních. Pevnost v ohybu Pevnost v ohybu se zjišťuje obvykle na trámečcích horniny, které se umístí mezi dvě podpěry. Vzorek se zatěžuje uprostřed vzdálenosti mezi podpěrami (obr. 4-4). Pevnost v ohybu se určí ze vzorce: Obr. 4-4: Pevnost v ohybu Pevnost hornin v ohybu se pohybuje od 1/17 do 1/10 pevnosti v prostém tlaku! Takto zmenšená pevnost horniny se projevuje zejména při ražení důlních děl při nezaložení stropu a nedopnutí výztuže v porubu. Pevnost ve smyku (střihu) Pevnost ve smyku se obvykle měří v kombinaci s tlakem ve skloněných matracích (obr. 4-5) na válečkových nebo na krychlových vzorcích horniny. Zatěžovaný vzorek je namáhán normálovou sílou N, která vzorek stlačuje, a smykovou sílou T, která vzorek usmykne. Velikost pevnosti ve smyku se určí z výrazu: Obr. 4-5: Pevnost ve smyku Pevnost horniny ve smyku bývá v rozmezí od 1/20 do 1/5 pevnosti v tlaku! Takto zmenšená pevnost horniny se projevuje zejména v porubech při nedostatečném předpětí vytvořeném výztuží, přičemž dojde ke střihu ve stropě podél pilíře a k zatlačení mechanizované výztuže. 50

51 Na základě měření pevnosti hornin v tlaku - zavedením koeficientu pevnosti f, který se rovná jedné desetině pevnosti horniny v prostém tlaku vyjádřeném v Pa - roztřídil Protodjakonov veškeré horniny do deseti pevnostních tříd (tab. 6). Tato klasifikace je velmi výhodná k předběžnému stanovení pevnosti hornin. Úhel vnitřního tření φ se přibližně vypočte z koeficientu tření, který se podle Protodjakonova rovná koeficientu pevnosti horniny, ze vztahu: tg φ = f Koeficient tření charakterizuje poměr mezního odporu tangenciální síly způsobující smyk k normálovému tlaku na smykovou plochu vlivem tření mezi částicemi hornin. Velikost úhlu vnitřního tření závisí na velikosti normálového tlaku a je možné ho přibližně určit z tabulky 6. Tabulka č. 6: Klasifikace hornin podle Prof. M. M. Protodjakonova Třída Stupeň tvrdosti Druh horniny Úhel Koeficient vnitřního hornin pevnosti f tření φ I nejtvrdší Nejtvrdší, hutné a soudržné křemence ʹ a čediče II velmi tvrdé Velmi tvrdé žulové horniny, křemitý porfyr, ʹ křemité břidlice, nejtvrdší pískovce a vápence III tvrdé Žula a žulové horniny, velmi tvrdé pískovce ʹ a vápence, křemité rudní žíly, tvrdé slepence, velmi tvrdé železné rudy IIIa tvrdé Vápence, málo tvrdá žula, tvrdé pískovce, ʹ tvrdý mramor, dolomit, kyzy IV dosti tvrdé Obyčejný pískovec, železné rudy ʹ IVa dosti tvrdé Písčité břidlice, břidličné pískovce ʹ V středně tvrdé Tvrdé hlinité břidlice, málo tvrdý pískovec ʹ a vápenec, měkký slepenec Va středně tvrdé Různé břidlice, pevný slin, málo pevné ʹ železné rudy VI dosti měkké Měkká břidlice, velmi měkký vápenec, křída, ʹ kamenná sůl, sádrovec, zmrzlá půda, antracit, obyčejný slín, porušený pískovec, stmelené oblázky, kamenitá půda VIa dosti měkké Štěrková půda, rozrušená břidlice, uhelné 1, ʹ oblázky a štěrk, tvrdé kamenné uhlí, ztvrdlá hlína VII měkké Hlína, měkké kamenné uhlí, tvrdá hlinitá půda 1, ʹ VIIa měkké Lehká písčitá hlína, spraš, říční štěrk 0, ʹ VIII zemité Ornice, rašelina, lehká písčitá půda, vlhký 0, ʹ písek IX sypké Písek, suti, drobný štěrk, nasypaná půda, 0, ʹ dobyté uhlí X kuřavkové Kuřavka, bažinatá půda, rozmočená spraš, rozmočená půda 0, ʹ 51

52 Modul pružnosti v tlaku Modul pružnosti v tlaku udává pro horninu zatíženou do meze pružnosti poměr mezi napětím a relativní deformací podle Hookova zákona: Velikost modulu pružnosti u hornin velmi kolísá, u uhlí je 1,3 až 5 MPa, u siltovce 5 až 10 MPa, u vápence 20 až 30 MPa atd. Poissonovo číslo Poissonovo číslo μ vyjadřuje poměr mezi relativním příčným rozšířením a relativním podélným stlačením (obr. 4.1): kde ε p je příčné relativní rozšíření (poměr ΔR/R ), ε - podélné relativní zkrácení (poměr Δl/l ). Velikost Poissonova čísla je u hornin v rozmezí 0,1 až 0, Technologické vlastnosti hornin Pod pojmem technologické vlastnosti rozumíme schopnost horniny odolávat rozpojovacímu působení nástroje a aktivně narušovat vlastnosti tohoto nástroje tak, aby účinnost rozpojovacího procesu klesala. Odolnost proti rozpojení je určena pevností horniny, způsobem namáhání, trhlinovatostí, vlhkostí apod. Tvrdostí hornin rozumíme odpor proti vnikání cizího tělesa do horniny. Nejznámější stupnicí tvrdosti je Mohsova stupnice, která rozděluje jednotlivé minerály na deset stupňů (mastek, sádrovec, kalcit, fluorit apatit, ortoklas, křemen, topas, korund a diamant) a je sestavena na základě schopnosti vrypu minerálu následujícího do minerálu předchozího. Vrtatelnost je možno posuzovat podle rychlosti vrtání smluveným nástrojem za jinak stejných podmínek práce. Řezný odpor je odpor proti působení pracovních orgánů strojů pracujících na principu řezání, jako jsou kombajny, pluhy apod. Drtitelnost hornin se uplatňuje především při trhacích pracích, kde se vychází z množství trhavin potřebného k rozdrcení 1 m 3 rostlé horniny. Abrazivnost horniny je schopnost narušovat pracovní orgán nástroje povrchovým opotřebováním, čímž jeho rozpojovací účinnost klesá. Abrazivní horniny způsobují ve velké míře opotřebování žlabů a hřebel hřeblových dopravníků, kde se pak snažíme použít jinou technologii dopravy Elasticita a plasticita hornin Působí-li na horninu vnější síly, nastává deformace horniny. Po odstranění vnější síly se buď hornina vrátí do původního stavu - říkáme, že hornina je elastická (pružná) - nebo si ponechá získaný tvar - říkáme, že hornina je plastická (tvárná). Elasticita neboli pružnost horniny je schopnost horniny hromadit mechanickou energii, která po odstranění vnější síly vrátí horninové těleso do původní polohy. Uvnitř horniny nastává jen 52

53 nepatrný posuv atomů v krystalové mřížce. Tento proces je možný pouze při namáhání horniny do meze pružnosti (bod B na obrázku 4-6). Obr. 4-6: Pracovní diagram tlakové zkoušky B - mez pružnosti C - mez pevnosti Plasticita neboli tvárnost je schopnost hornin měnit působením vnějších sil svůj tvar při zachování objemu, přičemž získaná deformace zůstává trvalou. Horniny mohou být přirozeně plastické, jako jsou jíly a slíny, které tvoří pokryvný útvar OKR, nebo se stanou plastickými překročením meze pružnosti. Takového stavu mohou dosáhnout horniny ve velkých hloubkách, kde se stávají plastickými; tím vznikají zvětšené tlakové a deformační projevy a snižuje se tak stabilita důlních děl Způsoby rozrušování hornin R. Kvapil rozeznává tři druhy rozrušování hornin, a to: a) Rozrušování rozpukáním. Vyznačuje se tím, že se potenciální energie v hornině hromadí až do meze její pružnosti, kdy se tato nahromaděná energie mění na práci, která horninu rozruší. b) Rozrušování plasticitou. Je charakterizováno tím, že se při všestranném tlaku potenciální energie, která se nahromadila až do meze pružnosti, při dalším namáhání přeměňuje na energii jiného druhu, a to energii kinetickou nebo energii záření. c) Rozrušování tříštěním. Vzniká obvykle velmi rychlým zatížením, takže částice horniny nejsou schopny převést prudký vzrůst namáhání normální deformací. Nastává tu zpožďování deformace za napětím. Způsob rozrušování tříštěním přichází v úvahu zpravidla při důlních otřesech. 4.2 Tlakové a deformační projevy horninového prostředí Pojem horských a důlních tlaků Na libovolnou částici horniny v neporušeném horském masivu působí tlak nadložních vrstev, který je úměrný hloubce a objemové tíze hornin a šíří se všemi směry. Protože částice horniny se nemohou roztahovat do stran a jsou tlačeny sousedními částicemi, je každá částice pod všestranným tlakem a pohoří je udržováno v rovnovážném stavu. Zvolíme-li souřadnicový systém os x, y, z podle obr. 4-7, pak tíha nadložních vrstev působí ve svislém směru, tj. ve směru zemské tíže. Tento vertikální tlak p z lze vypočítat ze vzorce: p z = h.ϱ.g = h.γ [Pa] kde h je hloubka uložení pod povrchem [m], ϱ je hustota [kg.m -3 ], g je tíhové zrychlení [m.s -2 ], γ je měrná tíha [N.m -3 ]. 53

54 Obr. 4-7: Stav napjatosti v neporušeném horském masivu Horizontální tlak p x a p y je dán výrazem: p x = p y = k.p z kde k je koeficient bočního odporu horniny. Počvový tlak p d je dán vztahem: p d = p x.k = p y.k = k 2. p z k je koeficient bočního odporu horniny, který závisí na fyzikálně mechanických vlastnostech horniny a na stavu horniny: a) v pružném stavu: kde μ je Poinsonovo číslo horniny b) v plastickém stavu: k = 1 c) pro sypké horniny: kde φ je úhel vnitřního tření horniny. Ražením důlních děl vznikají v jejich sousedství zvýšené tlaky, které rozrušují okolní horniny. Tyto horniny se pak pohybují do důlního díla. Tlaky vyvolané v okolí důlních děl mají dynamický charakter a označují se jako důlní tlaky Výzkum horských tlaků K řešení problematiky horských tlaků a stavů napjatosti v okolí důlních děl se používá především těchto metod: a) metody laboratorně experimentální, b) metody přímého měření v dole, c) metody matematické analýzy. Ke komplexnímu výzkumu tlakových projevů v dole je nutné mnohdy použít všech uvedených metod, neboť se navzájem kontrolují a doplňují. Konečným cílem výzkumu je objevení vztahů a zákonitostí, kterými se řídí různé projevy horských tlaků. Na jejich základě je pak možné předvídat průběh těchto jevů ještě před započetím důlních prací a již při projektování a plánování volit účinná opatření Laboratorní výzkum důlních tlaků K vysvětlení tlakových projevů v okolí důlních děl je důležité především znát fyzikálně mechanické vlastnosti ložiskové výplně a okolních hornin, geologickou a tektonickou stavbu ložiska a mnoho dalších činitelů. Tito činitelé se navzájem ovlivňují podle určitých 54

55 zákonitostí, které nejsou vždy známy. Při řešení některých problémů mohou pomoci experimentální metody výzkumu na modelech. Tyto metody jsou založeny na teorii podobnosti, která přesně vymezuje podmínky, za nichž musí modelový pokus probíhat. Podle způsobu modelování rozeznáváme: a) modely z ekvivalentních materiálů, b) modely fotoelasticimetrické. Modely z ekvivalentních materiálů Modely z ekvivalentních materiálů se připravují v modelovacích rámech. Požadovaná část horninového prostředí se zhotoví v určitém měřítku tak, aby jednotlivé vrstvy byly z ekvivalentních materiálů, jejichž vlastnosti v modelové analogii odpovídají skutečným horninám a podmínkám podobnosti. Při vlastním pokusu napodobujeme v modelu určité operace, přičemž sledujeme citlivými přístroji průběh napjatosti v modelu a pohyb jednotlivých vrstev modelu. Výsledky měření se zhodnotí a pak se usuzuje na skutečný průběh procesů v přírodě. Metodou modelování ekvivalentními materiály lze zkoumat průběh tlaků v okolí důlních děl, proces zavalování nadložních hornin, vlivy dobývání na povrch, součinnost výztuže s okolními horninami atd. (obr. 4-8 a obr. 4-9). Obr. 4-8: Model z ekvivalentních materiálů Obr. 4-9: Průběh tlaku - zavalování nadložních hornin porubu v nadloží porubu 1 - nadloží sloje; 2 - uhelná sloj; 3 - model porubní výztuže Fotoelasticimetrické modely Fotoelasticimetrické modely představují experimentální metodu, jejíž princip spočívá ve využití vlastností některých průhledných látek, které se v napjatém stavu chovají jako látky izotropní, a při zatížení jako látky krystalické. Takové materiály označujeme jako opticky citlivé; nejznámější z nich jsou sklo, plexisklo, celuloid a želatina. Z těchto materiálů se zhotoví vlastní model představující důlní dílo, zatíží se a uloží do fotoelasticimetrického přístroje, kde se model pozoruje v polarizovaném světle. Na předním polarizačním filtru přístroje se objeví za určitých metodických podmínek zkoušky tmavé nebo barevné čáry, podle nichž se dá usuzovat na průběh a velikost tlaků v okolí důlního díla. Na obrázku 4-10 je znázorněn průběh maximálních smykových napětí pod porubní stojkou, která je zatížena centricky. Je-li stojka zatížena excentricky, pak je průběh maximálních smykových napětí jiný (obr. 4-11) a zvýšená napětí se soustřeďují pod více zatíženou část patky stojky. To zatížení je nevhodné, protože se snadněji poruší počva sloje a sníží se únosnost stojky. 55

56 Obr. 4-10: Pravidelný průběh napětí Obr. 4-11: Nepravidelný průběh napětí Výzkum tlaků v důlních podmínkách Účelem důlních výzkumů je získat znalosti o průběhu tlaků a účincích tlakových projevů na důlní dílo a jeho výztuž v závislosti na čase. Podle výsledků měření je možno navrhnout technologii dobývání a typ výztuže a určit životnost sledovaného důlního díla. K měření se používají přístroje, které musí být přizpůsobeny důlním podmínkám po stránce technické i bezpečnostní. Je třeba používat jednotlivých metodik měření a většího počtu přístrojů, aby se dosažené výsledky co nejvíce blížily skutečnosti. Měřicí přístroje můžeme rozdělit na tři skupiny: a) přístroje na měření vzájemného pohybu hornin, b) přístroje na měření tlaku hornin na výztuž, c) přístroje na měření napětí v horninách. a) První skupina přístrojů je určena k měření vzájemného pohybu hornin. Slouží ke stanovení relativních pohybů ve svislém, případně i vodorovném směru, které nastaly v důlních dílech a okolních horninách vlivem hornické činnosti. Patří sem především tyto přístroje: Konvergenční stojka a konvergenční přístroj Obr Obr Konvergenční stojka (obr. 4-12), která slouží k měření konvergence (sbližování stropu a počvy) v důlních dílech. Skládá se ze dvou do sebe zasouvatelných ocelových trubek, jejichž vnější konce jsou opatřeny hroty. Na obdobném principu jsou taky založeny registrační přístroje, opatřené navíc převodovým mechanismem a hodinovým strojkem (obr. 4-13). Tyto přístroje zaznamenávají časový průběh konvergence v důlním díle. 1 - vlastní přístroj, 2 - kladka, 3 - kovové pásky, 4 - závaží, 5 - kotvy, 6 - odečítací a záznamové zařízení. 56

57 Přístroj k měření osové deformace vrtu Obr Přístroj k měření osové deformace vrtu (obr. 4-14) se skládá z měřicí desky, kovových měřítek a měřicích lanek, která se vsunují do určitých míst vrtu, kde se zakotví. Tímto přístrojem se zpravidla měří odtržení horninových lávek nad dobývanou slojí. K těmto přístrojům lze zařadit i nivelační přístroj k měření ohybu horninových vrstev apod. 1 - měřicí deska, 2 - kladky, 3 - měřicí lanka, která jsou jedním koncem pevně uchycena ve vrtu, a druhým koncem jsou napojena na měřítka, 4 - kotvící zařízení ve vrtu. b) Přístroje k měření tlaku hornin na výztuž slouží k zjištění zatížení výztuže v libovolném místě nebo k měření únosnosti hornin proti vnikání výztuže. Typy použitých přístrojů určuje charakter výztuže a její součinnost s okolními horninami. Obr. 4-15: Dynamometr BE-04 Obr. 4-16: Dynamometr DHZ-2 Hydraulický dynamometr BE-04 slouží hlavně k měření zatížení strojek v porubu a k zjišťování provozní charakteristiky stojek (závislost zatížení stojek na prokluzu). Hydraulický dynamometr DHZ-2 se používá k zjišťování odporu zvonkové obloukové výztuže chodeb. Obr. 4-17: Sledování tlaku v hydraulických stojkách v mechanizovaném porubu 57

58 V porubech s novější technologií lze sledovat u porubu nebo na ostatních řídících stanovištích tlak v hydraulických stojkách u jednotlivých mechanizovaných výztuží. Na obr vidíme upínací tlak 313 barů u jednotlivých mechanizovaných výztuží zeleným zbarvením. Červeně jsou označeny neupnuté sekce. U mechanizovaných výztuží, kde je mírně zvýšený tlak na výztuž, je zbarvení žluté a podstatné zvýšení tlaku na mechanizovanou výztuž je zaznamenáno šedou barvou. Výhodou je rovněž dlouhodobá archivace tlakových poměrů v porubu. Obr. 4-19: Mechanicko hydraulický tahoměr Mechanicko hydraulický tahoměr (obr. 4-19) je určen k měření pevnosti zakotvení svorníků. 1 - svorník, 2 - objímka, 3 - dynamometr, 4 - manometr, 5 - podložka, 6 - páka. Obr. 4-20: Hydraulická stojka k měření únosnosti počvy Měřicí stojka únosnosti slouží k měření únosnosti počvy. Je to v podstatě upravená stojka (obr. 4-20), opatřená manometrem a zařízením k zabořování stojky. Při měření se stojka pokládá na měřicí podložku, která je pomocí stojky postupně zatlačována do počvy. Zkoušená vrstva klade dalšímu vnikání měřicí desky určitý měrný odpor, zvaný únosnost počvy. 1 - opěrná deska, 2 - objímka, 3 - manometr, 4 - páka k čerpání oleje, 5 - měřicí deska, 6 - ocejchovaná tyč k měření zaboření stojky do počvy. c) Třetí skupinu tvoří přístroje k měření napětí uvnitř horského masivu a v horninových pilířích. Rozložení napětí v horninovém prostředí, vyvolaného hornickými pracemi, se zjišťuje značně obtížně a získané hodnoty jsou jen přibližné. Používané přístroje pracují na principu hydraulickém, elektricko-odporovém, na změně vodivosti pružných vln v závislosti na změně napětí nebo s použitím radioizotopů. 58

59 4.2.3 Projevy důlních tlaků Vlivem ražení důlních děl nastává v jejich okolí pohyb hornin, který způsobuje deformaci původního průřezu důlního díla. Velikost deformace závisí především na fyzikálně mechanických vlastnostech hornin a na velikosti tlaku. Deformace se projevují nejen zalamováním stropu, boků i počvy důlního díla, ale též změnou tvaru a změnou polohy. Ve svislých dílech se může vlivem důlních tlaků změnit kruhový průřez na eliptický nebo se může vychýlit jeho svislá osa. Nepříznivý vliv na tlakové poměry v okolí jámy má také střídání různých vrstev a tektonik, zejména šikmě uložených. Největší deformace výztuže nastane tehdy, když se jáma dostane do tlakového pásma porubů, např. při dobývání jeho ohradníku. V dlouhých důlních dílech jsou časté nesymetrické deformace důlního díla, které jsou způsobeny především bočním tlakem v šikmě uložených vrstvách (obr. 4-23), v tektonických poruchách nebo leží dílo v tlakové oblasti porubu. Důležitou úlohu tu má správná volba výztuže. Jiným druhem působení důlního tlaku je tzv. bobtnání počvy (obr. 4-21), které se projevuje zvětšováním objemu podložních hornin a jejich vtlačováním do důlního díla. Obvykle se při tom zabořuje výztuž do počvy, a tím se značně zmenší původní průřez díla. V porubech vznikají pohyby značné části horského masivu, způsobené rozměry porubu, popřípadě rychlým postupem rubání ložiska. Nebezpečnými projevy důlních tlaků jsou pilířové rány, které jsou doprovázeny odpadáváním kusů horniny z pilíře a jsou zdrojem vážných úrazů. Nejobávanějšími projevy důlních tlaků jsou důlní otřesy. Obr. 4-21: Bobtnání počvy Obr. 4-22: Vliv nesprávného založení Obr. 4-23: Vliv úklonu vrstev 4.3 Tlakové poměry v dlouhých důlních dílech Vznik tlakové oblasti Ražením dlouhého důlního díla (překopu nebo chodby) se v horském masivu poruší rovnovážný stav. V sousedství důlního díla vznikají větší napětí, která mohou překročit mez pevnosti hornin. Takto se určitá oblast v okolí důlního díla rozruší trhlinami, které porušují soudržnost s okolním horským masivem. Uvolněné horniny se pohybují směrem do důlního díla, jehož profil se zaplňuje nadložními, bočními a podložními horninami. Vzniklá oblast uvolněných hornin se nazývá oblast prostá napětí, případně tlaková oblast. Tvar a velikost této oblasti závisí na mnoha činitelích, o nichž bude pojednáno dále. V oblasti uvolněných hornin (obr. 4-24) rozeznáváme v podstatě tři pásma. Vlivem zvýšených napětí nastává přímo u profilu vyraženého díla překročení meze pevnosti horniny. 59

60 Obr. 4-24: Vznik tlakové oblasti v okolí důlního díla Rozrušené horniny se pak vtlačují do důlního díla a pohybu hornin musí čelit výztuž. Tato oblast uvolněných hornin se nazývá pásmem zavalování. Ve vyšším nadloží nenastává zavalování, ale rozrušené horniny klesají do vyrubaného prostoru tak, že po ukončení klesání se trhliny uzavírají. Tato oblast znovu srovnaných hornin tvoří pásmo zalamování. Nad pásmem zalamování nastává jen ohyb horninových vrstev, a tím vzniká pásmo prohýbání. Je-li horninový masiv tvořen tence vrstevnatými horninami, pak se každá vrstva prohýbá jinak, jednotlivé vrstvy se odchlipují a mezi nimi se tvoří mezery označované jako Weberovy dutiny. Ty se potom můžou zaplnit důlními plyny Výpočet tlaků na výztuž Na včasném, správném a spolehlivém budování výztuže závisí bezpečnost pracujících před pádem horniny a také životnost důlního díla. Jedním z činitelů ovlivňujících stabilitu díla je správně dimenzovaná výztuž, která nemá být předčasně zničena. K dimenzování výztuže je třeba znát velikost sil působících na výztuž. Všeobecně se předpokládá, že na výztuž působí tíha rozrušených hornin uvnitř tlakové oblasti, především z jejich stropní části. Proto je nutné stanovit rozměry tlakové klenby. Doposud neexistují přesné způsoby výpočtu horninového tlaku; je mnoho teorií, které vycházejí z určitých předpokladů, a proto mají omezený význam. Nejčastěji k výpočtům používáme Protodjakonovu teorii, která vychází z předpokladu, že se nad důlním dílem vytváří horninová klenba (obr. 4-25), podle níž se horniny uvnitř tlakové klenby oddělují od masivu a rozrušují se. Přirozená horninová klenba se tvoří nejen ve stropu důlního díla, ale také zasahuje do boků díla, a to v závislosti na úhlu vnitřního tření bočních hornin. Šířka tlakové klenby ve stropu důlního díla (a) se vypočte podle vztahu: Obr. 4-25: Tlaková oblast u dlouhého důlního díla podle Protodjakonova a = a o + 2. v. tg(45-φ/2) [m] kde: a o je šířka důlního díla u počvy [m], v - výška důlního díla [m], φ - úhel vnitřního tření bokových hornin [º]. Výška tlakové klenby je dána výrazem: h = a / 2f [m] kde f je koeficient pevnosti podle Protodjakonova. Z definice klenby podle Protodjakonova vyplývá, že tlaková klenba má tvar paraboly. Tíha rozrušených hornin na 1 m důlního díla se pak vypočte podle 60

61 vztahu: kde γ je měrná tíha horniny [N.m -3 ]. Ze vzorce plyne, že velikost zatížení důlní výztuže závisí přímo na čtverci šířky důlního díla a nepřímo na koeficientu pevnosti horniny, čímž činí výpočet poměrně jednoduchým. Nevýhodou této teorie je skutečnost, že nepřihlíží k vlivu hloubky uložení a nepočítá s počvovým tlakem Činitelé mající vliv na tlakovou oblast Na velikost a tvar tlakové oblasti má vliv velmi mnoho činitelů Přírodní činitelé Přírodní činitelé se dají velmi málo ovlivnit lidskou činností. Při ražení důlních děl se k nim musí přihlížet a především se jim musí přizpůsobit dimenzování výztuže. Vrstevnatost hornin značně zhoršuje tlakové poměry v okolí chodby tím, že u tence vrstevnatého nadloží je tlaková klenba mnohem vyšší než u celistvého nadloží (obr. 4-26). Obr. 4-26: Vliv vrstevnatosti nadloží na velikost tlakové klenby a) celistvé nadloží b) tence vrstevnaté nadloží Úklon vrstev Obr Úklon vrstev se projevuje tím, že se tlaková oblast přizpůsobuje úklonu. Na obrázku 4-27 je schematicky znázorněna tlaková oblast u chodby ve strmě uložené sloji, kde vlivem rozrušení uhlí komínuje a dostává se za výztuž, a tím dává možnost vzniku zapaření. 61

62 Tektonické poruchy Obr Tektonické poruchy se projevují nepříznivě již od ražení důlního díla, neboť rozrušené horniny ohrožují bezpečnost pracujících. Poruchová pásma mohou obsahovat důlní plyny nebo mohou být zvodnělá. V blízkosti poruchových pásem se zvětšuje tlaková oblast (obr. 4-28), protože porušením soudržnosti hornin se snižuje jejich pevnost. Výztuž bývá zatěžována především bočním tlakem, kterému běžně používaná výztuž špatně odolává. Z fyzikálně mechanických vlastností hornin má největší význam objemová tíha a pevnost horniny v nejširším slova smyslu. Čím jsou horniny pevnější, tím jsou tlakové poměry příznivější, což například dokazují chodby v rudných dolech, které se někdy vůbec nevyztužují. Hloubka uložení se projevuje tím, že zhoršuje mechanické vlastnosti hornin a tím i tlakové projevy Technickoprovozní činitelé Tvar a velikost profilu důlního díla musíme přizpůsobit tlakové oblasti tak, aby výztuž byla stabilní a odolávala důlním tlakům. Z teoretického hlediska je nejvýhodnějším tvarem důlního díla elipsa, avšak z provozního hlediska by byla taková výztuž velmi nákladná. Proto se v příznivých tlakových poměrech (především v plochém uložení) volí výztuž poloeliptická, i když není odolná proti bočním tlakům. V nejméně příznivých tlakových poměrech se používá kruhové výztuže, která odolává všesměrnému tlaku. Vzájemné ovlivňování důlních děl Obr Umístění dvou paralelních chodeb vedle sebe je rovněž nevýhodné, protože se vytvářejí nejen tlakové klenby nad oběma chodbami, ale postupem času se také vytváří společná tlaková oblast, jak je naznačeno na obrázku Navíc může dojít k rozdrcení uhelného pilíře mezi oběma chodbami. 1 - Tlakové oblasti jednotlivých chodeb, 2 - Společná tlaková oblast, F - Síla působící drcení uhelného pilíře 62

63 Obr. 4-30: Blízkost porubu Blízkost porubu způsobuje, že se chodby dostávají do tlakového pásma porubu, kdy výztuž není vždy schopna čelit zvýšeným tlakům. Pevnost okolních hornin je vhodné zvýšit pomocí svorníků a únosnost výztuže podvlaky, případně polygony. Trhací práce Trhacími pracemi se vytvářejí v okolních horninách trhlinky, které pomáhají rozrušovat horniny uvnitř tlakové klenby. Také tu působí nepříznivě nepravidelný výlom. Prostor mezi výztuží a horninou se musí vyplnit základkovým polštářem, a tak bývá výztuž nerovnoměrně zatěžována po celém svém obvodu Vedení důlních děl ve velkých hloubkách Postupným přechodem dolů do větších hloubek vznikají kvalitativní změny mnohých hornicko-geologických činitelů. Zvyšují se požadavky na vyztužování důlních děl (zvýšené důlní tlaky). S rostoucí hloubkou lze pozorovat porušení výztuže vlivem projevů horských tlaků, a to hlavně v horninách s menší mechanickou pevností. Zvýšené tlakové projevy si lze vysvětlit na předpokladu, že v určité hloubce, tzv. kritické hloubce, v níž nastává překročení meze pružnosti hornin, stávají se horniny plastickými. Ve velkých hloubkách se zvětšují tlakové oblasti, a proto se i zhoršují tlakové projevy. Zde je třeba mít na zřeteli, že se zvětšuje nejen vertikální tlak, ale také horizontální tlak, protože s hloubkou se zvětšuje i Poissonovo číslo (obr. 4-31) a tím se zvětšuje boční tlak - podle vztahu: Obr. 4-31: Průběh horského tlaku ve velkých hloubkách kde p x, p y a p z jsou složky tlaku ve směru os x, y, z [MPa], μ - Poissonovo číslo. Již z této úvahy vyplývá, že v odlišných podmínkách velkých hloubek nelze používat dosavadních typů výztuže. Při ražení důlních děl ve velkých hloubkách bude třeba především co nejvíce využít toho, že okolní horniny jsou schopny převzít co největší část namáhání tak, aby si zachovaly co nejlepší mechanické vlastnosti. Na základě dosavadních zkušeností je nutné se řídit těmito zásadami: 63

64 a) Důlní díla budovat ihned s definitivní výztuží, protože s postupem času se pásmo rozrušených hornin zvětšuje. Proto se nedoporučuje technologie ražení s předrážkou. b) Vzhledem k všesměrnému zatížení důlního díla se doporučují jen uzavřené typy výztuže o velké pevnosti. c) K udržení stability výztuže je nezbytné dokonale vyplnit prostor mezi výztuží a horninou cementovou injektáží. Tím se okolní horniny uměle zpevňují a jsou znovu schopné přejímat zvýšené namáhání. Dobré výsledky dává i zasvorníkování důlního díla po celém obvodu již při ražení. d) Omezit nebo odstranit trhací práce, jimiž se snižuje přirozená pevnost horniny, a tedy zhoršují tlakové projevy. Toho lze dosáhnout nedetonačními způsoby rozrušování hornin, a to především použití razících kombajnů. e) Projektovat otvírku a přípravu důlních děl tak, aby se navzájem neovlivňovaly. Příčiny vzniku přídatných tlaků lze omezit tím, že se neponechají ochranné pilíře kolem důlních děl. Je například možné vyrubat plochy budoucího ohradníku před ražením. f) V dostatečném předstihu uskutečnit nutný geologický průzkum a výzkum základních mechanických vlastností hornin tak, aby bylo možné vypracovat návrh stabilní a bezpečné výztuže. 4.4 Tlakové poměry v porubech Tlakové poměry v porubních prostorech jsou značně složitější než v dlouhých důlních dílech. Vyplývá to z tvaru, rozměrů a životnosti těchto děl. V dlouhých důlních dílech měla tlaková oblast převážně statický charakter, neboť zůstávala po svém vytvoření neměnná, pokud nebyla zasažena tlakovou oblastí jiného důlního díla. V porubech nabývá tlaková oblast, vlivem rychlého postupu dobývání, charakteru dynamického. Podle tvaru porubního prostoru je možno dobývací metody rozdělit na dvě skupiny, a to: metody s ponecháním ochranných pilířů a metody s dlouhou porubní frontou. Protože tlakové poměry u obou metod jsou různé, probereme každou metodu zvlášť Tlakové poměry při pilířování Obr K vysvětlení tlakových projevů při pilířování a také komorování v plochém uložení lze analogicky použít to, co bylo uvedeno u horizontálních důlních děl. Rozdíl je v tom, že životnost otevřeného porubního prostoru je poměrně krátká a že vzhledem k mechanickým vlastnostem přímého nadloží a podloží se tyto porubní prostory zpravidla nevyztužují. Funkci podpěrné výztuže přejímají trvale nebo přechodně pilíře ponechané z ložiskové výplně. Tyto pilíře mají být se zřetelem k výrubnosti co nejmenší, přitom však mají zajišťovat pracujícím v porubu potřebnou bezpečnost. Dobývání pilířováním a komorováním v různých obměnách je značně rozšířeno na rudných, uhelných i solných dolech. Při tomto způsobu dobývání je třeba věnovat dostatečnou pozornost dimenzování horninových pilířů. Na obrázku 4-32 je znázorněno zjednodušené schéma pilířování na celou mocnost. Šířku pilířových chodeb si volíme, kdežto šířka pilíře 64

65 se pak dá vypočíst, je-li známa geologická stavba ložiska a fyzikálně mechanické vlastnosti hornin. Vychází se z předpokladu, že se vyrubáním pilířových chodeb odebere vertikální tlak, který se musí přenést na plochu pilířů. Tlak na pilíř musí být ovšem menší, než je mez pevnosti hornin pilíře. Podle obrázku 4-32 platí: ( a + d ) 2. q d 2. Ϭ p kde a je šířka mezipilířového prostoru [m], d - šířka čtvercového pilíře [m], q - původní tlak před vydobytím ložiskové výplně [kpa], Ϭ p - tlak působící na pilíř, který se v krajním případě rovná mezi pevnosti hornin pilíře - označuje se též jako únosnost pilíře [kpa]. Z této rovnice lze pak vypočítat šířku pilíře d. Při určování meze pevnosti hornin pilíře je třeba mít na zřeteli, že je ovlivňována petrografickou stavbou, přítomností proplástků v pilířích, vrstevnatostí hornin a stupněm rozrušení pilíře trhacími pracemi. Průběh rozrušování horninových pilířů a nadložních hornin nad vyrubaným prostorem závisí hlavně na poměru pevnosti nadložních hornin k pevnosti ložiskové výplně. V počátečním stádiu, kdy ještě není překročena mez pevnosti ponechaných pilířů, nastává postupné rozrušování pilířů. S postupným dobýváním důlního pole se vytváří nad vyrubaným prostorem zvětšující se tlaková klenba, která stále více drtí uhelné pilíře a současně zvětšuje namáhání nadložních vrstev tak, že se překročí mez jejich pevnosti a nastane zával. Obr. 4-33: Drcení uhelných pilířů pod tlakem nadložních hornin K - tlaková klenba v nadloží sloje; F - síly působící na jednotlivé pilíře Tlakové poměry ve stěnových porubech Tlakové poměry ve stěnových porubech mají poněkud jiný charakter, než je tomu u pilířování nebo komorování, neboť stěnový porub se vyznačuje značnou vyrubanou plochou a pravidelným postupem porubní fronty. Ochranné pilíře se ve vyrubaném prostoru neponechávají a vlastní pracovní prostor se zajišťuje dočasnou a s postupem porubu přemísťovanou výztuží. K vysvětlení tlakových projevů ve stěnových porubech bylo vytvořeno několik teorií, z nichž se nejčastěji používají teorie klenbová a nosníková. 65

66 Pro tence vrstevnaté a snadno se zavalující nadloží vyhovuje klenbová teorie, kdežto pro pevné a nevrstevnaté nadloží se často používá teorie nosníková Klenbová teorie Vychází z předpokladu, že se nad stěnovým porubem vytváří tlaková oblast ve tvaru eliptické klenby, obdobně jako u dlouhých důlních děl. Předpokládá, že porub postupuje pravidelně a že se nadloží ve vypleněném prostoru snadno zavaluje. Na obrázku 4-34 je znázorněn průběh vytváření stropní části tlakové oblasti v závislosti na postupujícím porubu. První tlaková oblast se vytváří nad první zátinkou, tj. výchozí prorážkou. Odejmutý tlak nad zátinkou se přenáší na okolní horniny, kde vytváří pásma zvýšených tlaků, tzv. patkové tlaky, jak před porubem, tak za porubem. Po vybrání druhé zátinky se společná tlaková klenba ovšem zvětší čtyřikrát. Patkové tlaky se zvýší. S dalším postupem porubní fronty se vytváří větší a větší tlaková oblast tak dlouho, až vrchol eliptické tlakové oblasti dosáhne zemského povrchu a celé nadloží dolehne na počvu vyrubané sloje plnou tíhou. Obr. 4-34: Tlakové poměry v okolí stěnového porubu podle klenbové teorie 1 až 5 - zátinky Ani zavalování hornin uvnitř tlakové oblasti ve vypleněném prostoru není jednoduchý proces. Nadložní horniny za pracovním prostorem se zpravidla zavalují jen do určité výše nadloží, odpovídající nakypření a mocnosti sloje, čímž vytvoří nedokonalou výplň. Tato zkládka je pak stlačována dalšími vrstvami, které se jen prohýbají a mezi nimiž se vytvoří Weberovy dutiny obdobně jako u dlouhých důlních děl. S postupujícím porubem vzniká stále větší zatížení závalu, který se po určité době stane plně nosným. V tom okamžiku se začne také posouvat zadní patkový tlak za postupující porubní frontou. Tato teoretická úvaha by byla správná, kdyby se po vyuhlení každé zátinky také ihned vytvořila příslušná tlaková oblast, 66

67 jejíž plocha značně vzrůstá se zvětšující se odrubanou délkou, jak je vidět na obr Vlivem pravidelně postupujícího porubu však nenastává tak rychlé přetvoření hornin, proto se vytváření tlakové klenby zpožďuje. Ve skutečnosti nemá tlaková oblast ideální eliptický tvar, ale je poněkud skloněna ke stařinám, jak je rovněž znázorněno na obr Kromě vlastní tlakové klenby se vytváří také ovlivněné pásmo, které se projevuje zvýšeným namáháním hornin. Před porubem se pak tvoří oblast patkového tlaku, který je vyšší než původní statický tlak nadložních vrstev. Nakonec je třeba zdůraznit, že tlaková klenba se vytváří nejen v nadloží porubu, ale také v podloží, a může zasáhnout důlní dílo v níže položených slojích. Proto je třeba zachovat delší časový odstup mezi dobýváním sloje a ražením přípravných chodeb v níže položené sloji Nosníková teorie Nosníková teorie je vhodná k vysvětlení tlakových projevů v porubech, jejichž přímé nadloží tvoří mocné lavice pevných hornin. V uhelných dolech jsou tyto horniny zastoupeny hlavně pískovci a slepenci, u nichž je mez pevnosti v rozmezí 40 až 150 MPa. Obecně se těmto nadložím v praxi říká těžké stropy. Nachází-li se mocná a neporušená vrstva pevné horniny nad rubanou uhelnou slojí, je možno tuto vrstvu považovat za oboustranně vetknutý nosník (obr. 4-35). S postupem porubní Obr. 4-35: Tlakové poměry u těžkých stropů podle nosníkové teorie t - pevné pískovcové nadloží; p - původní tlak; p 1 - přídatný tlak fronty se zvětšuje přídatný tlak, který se projevuje v porubu zvýšeným zatížením výztuže, popřípadě pilířovými ranami. Přídatný tlak nepůsobí jen v těsné blízkosti porubu; začíná u porubní stěny, stupňuje se do maxima a končí ve vzdálenosti 50 až 170 m před porubem. Stejně se vytváří přídatný tlak za vyrubaným prostorem. Po odrubání sloje se horninový nosník namáhá tíhou nadložních hornin a prohýbá se do vyrubaného prostoru. Prohýbající nosník hromadí (střádá) potencionální energii, protože je namáhán do meze pružnosti. S postupem porubní fronty se dosáhne kritické odrubané délky porubu, kdy se překročí mez pevnosti horniny v ohybu. Pak nastane prudké prolomení stropu, které se může projevit otřesem pohoří, a nahromaděná potenciální energie se přemění v kinetickou. S dalším postupem porubní fronty (obr. 4-36) se převislý horninový nosník opět prohýbá a zvyšuje zatížení pilíře i porubní výztuže, přičemž se počátek ovlivněného pásma posouvá stále dále před čelbu stěnového porubu. 67

68 Obr. 4-36: Těžký strop jako jednosměrně vetknutý nosník p - původní tlak; p 1 - přídatný tlak Výsledky měření zatížení uhelného pilíře před porubem ukázaly, že se před porubem mohou vytvářet dvě tlaková maxima, jak je znázorněno ve spodní části obr Mezi tlakovými maximy je pásmo odlehčení. Po prvním prolomení přímého nadloží se začnou horninové lavice zavalovat ve velkých blocích, a to v určitých časových intervalech. Před závalem stropu se zvětšují projevy důlních tlaků. Označují se jako periodické tlaky a projevují se celkem pravidelně podle skladby nadloží a pevnosti jednotlivých vrstev po odrubání 20 až 40 m směrné délky porubu Činitelé mající vliv na tlakovou oblast porubu a) Zavalování různých typů nadloží Obr. 4-37: Bořivý strop Obr. 4-38: Pravidelně zavalující strop Obr. 4-39: Těžký strop Obr. 4-40: Smíšený strop 68

69 b) Vliv tektonických poruch na tlakovou oblast Tlakové poměry v porubních prostorech značně ovlivňují tektonické poruchy, které porušují celistvost stropu a způsobují jeho předčasné zavalování. Je proto velmi důležité znát polohu a orientaci poruchových ploch, popřípadě poruchových pásem, aby bylo možno čelit zvýšeným tlakům v porubu správnou volbou výztuže. Je také nutné orientovat porubní frontu pokud možno kolmo na směr tektonických poruch. Jinak vznikají při přechodu porubu přes tektonickou poruchu značné obtíže, které mohou způsobit úplný zával stěnového porubu. U velmi pevných nadloží ohrožených otřesy zase mohou tektonické poruchy znemožnit hromadění potenciální energie prohýbajícím se stropem, jak je znázorněno na obr. 4 Obr. 4-41: Zahájení stěnových porubů s těžkým stropem od tektonické poruchy aa) nesprávný způsob, který umožňuje bb) správný způsob vytvoření tlakové klenby c) Tlakové poměry vlivem úklonu sloje Obr Tlakové poměry vlivem úklonu sloje jsou v porubu poněkud jiné. Tíha nadložních hornin (obr. 4-42) se totiž rozkládá na dvě složky: normálovou a tangenciální. Normálová složka N působí kolmo na strop porubu a zatěžuje porubní výztuž. Tato složka je menší než celková tíha nadložních hornin: N = G. cos α [MPa] kde G je tíha nadložních hornin [MPa], α - úklon sloje [ ]. Tangenciální složka T naopak vyvolává pohyb nadložních vrstev po úklonu. Její velikost je dána vztahem: T = G. sin α [MPa] Průběh zavalování nadložních hornin v šikmě uložené sloji je znázorněn na obr

70 d) Vliv poddajnosti a únosnosti výztuže na tlakové poměry pracovního prostoru Čím je výztuž porubu poddajnější, tím vzniká větší průhyb nadložních vrstev a porušení celistvosti stropu. Z hlediska tlakových projevů se požaduje, aby měla výztuž při zabudování možnost dostatečného předpětí a dosáhla meze únosnosti při nepatrném prokluzu výztuže. Nejnovější druhy mechanizovaných výztuží zaváděných od roku 2010 mají dvojnásobnou únosnost proti dosud používaným mechanizovaným výztužím. Stropní podmínky značně zhoršuje také špatná únosnost počvy. e) Způsob řízení stropu Způsob řízení stropu má značný vliv na tlakové poměry v porubu. Při dobývacích metodách s použitím zakládky se zpravidla neporuší celistvost stropu. Celkový stropní tlak se rozkládá na uhelný pilíř, ale také na stlačenou zakládku. Vcelku je možné říci, že tlakové poměry v porubech se zakládkou jsou příznivější než u porubů na zával, obzvlášť u mocnějších slojí, kde zakládka nejen zvyšuje bezpečnost, ale také snižuje důlní škody na povrchových objektech. Obr. 4-43: Rozložení tlaků v okolí stěnového porubu dobývaného na zával (podle Kegela) Obr. 4-44: Průběh tlaků v okolí stěnového porubu se zakládkou (podle Kegela) 70

71 f) Postup porubní fronty Z praktického pozorování je známo, že tlakové poměry v porubu závisí značně na postupu porubní fronty. Čím je denní postup porubu pravidelnější, tím jsou tlakové poměry v porubu příznivější. Zhoršení tlakových poměrů nastává, vypadne-li porub z pracovního cyklu, nebo ve dnech pracovního klidu. Stropní vrstvy, když mají čas, se rozruší, přestanou přenášet tlak nadloží dále do předpolí pilíře. Stropní tlak následně rozruší pilíř v porubu a stropní vrstvy nad ním. Pokud nebude pilíř řádně zajištěn, dojde k jeho vyjetí a protržení stropu. Optimální postup porubní fronty je závislý na řadě faktorů, měl by se však pohybovat v rozmezí 1,5 až 3 m za 24 hodin. Výpadek v postupu porubní fronty větší než 24 hodin v některých typech nadloží může mít negativní vliv na tlakové poměry porubu. Velký postup porubní fronty za 24 hodin naopak může způsobovat opožďování závalu za zálomovou hranou porubu. g) V blízkém nadloží ponechaný zbytkový pilíř nebo přechod vyrub -nevyrub Tlakovou oblast v porubu můžou značně ovlivnit ponechané zbytkové pilíře při dobývání blíže položené sloje v nadloží (obr. 4-45) nebo přechod vyrub - nevyrub dobývané nadložní sloje. Obr. 4-45: Ponechaný zbytkový pilíř v nadloží dobývané sloje Obr. 4-46: Zvýšené tlaky na přechodu vyrub - nevyrub 71

72 h) Tlakové projevy na styku porubu s chodbou Nejkritičtější tlakovou oblastí je styk porubu s chodbou. K zvýšeným tlakům kolem vyražené chodby se navíc přidají předporubní tlaky. Okolí chodby se začne rozrušovat a je ohrožena stabilita chodby. Zpevnění hornin provádíme pomocí svorníkové výztuže, případně prolepením již rozrušených vrstev v nadloží a zesílením stávající výztuže podvlaky. V porubech s individuální hydraulickou výztuží můžeme řešit problematiku zvýšených tlaků na styku porub - chodba navíc i pomocí hraní (obr. 4-43) Výpočet zatížení výztuže Při výpočtu zatížení výztuže vycházíme z předpokladu, že tlakové poměry jsou vyrovnané pravidelným a optimálním postupem porubní fronty a dobývání je prováděno na řízený zával. Součinitel nakypření k o činí pro pískovec - 1,3 pro slepenec - 1,2 a pro jílovec - 1,25. Obr. 4-47: Zatížení výztuže porubu δ - zálomový úhel (pro OKR δ = 73 až 75 ), b - vzdálenost tahů (max. b = 1m), ϱ o - objemová hmotnost nadloží (ϱ o = 2200kg.m -3 ), k o - součinitel nakypření, l s - délka stropnic, h z - výška zalamového nadloží (m), α - úklon sloje (º), m - mocnost sloje (m). m + h z = h z. k o m = h z. ( k o - 1) zjednodušeno pro zvýšení bezpečnosti 72

73 G = ( 20.m.l s + 5m 2 ).b. ϱ o.q.cos α (N / stropnicový tah) Vliv tlakových projevů na uvolňování důlních plynů Proces uvolňování důlních plynů je rovněž úzce spjat s tlakovými projevy v důlních dílech, zejména v porubních chodbách a ve stěnových porubech. Tlaková oblast totiž představuje pro důlní plyny degazační prostor, v němž nastává přímé uvolňování důlních plynů, které pak jsou vytlačovány do důlních větrů. Obr. 4-48: Průběh uvolňování plynů v okolí porubu 1 - plyny z nadložních hornin, 2 - plyny z podložních hornin, 3 - plyny z uhelné sloje, 4 - plyny z proslojku, 5 - celkové množství plynů při dobývání z pole, 6 - celkové množství plynů při dobývání do pole, 7 - celkové množství plynů při dobývání se základkou, 8 - průběh patkového tlaku před porubem. Uvolňování důlních plynů z uhelného pilíře a okolních hornin u snadno se zavalujícího nadloží probíhá ve třech fázích (obr. 4-48). První fáze uvolňování plynů nastává už před porubní frontou, a to od prvního místa ovlivněného porubem až do místa maximálního patkového tlaku. Průběh uvolňování plynů má vlnovitý charakter a závisí na velikosti patkového tlaku. Uvolňují se především plyny z nadložních a podložních hornin. Druhá fáze uvolňování plynů je mezi působištěm patkového tlaku a závalovou hranou porubu. V tomto prostoru nastává zjevné drcení uhelného pilíře a odlupování nadložních hornin, a proto je tu maximální vývin plynů, především ze sloje, z nadloží a případně i z proslojků v nadloží a podloží. Třetí fáze probíhá ve stařinách porubu, kde se uvolňují především plyny z okolních hornin. Průběh uvolňování plynů závisí značně na způsobu řízení stropu. Nejvíce plynů se uvolňuje při dobývání do pole na zával, méně při dobývání z pole a nejméně při dobývání se zakládkou Důlní otřesy Důlním otřesem rozumíme náhlé uvolnění potenciální energie nahromaděné v horninách, provázené silným chvěním horského masivu, zvukovým efektem a destrukcemi důlních děl. Předpokladem vzniků otřesových jevů v dole jsou tito základní činitelé: a) výskyt pevných lavicovitých hornin (pískovce, slepence), 73

74 b) dostatečná hloubka uložení (OKR od 350m, rudné doly od 600m), c) hornická činnost. Při důlním otřesu jsou jednotky horského masivu vrženy do důlního díla, takže přestává plnit svou funkci. Otřesové jevy mají stejné příčiny jako otřesy, liší se však od nich svými projevy. a) mikrootřesy - důlní dílo nepřestává plnit svou funkci, b) rázy - projevují se hlavně zvukové efekty, c) odprýskávání - drobných úlomků z obvodu důlního díla. Protiotřesový boj Souhrn činností a opatření k zamezení vzniku důlních otřesů nebo omezení následků: a) Prognóza vzniku otřesů: - sloje nebo jejich části bez nebezpečí otřesů, - sloje nebo jejich části dočasně nezařazené (došlo k anomálním projevům, výsledky prognózy nejsou jednoznačné, až do zahájení dobývání, kdy musí být zařazeny, se považují za sloje s nebezpečím otřesů), - sloje nebo jejich části s nebezpečím otřesů (při vedení důlních děl v nich vznikl otřes, a nebo byly zařazeny podle výsledků prognózy). b) Prevence: - aktivní prostředky (mají zamezit vzniku otřesu), - pasivní prostředky (mají omezit následky otřesů) Vedení důlních děl v otřesových oblastech a) Neponechávat zbytkové pilíře a zásadně v nich nerazit chodby (obr.4-45). b) Dobývat jednotlivé sloje od shora postupně směrem dolů. Pro ochranu proti otřesu maximálně využívat vyvinutý závalový prostor vytěžené sloje v nadloží. c) Použít na porubních chodbách antidetonační zesílenou výztuž. d) Je-li pohoří prostoupeno systémem poruch, je třeba připravit sloj tak, aby porub začínal od vhodně ukloněné poruchy (obr. 4-49). Obr. 4-49: Rozjezd porubu od vhodně ukloněné tektoniky e) Porubní frontu a zálomovou hranu vést v přímce. Části porubu mimo přímku jsou vystavovány zvýšeným tlakům nadloží a nebezpečí vzniku otřesu. f) Sdružené poruby provozovat s rozestupem 0 až 10 m. g) Dobývání dalšího porubu v dané lokalitě zahájit až po časově určené konsolidaci tlakových poměrů v horském masivu. 74

75 Otřesy v rudných dolech V rudných dolech se vyskytují obvykle horniny větší pevnosti než v uhelných dolech, mají proto schopnost hromadit větší množství energie, takže otřesové účinky mají větší intenzitu a rozsah. Statistikou se zjistilo, že četnost otřesů závisí na celkové těžbě dolu a že vzrůstá se vzrůstajícím počtem zemětřesení na evropské pevnině Výzkumné metody v otřesových oblastech Výzkum v otřesových oblastech má směřovat ke sledování mechanismů otřesových jevů a jejich účinků. Současně je nutno zkoumat příčiny otřesů jak z hlediska fyzikálně mechanických vlastností hornin a celého masivu, tak z hlediska geologických činitelů a hornické činnosti. K poznání příčin otřesů je nutné zkoumat procesy probíhající v horském masivu před otřesem. Je známo, že několik dní před otřesem se začnou porušovat částice hornin namáhaných na mezi pružnosti, tedy v okamžiku trvalých deformací. Vzniklá mechanická energie vyvolává elastické kmity zvukové frekvence, jejichž intenzita je pod hranicí normální slyšitelnosti. Impulsy lze do určité vzdálenosti zachycovat snímači - geofóny (obr. 4-50). Geofóny jsou ukotvené ve vrtech v okolí sledovaných pracovišť, v nichž se tyto seizmoakustické impulsy přeměňují na elektrické impulsy a jsou přenášeny na seismické pracoviště (obr. 4-51) na povrchu ke zpracování. V dole to pak znamená, že se vzrůstajícím počtem impulsů se blíží porušení horského masivu, a tedy i možný důlní otřes. Náhlé porušení horského masivu o větší energii vyvolá šíření seismických vln pohořím. Tyto seismické vlny můžou vyvolat otřesové jevy. Šíření seismických vln pohořím sledujeme pomocí seizmologických čidel (obr. 4-52) umístěných v důlních kobkách a na povrchu. Z naměřených výsledků lze určit oblast a intenzitu uvolněné energie. Obr. 4-50: Geofón s kotvícím klínem Obr. 4-51: Seismické pracoviště na povrchu Obr. 4-52: Seismologické čidlo 75

76 4.5 Vliv důlních tlaků na bezpečnost provozu hlubinných dolů Horniny se v tlakové oblasti, zejména v její stropní části, vlivem zvětšených tlaků porušují a pohybují se do otevřeného prostoru důlních děl. Pohybu rozrušených hornin se zabraňuje výztuží, která musí odpovídat charakteru tlakové oblasti. Jednou z hlavních příčin zhoršování výrubnosti ložiska a bezpečných podmínek dobývání je ponechávání uhelných pilířů ve vyrubaném prostoru. Na ponechané uhelné pilíře, které jsou obklopené stařinami, se soustřeďují vysoké tlaky, které způsobují drcení pilířů a odpadávání uhlí z okrajových ploch pilíře. Jsou-li v nadloží a podloží pevné a neporušené horniny, hromadí se v jádru zbytkového pilíře napětí (obr. 4-53). Obr. 4-53: Průběh tlaků ve zbytkovém pilíři a jeho okolí Protože tlaky uprostřed pilíře narůstají na několikanásobek běžného tlaku, je ražení chodeb do jádra zbytkového pilíře velmi nebezpečné. Porušením napěťového stavu v pilíři se může rychle uvolnit potenciální energie formou otřesu, přičemž bývá chodba zaplněna vymrštěným uhlím, popřípadě zcela zničena. Otřes v pilíři nastává obvykle při ražení chodby, a proto často vznikají těžké úrazy osádky v předku. Soustředěné tlaky ve zbytkovém pilíři se také přenášejí do jeho podloží a mohou mít škodlivý vliv na důlní díla v podložní sloji. Rozsah působení zvýšených tlaků do hloubky závisí na velikosti zbytkového pilíře, na hloubce uložení a na mechanických vlastnostech okolních hornin. Pásmo zvýšených tlaků může sahat až do hloubky 50 m. Zasahují-li tlakové vlivy až do podložní sloje, může být předčasně ražená příprava pod zbytkovým pilířem zničena, popřípadě může nastat důlní otřes. Z hlediska bezpečnosti má velký význam využití střihů, jak označujeme systém trhlin a puklin v uhlí a v okolních horninách, které nejsou shodné s vrstevnatostí. Střihy vznikly jednak v průběhu prouhelňovacích a tektonických pochodů a jednak vlivem mechanického namáhání sloje a okolních hornin při dobývání. Obr. 4-54: Nesprávná orientace porubní fronty vzhledem ke střihům Při dobývání sloje představují střihy směry nejmenší pevnosti hornin. Vhodný je úklon střihu do pracovního prostoru porubu, neboť vlivem patkového tlaku se snadněji uvolňuje uhlí z pilíře. Pokud jsou však střihy rovnoběžné s porubní frontou (obr. 4-54), může docházet k vyjíždění velmi velkých kusů uhlí z pilíře, které jsou pak velmi nebezpečné. Je doporučeno, aby střihy svíraly s porubní frontou úhel kolem 25º. Střihy jsou také vyvinuty v nadloží a jsou často 76

77 rovnoběžné se střihy ve sloji. Pokud by střihy ve stropě byly rovnoběžné s porubní frontou, docházelo by k uvolňování velkých bloků horniny v nadloží (obr. 4-54), které by mohly způsobit zavalení porubu. Tlakové projevy v porubních chodbách jsou do značné míry ovlivněny technologií dobývání sloje. Styk porub-chodba je nejvíce tlakově namáhanou oblastí, kde došlo v mnoha případech k zavalení důlního prostoru. V řadě událostí se jednalo o způsobení těžkých a smrtelných úrazů. Pro bezpečný provoz je rozhodující stav nadloží přilehlé porubní chodby (obr. 4-55). O zpevňování nadložích chodeb bylo projednáno v kapitole odstavec h. Obr. 4-55: Stav nadloží přilehlé porubní chodby pod vlivem tlakové oblasti porubu. 77

78 78

79 5 Výztuž důlních děl 5.1 Význam a rozdělení výztuže Na včasné, správně postavené a spolehlivé výztuži závisí bezpečnost provozu a pracujících v dole. Výztuž zajišťuje důlní dílo po dobu jeho životnosti. Výztuží se má obnovit rovnovážný stav pohoří, který byl porušen hornickou činností vytvořením prostor uvnitř horniny. K správnému určení způsobu výztuže v chodbách a v porubech je nutno znát velikost a směry působení tlaků na výztuž. Podle očekávaného projevu důlních tlaků volíme profil raženého díla, tvar výztuže, stavební hmotu a hustotu výztuže. Volba technicky nejvhodnějšího a nejhospodárnějšího druhu výztuže dlouhých děl závisí na tom, zda bude důlní dílo vystaveno jen účinkům tlaku statického, nebo zda bude v dosahu pohybu vrstev vyvolaného dobýváním, tj. tlaků dynamických. Aby byl horninový obal chodby (hornina obklopující dlouhé dílo) co nejúnosnější, máme volit nejvhodnější tvar průřezu dlouhého díla podle vlastnosti hornin a očekávaného tlaku, a proto musí mít v tlačivém pohoří výztuž v chodbách tvar zaoblený nebo kruhový. To je také podstatný důvod k používání obloukové výztuže a k zavádění nejnovějších razicích strojů, které šetří horninový obal tím, že nevytvářejí trhliny. Při ražení trhací prací nelze ovšem trhlinám zabránit. Aby se šetřil horninový obal chodby, používá se při ražení chodeb trhací práce na tzv. hladký výlom. Zpevnění horninového obalu chodby (hornin obklopujících důlní dílo) lze dosáhnout: a) svorníkovou výztuží, b) injektáží, při níž se vhání do vrtů pod tlakem cementové mléko nebo jiné látky, které vyplní trhliny v hornině, c) stříkaným betonem, který zabrání zvětrání horniny a zpevní horninový obal. Výztuž dělíme podle: a) doby trvání na: - stálou (trvale zajišťuje důlní dílo - výztuž ocelová, betonová a tvárnicová), - dočasnou (výztuž porubů), - prozatímní (zřizuje se tam, kde se prostor nedá ihned zajistit stálou nebo dočasnou výztuží - stavějí se proto provizorní stojky s přítesy apod.), b) poddajnosti na: - poddajnou (zřizujeme ji hlavně v oblasti působení dynamických tlaků), - nepoddajnou (zřizujeme ji v oblasti působení statických tlaků), c) použitého materiálu na: - dřevěnou (osamocené stojky, apod.) - ocelovou (válcované profily, svorníky, tyče, mechanické a hydraulické stojky, mechanizované výztuže), - zděnou (cihly, panely, tvárnice apod.), - betonovou (litý beton, stříkaný beton apod.), - z lehkých slitin (hydraulické stojky menších rozměrů), - kombinovanou (kombinace: betonová - ocelová oblouková, betonová - svorníková, svorníková - ocelová oblouková, ocelová oblouková - dřevěná), d) průřezu důlního díla na: - otevřené tvary, - uzavřené tvary (s protiklenbou). 5.2 Výztuž dlouhých důlních děl Každé důlní dílo se musí při ražení zajišťovat proti pádu horniny a zavalení. Jen v pevných a odolných horninách, kromě míst spojů (křížů chodeb), se smějí důlní díla razit a ponechat 79

80 bez výztuže. K zamezení zvětrávání horniny je výhodné v tomto případě použít stříkaného betonu. Změní-li se povaha hornin, musí se důlní dílo ihned zajišťovat výztuží Výztuž dřevěná Výztuž dřevěná se používá zejména v porubech na úvratích, při přebudování hydraulických stojek za dřevěné (opatření proti zavalení hydraulických stojek). Na úvratích v porubech stavíme. Největší spotřeba dřeva v dole nastává při likvidací porubů a při přebudování ocelové výztuže porubů na dřevěnou. U dlouhých důlních děl používáme dřevěné stojky s podvlaky na zesílení ocelové obloukové výztuže. Výhody dřeva: - snadné přizpůsobení délky zkrácením, - malá hmotnost, - vysoká pružnost, - pod velkým tlakem praská (tím upozorňuje na zvýšení tlaků pohoří), nerozdrtí se ihned, - je levnější než jiné druhy materiálů. Nevýhody dřeva: - je hořlavé (při záparech v likvidovaných porubech shoří a dojde k závalu a ztrátě větrního okruhu), - podléhá hnilobě (ve vlhkých a teplých místech vydrží jen krátkou dobu) a zhoršuje i jakost důlních větrů, - je málo odolné proti vysokým tlakům, - nevhodné pro znovupoužití. Ochrana dřeva proti houbám a bakteriím, způsobujícím hnití dřeva, se provádí impregnací, která může být: - povrchová (nátěrem, postřikem a ponořováním), - hloubková (za použití vakua a tlaku nebo dlouhodobým máčením). Dřevo pro důlní výztuž má vyhovovat těmto požadavkům: - má být rovně rostlé, - zdravé, s hustými vlákny, - suché, s obsahem vody 10 až 15 %, - bez suků, trhlin a vad struktury. Pro důlní výztuž používáme dřeva jehličnatých stromů (smrku, jedle, borovice, dubu, buku). Tabulka č. 7: Technické vlastnosti některých dřev hustota dovolené napětí v MPa druh ϱ v tlaku v tahu ve střihu v ohybu dřeva [kg.m -3 ] ǁ + ǁ + ǁ + ǁ jedle ,5 4,0 27,5 70 smrk ,5 60 2,5 4, borovice ,5 68 1,0 4, buk ,0 8, dub ,5 10,5 66,5 5,5 6, Obr. 5-1: Způsob zatížení 80

81 Jednotlivé prvky dřevěné výztuže a) Dřevěná stojka je kulatý, neopracovaný kmen, který se staví mezi nadloží a podloží jako podpěrný sloup. Stojka se jako samostatný prvek výdřevy používá k prozatímnímu zajištění pracoviště nebo v porubech. V plochém uložení stavíme stojky kolmo na pevnou počvu. Nejprve se udělá v počvě přiměřeně hluboké hnízdo a podle měřítka skládajícího se ze dvou latěk se stojka přiřízne na správnou délku. Spodek stojky se přiteše, aby dobře seděla v hnízdě (obr. 5-2). Stojka se postaví tlustším koncem nahoru a pod stropem se zažene kladivem pod přítes (obr. 5-3), který tvoří kulatina nebo půlkulatina určité délky. Je-li počva měkká, podloží se pod stojku podložka - patník (obr. 5-3) z půlkulatiny, aby stojka nebyla tlakem nadloží vtlačována do počvy. Obr. 5-2: Přitesaná stojka v hnízdě h - hnízdo Obr. 5-3: Postavená dřevěná stojka a - přítes, b - patník Tíha nadloží působí na stojku silou F (obr. 5-4) dokud nepřekročíme povolené napětí v tlaku na stojku Ϭ dt. Skutečnou zatěžovací sílu uvažujeme až 5x menší s ohledem na koeficient bezpečnosti k. Pro dané zatížení vypočítáme potřebný poloměr stojky. Obr. 5-4: Zatížení stojky v plochém uložení Nosnost stojky v tlaku v plochém uložení Ϭ dt - dovolené napětí v tlaku [Pa] S - příčný průřez stojky [m 2 ] F - zatěžovací síla [N] d - poloměr stojky [m] k - koeficient bezpečnosti 81

82 Nosnost stojky ve vzpěru (kloubové uložení) Stojku dimenzujeme na vzpěr v případě, obr. 5-5: Zatížení stojky ve vzpěru že stojka nemá patřičný poloměr ke své délce (kloubové uložení) (obr. 5-5). Stojku dimenzujeme na vzpěr v případě, že λ 100. k - koeficient bezpečnosti ve vzpěru (k = 2), λ - štíhlostní poměr, l - délka stojky [m], i - poloměr setrvačnosti [m], E - modul pružnosti v tlaku [MPa], J min - kvadratický moment plochy [m 4 ], F kr - kritická zatěžující síla [N], S - průřez stojky [m 2 ], d - poloměr stojky [m]. Tlak na stojku v ukloněných slojích Tíha nadloží Q působící na stojku ve svislém směru se v ukloněných slojích rozkládá na dvě složky, P a P 1 (obr. 5-6). Obr. 5-6: Tlak na stojku ve slojích ukloněných Složka P = Q. cosα působí kolmo na strop sloje, tj. tlačí na stojku, složka P 1 = Q.sinα je rovnoběžná s úklonem sloje, tj. s vrstvami, a způsobuje posun stropních vrstev. Stojku postavíme mírně proti úklonu (asi 3º). b) Ostatní prvky dřevěné výztuže Obr. 5-6: Dřevěná dveřej Stropnice je vždy součástí výztuže (1). Boční stojky jsou nejčastěji zhotoveny na výkruž pod stropnicí (2). Prostor mezi stropnicí a stropem a mezi bočními stojkami a horninou v bocích důlního díla je zapažen odkory (3). 82

83 Obr. 5-7: Zesílená dřevěná dveřej 1 - Stropnice 2 - Boční stojky 3 - Střední stojka (podražec) 4 - práh 5- podvlak c) Spojení stojky se stropnicí Stojky musí být se stropnicí dobře spojeny. Podle směru očekávaného tlaku volíme způsob spojení: - spojení na výkruž Obr. 5-8: Spojení na výkruž a,c - správně b,d - nesprávně - spojení na zub Obr. 5-9: Spojení na zub a - při tlaku stropním b - při tlaku bočním c, d, e, f - nesprávně 83

84 5.2.2 Výztuž ocelová pro ražení důlních děl Ocel je v současné době nejvíce používaným materiálem pro výztuž důlních děl. Výhody oceli: a) má přibližně stejně vysoké pevnosti v tlaku, tahu a ohybu b) ocelové výztuži můžeme dát jakýkoliv tvar c) je nehořlavá a do 800 ºC se výrazně nesnižuje její pevnost a při důlních požárech do této teploty se nedeformují prvky výztuže d) lze ji vyplenit, případně upravit tvar a znovu použít. Nevýhody oceli: a) velká hmotnost b) koroze Profily válcovaných tyčí pro důlní výztuž Obr. 5-10: K profil Obr. 5-11: TH profil Spojování prvků výztuže Obr. 5-12: Spojení prvků výztuže Obr. 5-13: Spojení prvků výztuže 1, 2 - třecí plochy zajišťující poddajnost výztuže 84

85 Obr. 5-14: Spoj s horním unašečem Obr. 5-15: Spoj bez unašeče Obr. 5-16: Spoj s dolním unašečem Obr. 5-17: Třítřmenový spoj Ocelová oblouková výztuž otevřená Ocelová oblouková výztuž je konstruována jako poddajná výztuž. Skládá se ze tří až šesti dílů válcovaného profilu projektovaného hmotnostního stupně a podle požadovaného světlého průřezu důlního díla. Další součástí výztuže jsou spojovací třmeny (dva případně tři na jeden spoj), rozpínky, obložení a založení prostoru mezi obložením a hrubým výlomem (obr. 5-18). Obr. 5-18: Ocelová oblouková výztuž s železobetonovými pažnicemi 85

86 Světlý průřez důlního díla konstrukce profilu OO-O-XX dle ČSN vypočítáme podle vztahu: S = 0,826.a.h [m 2 ] Hrubý výlom nutný pro zabudování výztuže vypočítáme podle vztahu: S h = 0,816.a.h Tabulka č. 8: Tabulka měr obloukové výztuže profil OO-O-XX a h světlý průřez (m 2 ) 10,7 11,8 12,7 13,6 14,5 15,5 16,8 17,9 19,0 20,0 hrubý výlom (m 2 ) 15,0 16,3 17,4 18,4 19,5 20,9 22,2 23,4 24,7 25,9 a = a + 2.K + 2.Obl. + 2.Zal. h = h + K + 2.Obl. + Zal. kde: a, h - viz obr. 5-18, K - válcovaný profil daného hmotnostního stupně (K mm, K mm, K mm), Obl. - obložení dle použitého druhu materiálu (dřevo kulatina mm, ostatní materiály - 50 mm), Zal. - prostor na založení uvažujeme v rozsahu 150 až 200 mm. V roce 2012 v OKD se začal používat pro ražení dlouhých důlních děl profil SP (super parabolický). Obr. 5-19: Příčný průřez důlním dílem v Profilu SP 19 86

87 Tabulka č. 9: Přehled rozměrů SP výztuže Pro výpočet světlého průřezu používáme vztah: S = 0,779. š. v [m 2 ] kde je š - šířka mezi bočními oblouky výztuže u počvy [m], v - výška od počvy k hornímu oblouku výztuže [m] Ocelová výztuž kombinovaná otevřená Podle účelu raženého důlního díla používáme různé tvary jednotlivých dílů důlní výztuže (obr. 5-20). Obr. 5-20: Vyztužovací prvky porubové prorážky 1 - boční oblouk; 2 - polorovný díl; 3 - rovný díl; 4 - rohový díl; Ostatní prvky ocelových výztuží Z jednotlivých dílů válcované ocelové výztuže pomoci spojovacích třmenů poskládáme základní rám výztuže. Stabilitu celé konstrukce zajišťují kovové rozpínky (obr. 5-21). Rozpínky používáme o konstantní délce a ty pak určují hustotu budování. Při změně směru ražené chodby bývá požadavek na změnu rozteče jednotlivých rámů výztuže. Zde lze použít rozpínky s nastavitelnou délkou (obr. 5-22) pokud vyhovují požadované tlakové únosnosti. 87

88 Obr. 5-21: Ocelová rozpínka, mřížovina Obr. 5-22: Nastavitelná ocelová rozpínka Počet, typ a rozmístění ocelových rozpínek po obvodu důlního díla jsou uvedeny v technologickém postupu zpracovaném podle projektu pro ražbu daného důlního díla. Zpevněné ocelové rámy rozpínkami po ustavení do požadovaného směru obkládáme ve stropní části železobetonovými pažnicemi (obr. 5-24), případně stropními síty (obr. 5-23) a boční části výztuže bočními síty nebo mřížovinou (obr. 5-21). Obr. 5-23: Stropní síta Obr. 5-24: Ražené důlní dílo obkládané železobetonovými pažnicemi Prostor mezi obložením a okolní horninou vyplňujeme nehořlavou hmotou, nejčastěji kusy průvodních hornin. V dlouhých důlních dílech s dlouhodobou životností prostor mezi obložením a okolní horninou je vyplňován vaky (obr a 26) naplňovanými cementovou směsí. 88

89 Obr. 5-25: Příprava plnicího vaku Obr. 5-26: Nainstalované plnicí vaky Obr. 5-27: Zpevňování stropu roxory V případě bořivého stropu zpevňujeme strop před provedením trhací práce umístěním ocelových prutů - roxorů do předem připravených vývrtů při obkládání výztuže (obr. 5-27) Uzavřené výztuže Při všestranných tlacích a bobtnající počvě a ve zvlášť těžkých tlakových podmínkách se používají uzavřené typy výztuže (obr. 5-28). Pro tunelovací stroje používáme uzavřený kruhový profil, což je dáno tvarem rozpojovacího orgánu. Obr. 5-28: Uzavřený typ výztuže 89

90 5.2.3 Výztuž svorníková Základním úkolem svorníkové výztuže je zpevnit horninu obklopující ražené důlní dílo a spolupůsobením horniny a výztuže zvýšit stabilitu důlního díla. Vytvořením prostoru v hornině důlními díly porušíme rovnovážný stav napětí a vrstvy horniny ve stropě vytvořeného prostoru se začnou vlastní tíhou nebo tlakem vyšších vrstev úměrně své elasticitě prohýbat. Každá stropní vrstva se začne prohýbat samostatně jako nosník vetknutý na obou koncích a ve středu namáhaný vlastní tíhou. Nejvíce se prohne vrstva nejspodnější. Čím výše, tím je prohýbání vrstev menší. Vrstvy se od sebe oddělují a vznikají mezi nimi tzv. Weberovy dutiny. Jestliže zamezíme prohýbání a odchlipování vrstev tím, že je ihned po obnažení stáhneme pevně svorníky, vytvoříme kompaktní, jednolitý, pevný horninový nosník, který má podstatně větší únosnost než součet únosností jednotlivých vrstev horniny. Svorníky přejímají namáhání na tah, kdežto hornina sama přejímá zatížení na tlak. Jsou-li v přímém nadloží málo pevné vrstvy a je-li nad nimi vrstva pevná, málo pevné vrstvy stáhneme svorníky a zakotvíme je v pevné hornině Použití svorníků a) Při ražbě chodeb svorníky tvoří ihned únosnou výztuž a zesilují samonosnost hornin vytvořením nosné klenby. Dimenzování a rozmístění svorníků se provádí na základě znalosti geologické stavby hornin, geometrie chodby, délky svorníku, typu svorníku, případně jeho únosnosti. Hustota svorníků, v kombinaci s obloukovou výztuží nebo obdélníkovou výztuží, nesmí být nižší než 1 sv/m 2. b) Při zpevňujícím svorníkování při ražbě chodeb se jednotlivé svorníky (tyčové, injekční nebo flexibilní) na základě geomechanického zhodnocení použijí cíleně. c) Při zajišťování styku porub-chodba k zesílení hornin v oblasti vstupu do porubu se využívá kombinace výztuže s použitím svorníkové a podpěrné výztuže. d) Kotvení uhelného pilíře způsobuje zvětšení únosnosti uhlí a zabraňuje jeho vyjíždění. e) Při rozvíjení porubu z chodby s obloukovou výztuží při startu porubu z obloukové chodby bude svorníků použito tak, aby při rozšiřování chodby byla potencionální závalová klenba zajištěna svorníky. f) Při zmáhání chodeb pro zpevnění hornin při zmáhání chodeb bude použito jak zpevňujících svorníků, tak injektážích svorníků ke zvýšení samonosnosti chodbového pláště Metoda s použitím lepicích ampulí Při použití svorníků lepených ampulemi s pryskyřicí je nutné dodržet rámcové podmínky, které vyplývají z charakteristiky metody a z požadavků na použitou strojní techniku. Průměr vyvrtaného otvoru Podle typu svorníku se průměr mezikruží pohybuje od 3 do 8 mm. Důležitým předpokladem pro použití dvousložkové pryskyřice obsažené v ampulích jsou hladké stěny (bez puklin) vývrtu pro svorník. V případě, kdy nestačí množství pryskyřice, obsažené v ampulích pro vyplnění mezikruží po celé délce svorníku, musí být použita jiná délková skladba ampulí. Zalepení Průměr ampulí s dvousložkovou pryskyřicí se zpravidla určuje podle průměru svorníku a průměru vývrtu. Pokud průměr ampule přesahuje průměr svorníku, není zaručeno dostatečné rozbití pouzdra ampule a promíchání komponentů. Rychlost vytvrzování rychle tuhnoucích ampulí činí cca 20 až 30 sekund, jako pomalu tuhnoucí ampule se označují 90

91 ampule s rychlostí vytvrzování mezi 2 a 3 minutami. Zavádění ampulí se provádí pomocí zaváděcí soupravy (nabíječky), sestávající ze zaváděcí (nabíjecí) trubky a instalační (zasunovací) tyče. Výstup pryskyřice z ústí vývrtu u všech instalovaných svorníků je důkazem jejich zalepení po celé délce Svorníky s cementovou maltou Při použití metody svorníkování s vyplňováním mezikruží cementovou směsí se předem připravený vývrt, jehož průměr by měl být o cca 8 mm větší než průměr svorníku, vyplní ode dna hydraulicky tuhnoucím svorníkovým cementem. Následně se svorník zasune, buď ručně, nebo pomocí vrtacího zařízení, za soustavného vytlačování cementové směsi, do vývrtu (bez rotace) Používané typy svorníků A) Svorníky lepené dvousložkovou pryskyřicí (metoda s použitím lepicích ampulí) a) Svorníková výztuž ocelová nepoddajná Výztužný svorník ocelový s nízkoprofilovým žebrováním (obr. 5-29). Horninový svorník se používá pro systémové svorníkování chodeb, taky jako přídavný nebo zpevňující svorník. Obr. 5-29: Svorník ocelový nepoddajný b) Svorníková výztuž sklolaminátová nepoddajná Sklolaminátové plné kotevní tyče (obr. 5-30) jsou vyrobeny za použití pojiva na bázi polyesterových, vinylesterových nebo epoxidových pryskyřic a skelných vláken. Horninový svorník se používá pro systémové svorníkování chodeb (převážně v uhlí v místě budoucího porubu, kde by ocelové svorníky představovaly nebezpečí pro dobývací kombajny), taky jako přídavný nebo zpevňující svorník. Obr. 5-30: Svorník sklolaminátový nepoddajný c) Pramencové svorníky Pramencové svorníky (obr. 5-31) jsou vyráběny z vysokojakostních pružinových ocelových drátů (dle EN ) o průměru 7mm. Hlavní předností je jejich ohebnost a tím možnost použití délkových rozměrů až 12 m. 91

92 Obr. 5-31: Pramencový svorník B) Injektážní (injekční) svorníky Injektážní kotevní tyče (obr. 5-32) jsou používány pro kotevní a injektážní práce v obzvlášť nesoudržných a porušených horninách. Hlavní předností je, že se injektážní kotevní tyče během celého technologického procesu z vývrtu nevytahují a tím nehrozí zavalení vývrtu. V první fázi slouží tyč s korunkou jako vrtná tyč, následně jako instalační trubka pro přenos lepicí směsi a v závěru jako kotva s možností předepnutí. Výhodou je rychlá a snadná manipulace, použití v nesoudržných horninách a variabilita délky kotvy, kterou umožňuje nadstavování pomocí spojníků s vnitřním závitem a možnost její krácení uřezáním přebývající části z vývrtu. Obr. 5-32: Tyč injekční zavrtávací C) Příslušenství svorníkové výztuže a) Podložky pro svorníky Obr. 5-33: Podložka ocelová Obr. 5-34: Podložka ocelová Obr. 5-35: Podložka ocelová Obr. 5-36: Podložka plastová 92

93 b) Pažení Při vyztužování pomocí svorníků sehrává pažení významnou roli pro plošné provázání mezi bodově vázanými svorníky, to platí pro případy, když pažení přiléhá těsně k hornině. Pažení, v součinnosti s nosností svorníku, zabraňuje rozvolňování hornin mezi svorníky. Jako pažícího materiálu se používají převážně ocelová síta o průměru drátů 5-8mm. Obr. 5-37: Pažení pro svorníky - ocelové stropní síto c) Stropnice TH kotvící Stropnice TH kotvící (obr. 5-38) jsou určeny k příčnému (90 ) spojování vrchních oblouků důlní ocelové poddajné výztuže dlouhých důlních děl v třídílném i čtyřdílném provedení a následnému propojení s horninovým masivem kotevními prvky (svorníky), jako kombinovaná výztuž (obr. 5-38), nebo k přímému kotvení horniny (jako náhrada plošné podložky). Při použití stropnice TH kotvící lze podpěrnou výztuž plenit. Obr. 5-38: Stropnice TH kotvící s pramencovým svorníkem 1 - Stropnice TH 2 - Svorník Zásady pro použití svorníkové výztuže Svorníkové výztuže jako stálé výztuže k zajišťování důlních děl je možno používat v pevných horninách o mocnosti vrstev nejméně 20 cm, do úklonu 22º. Svorníkové výztuže se nesmí používat ve vrstvách tektonicky porušených, v uhelných slojích nebo v mokrém nadloží. Strop má tvořit vrstva neporušená trhací prací. 93

94 Obr. 5-39: Kombinovaná výztuž svorníková s výztuží podpěrnou Betonová a železobetonová výztuž Beton je umělý slepenec, jehož pojivem je cement. Beton se skládá z pojiva (cementu), z písku a štěrku. Štěrk a písek má být čistý, bez příměsi hlíny, nemá být zvětralý a nemá obsahovat škodlivé příměsi jako sírany, sirné sloučeniny, chlorid zinečnatý apod. Zrnitost štěrku má být 5 až 30 mm, pro větší betonované tloušťky až 70 mm. Při armovaném betonu musí být zrnitost do 30 mm, aby beton vyplnil všechny spáry a přitom dokonale obalil železo. Na vzduchu ztvrdne dusaný beton asi za 4 týdny. Tloušťka betonové zdi bývá 40 až 50 cm. Výhodou je, že betonové výztuži lze dát jakýkoliv tvar. Volba tvaru závisí na rozměrech důlního díla a na velikosti tlaku. Přesné rozměry výztuže zajišťuje bednění (šablony). Betonová výztuž je velmi nákladná a časově náročná. Betonová monolitická výztuž je vhodná tam, kde budou působit značné statické tlaky. Výhodou je, že konstrukce doléhá těsně k hornině. Tím nedochází k zvětrávání hornin v okolí důlního díla. Pro malou pevnost v tahu se nehodí pro díla vystavená dynamickému namáhání. Obr. 5-40: Betonová výztuž porušená dynamickými tlaky 94

95 Obr. 5-41: Betonová výztuž zajištěná svorníky Obr. 5-42: Betonová výztuž zajištěná podpěrnou výztuží Při narušení betonové výztuže dynamickými tlaky (obr. 5-40) musíme výztuž zpevnit svorníkovou výztuží (obr. 5-41) nebo ocelovou obloukovou výztuží (obr. 5-42). U méně pevných hornin při ražení nejdříve zpevníme okolní horniny svorníkovou výztuží, pak zajistíme obloukovou ocelovou výztuží a následně postavíme bednění a vše zabetonujeme. 5.3 Výztuž porubů Výztuž v porubech má zabezpečit pracovní prostor porubu na takovou dobu, jaké je třeba k zakončení pracovního cyklu. S postupem porubu se výztuž v opuštěném prostoru zpravidla plení. Protože zajišťuje pracoviště jen dočasně, je to výztuž dočasná Individuální výztuž V porubech s vysoce proměnlivou mocností, kde rozsah používaných mechanizovaných výztuží je nedostatečný, se používá individuální výztuž. a) Stojky Mechanické třecí stojky (obr. 5-43) se v porubech používaly v minulosti. V současné době se mechanické třecí stojky používají na zajišťování chodeb pod podvlaky, kde není k dispozici hydraulický tlak pro hydraulické stojky. Upínací sílu (do 1 MPa) vyvozujeme mechanickými upínači. Plnou únosnost stojky zajistí až tlak nadloží. Během prokluzu stojky je její únosnost konstantní (obr. 5-44). Obr. 5-43: Mechanická třecí stojka Obr. 5-44: Prokluz zatížené stojky 1 - Spodní vnější sloup 2 - Vrchní vnitřní sloup 3 - Svěrací objímky 4 - Čelisti 5 - Klíny 6 - Můstek 7 - Hlava 8 - Patka 95

96 Tabulka číslo 10: Mechanické třecí stojky Hydraulické stojky Hydraulické stojky (obr. 5-45) jsou jednotlivými částmi individuální výztuže určené pro zabudování stropu v porubech. Stojky je možno použít také při dočasném zajištění stropu u pomocných prací, nebo při zajištění vchodů do porubu. Hydraulické stojky rozlišujeme na: - hydraulické stojky s vnitřním plněním, kdy stojka je plněna vlastním vnitřním čerpadlem na ruční pohon, - s vnějším plněním, kdy tlakové medium zajišťuje externí hydraulický agregát, - teleskopické, skládající se ze tří válců, zhotovené z lehkých slitin s použitím pro speciální účely. Pracovní tlak do 20 MPa. Obr. 5-45: Popis hydraulické stojky 96

97 Tabulka číslo 11: Hydraulické stojky Význam symbolů: NHR - nízká stojka SHR - střední stojka WHR - vysoká stojka Pn - podstavec pro nízké stojky Ps - podstavec pro střední stojky Pw - podstavec pro vysoké stojky b) Kovové kloubové stropnice Obr. 5-46: Porub s individuální výztuží 1 - ocelová kloubová stropnice 2 - botka 97

98 Obr. 5-47: Ocelová kloubová stropnice Obr. 5-48: Botka Obr. 5-49: Zajišťování stropu stropnicí a botkou c) Způsoby zajišťování porubu pomocí individuální hydraulické výztuže Obr. 5-50: Individuální hydraulická výztuž - budování v pásech Předstih ve stavění stojek na pilířové straně před pleněním stojek v závalovém prostoru musí být uveden v technologickém postupu (TP). Obr. 5-51: Individuální hydraulická výztuž - budování šachovitě V případě, že pokos kombajnu je 625 mm a používáme stropnice 1250 mm, uplatníme šachovitý způsob budování. Musí být dodržena hustota budování minimálně jedna stojka na jeden metr čtvereční. Počet povolených rozpojených stropnic musí být uveden v TP. 98

99 d) Hráně Ve stěnových porubech na řízený zával se používá hrání (obr. 5-52) k vytvoření pevné zálomové hrany, případně k podpoře stávající výztuže (obr. 5-53), kdy hrozí překročení její únosnosti. Hráněmi zajišťujeme chodby porubů (obr. 5-54), které mají být využity pro další porub. Na stavbu hrání používáme dřevo s větší pevností v kolmém tlaku. Únosnost hrání lze zvětšit vyplněním jejich vnitřku hlušinou. Obr. 5-52: Hráň zajišťující úvrať porubu Obr. 5-53: Hráň při likvidaci porubu Obr. 5-54: Udržování chodby za porubem pro následující porub pomocí hrání Hydraulická posuvná výztuž Vývoj mechanizovaných výztuží je dlouhodobý. Už první mechanizované výztuže v optimálních podmínkách zvýšily několikanásobně produktivitu práce. S rozvojem technického umu bylo možno těžit na jednu lávku sloje o mocnosti až 6,0 m (obr. 5-55). Zavedením výpočetní techniky je umožněno průběžné sledování rozhodujících technických parametrů mechanizované výztuže a automatizovat dobývací proces. Nejnovější mechanizované výztuže mají rozšířený základový rám z 1500 mm na 1750 mm, což zvyšuje stabilitu výztuže. Odpor výztuže na m 2 plochy nadloží dosahuje 1000 kn, což je 2,5 krát víc než dosud. Hlavní důraz se rovněž klade na těsnost výztuží (obr. 5-56), jelikož propadávající hornina je velkým zdrojem prašnosti. Zavedení mlžných clon na stropnice výztuží (obr. 5-57) účinně snižuje prašnost v porubu. Zavedení mechanizovaných výztuží má rovněž velký přínos pro zvýšení bezpečnosti práce. 99

100 Obr. 5-55: Hlavní prvky posuvné mechanizované výztuže 1- Lyžina 2 - Stropnice 3 - Boční kryt 4 - Závalový štít 5 - Hydraulická stojka 6 - překládací zařízení 7 - Rohový válec 8 - Elektrohydraulické ovládání sekce 9 - Řídící jednotka 10 - Elektrohydraulická řídící jednotka 11 - Výklopná stropnice 12 - Válec výklopné stropnice 13 - Přívodní blok 14 - Zvedací zařízení 15 - Boční korekce Obr. 5-56: Těsnost sousedních výztuží Obr. 5-57: Mlžná clona na stropnici výztuže Základním parametrem mechanizovaných výztuží je jejich rozsah použití. Pro mocné sloje jsou výztuže konstruované na rozsah od 3m do 6 m (obr. 5-55), pro střední mocnosti od 1,5 m do 3 m (obr. 5-58) a pro nízké sloje od 0,6 m do 1,5 m (obr. 5-59). Mocnost uhelných slojí bývá značně variabilní a je rozhodující pro volbu výztuže. Výztuž se pak musí upravovat a přizpůsobovat rozsahu mocnosti sloje. Pracovní tlak hydraulického rozvodu je až 320 barů. Obr. 5-58: Mechanizovaná výztuž pro střední mocnosti Obr. 5-59: Mechanizovaná výztuž pro nízké sloje 100

101 6 Výbušiny a rozněcovadla Výbušina je obecné označení chemické látky nebo směsi, která je schopna mimořádně rychlé exotermické reakce spojené s vývinem plynů o velkém objemu. Technické pojmenování takové látky nebo směsi je výbušina (bez n); slovo výbušnina zde znamená zařízení připravené k výbuchu - bombu v kufříku, granát, patronu průmyslové trhaviny s rozbuškou a podobně. Ke spuštění chemické reakce výbušiny vedoucí k detonaci dochází mechanickým, termickým nebo elektrickým podnětem. Součástí směsných výbušin je zpravidla oxidační činidlo, které dodá chemické reakci potřebný kyslík, palivo a pomocné látky. 6.1 Chemický výbuch Podle rychlosti výbušné přeměny a podle rozložení tlaku při přeměně se chemické výbuchové děje rozdělují na: a) Explozivní hoření, kde výbušná přeměna probíhá pomalu, řádově v mm/s až m/s a vzniklé plynné zplodiny stačí z místa výbušného rozkladu odtékat, takže nenastane významný vzestup tlaku. Toto hoření je charakteristické pro střeliviny, avšak i trhaviny hoří za nízkých tlaků explozivně, např. jsou-li zapáleny na volném prostranství. V uzavřeném prostoru se tlak zvyšuje a rychlost hoření roste. b) Výbuch druhého řádu (deflagrace) má podstatně vyšší rychlost (až 1000 m/s) než explozivní hoření. V místě výbuchu je tlak vyšší než v okolí, neboť vzniklé plyny nestačí unikat z místa výbuchu a hromadí se v reakční vrstvě. Následkem zvýšeného tlaku v místě výbuchu se vytvoří zvukové a rázové vlny, čímž vznikne ničivý účinek a zvukový efekt. c) Detonace (výbuch prvního řádu) je výbušná přeměna probíhající rychlostí větší, než je rychlost zvuku za daných podmínek. Rychlost výbušné přeměny se při detonaci pohybuje od do m/s. Vzniká vysoký tlak až 100 MPa i více. Detonace je charakteristickým typem výbušné přeměny u průmyslových trhavin. Mechanismus účinku výbuchu nálože trhaviny v tvrdých horninách vysvětluje většina autorů následovně: Tlaková vlna vzniklá výbuchem nálože se šíří horninou směrem od nálože přivedené k výbuchu. Dosáhne-li volné plochy horniny s dostatečnou amplitudou (rozkmitem), odrazí se za současné změny amplitudy a vlastní rozpojování je pak způsobeno tahovou vlnou, šířící se zpět k místu výbuchu. Protože pevnost hornin v tahu je menší než pevnost v tlaku, způsobí tahová vlna větší rozrušení horniny než vlna tlaková. 6.2 Rozdělení výbušin Podle praktického využití dělíme výbušiny do několika typů. a) Třaskavina je snadno vznítitelná výbušina, která obvykle slouží k iniciaci výbuchu trhavin nebo střelivin. Při praktickém použití je přítomna pouze v nepatrném množství, např. třaskavina v roznětce nábojnice či rozbušky. Nejběžnějšími třaskavinami jsou azid olovnatý, velmi rozšířený je například fulminát rtuťnatý (třaskavá rtuť). Jiné třaskaviny se v praxi téměř nevyskytují pro malé iniciační schopnosti, extrémní citlivost, korozivní účinky či více těchto faktorů současně. b) Trhavina je označení pro výbušinu, která je za normálních podmínek velmi málo citlivá k vnějším vlivům a naopak po iniciaci dokáže vyvinout detonaci o mimořádně vysoké trhavé síle. Používají se obvykle při trhacích pracích v dolech, lomech, ražbě tunelů, demolicích apod. Mezi nejznámější a nejpoužívanější trhaviny patří dynamit, pentrit, hexogen, trinitrotoluen a řada směsných průmyslových trhavin z nich složených a doplněných oxidačním činidlem a případně některými kovy v práškovém stavu. 101

102 c) Střelivina se používá jako výmetná náplň v nábojích do palných zbraní. Jejím účelem je uvolnit energie rychlým, avšak kontrolovaným vývinem velkého množství plynů a vypuzením střely z hlavně zbraně. Příkladem je černý střelný prach nebo bezdýmný střelný prach - nitrocelulóza. d) Pyrotechnická nálož je výbušina používaná zpravidla pro různé efekty světelné, kouřové, zvukové apod. V civilním sektoru se používají v zábavné pyrotechnice, ve výstražných svítidlech, pro kouřové efekty apod. 6.3 Důležité charakteristiky výbušin a) Výbuchové teplo je velmi důležité pro posouzení pracovní schopnosti trhavin. Výbuchové teplo se vyjadřuje počtem kj uvolněných při výbuchu 1 kg výbušiny. U běžných průmyslových trhavin se pohybuje od 3 500kJ/kg do kj/kg. Násobíli se výbuchové teplo výbušiny mechanickým tepelným ekvivalentem, získá se tzv. potenciál výbušiny, tedy práce, kterou by teoreticky mohla výbušina vykonat. b) Objem výbuchových zplodin je měrný a skutečný. Měrný objem se vyjadřuje v m 3 /kg při teplotě 0 C při tlaku 100 kpa. Lze jej stanovit pokusně, nebo výpočtem. Skutečný objem výbuchových plynů je vlivem uvolnění výbuchového tepla značně větší než měrný objem, asi desetitisíci násobek objemu tuhé hmoty výbušiny. c) Výbuchová teplota je nejvyšší stupeň teploty, jehož mohou dosáhnout plyny po explozi. Pohybuje se od C (černý prach) do C. Měření výbuchové teploty je značně obtížné, je však důležité zejména k posuzování bezpečnosti důlně bezpečných trhavin v dolech s nebezpečím výbuchu metanu a uhelného prachu. d) Hustota výbušiny má podstatný vliv na objemovou koncentraci energie ve vývrtu. Čím je větší hustota trhaviny, tím větší váhové množství trhaviny lze nabít do téhož objemu vývrtu. Hustota má také podstatný vliv na detonační rychlost trhaviny a na stabilitu její detonace. Rozlišuje se hustota absolutní, relativní a náložová. Hustota náložová je pro nás rozhodující, jelikož udává množství trhaviny, které jsme schopni vložit do 1 m vývrtu. Pohybuje se v rozsahu 800 až g na jeden metr vývrtu o průměru 42 mm. e) Detonační rychlost je jednou z nejvýznamnějších charakteristik výbušin. Spolu s hustotou je podkladem pro určení detonačního tlaku výbušin a brizance trhavin. Čím větší je detonační rychlost, tím větší je brizance a tím je také větší tříštivý účinek trhaviny. Detonační rychlost u průmyslových trhavin se pohybuje od m do m. f) Kyslíková bilance udává kolik gramů kyslíku ve 100 gramech výbušiny schází nebo přebývá k její úplné oxidaci. Kyslíková bilance je kladná, -li látka nadbytek kyslíku. Projeví-li se při výbuchu nedostatek kyslíku, je kyslíková bilance záporná. Stačí-li kyslík právě k okysličení, je to kyslíková bilance nulová. Tato bilance je z hlediska neškodnosti výbuchových zplodin nejvýhodnější. Při záporné kyslíkové bilanci vzniká při výbuchu zvláště jedovatý CO, při kladné kyslíkové bilanci vznikají ještě škodlivější kysličníky dusíku. Průmyslové trhaviny se vyrábějí většinou s mírně aktivní kyslíkovou bilancí. g) Brizance výbušin je impuls, kterým výbušina působí na plochu odvrácenou od místa roznětu. Velikost brizance výbušiny vzrůstá se stoupající detonační rychlostí výbušiny. Brizance má základní význam pro příložné nálože. Pro nálože ve vývrtu není brizance totožná s pracovní schopností výbušiny. 6.4 Zkoušení pracovní schopnosti a brizance výbušin a) Trauzlova zkouška se dělá tak (obr. 6-1), že se do olověného válce vloží 10 g zkoušené trhaviny, která se adjustuje rozbuškou č. 8 a utěsní pískovou ucpávkou. Po 102

103 odstřelu se změří (naplněním vodou) objem vzniklé výdutě. Objem výdutě je pak úměrný pracovní schopnosti trhaviny. Obr. 6-1: Trauzlova zkouška brizance výbušin 1 - písková ucpávka 2 - rozbuška 3 - zkušební nálož trhaviny 10 g b) Zkouška v balistickém moždíři. Relativní pracovní schopnost trhaviny se stanoví z úhlu výkyvu balistického moždíře (obr. 6-2) po výbuchu 10 g trhaviny ve výbušné komoře ocelového moždíře. Moždíř sám váží 500 kg a je uzavřen ocelovou střelou o váze 16 kg. Hodnoty zkoušky se udávají ve srovnání s trhací želatinou. Hodnota pracovní schopnosti želatiny se vyjadřuje číslem 100, hodnoty zkoušených trhavin pak procentem základního údaje. Obr. 6-2: Balistický moždíř a) Výkyv b) Řez moždířem c) Hessova zkouška je nejčastější zkouškou pro stanovení brizance trhavin (obr. 6-3a). Na základní ocelovou desku se postaví dva olověné válečky o průměru 40 mm a výšce 30 mm. Na válečky se umístí ocelová destička a na ni nálož zkoušené trhaviny (25, 50 nebo 100 g). Osa nálože má procházet osou válečků. Výbuchem se olověné válečky stlačí. Hodnota stlačení se změří a uvádí se jako brizance podle Hesse. d) Kastova zkouška brizance (obr. 6-3b) je v podstatě stejná jako zkouška Hessova, jen olověné válečky jsou nahrazeny válečkem měděným. Zkouška je dosti složitá, ale 103

104 výsledky jsou vlivem homogenní struktury mědi stejnoměrnější než u Hessovy zkoušky. Obr. 6-3: Zkoušky brizance: a) podle Hesse, b) podle Kasta 6.5 Princip výroby výbušin Základem výroby je vytvoření nevýbušné emulze - voda v oleji - smícháním roztoku oxidovadla s palivy v přítomnosti emulgátoru a ve druhé fázi vytvořením výbušné emulze po smíchání s fyzikálním senzibilizátorem. Přídavkem dalších nevýbušných látek (např. práškový hliník) lze pak i zvyšovat energii trhaviny. Suroviny potřebné k výrobě se dělí do čtyř základních skupin. Jsou to výbušinové směsi, okysličovadla, paliva a pomocné směsi. a) Výbušinové směsi jsou individuální chemické sloučeniny nitroestery (nitráty), nitrolátky (nitroderiváty uhlovodíků) a nitraminy. b) Okysličovadlo je látka, která obsahuje velké množství kyslíku, jenž není pevně vázán a při výbušné přeměně je snadno uvolněn. Jsou to sloučeniny ze skupiny dusičnanů, chlorečnanů nebo chloristanů. c) Paliva jsou látky organického původu. Nejčastěji se používá nafta, topné oleje, dřevěná moučka, ale i práškový kov - hliník nebo hořčík. d) Pomocné směsi mohou nebo musí být zastoupeny při výrobě konkrétního typu výbušiny. Nejčastěji to jsou chlorid sodný a chlorid draselný, někdy i uhličitan vápenatý nebo organické látky o nízkém bodu tuhnutí (parafin, vosky apod.). Trhaviny prochází v současné době rychlým vývojem. U nás se k jejich označení používají termíny - trhaviny plastifikované vodou či emulzní trhaviny. Z hlediska konzistence jsou tekuté, gelové, až plastické, a obsahují kapalnou fázi, kterou tvoří obvykle voda. Trhaviny plastifikované vodou jsou charakteristické použitím výbušného senzibilizátoru, kterým je obvykle tritol. Zástupcem je Permon Extra 9 se základním složením tritol - voda - dusičnan amonný. Typy a průměry vyráběných náložek - Válcové velkoprůměrové náložky (nad 50 mm) se vyrábí o průměrech 65, 75, 90, 100 a 110 mm. - Válcové maloprůměrové náložky (do 50 mm) se vyrábí o průměrech 21, 22, 23, 28, 30 a 38 mm. - Náložky příložné jsou ve tvaru hranolků 7 x 7 x 8 cm / 200g. Povrchové trhaviny jsou zhotovovány buď přímo na místě spotřeby, nebo dodávány v pytlích, jen z menší části ve velkoprůměrových válcových náložkách. 104

105 Důlní trhaviny, které se používají v dolech i na povrchu, jsou většinou dodávány ve formě maloprůměrových válcových náložek a jejich použití závisí jak na výkonu, tak na relativní bezpečnosti vůči zapálení výbušného prostředí (důlně bezpečné). 6.6 Průmyslové trhaviny Technické údaje důlních trhavin Tabulka číslo 11: Technické údaje důlních trhavin Název trhaviny PERMONEX V 19 PERMON DAP M PERUNIT 20 PERUNIT 22 PERUNIT 28 PERUNIT 44 PERUNIT 48 Druh konzistence PERUNIT HG DANUBIT 1 DANUBIT 2 SYNTHEZIT V 18 CARBO- DANUBIT UHLOME- TANIT 26 SLAVIT V SUPER- AJAX OSTRAVIT C HARMONIT AD skalní sypká skalní sypká skalní plastická skalní plastická skalní plastická skalní plastická skalní plastická skalní plastická skalní plastická skalní plastická protiprach. sypká protiprach. plastická DBT-I sypká DBT-I poloplast. DBT-I poloplast. DBT-II poloplast. DBT-II poloplast Kyslíková bilance [% O 2 ] Výbucho vé teplo Hustota Trauzl Min. Ø nálože Detonačn í rychlost [kj.kg -1 ] [g.cm 3 ] [cm 3 ] [mm] [km.s -1 ] +1, , ,2 +0, , ,0 +1, , ,5 +3, , ,6 +0, , ,8 +0, , ,1 +0, , ,4 +3, , ,4 +1, , ,2 +1, , ,2-0, , ,6 +2, , ,3 +3, , ,5 +2, , , , ,7 +3, , ,1 +3, , , Balení a označování trhavin a) Balení - obalový materiál používaný k balení trhavin musí splňovat následující požadavky: - být chemicky netečný k trhavině, - chránit trhavinu před navlhnutím, 105

106 - zabraňovat unikání trhaviny z obalu, - chránit náložky trhaviny před deformací. Nejčastějším obalovým materiálem je papír impregnovaný parafinem nebo polyetylenem. b) Označování - každá výbušina musí být označena, přičemž toto označení musí být jak na náložce (označení výrobce, trhaviny, průměru a hmotnosti), tak na vnějším přepravním obalu. Průmyslové trhaviny jsou pro snazší orientaci rozlišeny podle svého použití i barevným označením obalu: - povrchové - žlutě - důlní skalní - červené - důlní bezpečné protiprachové - modré - důlní bezpečné protiplynové I. kategorie - bílé - důlní bezpečné protiplynové II. kategorie - zelené - důlní bezpečné protiplynové III. kategorie - zelené s černým pruhem - trhaviny pro zvláštní použití - podle rozhodnutí ČBÚ Teplotní odolnost trhavin Kritickými složkami trhavin z hlediska jejich teplotní odolnosti jsou trhací želatina a dusičnan amonný. Obecně platí, že při zvyšujících se teplotách se citlivost výbušnin zvětšuje. Při teplotách nad 30 C se však mění krystalická struktura dusičnanu amonného, v důsledku čehož amonledkové trhaviny tvrdnou a stávají se manipulačně nebezpečnými. Při nižších teplotách pod -20 C naopak mrzne směs nitroglycerinu a nitroglykolu a plastické trhaviny se tak rovněž stávají manipulačně nebezpečnými. Nutno dodržovat pokyny výrobců Vodovzdornost výbušnin Odolnost výbušnin proti vodě je důležitá z hlediska zachování stability detonace. Vzhledem k tomu, že trhací želatina je absolutně vodovzdorná, jsou želatinové trhaviny odolnější proti vodě než trhaviny sypké. U sypkých trhavin se zvýšení vodovzdornosti dosahuje hydrofobizačními (vodoodpuzujícími) přísadami a parafinováním papírových obalů náložek. Na kvalitu má nepříznivý vliv rovněž dlouhodobé působení vzdušné vlhkosti. Proto je předepsáno, že ve skladech výbušnin musí být udržována teplota max. 25 C a relativní vlhkost max. 80 % Důlní bezpečnost trhavin Na pracovištích v plynujících uhelných dolech může být trhací práce příčinou výbuchu směsi vzduchu s metanem a uhelným prachem. Pravděpodobnost zapálení těchto výbušných směsí je tím větší, čím vyšší je výbuchová teplota použitých výbušnin a čím delší je doba trvání vysokých teplot a tlaků. Dobře utěsněné nálože působí podstatně menší ohrožení než nálože špatně utěsněné, polouzavřené, nebo dokonce odkryté. Ke snížení výbuchové teploty u bezpečnostních trhavin se používá kuchyňská sůl Trhaviny a náloživo pro speciální použití a) Pentrit (PENT) - je esterem kyseliny dusičné. Je to krystalická bílá látka nerozpustná ve vodě, s vysokou detonační rychlostí (8 000 m.s -1 ). Pentrit je citlivá a velmi výkonná trhavina; často se používá ve směsi s tritolem, který ji částečně flegmatizuje. Takto upravená směs se používá jako náplně do bleskovic. b) Tritol (TNT) - je žlutá krystalická látka, ve vodě nerozpustná, chemicky velmi stálá a manipulačně bezpečná. Má silně negativní kyslíkovou bilanci, a proto se často používá ve směsi s dusičnanem amonným jako okysličovadlem. Čistý TNT se používá 106

107 převážně pro vojenské účely. V civilní trhací technice je používán pro speciální nálože při geofyzikálním průzkumu apod. Má detonační rychlost m.s -1. c) Speciální trhaviny a naloživo - jsou trhaviny, naloživo a materiály pro speciální použití a nejrůznější průmyslové aplikace, jako např.: - trhaviny se stabilizovanou detonační rychlostí - vyznačují se vysokou detonační rychlostí a detonačním tlakem, které slouží jako příložné nálože, počinové nálože pro málo citlivé trhaviny, pro geoseismické účely apod., - náloživo pro řízený výlom, které je připravováno z trhavin o relativně nízké pracovní schopnosti a s nízkou náložkovou hustotou při dobré stabilitě detonace i v malém průměru (OBRYSIT), - nálože pro seismický průzkum, které jsou vyráběny z trhavin spolehlivě detonujících i pod zvýšeným tlakem, - táhlé nálože pro čištění melioračních kanálů, vyráběné ze želatinových trhavin v obalech z plastické hmoty, - speciální trhaviny pro výbuchové tváření kovů s nízkým detonačním tlakem, které jsou snadno formovatelné, manipulačně bezpečné a fyziologicky neúčinné, - kumulativní nálože pro nejrůznější způsoby použití, k řezání kovových desek, prorážení otvorů, odpichy tavicích pecí, torpedování ucpaných sýpů apod Uskladňování výbušnin Sklady výbušnin a) Velký sklad výbušnin je sklad, v jehož dílčím prostoru (obr. 6-4) pro uskladnění výbušnin (komora, kobka) je dovoleno uskladnit nejvýše 1 000kg, kg nebo kg průmyslových trhavin v závislosti na jejich chemickém složení, nebo rozbušek nebo 200 kg výbušnin obsažených v jiných výbušných předmětech. Celková hmotnost výbušnin není omezena. Obr. 6-4: Kobka velkého skladu trhavin Obr. 6-5: Výklenek malého skl. trh. b) Malý sklad výbušnin je sklad, v jehož dílčím prostoru (obr. 6-5) pro uložení výbušnin je dovoleno uskladnit nejvýše 150 kg trhavin, nebo kusů rozbušek nebo 10 kg výbušnin obsažených v jiných výbušných předmětech. Celková hmotnost uskladněných výbušnin nesmí přesáhnout kg trhavin a kusů rozbušek, nebo 20 kg výbušnin obsažených v jiných výbušných předmětech Uskladnění trhavin na pracovišti Pro uskladnění výbušnin na pracovišti platí následující: 107

108 Zákon 61/ Objekty pro výrobu, zpracování a uskladňování výbušnin (4) Po krátkou dobu lze přechovávat výbušniny i ve zvláštních úschovnách zřízených na pracovišti. Podrobnosti o zvláštních úschovnách stanoví Český báňský úřad obecně závazným právním předpisem. Vyhláška 99/ Základní pojmy Pro účely této vyhlášky se rozumí: m) zvláštní úschovnou výbušnin pod povrchem (dále jen "úschovna výbušnin") je zvláštní schránka (bedna, důlní vůz, kontejner apod.) v blízkosti místa spotřeby, ve kterém je dovoleno krátkodobě, nejvýše po dobu 24 hodin, ukládat výbušniny určené k použití. Vyhláška 99/ Úschovny výbušnin (1) Úschovnou výbušnin může být: a) bedna zhotovená z dřevěných desek o tloušťce alespoň 30 mm (obr. 6.6) nebo z plechu o tloušťce alespoň 2 mm, b) schránka zapuštěná do boku podzemního díla, c) důlní vůz nebo kontejner (obr. 6.7) zajištěný proti nežádoucímu přemístění (např. připoutáním řetězy) nebo umístěný v prostoru důlního díla odděleném mřížemi a mřížovými dveřmi a upravený proti možnému odcizení nebo zneužití výbušnin (dále jen "důlní vůz"). Obr. 6-6: Bedna pro uskladnění trhavin Obr. 6-7: Úschovna trhavin - důlní vůz (2) V úschovně výbušnin, tvořené bednou nebo schránkou, lze uložit nejvýše 100 kg trhavin a 100 m bleskovice nebo 500 kusů rozbušek. Při společném uložení trhaviny a rozbušek hmotnost trhavin nesmí přesáhnout 20 kg a počet rozbušek 200 ks, přičemž trhaviny a rozbušky musí být oddělené přepážkou o tloušťce alespoň 30 mm. (3) V úschovně výbušnin tvořené důlním vozem lze uložit nejvýše 200 kg trhavin nebo 500 ks rozbušek. (4) Je-li v blízkosti místa spotřeby umístěno více beden nebo schránek, musí být vzdálenost mezi nimi nejméně 10 m, pokud mezi nimi není zřízena protipřenosová přepážka podle 32 odst. 2 až 4. Pro jedno místo spotřeby smí být umístěn pouze jeden důlní vůz; důlní vůz s bednou nebo schránkou nelze kombinovat. (5) V bedně nebo schránce smí být výbušniny uloženy jen po dobu přítomnosti zaměstnanců na pracovišti, v důlním voze i po dobu krátkodobé nepřítomnosti zaměstnanců na pracovišti, např. při střídání směn. Řádné a bezpečné uložení výbušnin, včetně jejich zajištění proti 108

109 odcizení nebo zneužití, zabezpečí střelmistr nebo technický vedoucí odstřelů a v jejich nepřítomnosti předák nebo vedoucí pracoviště. (6) Důlní vůz se opatří nejméně dvěma na vnitřní straně osazenými zámky s různými klíči. (7) Na úschovnu výbušnin se dále vztahují ustanovení 21 odst. 5,6,8 a 9. Vyhláška 99/ (5) Úschovna výbušnin se uzamyká nebo chrání jiným vhodným způsobem před vniknutím nepovolané osoby a označuje se výstražnými tabulkami, pro které platí 19 odst. 3. (6) Kovové plochy, přicházející do styku s výbušninou, se pokryjí hmotou s účinky tlumícími náraz. (8) V úschovně výbušnin lze uložit nezbytné pomůcky k použití výbušnin. (9) Do úschovny výbušnin nelze ukládat výbušniny ze selhávek, z nálezů a adjustované náložky. 6.8 Rozněcovadla Rozněcovadla (iniciátory) jsou prostředky trhací techniky, které slouží k rozněcování (iniciaci) výbušnin. Jejich základní rozdělení je: základní, pomocná, doplňková a speciální Základní rozněcovadla Základní rozněcovadla jsou taková, která přímo působí na výbušninu a způsobují její roznět. Dělíme je na zážehová a elektrická. Elektrická rozněcovadla dělíme na: - elektrické palníky mžikové a časované, - elektrické rozbušky mžikové a časované, časované dělíme na milisekundové a déle časované Průmyslové zážehové rozbušky Průmyslové zážehové rozbušky jsou základní rozněcovadla určená k vyvolání detonace trhavin a bleskovic. Používají se na pracovištích prostých výbušných plynů a prachů v suchém, nejvýše vlhkém prostředí. Zažehují se plamenem zápalnice nebo elektrickým palníkem. Zážehové rozbušky mají iniciační mohutnost číslo 8. Obr. 6-8: Řez zářehovou rozbuškou 1 - Sekundární náplň (pentrit + 10 % TNT) 2 - Primární náplň (astrid nebo azid olovnatý) 3 - Pojistka se zážehovým otvorem 4 - Prostor pro nasunutí el. palníku nebo zápalnice 5 - Hliníková nebo měděná dutinka Elektrická rozněcovadla Elektrická rozněcovadla jsou taková základní rozněcovadla, k jejichž aktivaci je využito přeměny elektrické energie v energii tepelnou. a) Elekrický palník Elektrický palník je nejjednodušším elektrickým rozněcovadlem, které slouží k zážehu zápalnice, rozbušky nebo přímému zážehu černého prachu či pyrotechnické slože. Základním článkem elektrického palníku je elektrická pilule, jejímž úkolem je přeměna elektrické energie v tepelnou. V současné době se u nás vyrábí prakticky 109

110 výhradně elektrická pilule můstkového typu, která využívá přeměny elektrické energie při průchodu elektrického proudu odporovým drátkem na teplo. Obr. 6-9: Schéma znázornění můstkové pilule 1 - Vodiče (Cu, Fe) 2 - Kovové lamely 3 - Držák 4 - Můstek (odporový drátek) 5 - Roznětná nálož 6 - Zážehová nálož Pilule je umístěna v dutince (papír, kov, umělá hmota), která je na straně pilule otevřená, kdežto na straně přívodních vodičů je opatřena ochrannou zátkou. Takto uspořádaný komplet tvoří elektrický palník. Podle zpoždění dělíme elektrické palníky na mžikové a časované. Časovaný elektrický palník (obr. 6-10) je palník, do jehož dutinky je vložena zápalnice. Doba zpoždění výšlehu plamene je dána rychlostí hoření zápalnice a její délkou. Obr. 6-10: Časovaný elektrický palník 1 - Zápalnice 6 - Elektrický můstek 2 - Dutinka el. palníku 7 - Distanční držák 3 - Izolační trubka 8 - Pólové držáky 4 - Pilule 9 - Zátka 5 - Otvor o odvod plynů 10 - Přívodní vodiče Prostý elektrický palník bez vložené zápalnice se nazývá mžikový, protože k výšlehu plamene dojde ihned po zážehu zážehové slože pilule. b) Elektrické rozbušky Elektrické rozbušky jsou základní rozněcovadla vytvořená spojením elektrického palníku a zážehové rozbušky v jeden vodotěsný a nedělitelný celek. Podle doby, která uplyne od okamžiku zatížení můstku elektrickým proudem do okamžiku detonace rozbušky, dělíme rozbušky na mžikové a časované. Rozbušky mžikové (obr. 6-11a) jsou takové elektrické rozbušky, u kterých nastane výbuch téměř okamžitě (do 0,004 sekundy) po průchodu elektrického proudu můstkem. Časované elektrické rozbušky (obr. 6-11b) mají mezi pilulí a primární náplňí vložený pyrotechnický zpožďovač, takže k výbuchu rozbušky dojde až po určité době, potřebné k jeho prohoření. Podle doby zpoždění mezi jednotlivými časovými stupni dělíme časované rozbušky na : - milisekundové (interval zpoždění kratší než 100 ms), - délečasované (interval zpoždění delší než 100 ms). 110

111 Obr. 6-11: Řez elektrickou rozbuškou A B C A - Mžiková B - Časovaná C - Milisekundová se zvýšenou důlní bezpečnosti 1 - Přívodní vodiče 2 - Zátka 3 - Držák pilule 4 - Izolace pro zvýšení elektrické pevnosti 5 - Pouzdro zpožďovače 6 - Lisovaná zpožďovací slož 7 - Ochranná kulička bránící rozletu žhavé strusky ze zpožďovací slože 8 - Primární náplň 9 - První část sekundární náplně 10 - Hlavní část sekundární náplně 11 - Dutinka 12 - Zážehová vrstva 13 - Pojistka Podle místa použití elektrických rozbušek nebo zvláštního účelu dělíme rozbušky na standardní (pro běžné použití) a speciální. Speciálnost se formálně projevuje následujícími symboly v typovém označení rozbušek: zb - elektrické rozbušky se zvýšenou bezpečností pro pracoviště s výskytem výbušných plynů a prachů (obr. 6-11C), NME - elektrické rozbušky odolné proti hromadné explozi, ReT - elektrické rozbušky odolné proti tlaku (např. pro geofyzikální účely), TSR - termostabilní elektrické rozbušky pro perforační trhací práce při teplotách do C, SEISMIC - elektrické rozbušky odolné proti hromadné explozi určené pro seismografické účely a pro trhací práce ve větších hloubkách pod vodou, DeD - jsou to důlní elektrické čtvrtsekundové rozbušky, v sadě rozbušek je nultý stupeň (mžiková rozbuška) a 12 časovaných stupňů, DeP - jsou to důlní elektrické půlsekundové rozbušky, v sadě rozbušek je nultý stupeň (mžiková rozbuška) a 12 časovaných stupňů, DeM - jsou to důlní elektrické rozbušky milisekundové, tvoří sadu až 21 stupňů (včetně mžikového) o stálém intervalu 23 ms. DeM - Zb - jsou to důlní elektrické rozbušky milisekundové se zvýšenou bezpečností proti zapálení metanu a uhelného prachu se stejnými intervaly jako DEM. S - elektricé rozbušky se střední odolností proti vnějšímu proudu (bezpečný zážehový proud 0,45 A), V OKR používáme DeM-Zb-S, jsou to důlní elektrické rozbušky milisekundové se zvýšenou bezpečností se střední odolností proti vnějšímu proudu. Zapojení elektrických rozbušek Elektrické rozbušky se nejčastěji zapojují za sebou (obr. 12A), při sériovém zapojení vystačíme při roznětu s nízkou hodnotou proudu I (A), ale potřebujeme značné napětí U (V). Pro zajištění spolehlivého roznětu musí být zajištěn minimální proud po určitou 111

112 Dobu, aby se stihly elektrické piluly zažehnout. Rovněž proud dodávaný roznětnicí nesmí přesáhnout dobu 4 milisekundy, jelikož působením výbuchu v určitém časovém úseku dojde k poškození elektroinstalace a k vytvoření nebezpečného stavu. Minimální délku proudového impulsu zajišťuje dostatečná kapacita nabíjecího kondenzátoru roznětnice, maximální délku proudového impulsu zajišťuje omezovač roznětnice. Obr. 6-12: Schéma zapojení elektrických rozněcovadel A - Sériové zapojení B - Paralelní C - Kombinované zapojení 1 - Elektrická rozbuška 2 - Vodivý spoj vývodů rozbušek 3 - Roznětnice Potřebné napětí pro iniciaci rozbušek vypočteme ze vztahu: U = ( R v + n. R r ). I kde U je potřebné napětí roznětnice R v - Odpor vedení v ohmech n - počet sériově zapojených rozbušek R r - odpor jedné rozbušky (3,5 Ω) I - iniciační proud elektrické rozbušky (0,45 A) Pro zjednodušení výpočtu je uváděn výrobci mezní odpor (sériový součet odporů roznětného okruhu), který je možno připojit k roznětnici (např. do 250 Ω nebo do 420 Ω). Sérioparalelní zapojení (obr. 6-12C) zajišťuje vyšší spolehlivost roznětu při nižším napětí. Toto zapojení se používá při hloubení jam, kde se provádí odpal podstatně více elektrických rozbušek než při běžné ražbě. Sérioparalelně elektrické rozbušky smí zapojovat střelmistr, který absolvoval speciální kurz a přezkoušení na ČBÚ. c) Roznětné vedení, rychlospojky Roznětné vedení musí mít dostatečnou elektrickou pevnost (napětí při roznětu dosahuje až 1 500V), výborný izolační stav a odolnost. Požadavkům na důlní provoz vyhovuje vedení XCYAR - 1,5. Odpor vodiče XCYAR - 1,5 délky 100 m je 2 Ω. Izolační odpor tohoto vedení nesmí klesnout pod 10 MΩ a měříme ho pomocí indikátoru izolačního stavu BAK-01 B. Obr. 6-13: Přívodní vedení XCYAR - 1,5 112

113 d) Spoje Vodivé spoje mezi elektrickými rozbuškami a případně i roznětným vedením se provádí odizolováním konců vodičů, jejich řádným spojením (obr. 6-14) a zajištěním spojů rychlospojkami (obr 6-15). Rychlospojky jsou suché nebo do vlhkého prostředí tukové. Obr. 6-14: Spojování vodičů rozbušek a vedení Obr. 6-15: Rychlospojka e) Roznětnice Kondenzátorová roznětnice DBR-12 je určena k roznětu elektrických rozněcovadel druhu SO - citlivosti S (16mJ/Ω) a SICCA (60mJ/Ω) zapojených do série a také v sériově paralelním zapojení při všech trhacích pracích v prostředí s nebezpečím výbuchu prachů a plynů. Obr. 6-16: Kondenzátorová roznětnice DBR-12 Roznětnice je vybavena ochranou, která zabraňuje roznětu okruhu při nabití na napětí menší než 1200 V. Součástí ochrany je signalizace nabití kondenzátoru přerušovaným světlem (LED). Časovací obvod omezuje dobu trvání vznětného proudu pod 4 ms při libovolném odporu připojené zátěže roznětnice. f) OHMMETR Obr. 6-17: Ohmmetr Ohmmetr je určen k měření ohmického odporu roznětných sítí při trhacích pracích s maximálním odporem např. do 2000 ohmů. Napájení je zajištěno tužkovými bateriemi. Ohmmetr musí být konstruován pro důlní použití. Těmto požadavkům vyhovuje například digitální ohmmetr DO 200/2000 P (obr. 6-17). 113

114 Pomocná rozněcovadla pro nevýbušné prostředí Pomocná rozněcovadla pro nevýbušné prostředí slouží k přenosu zážehu nebo detonace, popřípadě k zažehování základních rozněcovadel. a) Zápalnice Zápalnice je charakteristickým prostředkem neelektrického, zápalnicového roznětu. Je to pomocné časové rozněcovadlo citlivých nebo třaskavých složí, které se používá k roznětu rozbušek. Slouží k časovému přenosu plamene. Jeden metr zápalnice hoří 125 sekund. Pracovní teplota - 25 C až + 35 C. Odolnost proti vodě 24 hodin. Obr. 6-18: Zápalnice Obr. 6-19: Iniciace rozbušky zápalnici 1 - Vodicí signální niť 2 - Duše z černého prachu 3 - Dvě vrstvy omotání 4 - Vnější izolace z PVC b) Bleskovice Bleskovice je pomocné rozněcovadlo určené k přenosu detonace k několika náložím s cílem jejich současného výbuchu, přičemž přenos detonace lze realizovat na libovolnou vzdálenost. Svojí konstrukcí se bleskovice podobá zápalnici. Liší se hlavně tím, že její duše je tvořena sekundární trhavinou, tj. zpravidla pentritem flegmatizovaným pomocí tritolu a přenosová rychlost detonace činí až m.s -1. Obr. 6-20: Řez bleskovicí 1 - Signální vodicí niť 2 - Trhavinová duše 3 - Obal duše 4 - První opředení 5 - Druhé opředení 6 - Ochranný obal Obr. 6-21: Adjustování bleskovice rozbuškou 1 - Bleskovice 2 - Roznětná nálož s rozbuškou 3 - Zápalnice 114

115 Bleskovice přivádí k výbuchu všechny běžné druhy průmyslových trhavin, pokud jimi ve vývrtech přímo prochází, nebo pokud je s nimi v těsném styku po délce nejméně 10 cm (obr. 6-22). Obr. 6-22: Adjustování roznětné náložky bleskovice 1 - Náložka 2 - Bleskovice Obr. 6-23: Zapojování bleskovic A) Spojování bleskovic B) Adjustování bleskovice rozbuškou C) Odbočování bleskovic Spojování bleskovic se provádí přiložením v délce nejméně 10 cm k sobě a zajištěním lepicí páskou, motouzem nebo PE spojkou. 6.9 Pomůcky pro nabíjení a ucpávání vývrtů při trhací práci Čisticí trubka Obr. 6-24: Trubka na čištění vývrtů Po navrtání vývrtů je nutné z nich odstranit zbytky drtě a vody. Čištění se provádí pomocí speciální trubky stlačeným vzduchem (obr. 6-24). 115

116 6.9.2 Nabiják Druh a provedení prostředků pro nabíjení trhavin závisí na konzistenci a tvaru použitých trhavin, na situování vrtů a jejich rozměrech. Náložkované trhaviny, které se v uhelném hornictví používají téměř výhradně, se nabíjí buď, ručně nebo mechanicky. Obr. 6-25: Nabiják Nejběžnějším zařízením pro ruční nabíjení je jednoduchý dřevěný, duralový nebo laminátový nabiják (obr. 6-25), který slouží k nabíjení krátkých málo průměrových vývrtů různých úklonů. Pro nabíjení vývrtů větších délek se používají buď nabijáky skládací, nebo při některých speciálních druzích trhacích prací (v podmínkách OKR jsou to zpravidla bezvýlomové trhací práce velkého rozsahu) se pro nabíjení náložkových trhavin do dlouhých velkoprůměrových vrtů používají speciální pneumatické nabíjecí zařízení (obr 6-26) Zafoukávací pistole Obr. 6-26: Pneumatické nabíjecí zařízení (princip) Zafoukávací pistole Obr. 6-27: Zafoukávací pistole Sypké ucpávkové materiály se do vývrtů (s výjimkou svislých úpadních vrtů) zafoukávají pneumaticky. Pro utěsňování náloží skalních trhavin se v maloprůměrových vrtech používají zpravidla zafoukávací pistole (obr. 6-27). 116

117 7 Trhací práce 7.1 Působení výbuchu v plynném, kapalném a pevném prostředí Detonace trhaviny působí na okolí velmi silným dynamickým rázem, kterým je prostředí obklopující detonující výbušninu velmi silně namáháno. Účinek detonace se projevuje: - rázovým působením detonačního tlaku na plochu přímého styku trhaviny a okolního prostředí (rázová vlna), - působením tlaku výbuchových plynů na okolní prostředí. Detonační tlak působí jen několik milisekund, ale dosahuje extrémně vysokých hodnot - až 1000 MPa. Jeho hodnota je tím vyšší, čím vyšší je hustota a detonační rychlost trhaviny. Tlak výbuchových plynů působí podstatně déle (desetiny až setiny sekundy) a jeho velikost závisí na měrném objemu plynů, výbuchové teplotě trhaviny, na náložové hustotě a na vlastnostech okolního prostředí. Působením detonace nebo tlaku vznikají vlny napětí, které se šíří od místa výbuchu do okolního prostředí. Ve volném prostoru se rázová vlna šíří všemi směry stejnoměrně, přičemž vlnoplochy vytváří tzv. výbuchová tělesa. Výbuchovým tělesem soustředěné nálože je koule, kdežto výbuchovým tělesem táhlé nálože je nepravidelné těleso, jehož tvar je ovlivněn např. délkou nálože. Obr. 7-1: Šíření vln napětí okolním prostředím při výbuchu nálože Rychlost šíření vln napětí a jejich dosah jsou závislé na fyzikálních vlastnostech prostředí, zejména na jeho tzv. akustické impedanci, což je v principu schopnost prostředí propouštět toto vlnění. Prochází-li vlna napětí z jednoho prostředí do druhého, postupuje dále beze změny jen v tom případě, že obě prostředí mají shodnou akustickou impedanci. Prochází-li však rozhraním dvou prostředí o různých impedancích (hornina-vzduch, uhlíkámen apod.), dochází ke štěpení vlny, při kterém část vlny projde dál (vlna propuštěná) a část vlny se odrazí (vlna odražená). Kvalitativní rozdělení na vlnu propuštěnou a vlnu odraženou závisí na rozdílu obou impedancí obou prostředí; čím je rozdíl větší, tím větší je podíl energie vlny odražené na úkor vlny propuštěné Vliv volné plochy a pásma působení nálože Při výbuchu trhavinové nálože v hornině se vlny napětí šíří jako tlakové vlny až k volnému povrchu - k volné ploše. Od volné plochy, která se uplatňuje jako rozhraní s prostředím o značně nižší akustické impedanci (hornina-vzduch) se tlakové vlny odrážejí a vracejí se zpět jako vlny tahové. Vzhledem k tomu, že většina hornin má pevnost v tahu asi desetkrát menší než pevnost v tlaku, způsobí odražené tahové vlny odštěpení a rozpojení horniny (obr. 7-2). Vzdálenost volné plochy od nejbližšího místa vybuchující nálože tedy zásadním způsobem ovlivňuje rozpojení horniny výbuchem. Bez přítomnosti volné plochy nemůže nálož vykonat požadovanou práci o charakteru výlomu. 117

118 Obr. 7-2: Odraz tlakové vlny od volné plochy a odštěpení horniny odraženou vlnou 1 - detonující nálož 2 - tlaková vlna 3 - odražená vlna 4 - odštěpení horniny působením odražené tahové vlny Jak dokládá následující tabulka číslo 12, čím více je k dispozici volných ploch, tím menší množství výbušniny je k zapotřebí k rozpojení daného objemu horniny. Tabulka číslo 12 Počet Relativní spotřeba volných trhavin pro nálož ploch soustředěnou táhlou 1 1,0 1,0 2 0,5 0,6 3 0,3 0,4 4 0,2 0,24 5 0,16 0,2 Při rozpojování hornin se do značné míry uplatňuje také působení tlaku výbuchových plynů. Vliv plynů je tím větší, čím je hornina plastičtější (měkčí) a čím je méně stejnorodá. Naopak v horninách o velké měrné hmotnosti a s vysokou akustickou impedancí má tlak plynů na rozpojení jen malý význam. Rozrušující účinek detonující nálože se s rostoucí vzdáleností od jejího těžiště a v závislosti na vzdálenosti volné plochy (tzv. záběr nálože ) projevuje v pěti pásmech (obr. 7-3). Obr. 7-3: Průběh exploze a její vliv na okolí nálože I. pásmo tříštění - při výbuchu nálože rozdrtí rázová vlna horninu v nejbližším okolí (zhruba do vzdálenosti stejné jako je průměr nálože); II. pásmo odhozu - kromě rozpojení dochází i k odhození materiálu; III. pásmo sesutí - materiál je dobře rozpojen, ale není odhozen (je pouze vytlačen); IV. pásmo natřesení - materiál není dokonale rozpojen (jen rozpukán) a zůstává převážně na místě (poddimenzovaná nálož); V. pásmo seismické - bez strukturálních změn. V pásmech I až IV dochází k většímu či menšímu stupni rozrušení horniny, proto se tato oblast označuje jako prostor trvalých deformací. Pásmo V, ve kterém se rázová vlna mění 118

119 ve vlnu seismickou a projeví se pouze otřesem, aniž zanechala trvalé účinky, se označuje jako prostor pružných deformací. Z uvedeného vyplývá tento důležitý poznatek: protíná-li volná plocha pásmo vyšší účinnosti výbuchu, musí se do volné plochy projevit všechna pásma nižší účinnosti Základní zásady trhacích prací Nejkratší vzdálenost těžiště nálože od nejnižší volné plochy se nazývá záběr nálože (poloměr účinnosti) a v trhací technice ho označujeme písmenem R. Detonující nálož vytváří ve volné ploše kuželovou výtrž, kterou v trhací technice nazýváme nálevkou. Umístíme-li stejnou nálož v různých vzdálenostech od volné plochy, pak po výbuchu těchto náloží pozorujeme, že výtrhový kužel (nálevka) svírá různý vrcholový úhel (obr. 7-4). Obr. 7-4: Tvar nálevky soustředěné nálože a) správně dimenzované b) předimenzované c) poddimenzované Správně dimenzovaná nálož (tj. nálož s přiměřeným záběrem) vytvoří nálevku pravoúhlou. Velikost záběru správně dimenzované nálože musí být přiměřená zejména hmotnosti nálože, pracovní schopnosti použité trhaviny, konstrukci nálože a vlastnostem rozpojované horniny. Pro provádění trhací práce platí tyto tři nezvratné zásady: 1. Pro rozpojení určitého objemu materiálu výbuchem je zapotřebí přesně určeného energetického potenciálu (výbuchové energie) trhaviny, účelně v materiálu rozmístěné. 2. Hlavní směr výbuchu působí vždy ve směru nejmenšího odporu (nemusí být totožný se záběrem). 3. Rozpojení hmoty nemůže nastat, není-li současně možný její pohyb (není-li v dosahu volná plocha). 7.2 Druhy náloží a jejich konstrukce Při trhacích pracích používáme nálože lišící se tvarem, umístěním vzhledem k rozpojovanému objektu, uspořádáním, počtem a způsobem roznětu. Podle tvaru rozdělujeme nálože na: Nálož: - soustředěná - táhlá: - souvislá - odlehčená: - axiálně - radiálně Základním tvarem soustředěné nálože je koule, základním tvarem táhlé nálože je dlouhý válec. Táhlé nálože jsou zpravidla nabíjeny do vývrtů, které označujeme jako maloprůměrové, je-li jejich průměr menší než 60 mm, nebo jako velkoprůměrové, je-li jejich průměr větší než 60 mm. Podle umístění vzhledem k rozpojovanému objektu, resp. podle stupně utěsnění, dělíme nálože na: - uzavřené, tj. nálože ve vývrtech (na čelbách, v komorách apod.) utěsněné ucpávkou; 119

120 - polouzavřené, tj. nálože ve vývrtech bez ucpávky; - neuzavřené, tj. nálože zevně přiložené k rozpojovanému objektu - nálože příložné. Nálože ve vývrtech dále dělíme podle uspořádání (obr. 7-5) na: - souvislé - odlehčené: - radiálně - axiálně: - dělené - mezerové Obr. 7-5: Táhlá nálož a) soustředěná b) dělená c) mezerová 1 - ucpávka 2 - nálož 3 - vzduchové mezery (případně distanční vložky, nebo přenosové náložky. Dělené nálože jsou v podstatě dvě samostatně iniciované dílčí nálože ve společném vývrtu. Meziucpávka zabraňuje přenosu detonace z jedné dílčí nálože na druhou. Konstrukce mezerové nálože spočívá v tom, že mezi jednotlivými dílčími náložemi jsou ponechány vzduchové mezery (někdy se do nich vkládají tzv. distanční vložky), které umožňují přenos detonace mezi jednotlivými dílčími náložemi. Dělené a mezerové nálože se souhrnně nazývají nálože axiálně odlehčené. Použijeme-li ve vývrtu náložkovanou trhavinu s výrazně menším průměrem náložek, než je průměr vývrtu, takže mezi trhavinou a stěnami vývrtu vznikne vzduchová mezera, hovoříme o radiálně odlehčené náloži (obr. 7-6). Obr. 7-6: Radiálně odlehčená nálož Zvláštním případem radiálního odlehčení nálože je její tzv. odstínění (obr. 7-7). Princip odstínění spočívá ve vytvoření ochranné přepážky mezi trhavinovou náloží a prostorem, který má být ušetřen před tříštivým účinkem detonace. Jako přepážka se použije materiál, který klade odpor šíření vln napětí - vytváří impedanční bariéru. Nejčastěji to bývají dřevěné laťky, tyčky z plastické hmoty, písek apod. Metody trhacích prací s náložemi do jisté míry odlehčenými se používají jen ve zvláštních případech, kdy potřebujeme například dosáhnout hladkého a čistého výlomu. 120

121 Obr. 7-7: Odstíněné nálože a) souvislé b) mezerové c) dřevěnou laťkou d) hadicí s pískem 7.3 Soustavy náloží Jednotlivě odpalovaných náloží se v trhací technice používá poměrně málo. Uplatňují se například při rozstřelování nadměrných kusů rubaniny, při jednoduchých destrukcích, při rozstřelování pařezů v lesnictví, v dole při tzv. přistřílkách, při uvolňování ucpaných sypů apod. Při běžném provádění trhací práce v hornické praxi se používají soustavy náloží, sestávající obvykle z několika desítek náloží dílčích. Taková soustava náloží se uplatňuje nejen proto, aby se jedním odstřelem dosáhlo co největšího objemu rozpojené horniny a aby se omezily ztrátové časy při vyklízení ohroženého prostoru a při čekacích dobách po odstřelu. Účelně sestavená soustava zvyšuje účinky jednotlivých náloží, které vzájemně spolupůsobí, vzájemně se podporují a doplňují. Součinnost náloží se v dobře organizovaných soustavách neprojevuje jen celkovým efektem rozpojení daného objemu horniny, ale i menší spotřebou trhavin, než jakou by si vyžadovalo postupné odstřelování po jedné náloži. Hlavními podmínkami pro účinné spolupůsobení náloží jsou účelné geometrické uspořádání (záběry, rozteče, směrování vývrtů apod.) a účelné časování roznětu náloží. 7.4 Způsoby nabíjení náloží Trhaviny je dovoleno nabíjet do technicky správně založených vývrtů, dobře průchodných a řádně zbavených drti (např. vyfoukáním stlačeným vzduchem pomocí trubky). Trhavinu musí být možno do vývrtu zasunout lehce, bez násilí. Do vývrtů je možno v zásadě nabíjet buď trhaviny volné, nebo náložkované. Volné trhaviny se mohou nabíjet pneumaticky nebo i sypáním do svislých vrtů; kapalné trhaviny také zaléváním nebo čerpáním. V podmínkách plynujících uhelných dolů se používají výhradně trhaviny náložkované, které se v naprosté většině případů nabíjejí ručně pomocí nabijáků. Krátké maloprůměrové vývrty se nabíjejí jednoduchým, zpravidla dřevěným nabijákem, kdežto pro nabíjení delších vývrtů se používají nabijáky ohebné, nastavovací nebo skládací. Až na výjimky se jako první nabíjí roznětná náložka, a to tak, aby dno rozbušky směřovalo do delší části nálože, tedy směrem k ústí vývrtu. Při nabíjení skalních trhavin a důlně bezpečných protiplynových trhavin I. kategorie je možné trhavinové náložky nabíjet do vývrtů jednotlivě, kdežto nálože důlně bezpečných protiplynových trhavin II., resp. III. kategorie se musí nabíjet celé najednou, souvisle, ve společném polyetylenovém obalu, a to tak, aby se čela náložek vzájemně dotýkala. Smyslem tohoto způsobu nabíjení DBT-II je zabránit napadání vrtné drti nebo uhelného prachu mezi náložky a zajistit tak spolehlivou detonaci celého sloupce trhaviny. Také v tomto případě musí být roznětná náložka (počinová náložka) u dna vývrtu a dno rozbušky musí směřovat k ústí vývrtu. Dlouhé vývrty při provádění bezvýlomových trhacích prací se obvykle nabíjejí pomocí pneumatických nabíjecích zařízení, a to tak, že roznětná náložka se nabíjí ručně jako poslední (první od ústí vývrtu). 121

122 7.5 Impedanční přizpůsobení soustavy trhavina-hornina Aby bylo možno náložkovou trhavinu nabít do vývrtu nenásilně, musí být průměr vývrtu poněkud větší než průměr náložek. Při značném rozdílu v akustické impedanci horniny a vzduchu však vzduchová mezera mezi náložkami trhaviny a stěnou vývrtu představuje nežádoucí impedanční překážku, na níž dochází ke značným ztrátám výbuchové energie trhaviny. Pokles detonačního tlaku na stěnu vývrtu je tím větší, čím větší je rozdíl mezi průměrem vývrtu a průměrem náložek. Tyto ztráty je nutné minimalizovat co nejtěsnějším nabitím vývrtu tak, aby trhavina vyplňovala celý průřez vývrtu a byla v přímém styku s horninou. Uvedený požadavek je poměrně snadno splnitelný při pneumatickém nabíjení trhavin. Do značné míry je možné mu vyhovět při ručním nabíjení plastických trhavin, kdy se náložky nabijákem stlačí tak, aby se rozmačkaly a lépe vyplnily vývrt. Při nabíjení sypkých trhavin a poloplastických důlně bezpečných trhavin, které se nesmí z důvodů nebezpečí jejich přehutnění pěchovat, můžeme energetické ztráty na výše uvedené impedanční překážce snížit na přijatelné minimum tím, že budeme volit co možná nejmenší rozdíly mezi průměrem trhavinových náložek (d n ) a průměrem vývrtu (d v ). Doporučovaný optimální poměr d n : d v = 0,8 až 0,9, tedy průměr vývrtů jen o tolik větší, aby bylo možné trhavinu bez násilí, ale těsně nabít. V praxi by měl vyhovovat pro skalní trhaviny a DBT-I poměr cca 0,85, tedy pro náložky o Ø 28 mm vývrty o Ø 34 mm a pro náložky o Ø 35 mm vývrty o Ø 42 mm. Pro DBT-II, kde se celá nálož nabíjí najednou a ve společném obalu, dovoluje poměr 0,8, tedy pro náložky o Ø 30 mm vývrty o Ø 38 mm a pro náložky o Ø 36 mm vývrty o Ø 45 mm. 7.6 Určení množství trhaviny pro odstřel K základním parametrům každé trhací práce náleží stanovení hmotnosti nálože trhaviny, potřebné pro odstřel (N). Nejčastěji přitom vycházíme z hodnoty tzv. měrné (specifické) spotřeby, což je hmotnost trhaviny potřebné k rozpojení jednotky objemu horniny. Uvádí se zpravidla v kg.m -3 a ve výpočtových vzorcích se označuje písmenem q. Velikost měrné spotřeby závisí na řadě faktorů, z nichž nejdůležitější jsou: - vlastnosti rozpojované horniny (pevnost, pružnost, vrstevnatost, objemová hmotnost), - vlastnosti použité trhaviny (pracovní schopnost, brizance, hustota), - způsob provedení trhací práce (konstrukce náloží, uspořádání soustavy náloží, způsob roznětu a jeho časování), - podmínky trhací práce (počet volných ploch, prostředí omezující nebo umožňující trhací práci). Při ražení důlních děl k těmto základním faktorům přistupují ještě faktory dané charakterem hornické činnosti, jako například průřez raženého díla, úklon díla, hloubka zabírky, podíl uhlí a poloha uhelné sloje v profilu díla a jiné. Z uvedeného výčtu je patrno, že hodnotu specifické spotřeby trhavin je obtížné zcela přesně stanovit, protože každý z výpočtů nese v sobě chybu plynoucí ze zjednodušujících předpokladů. Proto je nutno všechny výpočty tykající se hmotnosti nálože brát pouze jako orientační a při návrhu technologie v neznámých podmínkách každý výpočet ověřit pokusným odstřelem. Tam, kde nelze pokusný odstřel provést, je nutné se řídit úsudkem podle zkušeností získaných při podobných odstřelech, případně tabulkovými hodnotami měrných spotřeb, získaných statistickým dlouhodobým sledováním a vyhodnocováním odstřelů v podobných podmínkách. 122

123 7.6.1 Výpočet měrné spotřeby trhavin pro ražení Nejsou-li k dispozici zkušenosti s odstřely v daných konkrétních podmínkách, je možné pro základní orientaci použít následující způsob výpočtu měrné spotřeby trhavin: kde q - měrná spotřeba trhaviny [kg.m -3 ] f - koeficient pevnosti podle Protodjakonova (cca 0,1 pevnosti v tlaku v MPa) a - koeficient úklonu díla (pro horizontální a úklonná díla a = 0,25, pro svislá důlní díla a = 0,12) F hr - hrubý průřez díla (hrubý výlom důlního díla) V t - pracovní schopnost trhaviny, tj. objem výduti v Trauzlově válci [cm 3 ] z sk - délka projektované zabírky [m] Výpočet platí pro milisekundový roznět a zálomový způsob ražení. Vyskytuje-li se v profilu díla uhelná sloj, bude měrná spotřeba nižší, přiměřeně k mocnosti sloje a pevnosti uhlí. Hodnota měrné spotřeby naopak vzroste: - se zvyšující se pevností horniny, - se zvyšující se délkou zabírky, - se zmenšujícím se průřezem díla, - se snižující se pracovní schopností použité trhaviny. Obr. 7-8: Čelba důlního díla 1 - před odpalem 2 - po odpalu 3 - píšťaly z t - zabírka teoretická z sk - zabírka skutečná Výpočet celkové nálože Celkovou hmotnost trhaviny, která je potřebná k rozpojení zabírky, vypočteme ze stanovené hodnoty měrné spotřeby a z velikosti rozpojovaného objemu, tedy: N = q. F hr. z t [kg] kde N - celková nálož [kg] z t - teoretická zabírka [m] = 1,1. z sk Známe-li spotřebu určitého druhu trhaviny a musíme v daných podmínkách, např. z bezpečnostních důvodů, použít jiný druh trhaviny, můžeme pro stanovení její spotřeby použít přepočítací koeficienty: 123

124 Typ trhaviny k Danubit 1 1,0 Danubit 2 0,966 Perunit 20 0,95 Permonex V19 1,587 Slavit V 1,742 Uhlometanit 26 2,176 Harmonit AD 2,608 Ostravit C 2,391 Obrysit 1,82 Tabulka číslo 13: Normativ spotřeby skalních trhavin při ražení překopů (VOKD) Znak profilu kg.m -3 1,068 0,995 0,984 0,912 0,876 MPa Σ kg 35,25 37,50 43,40 46,60 50,10 Spotřeba trhavin kg.m -3 1,284 1,188 1,128 1,092 1,044 na jeden odpal MPa Σ kg 42,40 44,70 51,60 55,75 59,70 v horninách kg.m -3 1,464 1,355 1,284 1,236 1,187 o pevnosti v tlaku MPa Σ kg 48,30 51,00 58,75 63,00 67, kg.m -3 1,638 1,591 1,550 1,501 1,459 MPa Σ kg 54,00 59,85 70,90 76,50 83,40 Poznámka: platí pro skutečnou zabírku 2,0 m (z t = 2,2 m) a déle časovaný roznět 7.7 Hodnocení výsledků odstřelů Výsledky odstřelů se hodnotí podle hledisek technicko-ekonomických a bezpečnostních. Hodnotícími kritérii jsou základní charakteristiky trhacích prací, mezi které patří: - kusovitost rubaniny, - čistota výlomu (zatrhání horniny), - využití vývrtů, - odhoz rubaniny a tvar rozvalu. Kusovitost rubaniny závisí na vlastnostech horniny, na její přirozené fragmentaci, na směru působení náloží vzhledem k vrstvám, na uspořádání soustavy náloží a na způsobu roznětu. Hodnotíme ji podle maximální velikosti kusů, přičemž hlavním hlediskem je způsob odtěžení rubaniny. Při pásovém odtěžení musí být rubanina spíše drobná (velké kusy poškozují konstrukce pásových dopravníků, ucpávají přesypy a opotřebovávají pásový potah). Pokud rubanina má kusovitost hrubší, před pásovým odtěžením umisťujeme drtič. Při přímém nakládání do důlních vozů muže být kusovitost rubaniny hrubší. Čistotou výlomu rozumíme hladké odtržení horniny v požadovaném profilu, bez vícevýlomů a zatrhání čelby. Nerovná čelba po odstřelu ztěžuje další vrtání a svádí vrtače k zakázanému vrtání do zbytků vývrtů (píšťal). Vícevýlomy zvyšují pracnost při zakládání výztuže. K základním předpokladům pro docílení čistého výlomu při ražení důlních děl patří zejména optimální rozmístění a směrování přibírkových a obrysových vývrtů, jejich stejná délka (dna vývrtů musí končit ve stejné rovině) a správné načasování roznětu. Využití vývrtů se sleduje při všech druzích trhacích prací, zejména však při ražení dlouhých důlních děl. Vyjadřuje se jako poměr délky zabírky skutečně dosažené (z sk ) k délce zabírky navrtané (teoretické-z t ). Zabírka nebývá utržená po celé délce vývrtu, nýbrž menší nebo větší zbytky zůstávají stát. Tyto tzv. pišťaly jsou znakem nedokonalého odstřelu a jsou nežádoucí jak z hlediska provozně-ekonomického, tak i z hlediska bezpečnostního, protože se v nich nezřídka vyskytují zbytky výbušnin. 124

125 Odhoz rubaniny je nedílnou součástí každého odstřelu. Můžeme ho ovládat poměrnou velikostí náloží a způsobem roznětu. Při roznětu mžikovém a milisekundovém je odhoz největší v důsledku vysoké míry spolupůsobení náloží. Při použití délečasovaných rozbušek je odhoz podstatně kratší, protože spolupůsobení náloží je malé. S odhozem rubaniny souvisí i tvar rozvalu, který je důležitý z hlediska způsobu nakládání, zejména při ražení důlních děl. Při nakládání lžícovými nakladači je žádoucí, aby rubanina byla soustředěna co nejvíce u čelby (obr. 7-9a), kdežto při nakládání škrabákovým nakladačem je výhodnější rozprostření rubaniny v nižší vrstvě dále od čelby (obr. 7-9b). Obr. 7-9: Požadovaný tvar rozvalu Významným hlediskem při hodnocení výsledků odstřelu je hledisko ekonomické, které je vyjádřeno výší nákladů na provedení odstřelu. Tyto náklady představují, zejména při konvenčním ražení důlních děl, významnou položku. Zahrnují kromě ceny spotřebovaných výbušnin a ucpávkového materiálu také náklady na vrtání vývrtů (spotřeba vrtacích korunek, vrtných tyčí, opotřebení vrtací techniky, spotřeba energie), náklady na dodatečné rozpojování při nezdařeném odstřelu (přistřílky, rozstřelování nadměrných kusů) a náklady na odstranění případných škod způsobených odstřelem (poškození výztuže či výstroje důlního díla). Náklady na provedení odstřelu lze optimalizovat pečlivým zpracováním projektu odstřelu a přísným dodržováním technologických zásad trhacích prací. 7.8 Nežádoucí vedlejší účinky trhacích prací Výbuch trhavinové nálože působí na obklopující prostředí jednak účinkem požadovaným (zpravidla rozpojení horniny), jednak účinky nežádoucími. K nepříznivým vedlejším účinkům odstřelu řadíme: - nadměrný rozlet horniny, - vzdušnou rázovou vlnu, - seismické účinky. Rozletem horniny rozumíme vymrštění ojedinělých, zpravidla drobnějších kusů horniny. Jestliže tyto částice odlétají do velkých vzdáleností, je to vždy jev nežádoucí, spojený s významným ohrožením okolí. Na rozlet mají vliv druh a vlastnosti nálože, kvalita ucpávky a přítomnost výrazných trhlin a poruch v hornině, zejména tehdy, jestliže nálož tyto pukliny nebo poruchy křižuje. Silně předimenzovaná nálož zvětšuje odhoz rubaniny i její rozlet. Obr. 7-10: Vyfouklá nálož Příčinou rozletu však může být i nálož poddimenzovaná, neboť nálož s nepřiměřeně velkým záběrem může vyfouknout (obr. 7-10) i při dobře provedené ucpávce. Velmi častou příčinou rozletu však bývá vyfouknutí nálože špatně utěsněné, kdy dojde k vyražení ucpávky. Zabírka je pak nedostatečně rozpojená a ojedinělé kusy jsou vymrštěny do velké vzdálenosti. 125

126 Vzdušné tlakové vlny Rázová vlna šířící se vzduchem od místa výbuchu postupně slábne a přechází ve vlnu akustickou. Nejen rázová, ale i akustická vlna (označujeme je společně jako vzdušnou tlakovou vlnu) mohou být příčinou škod na zdraví a objektech. Vzdušná tlaková vlna je typickým jevem u náloží příložných, náloží nedostatečně utěsněných a náloží předimenzovaných. U správně dimenzovaných ( na sesutí ) a dobře utěsněných náloží vzdušná rázová vlna prakticky nevznikne a výbuch se projeví pouze slabou vlnou akustickou. V podzemí, kde omezené a uzavřené důlní prostory působí jako zvukovod, se vzdušná tlaková vlna šíří do podstatně větší vzdálenosti než je oblast ohrožená rozletem. Proto je i z tohoto hlediska nutno vždy dbát na bezpečný a dostatečně vzdálený úkryt pro pracovníky. Seismické účinky jsou neoddělitelným jevem každého odstřelu, pokud se nálož nachází uvnitř trhané hmoty. Výbuch trhavinové nálože působí na okolní prostředí otřasným účinkem, který se svojí dynamikou podobá zemětřesení. Otřes je tím mohutnější, čím je použitá trhavina brizantnější, čím má větší náložovou hustotu a čím je nálož větší. Naopak, otřes je tím menší, čím snáze nálož překoná odpor zabírky. Přebitá nálož tedy vyvolává relativně malý otřes, kdežto nálož nedostatečná vytváří otřes velmi silný. Tohoto jevu záměrně využíváme v protiotřesovém a protiprůtržovém boji při provádění tzv. bezvýlomových trhacích prací, kdy odpalováním náloží s nadměrným záběrem vyvoláme mohutný otřes za účelem uvolnění napětí ve sloji a v jejím nadloží. Rozdělení celkové nálože do většího počtu náloží dílčích otřasný účinek omezuje, přičemž podstatného snížení otřasného účinku se dosáhne milisekundovým roznětem. 7.8 Pravidla pro zakládání vývrtů a použití trhavin Při zakládání vývrtů nutno postupovat podle platných bezpečnostních předpisů! Na účinnost trhací práce má velký vliv způsob založení vývrtů. Vývrty musí být technicky správně založeny, aby trhavina mohla podle zkušeností vykonat očekávanou práci. Pro plynující doly platí tato bezpečnostní pravidla: 1) Skalní trhaviny se mohou používat na pracovištích v kamení, kde součet všech vrstev uhlí nepřesáhne 20 cm (vrstvou uhlí se rozumí vrstva uhlí tloušťky 1 cm a více) a nálož skalní trhaviny se nepřiblíží k vrstvě uhlí na vzdálenost menší než 20 cm. Toto ustanovení neplatí pro důlní díla zařazená do některého stupně nebezpečí PUP (nebezpečí průtrže uhlí a plynů). 2) Důlně bezpečné trhaviny protiplynové 1. kategorie nebo vyšší kategorie bezpečností (II. a III. kategorie) se musí používat na pracovištích v kameni, kde součet všech vrstev uhlí přesáhne 20 cm. V uhlí lze trhaviny I. kategorie používat pouze při bezvýlomové trhací práci. 3) Nálož skalní trhaviny nebo důlně bezpečné protiplynové trhaviny I. kategorie lze použít, pokud se nepřiblížila k volné ploše blíže než 30 cm, při použití důlně bezpečné trhaviny II. nebo III. kategorie v kameni blíže než 20 cm (obr. 7-12). 4) Nálože důlně bezpečných trhavin ve vývrtech se nesmí přiblížit k jiným náložím na menší vzdálenost než 40 cm v uhlí a 30 cm v kameni (obr. 7-11). 5) Vzdálenost mezi náložemi skalních plastických trhavin nesmí být menší než 15 cm, vzdálenost mezi náložemi ostatních skalních trhavin menší než 30 cm (obr. 7-11). 6) Nenabitý vývrt průměru 50 mm, který je blíže než 30 cm od nabitého vrtu, se musí před odpalem utěsnit u ústí vývrtu ucpávkou o délce 40 cm, při větších průměrech nejméně 100 cm. 126

127 Obr. 7-11: Minimální vzdálenost náloží mezi sebou Obr. 7-12: Minimální vzdálenost nálože od volné plochy 7) Vývrty po vyhořelých náložích a zbytky vývrtů (píšťaly) se musí po dobu vrtání nových vývrtů označit vloženými nabijáky a po ukončení vrtání se musí utěsnit po celé délce předepsanou ucpávkou. 8) Při použití skalní trhaviny na pracovišti, kde se předpokládá navrtání uhlí, se musí způsobem určeným v technologickém postupu předvrtat nejméně jedním vrtem ve směru předpokládaného výskytu uhlí. Vrt musí být nejméně o jeden metr delší, než jsou ostatní vývrty. Tento vrt se musí označit a nesmí se nabíjet. Při navrtání uhlí předvrtem se smí použít jen důlně bezpečná trhavina. 9) Při trhací práci v hloubení v blízkosti uhelné sloje platí, že přiblíží-li se vývrt na vzdálenost 3 m od uhelné sloje, smí se použít jen důlně bezpečná trhavina. Skalní trhavina se smí použít do vzdálenosti 1m od této sloje jen v případě, že dno hloubení je zatopeno vodou nejméně 10 cm nad jeho nejvyšší bod. Vzdálenost uhelné sloje od dna hloubení se upřesňuje alespoň třemi vrty o 1 m delšími, než je délka zabírky, od předpokládaného přiblížení k uhelné sloji na 10 m. V případě použití těchto předvrtů pro trhací práci se musí jejich část přesahující zabírku po celé délce utěsnit. 10) Při bezvýlomové trhací práci se vývrty musí založit tak, aby nedošlo k vytvoření výlomu ani k prošlehnutí detonující nálože. Nálož se smí přiblížit k jiným náložím na vzdálenost menší než je stanovena v geomechanickém zadání, ne však méně než 2m. 11) Hmotnost jedné nálože důlně bezpečné trhaviny nesmí přesáhnout hodnotu uvedenou v návodu pro používání trhaviny (mezní nálož). Toto ustanovení neplatí při bezvýlomové trhací práci. 7.9 Pravidla pro použití rozněcovadel 1) Při trhací práci se mohou používat milisekundové rozbušky (např. Dem zb S), přičemž časový interval trvání celého odstřelu nesmí přesáhnout 450ms u náloží v kameni a 400 ms u náloží v uhlí. 2) Sousední nálože, které se vzájemně ovlivňují nebo spolupůsobí (zálom, výlom), se smějí rozněcovat se zpožděním nejvýše 60 ms, ostatní sousední nálože nejvýše 150 ms. 3) Při trhacích pracích, při kterých se mohou používat skalní trhaviny a důlně bezpečné trhaviny I. kategorie, lze použít jen milisekundové elektrické rozbušky (Dem S nebo 127

128 Dem zb S). Při trhacích pracích, při kterých se musí použít důlně bezpečné trhaviny II. nebo III. kategorie, se musí použít milisekundové elektrické rozbušky se zvýšenou bezpečností (Dem zb S). 4) Rozhodnutím ČBÚ v Praze č.j. SBS 33685/2010 ze dne byl pro OKD, a. s., udělen souhlas s odchýlením se od ustanovení 116 vyhlášky ČBÚ v Praze číslo 72/1988 Sb., týkající se používání délečasovaných elektrických rozbušek typu DED-S při trhacích pracích v uhelných dolech organizace OKD. Rozbušky DeD S lze používat při dodržení následujících podmínek: - rozbušky DeD S lze používat na pracovišti bez výskytu vrstev uhlí pro roznět skalní trhaviny, - nálož skalní trhaviny a rozbušky DeD S se nesmí přiblížit k vrstvě uhlí na vzdálenost menší než 1 m (vše musí být ověřováno předvrty, které se nesmí nabíjet a musí se utěsnit ucpávkou), - trhací práce s použitím rozbušek DeD S musí být pravidelně kontrolovány nejméně 2x týdně pracovníkem určeným vedením závodu, - trhací práce jsou přípustné, pokud koncentrace CH 4 v předepsaných místech měření nepřesáhne 0,5 %, - ucpávka musí být až k ústí vývrtu Výlomové trhací práce Všeobecné zásady Trhací práce v uhlí jsou mnohem nebezpečnější než trhací práce v kameni, protože z uhelné sloje i z uvolněného uhlí exhaluje metan a při odstřelu vzniká značné množství uhelného prachu. V blízkosti místa trhací práce tak může vzniknout místní výbušná koncentrace metanu nebo rozvířeného uhelného prachu, případně tzv. trinární směs (uhelný prach + CH 4 + vzduch), který se může zapálit výbuchem trhaviny. Obzvláště jsou nebezpečné trhací práce v separátně větraných důlních dílech, zejména v dovrchních, kde je ředění metanu poměrně obtížné. Nebezpečné jsou rovněž trhací práce v blízkosti fukačů a otřesné trhací práce ve slojích s nebezpečím průtrží hornin a plynů, protože v těchto prostorách mohou ve velmi krátkém čase vzniknout výbušné metanovzdušné koncentrace. Aby se vlivem trhacích prací nezapálila metanovzdušná směs nebo výbušný prach je nutno dodržovat zejména tyto zásady: 1) Zjišťovat povolenými a přezkoušenými indikátory koncentraci metanu v ovzduší ve stanovených fázích přípravy trhací práce. 2) Používat pouze takové druhy trhavin, rozněcovadel a pomůcek, které jsou povoleny pro třídy nebezpečí, v nichž jsou důl nebo důlní dílo zařazeny. 3) Věnovat pozornost všem spojům elektrického roznětného okruhu, aby se jiskřením ve spojích při průchodu elektrického proudu nezapálilo výbušné prostředí. 4) Dbát na řádné vypráškování nebo zkropení místa trhací práce a přilehlých prostor. 5) Dbát na správné rozmístění vývrtů na čelbě, aby při časovaném roznětu nevznikly stržené nebo obnažené rány; toto nebezpečí se výrazně snižuje použitím milisekundového roznětu. 6) Dodržovat povolené intervaly zpožděním iniciace náloží. 7) Dbát na řádné utěsnění vývrtů předepsanými druhy ucpávek. 8) Nepřekračovat velikost mezní nálože bezpečnostní trhaviny ve vývrtu. 9) Umísťovat roznětnou náložku jako první ode dna vývrtu. 10) Nepřipojovat k roznětnici roznětný okruh s větším odporem, než jaký je mezní odpor roznětnice. 11) Nepoužívat výbušniny s překročenou spotřební lhůtou. 128

129 12) Při přípravě a provedení trhací práce postupovat v souladu s technologickým postupem a s bezpečnostními předpisy. 13) Místo předepsaného druhu trhaviny se smí použít i trhavina vyšší třídy bezpečnosti, avšak v tomtéž vrtu smí být pouze stejný druh trhaviny Organizace vývrtů a náloží Výsledky trhacích prací při ražení důlních děl a hloubení jam jsou závislé na geometrii rozmístění náloží a uspořádání roznětu v příslušné soustavě. Úspěšné ražení je podmíněno, mimo jiné, volbou vhodného vrtného schématu, jeho dodržení při vrtání a správným nabitím vývrtů. I při dobrém provedení těchto prací však může být výsledek odstřelu nepříznivě ovlivněn nevhodným časováním roznětu náloží. Charakteristickou zvláštností trhací práce při ražení dlouhých důlních děl je existence pouze jedné volné plochy. Tato skutečnost, spolu s velikostí raženého profilu a geologickými podmínkami, určuje tzv. míru upnutí rozpojené horniny, tj. její odpor proti vylomení. Na počátku odstřelu je volná pouze plocha čelby, což je jediná volná plocha pro působení náloží. Jejich organizace a uspořádání je proto rozhodující pro zdárný průběh celého odstřelu. Ražení dlouhých důlních děl se podle organizace vývrtů a časování roznětu náloží dělí na: - ražení se zálomem, - ražení bez zálomu. Zálomem nazýváme vlom (dutinu), vytvořený do masivu horniny zvláštním způsobem rozmístěnými náložemi nejnižších časových stupňů, který slouží jako druhá volná plocha pro působení ostatních náloží (obr. 7-13). Obr. 7-13: Působení náloží a pohyb rubaniny při zálomovém ražení 1 - Vývrty zálomové 2 - Vývrty přibírkové 3 - Vývrty obrysové Vývrty, které ohraničují tento první vlom (zálom), nazýváme vývrty zálomové. Vývrty, které tento vlom rozšiřují, označujeme jako vývrty přibírkové (srážka nebo zdvihy) a vývrty, které ohraničují tvar raženého díla, nazýváme vývrty obrysové. Obr. 7-14: Působení náloží a pohyb rubaniny při bezzálomovém ražení Při bezzálomovém ražení se využívá zvláštního působení milisekundového roznětu náloží ve vývrtech navzájem rovnoběžných a kolmých k rovině čelby. Všechny nálože působí na jedinou plochu, tj. na plochu čelby (obr. 7-14). V OKR se tento způsob ražení, který je charakteristický drobnější kusovitostí a větším odhozem rubaniny, velmi často používá při ražení chodeb v uhelné sloji s přibírkou průvodních hornin. I když se ve skutečnosti jedná o ražení bez zálomu, bývá toto 129

130 uspořádání náloží a vývrtů označováno jako ražení se zálomem křížovým nebo drobivým Zakládání vývrtů a určení jejich počtů Před započetím vrtání je nutno z čelby nejprve odstranit horninu zakrývající okolí zakládaných vývrtů a rozvrhnout jejich rozmístění. Vývrty musí být založeny tak, aby nálože v nich umístěné mohly spolehlivě vykonat požadovanou práci. To znamená že: 1) průměry vývrtů musí být takové, aby do nich bylo možno příslušnou trhavinu nabít předepsaným způsobem bez násilí, ale nemají zbytečně převyšovat průměr náložek použité trhaviny; 2) všechny přibírkové vrty musí být rovnoběžné s podélnou osou díla, případně se k ní mohou mírně svými dny přiklánět; 3) obrysové vývrty se nesmí nadměrně odchylovat od žádaného obrysu díla, aby nevznikaly nežádoucí výlomy; 4) s výjimkou zálomových vývrtů (případně vývrtů pomocných) musí být ostatní vývrty stejně dlouhé (musí končit ve stejné rovině), přičemž zálomové vývrty a vývrty v uhlí při ražení chodby mají být o 15 cm delší než ostatní vývrty v kameni; 5) pro zakládání vývrtů se nesmí používat píšťal nebo zbytků vývrtů po selhávkách; 6) ostatní dle odstavce 7.8. Při stanovení počtu vývrtů vycházíme obvykle z celkové hmotnosti nálože použité trhaviny a z hmotnosti nálože připadající na jeden vývrt. Počet vývrtů určíme podle obecného vztahu: kde n v - počet vývrtů N c - celková nálož trhaviny [kg] N v - nálož jednoho vývrtu [kg] Při zálomovém ražení je nutno samostatně určit počet vývrtů v zálomu a počet vývrtů rozšiřovacích, protože nálože zálomových vývrtů bývají zpravidla menší než nálože vývrtů přibírkových a obrysových. Velikost dílčích náloží v zálomu a tím i počet zálomových vývrtů se stanoví individuálně s ohledem na typ zálomu, způsob časování roznětu a vlastnosti rozpojované horniny. Pro určení velikosti náloží v rozšiřovacích vývrtech platí, že: - při milisekundovém roznětu (zejména při krátkých časových intervalech) působí nálože ve směru podélné osy vývrtu z hloubky, takže trhavina by měla být soustředěna více u dna a měla by vyplňovat cca 50 % délky vývrtu; - při dálečasovaném roznětu působí nálože víceméně ve směru kolmém k ose vývrtů, takže trhavina by měla vyplňovat cca 65 až 75 % délky vývrtu (podle vlastností horniny). V obou případech je nutno mít na zřeteli, že nežádoucí nadměrné kusy horniny vznikají hlavně v oblasti ucpávky Druhy zálomů, jejich konstrukce a použití Na správné funkci zálomové oblasti, která má v počáteční fázi odpalu vytvořit druhou volnou plochu či místo se sníženým odporem proti rozpojení, závisí v převážné míře celkový výsledek odstřelu. Proto je nutné volbě správného typu zálomu a jeho správnému provedení věnovat patřičnou pozornost. Podle jejich charakteristických znaků se zálomy rozdělují do tří základních skupin: - zálomy sbíhavé, - zálomy přímé, - zálomy přechodné. 130

131 Zálomy sbíhavé Základním charakteristickým znakem všech sbíhavých zálomů je to, že vývrty jsou ukloněny k rovině čelby a odporová úsečka neprochází osou vývrtu. a) Základním a nejefektivnějším typem sbíhavého zálomu je zálom klínový. Je výkonný, rychle se vysouvá, dobře se vrtá ručně i strojně a má téměř univerzální použití. Jeho nevýhodou je, že délka zálomových vývrtů je omezena šířkou ražené chodby, takže maximální délka zabírky se rovná asi 2/3 šířky raženého díla. Klínový zálom tvoří dvě nebo několik dvojic sbíhavých vývrtů, jejichž roviny jsou spolu rovnoběžné. Tato soustava tvoří jednoduchý nebo dvojitý klín, postavený zpravidla svisle nebo šikmo. Hloubka prvního klínu nemá být větší než polovina šířky profilu chodby, přičemž úhel sklonu zálomových vývrtů k rovině čelby závisí na rozpojitelnosti horniny. Volí se od 55 v nejpevnějších horninách do 70 v uhlí. Obr. 7-15: Konstrukce jednoduchého klínového zálomu Obr. 7-16: Konstrukce dvojitého klínového zálomu Při zakládání klínového zálomu je nutné zálomové vývrty vrtat tak, aby dna vývrtů prvého klínu byla od sebe vzdálena : - v kameni cm, - v pevném uhlí 40 cm, - v měkkém uhlí cm. Délka nálože v zálomovém vývrtu nemá překročit 40 % jeho délky a trhavina má být soustředěna až u jeho dna, aby působila z hloubky. b) Velmi vhodným typem sbíhavého zálomu je zálom vějířový, který v podstatě vznikl zjednodušením vícenásobného klínového zálomu. Podle umístění v čelbě rozeznáváme vějířové zálomy: - počvový, - stropní, - boční. Výhodou vějířových zálomů je široký rozsah jejich použití z hlediska velikosti profilu raženého díla. Z hlediska způsobu vrtání je při ručním vrtání nejvýhodnější zálom boční (např. v prorážkách), při vrtání vrtacím vozem zálom počvový (krátký odhoz). 131

132 Obr. 7-17: Provedení počvového vějířovitého zálomu Zálomy přímé Charakteristickým rysem přímých zálomů je soustava rovnoběžných stejně dlouhých vrtů zhruba kolmých na rovinu čelby. Jsou vrtány v nevelkých vzájemných vzdálenostech, přičemž některé nenabité vývrty vytváří pomocnou druhou volnou plochu pro zálomové nálože v nabitých vývrtech. Rozlišujeme dva základní druhy přímých zálomů podle toho, jakého průměru jsou nenabíjené vývrty. U původních tzv. kanadských zálomů (obr. 7-18a) jsou nenabité vývrty stejně malého průměru jako vývrty nabíjené. Novějším typem přímého zálomu je zálom válcový (obr. 7-18b), který se vyznačuje tím, že nenabitý vrt bývá sice jenom jeden, ale většího průměru. Zdárný výsledek ražení s přímým zálomem vyžaduje, aby nálože v nabitých vývrtech rozpojily a vyhodily horninu v mezerách mezi nimi a nenabitými vývrty. Proto musí být obě soustavy vrtů vrtány velmi blízko sebe, což je hlavním důvodem toho, že se přímé zálomy nesmí používat v plynujících dolech (možnost prošlehnutí plamene detonující nálože do zaplynovaného volného vrtu). Obr. 7-18: Příklady provedení přímého zálomu 132

133 Zálomy přechodné Přechodné zálomy, jak vyplývá z jejich názvu, jsou jakýmisi přechody mezi zálomy sbíhavými a přímými. Vývrty přechodných zálomů jsou navzájem rovnoběžné a zhruba kolmé na rovinu čelby. Všechny vývrty se nabíjejí a všechny nálože působí na jednu volnou plochu - plochu čelby. K nejznámějším a v OKR nejrozšířenějším přechodným zálomům patří zálom stupňový a zálom drobivý. a) Stupňový zálom je po klínovém zálomu druhým nejvýkonnějším zálomem, který je hojně uplatňován zejména při ražení překopů nebo překopních úseků chodeb. Je snadno přizpůsobitelný rozdílným důlně-geologickým podmínkám, dobře se vrtá ručně i strojně, má krátký odhoz a umožňuje dosahovat dlouhé zabírky i v poměrně malých profilech. Stupňový zálom tvoří dvojice rovnoběžných, stupňovitě uspořádaných a postupně se prodlužujících vývrtů do tvaru svislého klínu (obr a 7-20). Vývrty jsou Obr. 7-19: Stupňový zálom v měkkých a středně pevných horninách Obr. 7-20: Stupňový zálom ve tvrdých a velmi tvrdých horninách rovnoběžné s podélnou osou díla a jejich nálože se rozněcují milisekundově od nejkratších k nejdelším vývrtům (tj. zdola nahoru). Prodloužení vlomu zálomové oblasti na plnou délku zabírky se děje vyrovnávacími vývrty s náložemi rozněcovanými postupně opačným směrem (tj. shora dolů). Stupňový zálom je nejefektivněji aplikovaný v kameni při použití skalních trhavin a kombinovaného milisekundového a délečasovaného roznětu (DeM a DeD). 133

134 b) Pro trhací práci důlně bezpečnými trhavinami II. kategorie při ražení chodeb a prorážek je vhodný dvoustranný stupňový zálom, který je založen na obdobném principu jako popsaný stupňový zálom používaný v kameni. Tento dvoustranný zálom se však umisťuje v uhelné sloji a orientuje se souhlasně s polohou sloje v profilu raženého díla. Zálom sestává ze soustavy nestejně dlouhých vývrtů rovnoběžných s podélnou osou chodby (obr. 7-21), přičemž středové vývrty s náložemi třetího časového stupně se vrtají cca o 10 % delší, než je délka požadované zabírky, a rozdělují zálomovou oblast na dvě poloviny. Tento vlom je dvousměrně rozšiřován náložemi druhého a třetího stupně, které současně prohlubují zálomovou oblast na plnou délku zabírky. Dvoustranný stupňový zálom má velmi dobrou účinnost i ve slojích malé mocnosti s tvrdým a upnutým uhlím. Je zcela univerzální a použitelný při libovolném úklonu sloje. Velmi dobře se vrtá ručně i vrtacím vozem. Obr. 7-21: Dvoustranný stupňový zálom v uhelné sloji c) Drobivý zálom je v OKR nejrozšířenějším zálomem. Používá se hlavně při ražení chodeb a prorážek a razičské osádky si ho oblíbily pro jeho jednoduchost a technologickou nenáročnost. Obr. 7-22: Příklady provedení drobivého zálomu v uhlí Zálomovou oblast tvoří soustava 4 až 9vývrtů rovnoběžných s podélnou osou chodby, s náložemi rozněcovanými zpravidla do kříže (proto je často označován jako zálom křížový). Zálom se dobře vrtá ručně i strojně a využívá se při něm tříštivého účinku milisekundového roznětu. Dává poměrně drobnou kusovitost, avšak větší odhoz horniny. Jeho použití je výhodné zejména v měkkém a středně pevném uhlí. Méně vhodný je pro pevné uhlí, malé mocnosti a pro horniny s pevností nad 40 MPa. Při aplikaci drobivého zálomu je nutné dbát na vzájemnou rovnoběžnost vývrtů, hmotnost náloží v zálomových vývrtech volit tak, aby trhavina vyplňovala 40 až 50 % délky vývrtů a při milisekundovém roznětu časovat nálože pokud možno ob jeden stupeň. 134

135 Volba a umístění zálomu Při volbě nejvhodnějšího zálomu vycházíme v zásadě z těchto hledisek: - z geologické struktury a rozpojitelnosti horniny, - z velikosti profilu raženého díla, - z požadované délky účinné zabírky, - z použité mechanizace vrtání a nakládání, - ze způsobu roznětu náloží a použitého druhu trhaviny. Pro umístění zálomu v čelbě platí obecná zásada, že zálom se zásadně umísťuje do místa nejmenšího upnutí horniny, kde hornina klade nejmenší odpor proti vylomení. Je-li hornina v profilu stejnorodá, je místo nejmenšího upnutí uprostřed čelby a směrem k bokům a počvě se zvětšuje. Je-li hornina v profilu čelby různorodá, je místo nejmenšího upnutí uprostřed nejměkčí vrstvy. Záleží však současně na její poloze v profilu čelby. Velmi upnuté může být i např. měkké uhlí ve sloji o malé mocnosti, zvláště nachází-li se sloj u počvy raženého díla. Výjimkou z uvedených zásad jsou zálomy stupňové a zálomy aplikované v dovrchních ražbách, které se situují vždy blíže k počvě díla Nabíjení a dimenzování náloží v zálomu Způsob nabíjení zálomových náloží podstatně ovlivňuje výsledný efekt odstřelu. Především je bezpodmínečně nutné zasouvat trhavinu až ke dnu vývrtů, protože jinak vznikají již v zálomové oblasti píšťaly, které se následovně negativně projeví i u přibírkových a obrysových vývrtů. Zvláště markantní je to při používání důlně bezpečných trhavin II. kategorie. Pro dimenzování zálomových náloží platí tato obecná pravidla: - u sbíhavých zálomů musí trhavinové nálože působit z hloubky, a proto délky náloží nemají překročit 40 % délky vývrtů; - u drobivých zálomů se vývrty nabíjejí přibližně do poloviny jejich délky; - u zálomů přímých se vývrty nabíjejí téměř po celé délce (při dodržení předepsané délky ucpávky); - u zálomů stupňových se podle počtu stupňů zhruba první tři stupně nabíjejí nejvyšší možnou náloží (s ohledem na dodržení předepsané délky ucpávky) a další stupně pak náloží přiměřenou rozpojitelnosti horniny, délce zabírky a druhu použité trhaviny (max. do 2/3 délky vývrtů) Utěsňování náloží Při trhacích pracích na plynujících dolech s nebezpečím výbuchu uhelného prachu je dovoleno používat výhradně nálože uzavřené, tj. nálože ve vývrtech utěsněných ucpávkou, která zde plní dvě hlavní funkce: - bezpečnostní (zabraňuje vyšlehnutí plamene detonující nálože do důlního ovzduší), - technologickou (zvyšuje účinek detonující trhaviny tím, že zabraňuje unikání plynných zplodin výbuchu). V případě použití vodní ucpávky přistupuje k těmto dvěma funkcím ještě významný efekt hygienický, protože výbuchem rozptýlené jemné kapičky vody účinně smáčí prach a pohlcují některé jedovaté složky výbuchových zplodin. S ohledem na druh použité trhaviny je v plynujících dolech s nebezpečím výbuchu uhelného prachu povoleno používat tyto druhy a provedení ucpávek (obr. 7-23). a) pro skalní trhaviny a DBT-I - tvárlivý jíl, - písek s plastickým jílem jako pojivem, - písek v obalech, - zvlčený písek nebo granulovaná struska vrhané do vývrtů stlačeným vzduchem 135

136 z uzemněné zafoukávací pistole, mezi nálož a vrhanou ucpávku musí být vsunuta alespoň 10 cm dlouhá vložka s plastického jílu, - voda v obalech nebo volně nalitá do vývrtů; vodní ucpávka v obalech musí sestávat neméně ze dvou samostatných, těsně k sobě přiléhajících, nejméně 20 cm dlouhých částí. Je-li ucpávka samosvorná, může být pouze jednodílná, je-li alespoň 40 cm dlouhá, b) pro DBT-II (resp. DBT-III) - jen měkká ucpávka, tj. voda v obalech nebo bez obalu, pasta, gel apod. Pokud se použije samosvorná měkká ucpávka v obalu délky nejméně 40 cm a je-li přisunutá těsně za nálož, může zůstat zbytek vývrtu až k ústí volný. Obr. 7-23: Příklady uspořádání náloží a ucpávek a) při použití skalních trhavin a DBT-I b) při použití všech druhů trhavin c) při použití DBT-II (resp. DBT-III) Všechny druhy ucpávek musí po celé své délce vyplňovat celý průřez vývrtu s výjimkou ucpávek v obalech, jejichž průměr smí být nejvýše o 5 mm menší než průměr vývrtů. Minimální délka ucpávek všech druhů a provedení musí činit u souvislých náloží 40 cm, u mezerových náloží 50 cm. Kromě případu uvedeného v odstavci b) musí být vývrty utěsněny až ke svému ústí Roznět náloží Při nabíjení vývrtů je nutno jednotlivé nálože adjustovat příslušnými časovými stupni elektrických rozněcovadel tak, aby nálože tvořily organizovanou soustavu a aby detonovaly přesně ve stanoveném pořadí. Způsob časování roznětu má významný vliv na kusovitost a odhoz zabírky. V praxi byly ověřeny tyto závislosti: - čím delší je celková doba odpalu a čím delší jsou intervaly mezi iniciacemi jednotlivých 136

137 náloží, tím kratší je odhoz a tím hrubší je kusovitost (nálože méně spolupracují), - čím kratší je celková doba odpalu a čím kratší jsou intervaly mezi iniciacemi jednotlivých náloží, tím delší je odhoz a tím drobnější je kusovitost (nálože více spolupůsobí). Obr. 7-24: Příklad časování milisekundového roznětu při ražení chodby v uhlí s přibírkou kamene Obr. 7-25: Příklad použití počvového vějířovitého zálomu při ražení chodby ve strmě uložené sloji s přibírkou průvodních hornin Obr. 7-26: Příklad použití drobivého zálomu při ražení chodby v uhelné sloji s přibírkou průvodních hornin 137

138 Obr. 7-27: Příklad použití klínového zálomu při ražení chodby ve sloji s velmi pevným uhlím s přibírkou průvodních hornin Obr. 7-28: Příklad použití dvoustranného stupňového zálomu při ražení chodby v nízké sloji s velmi pevným upnutým uhlím Obr. 7-29: Příklad použití stupňového zálomu při ražení překopu v prachovci 138

139 Obr. 7-30: Příklad použití stupňového zálomu při ražení překopu v pevném pískovci 7.13 Ražení důlních děl s řízeným výlomem Cílem výlomových trhacích prací při ražení důlních děl je vedle rozpojení horniny na požadovanou kusovitost také co nejpřesněji dodržet projektovaný obrys důlního díla. Při uplatňování běžné technologie trhacích prací dochází ke vzniku nežádoucích nadvýlomů, zejména v horní klenbové části profilu. Tyto nadvýlomy zatěžují ekonomiku ražení vícenáklady na odtěžení navíc rozpojené horniny a náklady na zvýšenou potřebu základkového materiálu při vyztužování. Nepřesně vystřelený obrys díla také velmi nepříznivě ovlivňuje stabilitu díla, což vede ke vzniku nadměrných tlaků na výztuž. Uvedené nepříznivé vlivy je možno eliminovat aplikací některé z metod řízeného výlomu, k nimž náleží zejména: - metoda předvrtání obrysové čáry, - metoda předstřelené obrysové čáry - persplitting, - metoda hladký výlom. Základní idea všech metod řízeného výlomu spočívá v přesné dimenzi náloží v obrysových vývrtech tak, aby při jejich výbuchu došlo k rozpojení horniny pouze uvnitř profilu raženého díla, ale k zamezení vzniku radiálních trhlin za projektovanou čárou jeho obrysu. Toho se dociluje uplatněním následujících principů: - použitím radiálně odlehčených, případně stísněných náloží v obrysových vývrtech, - dodržením zásady, že rozteče obrysových vývrtů musí být menší než jejich záběr, - současným roznětem všech obrysových náloží, a to tak, aby působily na zcela volnou druhou plochu. Metoda hladký výlom je z metod řízeného výlomu pro podniky uhelných dolů nejpřijatelnější. Podstatou hladkého výlomu je použití nízké náložové hustoty v obrysových vývrtech a vrtání obrysových vývrtů se zmenšenými roztečemi a záběry. Obrysové vývrty se umísťují co nejtěsněji k obrysu díla, vrtají se rovnoběžně s jeho podélnou osou, nebo jen zcela nepatrně vychýlené. S výjimkou jedné normální náložky na dno každého obrysového vývrtu se do nich trhavina nabíjí v maloprůměrových náložkách, jejichž průměr je podstatně menší než průměr vývrtů (např. do vývrtu průměr 42 mm se vkládají náložky o průměru 22 mm). Jde tedy o záměrné uplatnění radiálně odlehčené nálože s cílem zmenšit tříštivý účinek a tvorbu trhlin působením detonace obrysových náloží. Roznět obrysových náloží se organizuje tak, aby zálomové a přibírkové nálože předem rozpojily výlom a ponechaly pro obrysové nálože přiměřeně zmenšený záběr. Obrysové nálože se obvykle rozněcují všechny týmž časovým stupněm se zpožděním asi 300 ms za roznětem poslední přibírkové nálože. 139

140 Obr. 7-31: Přiklad vrtného a roznětného schématu pro ražení s hladkým výlomem při použití milisekundového roznětu 7.14 Ražení velkoprostorových důlních děl S ražením velkoprostorových důlních děl se v hornictví setkáváme poměrně zřídka. Jedná se obvykle o investiční objekty s dlouhou životností, jako např. náraží, důlní provozovny apod. Technologie trhacích prací při ražení těchto důlních děl závisí na použité metodě ražení. Při klasickém ražení velkoprostorových důlních děl razíme nejprve směrné chodby malého průřezu (tzv. předrážky), které pak různými způsoby rozšiřujeme na velikost projektovaného díla. Organizace prací závisí na pevnosti horniny, ve které je dílo raženo. Do této kategorie ražení řadíme: - ražení v lávkách s předstihem spodní lávky (obr. 7-32a), - ražení v lávkách s předstihem horní lávky (obr. 7-32b), - ražení vějířovými vývrty zhotovenými ze směrné chodby (obr. 7-32c). Obr. 7-32: Příklady ražení velkoprostorových důlních děl se směrnou chodbou Trhací práce při ražení směrných chodeb jsou totožné s technologií ražení překopů. Používá se zálomového ražení s různými typy zálomů. Při rozšiřování těchto směrných chodeb na definitivní profil pomocí trhací práce již máme k dispozici nejméně dvě volné plochy a charakter rozpojování je obdobný jako při trhacích pracích na dobývkách. Ve všech případech se konečný profil vystřeluje nejméně nadvakrát. Při ražení velkoprostorových důlních děl moderními metodami (štítování, prstencová metoda apod.) vylamujeme celý profil najednou s tím, že hloubku zabírky určuje pevnost rozpojované horniny a použité strojní vybavení. Používáme obvykle zálomového způsobu ražení, nejčastěji se sbíhavými zálomy. Při ražení v málo pevných horninách používáme krátké zabírky, abychom otevřeli co nejmenší plochu profilu. Abychom co nejvíce eliminovali škodlivé seismické účinky výbuchu, dělíme celkovou hmotnost nálože trhavin do velkého počtu časových stupňů elektrického roznětu. 140

141 7.15 Provádění trhacích prací ve zvláštních podmínkách V podzemí se vyskytují v oblasti trhacích prací zvláštní případy, kterým je nutno věnovat velkou pozornost z hlediska technologie a bezpečnosti práce. K takovýmto zvláštním podmínkám patří: a) Blízká pracoviště - jsou-li podzemní pracoviště od sebe vzdálena v libovolném směru méně než 30 m, osádky těchto pracovišť musí byt upozorněny, že se bude provádět odstřel. Přiblíží-li se důlní díla na 10 m, musí se druhé důlní dílo zahrnout do bezpečnostního okruhu při provádění trhací práce. Pokud jde o podzemní pracoviště dvou dolů, určí se bezpečnostní opatření jejich dohodou. b) Rozstřelování a uvolňování rubaniny 1) Vývrtové nálože Obr. 7-33: Příklad správného umístění vývrtové nálože Podmínky použití: - max. nálož 200 g (v dolech s nebezpečím výbuchu plynů a uhelného prachu); - použitá trhavina DBT-II, DBT III; - použité rozbušky DeM zb S (platí i pro příložné nálože). 2) Příložné nálože Obr. 7-34: příložná nálož Obr. 7-35: příložná nálož Používání příložných náloží při rozpojování volné rubaniny v dole Na základě souhlasu daného Rozhodnutím ČBÚ v Praze č.j. SBS 33678/2010 ze dne s odchýlením se od ustanovení 91, odst.4 a 121 Vyhlášky ČBU č. 72/1988 Sb. o výbušninách, lze v uhelných dolech provádět rozpojování volné rubaniny příložnými náložemi při splnění podmínek: Při trhacích pracích v uhelných dolech lze při rozstřelování a uvolňování rubaniny použít příložných náloží v obalech, které jsou schváleny akreditovanou nebo autorizovanou osobou. 141

142 Při trhacích pracích s použitím příložných náloží musí být použity pouze důlně bezpečné trhaviny I. a II. kategorie bezpečnosti. Jako rozněcovadla smí být použity pouze DeM-zb-S. Nejvýše přípustná hmotnost trhaviny v jednom obalu příložné nálože smí být nejvýše 0,4 kg s tím, že celková hmotnost odpalovaných náloží nesmí překročit 1,60 kg. Při současném odpalu dvou a více náloží musí být použita elektrická rozněcovadla nultého časového stupně. Při měření koncentrace CH 4 se postupuje obdobně jako při měření koncentrace metanu u vývrtových náloží. Při uvolňování rubaniny v zásobníku, na základě příkazu závodního dolu, se smí použít pouze DBT-II a DBT-III. Koncentrace CH 4, v předepsaných místech měření, nesmí přesáhnout 1%. Vzdálenost úkrytu pracovníků od místa odpalu musí být minimálně 75 m. V ostatním musí být dodrženy obecně platné právní a bezpečnostní předpisy. Pro rozstřelování a uvolňování rubaniny za použití schválených typů příložných náloží musí být zpracován dodatek technologického postupu trhacích prací. Platnost tohoto souhlasu končí ) Trhací práce při uvolňování rubaniny v zásobníku Trhací práce při uvolňování rubaniny v zásobníku se mohou provádět jen v nezbytných případech na příkaz závodního dolu náložemi utěsněnými ucpávkou za takových podmínek, že koncentrace metanu nepřesáhne 1 %, zneškodní se uhelný prach a určí se místa měření metanu. Metan se musí měřit zejména v místě odstřelu náloží a pod vrchním a spodním vyústěním zásobníku. Při těchto pracích se musí použít jen důlně bezpečné protiplynové trhaviny II. nebo III. kategorie a hmotnost nálože nesmí být větší než 0,2 kg. Lze použít i příložné nálože za dodržení výše uvedených podmínek. c) Uvolňování výztuže Výztuž se smí trhací prací uvolňovat jen náložemi ve vývrtech v hornině, a to na styku výztuže s horninou (obr. 7.36). Obr. 7-36: Uvolňování výztuže Přitom musí být dodrženy následující podmínky: - smí se použít jen důlně bezpečná protiplynová trhavina II. nebo III. kategorie a milisekundové elektrické rozbušky DeM zb S, přičemž se musí dodržet časový interval trvání celého odstřelu i časový interval zpoždění sousedních náloží, stanovený pro použití milisekundových rozbušek, 142

143 - vývrty musí být založeny tak, aby se nálož trhaviny nepřiblížila k volné ploše na vzdálenost menší než 20 cm, - hmotnost nálože nesmí překročit 20 dkg a délka ucpávky nesmí byt menší než 20 cm, - trhací práce se smějí provádět je na příkaz závodního dolu za podmínek, že koncentrace metanu nepřesáhne 1 %, zneškodní se uhelný prach a určí se místa měření metanu. Rozstřelování výztuže je zakázáno. d) Trhací práce v důlních dílech s nebezpečím průtrží uhlí a plynů (PUP) Při trhacích pracích v důlních dílech s nebezpečím průtrží uhlí a plynů (viz Rozhodnutí OBÚ v Ostravě 3895/2002 ze dne ) musí být dodrženy tyto podmínky: 1) smí se používat jen důlně bezpečné protiplynové trhaviny II. nebo III. kategorie, 2) odlehčovací vrty musí být před nabíjením vývrtů pro trhací práci ucpány nehořlavým materiálem do hloubky, která přesahuje alespoň o 1 m hloubky nabíjených vývrtů. Jiné vývrty musí být utěsněny alespoň na délku 0,5 m od ústí, 3) v technologickém postupu musí být řešena ochrana pracovníků v raženém díle nebo porubu a v dalších důlních dílech po směru větrného proudu. Mimo to při trhací práci v porubu zařazeném do druhého stupně nebezpečí PUP musí být odvolaní pracovníci z tohoto porubu a z důlních děl po směru průchodního větrného proudu až do konce samostatného větrného oddělení, 4) místo odpalu a místo pro bezpečný úkryt pracovníků musí být pro trhací práci v dlouhých důlních dílech ve vzdálenosti nejméně 200 m od místa odstřelu, 5) před odpalem v hloubení musí být odvoláni všichni pracovnici z hloubeného důlního díla. Místo pro bezpečný úkryt pracovníků a místo odpalu musí být na povrchu nebo na již otevřeném patře ve vtažném větrném proudu nejméně 200 m od místa odstřelu, 6) čekací doba po odstřelu je nejméně 30 minut. e) Bezvýlomová trhací práce Bezvýlomová trhací práce je součástí provádění aktivní protiotřesové prevence a prevence proti průtržím uhlí a plynů. Jednotlivé nálože musí být umístěny tak, aby při jejich uspořádání nedošlo k vytvoření výtržového kužele a prošlehnutí detonující nálože. Nálože pro bezvýlomovou trhací práci se nesmí přiblížit k jiným náložím na vzdálenost menší, než je stanovena v geomechanickém zadání., vždy však musí být větší než 2 metry. Jako trhavina se při bezvýlomové trhací práci v uhlí využívá i důlně-bezpečná trhavina I. kategorie. Jednotlivé nálože jsou zhotovovány v manipulačním prostoru po uzavření bezpečnostního okruhu. Nabíjení se provádí ve společném obalu tak, aby byl zaručen řádný průběh detonace a aby nedošlo k vyhoření nálože. Maximální hmotnost nálože, která může být iniciována jednou rozbuškou, je popsána v návodu každé trhaviny. Běžně používané důlně bezpečné trhaviny I. kategorie umožňují nabít do vývrtu maximálně dvě protisměrně iniciované pětikilogramové nálože. Délka ucpávky závisí na průměru vývrtu a nesmí být menší než šestinásobek druhé mocniny průměru vývrtu v centimetrech, nejméně však 1 metr. 143

144 Čekací doba po výbuchu u bezvýlomových trhacích prací nesmí být kratší než 30 minut. Po uplynutí čekací doby musí být mimo nezávadnosti ovzduší na pracovišti zkontrolována také úplnost detonace náloží, a to jejich: - vizuální kontrolou, - kontrolou přerušení elektrického obvodu jednotlivých elektrických rozněcovadel, - a zjištěním výstupu oxidu uhelnatého z vývrtů. Obr. 7-37: Schéma bezvýlomové trhací práce b - postup raženého důlního díla za 24 hodin Kromě bezvýlomové trhací práce v uhelné sloji provádíme bezvýlomové trhací práce v nadloží, jejichž účelem je ovlivnit fyzikálně-mechanické vlastnosti hornin a stav napjatosti horského masivu. Při těchto trhacích pracích používáme i několik tun trhaviny při jednom odpalu. Rozdělení trhacích prací podle množství spotřebované trhaviny: - trhací práce malého rozsahu - nálože trhavin nepřekročí: 1) v jednotlivých vývrtech v uhlí a v kamení 50 kg, 2) celková hmotnost nálože téhož odpalu 400 kg, - trhací práce velkého rozsahu - odpalují se větší hmotnosti náloží, než je uvedeno v bodě 1) a 2). f) Zneškodňování selhávek Jestliže dojde k selhávce, musí se bezodkladně přistoupit k jejímu zneškodnění. V místě odstřelu se smí provádět jen práce související s jejím zneškodněním. Přitom se musí určit manipulační prostor a bezpečnostní okruh. Selhávku vyhledává a zneškodňuje střelmistr nebo technický vedoucí odstřelu, a to zpravidla ten, který prováděl trhací práci. Zneškodňování selhávek lze provést těmito způsoby: 1) obnovou volně přístupné části roznětného vedení; při zápalnicovém roznětu musí být nově připojená zápalnice dlouhá nejméně 120 cm, 2) použitím nové roznětné náložky po předcházejícím odstranění ucpávky nálože; ucpávka se smí odstranit vytažením, pokud je v obalu, nebo vyfoukáním stlačeným 144

145 vzduchem, vypláchnutím nebo odstraněním škrabkou, pokud je vyloučena možnost dotyku škrabky s roznětnou náložkou, 3) odpálením nálože v novém vývrtu, pokud se vývrt nepřiblíží k selhávce na menší vzdálenost, než je desetinásobek průměru vývrtu, ve kterém je selhávka, avšak ne menší než 30 cm. Polohu a směr nového vývrtu musí určit střelmistr nebo technický vedoucí odstřelů. Pro zjištění směru vývrtu se selhávkou lze v potřebné míře odstranit ucpávku způsobem podle písmene 2), 4) v nevýbušném prostředí též použitím příložné nálože, 5) vypláchnutím sypkých nebo kapalných trhavin nebo vyfoukáním náložkovaných trhavin, 6) nenásilným vyjmutím volně přístupných náložek ve zbytcích vývrtů. Ve vývrtech délky do 1 m při destrukčních pracích nebo ve vývrtech s vodní ucpávkou bez obalů lze nenásilným způsobem vyjmout i roznětnou náložku tahem za přívodní vodiče, pokud byla zhotovena tak, že tahem nebudou namáhány vodiče v místě jejich spojení s rozbuškou. Nová roznětná náložka se nezapočítává do nejvýše přípustné hmotnosti nálože. Pomůcky nebo ty jejich části, které by mohly přijít do styku se selhávkami, musí být z nejiskřícího materiálu. Pokud byl použit elektrický roznět a došlo k selhávce, musí se při jejím zneškodňování provést opatření k ochraně elektrických rozněcovadel před nežádoucím roznětem. Po zneškodnění selhávky musí střelmistr nebo technický vedoucí odstřelů provést prohlídku místa odstřelu a odstranit případné zbytky nevybuchlých výbušnin Povinnosti střelmistra při výkonu trhací práce Trhací práce patří mezi nejvíce rizikové technologické operace, proto musí být prováděna správným postupem v naprostém souladu s platnými bezpečnostními předpisy a podle technologického postupu trhací práce, který je součástí technologického postupu pracoviště Vybavení střelmistra Střelmistr musí být řádně vybaven bezpečnými a spolehlivými střelmistrovskými pomůckami schválenými Českým báňským úřadem, a to: - důlně bezpečnou roznětnicí, - ohmmetrem, - měřičem izolačního stavu, - detektorem na CO, NO, NO 2 a CH 4, (interferometrem včetně nadstavné trubičky), - kolíkem na zhotovování otvorů do náložky pro elektrickou rozbušku, - propojovacím vodičem, - rychlospojkami (tukovými), - izolační páskou (vodivou a nevodivou), - červeným označením, průkazem (pro hlídky), - hodinkami, metrem, psacími potřebami, - kleštěmi nebo nožem k odizolování vodičů, - osobními hygienickými pomůckami, - střelmistrovským záznamem, kontrolní knížkou, - uzamykatelným pouzdrem na elektrické rozbušky, - brašnou na přenášení trhavin s visacím zámkem, - rezervními polyetylenovými obaly pro DBT-II. třídy. 145

146 Zabezpečení a vybavení pracoviště Před zahájením přípravy na provedení trhací práce je střelmistr povinen zkontrolovat, zda je pracoviště v souladu s báňskými předpisy. Pracoviště musí být v první řadě vybaveno: - technologickým postupem trhací práce, se kterým jsou seznámeni příslušní pracovníci, - technologickým a technickým vybavením: a) obtrhávací tyč, b) mlhovky, které vykrývají celý profil díla vodní clonou, c) vyfoukávací trubka na čištění vývrtů musí být delší, než nejdelší vývrt, d) dřevěné nabijáky (případně jiná schválená nabíjecí zařízení), e) přívodní vedení XCYAR 1,5, f) ucpávkový materiál, g) účinné větrání - kontrola separátního větrání dle TP, h) protivýbuchové uzávěry. Dále na pracovišti střelmistr zkontroluje odstranění hořlavých materiálů a zneškodnění uhelného prachu, a zda na pracovišti i v místě odpalu stav ovzduší odpovídá platným BP. Za vybavení a stav pracoviště je zodpovědný předák Bezpečnostní opatření při provádění trhací práce Pro každé pracoviště, které používá technologii trhacích prací, se musí zajistit: - bezpečnostní okruh, - manipulační prostor Bezpečnostní okruh Bezpečnostní okruh musí být zajištěn hlídkami nebo jiným vhodným způsobem určeným dolem tak, aby bylo zabráněno vstupu nezúčastněných osob do ohroženého území. - Ohrožené území se při trhacích pracích v podzemí musí vyklidit a bezpečnostní okruh uzavřít nejpozději před započetím manipulace s výbušninami. - Střelmistr nebo technický vedoucí odstřelu včas poučí hlídky o jejich povinnostech a zabezpečí jejich rozestavení. Při trhacích pracích velkého rozsahu musí organizace každé hlídce odevzdat písemné pověření s poučením o výkonu hlídky. - Hlídka zodpovídá za vyklizení jí přiděleného úseku ohroženého prostoru a za zamezení vstupu do uzavřeného bezpečnostního okruhu. - Hlídky musí být vybaveny prostředky pro dávání nouzového signálu nebo prostředky pro dorozumění s technickým vedoucím odstřelu nebo se střelmistrem. - Kontrolní orgány mají přístup do manipulačního prostoru a bezpečnostního okruhu jen s vědomím technického vedoucího odstřelu nebo střelmistra Manipulační prostor Manipulační prostor se určí tak, aby byly zajištěny pracovní podmínky pro bezpečnou přípravu odstřelu. - Výbušniny se nesmí dopravit na pracoviště dřív, než se vyklidí manipulační prostor a provedou další opatření dle dokumentace trhacích prací. - V manipulačním prostoru a uvnitř bezpečnostního okruhu se po jejich vyklizení mohou zdržovat pouze pracovníci, kteří plní pracovní úkoly související s přípravou a provedením odstřelu, a to jen se souhlasem střelmistra nebo technického vedoucího odstřelu Příprava a provedení odstřelu Střelmistr po převzetí pracoviště od předáka nebo technického dozoru, po provedení kontroly pracoviště, uzavření bezpečnostního okruhu a určení manipulačního prostoru je oprávněn přistoupit k provedení přípravy a provedení odstřelu. 146

147 Manipulace s výbušninami Střelmistr může pracovat s výbušninami při přípravě odstřelu jen tehdy, když se přesvědčil, že stav pracoviště odpovídá zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci, bezpečnosti provozu a dokumentaci prací. Provede kontrolu: - uložení výbušnin do manipulačního prostoru, - kontrolu vývrtů, délky průměrů, rozteče a jejich vyčištění od vrtné drtě, - CH 4 na pracovišti až 25 m od místa odstřelu, - kontrolu pomocníků při nabíjení náloží, plnění ucpávek a spojování jednotlivých náloží. Kromě uvedených případů musí střelmistr měřit koncentraci metanu před nabíjením vývrtů: - při každém vývrtu, když se zjistí 0,5 % metanu a více při měření v nejvyšším místě díla pod stropem. Měření se provede u ústí kontrolovaného vývrtu, a to v místě 10 cm před a 10cm nad jeho vyústěním na čelbu. Pokud se v tomto místě zjistí vyšší než přípustná koncentrace (tj. 1%, resp. 1,5 %), nesmí se tento vývrt nabíjet a musí se utěsnit ucpávkou. - Nad uvolněným uhlím, pokud nebylo z místa odstřelu odstraněno. Sám realizuje: - adjustaci náložky (nálože), - připojení roznětné sítě k propojovacímu a přívodnímu vedení, - indikaci na metan po odchodu z manipulačního prostoru. Po dobu přípravy trhacích prací musí být v manipulačním prostoru se střelmistrem nebo technickým vedoucím odstřelu až do doby odchodu na místo odpalu vždy alespoň jeden pracovník. Ostatní pracovníci musí být před připojením přívodního vedení k roznětné síti v úkrytu nebo mimo ohrožený prostor Provedení odstřelu Po nabití všech vývrtů provede střelmistr kontrolu utěsnění náloží, kontroly časového intervalu zpoždění, připojení roznětné sítě k přívodnímu vedení a indikaci CH 4, a to v místech nejpravděpodobnějšího výskytu v okruhu 25 m od místa odstřelu. V dlouhých důlních dílech, ve kterých se provádějí trhací práce, se musí při odstřelu na vhodném místě, nejméně však 15 m od místa odstřelu, vytvořit účinná vodní clona působící v celém profilu díla. Na stanovišti, místě odpalu, musí provést střelmistr: - indikace CH 4 v okruhu 25m od místa odpalu, - přezkoušet ohmmetrem správnost zapojení a odpor roznětného okruhu před jeho připojením na roznětnici. Zjistí-li větší odchylku mezi roznětným okruhem, než povoluje dokumentace trhacích prací, musí zjistit příčinu a závadu odstranit, - provést vlastní odstřel Místo pro bezpečný úkryt a místo odpalu Úkryt pracovníků i místo odpalu nesmí být ve směru proudění povýbuchových zplodin. Nelze-li tomuto požadavku vyhovět, musí se pracovníci ukrýt v přetlakových komorách nebo se chránit jiným účinným způsobem podle ustanovení v dokumentaci trhací práce. Vzdálenost úkrytu pracovníků, stanovišť hlídek a místa odpalu musí být v podzemí od místa odstřelu vzdálena nejméně: - 30 m v dobývkách při trhací práci malého rozsahu, pokud se pracovníci nezdržují ve směru možného účinku trhacích prací, - 75 m v dlouhých důlních dílech při trhací práci malého rozsahu, pokud se pracovníci mohou bezpečně ukrýt v postranních chodbách, ve výklencích, za ochrannými štíty apod., m při trhacích pracích malého rozsahu v ostatních případech, m při trhacích pracích velkého rozsahu a trhacích pracích s nebezpečím PUP. 147

148 Trhací práce v důlních dílech s nebezpečím průtrží hornin a plynů Při trhací práci v důlních dílech s nebezpečím průtrží uhlí a plynů musí být dodrženy tyto podmínky: v technologickém postupu musí být řešena ochrana pracovníků v raženém důlním díle nebo v porubu a v dalších důlních dílech po směru větrního proudu. Mimo to při trhací práci v porubu nebezpečném průtržemi uhlí a plynů musí být odvoláni pracovníci tohoto porubu a z důlních děl po směru průchodního větrního proudu až do konce samostatného větrního oddělení, místo odpalu a místo pro bezpečný úkryt pracovníků musí být při trhací práci v dlouhých důlních dílech ve vzdálenosti nejméně 200 m od místa odstřelu, před odpalem v hloubení musí být odvoláni všichni pracovníci z hloubeného důlního díla. Místo pro bezpečný úkryt pracovníků a místo odpalu musí být na povrchu nebo na již otevřeném patře ve vtažném průchodním větrním proudu nejméně 200 m od místa odstřelu. Při otřasné trhací práci v důlních dílech s nebezpečím průtrží uhlí a plynů se musí dodržet dále tyto podmínky: před odpálením náloží musí být odvoláni všichni pracovníci z raženého důlního díla bez ohledu na jeho délku nebo z porubu a z dalších důlních děl po směru průchodního větrního proudu až do konce samostatného větrního oddělení, místo odpalu a místo pro bezpečný úkryt pracovníků musí být nejméně 10 m ve vtažném větrním proudu před porubem nebo vyústěním separátně větraného důlního díla do průchodního větrního proudu, přitom však nejméně 200 m od místa odstřelu, pokud se ve vzdálenosti nejméně 200 m od místa odstřelu v raženém separátně větraném důlním díle zřídí bezpečný úkryt pro pracovníky, a to buď přetlaková komora, nebo výklenek vybavený potřebným počtem dýchacích přístrojů napojených na rozvod stlačeného vzduchu, lze místo odpalu umístit do tohoto úkrytu. Splněním všech podmínek lze provést odstřel signálem střelmistra (slovy pálím apod.) Čekací doba a kontrola pracoviště po odstřelu Po odstřelu je určena čekací doba. - Čekací doba nesmí být kratší než doba potřebná na zředění zplodin výbuchu nejméně na hranici stanovenou Vyhláškou ČBÚ a na pracoviště se smí vstoupit až po uplynutí čekací doby a ověření přípustných koncentrací škodlivin v ovzduší. - Čekací doba po odstřelu více než jedné nálože činí při elektrickém roznětu nejméně 5 minut. - Jestliže vznikne podezření, že došlo k selhávce, prodlužuje se čekací doba při elektrickém roznětu na 10 minut. - Čekací doba se určuje podle hodinek a měří se od posledního výbuchu. - Čekací doba může být v technologickém postupu prodloužena podle množství odpalované trhaviny a účinnosti větrání. - Čekací doba u bezvýlomové trhací práce a na pracovištích s nebezpečím PUP nesmí být kratší než 30 minut. Střelmistr nebo technický vedoucí odstřelu spolu s předákem nebo vedoucím pracoviště musí po odstřelu prohlédnout pracoviště hned po uplynutí čekací doby. Střelmistr nebo technický vedoucí odstřelu přitom zjišťuje výsledek trhací práce a předák nebo vedoucí pracoviště kontroluje způsobilost pracoviště pro další bezpečnou práci. Jestliže střelmistr nebo technický vedoucí odstřelu zjistí, že koncentrace škodlivých plynů nepřekračují povolené hodnoty a že nehrozí nebezpečí od výbušnin, vydá pokyn k uvolnění bezpečnostního okruhu a povolí vstup na pracoviště. U bezvýlomové trhací práce se musí zkontrolovat: - nezávadnost ovzduší v ohroženém prostoru, 148

149 - úplnost detonace náloží: a) vizuální kontrolou, když je vývrt, vrt volný a bez přívodních vodičů, b) kontrolou přerušení můstku elektrických rozbušek, pokud z vrtu vystupují přívodní vodiče, c) zjišťováním výstupu oxidu uhelnatého z jednotlivých vývrtů, vrtů; před měřením je možno odstranit v potřebné délce ucpávku, d) kalibrováním vývrtů, vrtů nabijáky nebo antistatickými hadicemi Doprava trhavin a rozněcovadel na pracoviště a) Střelmistr smí přenášet 10 kg trhavin a potřebný počet rozbušek. b) Nosiči smí přenášet 25 kg trhavin v uzamčených brašnách. Klíč od zámku má střelmistr. c) Při strojní přepravě musí být vozidlo označeno modrým světlem Příklad z praxe Obr. 7-38: Návrh trhací práce - ražba překopu - profil SP

150 Obr. 7-39: Návrh trhací práce - ražba chodby - profil - SP

151 8 Hloubení jam Hloubení jam patří mezi technicky i časově nejnáročnější důlní stavby. Těžní jámy umísťujeme do těžiště zásob u rozsáhlejších ložisek, u lokalizovaných ložisek, pokud nechceme zásoby vázat na ohradníky, jámy umísťujeme mimo ložisko. 8.1 Zarážkový bod a zjišťovací vrt Při rozhodování o umístění jam se posuzuje: - geologické uložení a tektonické porušení ložiska (jámy nemají v podloží pokud možno procházet kuřavkou, detritem, velkými tektonickými poruchami), - hydrologické hledisko (možnost zaplavení jámy povrchovými vodními toky; hladina a intenzita spodní vody - např. v řečišti bývalé řeky lze předpokládat intenzívní přítoky spodní vody ve štěrkopíscích a pod.), - komunikační hledisko (je třeba přihlédnout k možnosti vhodného napojení na komunikační síť, hlavně na možnost zřízení železniční přípojky), - energetické hledisko (zřízení elektrického připojení, vodovodní přípojky, zajištění ohřevu a teplé vody), - stavební hledisko (dostatečný prostor pro povrchové stavby dolu a dostatečná únosnost půdy pro tyto stavby), - ochrana životního prostředí (umístění povrchových objektů do rámce krajiny, ochrana povrchových a spodních vod, hladina hluku). Střed budoucí jámy se vyznačí měřicky stanoveným bodem. Tento bod se nazývá Zarážkový bod a na důlních mapách se označuje kutacím znakem. Před zahájením přípravných prací se zjišťuje zjišťovacím (kontrolním) vrtem geologický profil hornin, kterými bude jáma procházet. Vrt se vrtá v těsné blízkosti budoucí jámy tak, aby poskytoval spolehlivý obraz o úložních poměrech, nesmí však překážet při vlastním hloubení. Zhodnocením výsledku tohoto vrtu se zjistí nejen podrobný sled vrstev, jejich petrografické a mechanické vlastnosti, ale i vodonosné, popřípadě plynonosné horizonty. Obr. 8-1: Umístění objektů budoucího dolu 151

152 8.2 Projekt technologie hloubení Projekt budoucího dolu (obr. 8-1) je základem pro přípravu projektu staveniště pro hloubení jam. Podle účelu a podle plánované těžby se stanoví průřez jámy. V projektu se určí tvar průřezu jámy, zařízení povrchová a důlní, a to jak pro hloubení, tak i pro provoz. Dále projekt stanoví technologii hloubení, způsob vyztužování i vystrojování jámy, technologii následných prací (nárazišť, překopů aj.), způsob organizace práce, časový harmonogram jednotlivých etap i celé výstavby dolu atd. 8.3 Zařízení staveniště pro hloubení Před zahájením vlastních prací na hloubení se vykonají přípravné práce na povrchu. Po odklizení ornice se terén staveniště upraví a srovná a vybudují se příjezdové komunikace pro dopravu materiálu a zařízení. Kromě toho se budují v prostoru staveniště podle potřeby úzkorozchodné dráhy a silnice pro dopravu uvnitř staveniště (tyto komunikace mohou mít trvalý charakter). Základním objektem je rozvodna s transformační stanicí s přívodním vedením elektrického proudu. Současně se stavějí povrchové objekty. V budování provizorních i stálých zařízení a objektů se pak pokračuje souběžně s pracemi na zaústění jámy, a to podle stupně důležitosti a časové posloupnosti. Při stavbě povrchových objektů se uplatňuje snaha, aby stavby a zařízení, kterých bude zapotřebí i za provozu dolu, byly budovány v definitivním provedení (těžní věž, těžní stroje, strojovna, některé objekty sociálního zařízení aj.), kdežto pro objekty potřebné jen při hloubení (strojovny vrátků, betonárna aj.) se volí montované přenosné stavby. Obr. 8-2: Zařízení staveniště 1 - hloubící věž 2 - strojovna 3 - betonárna 4 - pomocné budovy 5 - sklad cementu 6 - vrátnice 7 - vrátek pro vodicí lana 8 - vrátek pro samospád 9 - vrátek pro větračky 10 - vrátek pro křídlové bednění 11 - vrátek pro záchranný řebřík 12 - vrátek pro vzduchové a vodní potrubí 13 - vrátek pro baterii vzduch-voda 14 - vrátek pro napínací poval 15 - vodní nádrž; 16 - kompresorovna; 17 - chladicí bazén; 18 - foukací ventilátor; 19 - transformační stanice; 20 - vzdušník; 21 - ovládací panel pro vrátky Zařízení a objekty potřebné pro hloubení rozdělujeme na zařízení povrchové a na zařízení důlní Zařízení povrchové Jsou to taková povrchová zařízení a stavby, kterých je nezbytně třeba v různých etapách výstavby dolu (obr. 8-2). 152

153 Podle účelu je rozdělujeme na dvě skupiny: a) objekty provozních zařízení (těžní věž, těžní stroje, strojovny, vrátky, kompresorovna, ventilátorovna, betonárna, povrchový sklad výbušnin, popřípadě dieselagregát jako pomocný zdroj elektrické energie); b) objekty vedlejších provozů a sociálních zařízení (kotelna, dílny, sklady materiálu a nářadí, rozvodna, potrubí pro rozvod vody a stlačeného vzduchu, topení, rozvod elektrické energie, kanalizace, cesty a úzkorozchodné dráhy, odvaly, skládky materiálu, kanceláře, šatny, umývárny a koupelny, vrátnice, ošetřovna, jídelna, prodejna) Objekty provozních zařízení a) Těžní věže Těžní věže pro hloubení se stavějí buď jako provizorní, nebo definitivní. Ocelové konstrukce provizorních věží jsou typizované a po skončení hloubení se rozmontují a použijí na jiném místě. Obr. 8-3: Hloubící těžní věž OS-52-Ostroj Obr. 8-4: Hloubící těžní věž VHF-1-VOKD Postaví-li se pro hloubení definitivní těžní věž, staví se také obvykle definitivní těžní stroj. V tom případě je pak možno použít těžních okovů o velkých objemech.tím se také urychlí svislá doprava a je možno zkrátit dobu potřebnou k vyhloubení jámy.vnějšek těžní věže bývá zakryt dřevěným nebo plechovým bedněním (obr. 8-3 a 8-4). Definitivní těžní věže bývají ocelové nebo železobetonové. Těžní věž pro hloubení má zpravidla tři povaly: 1) Hlavní (ohlubňový) poval je uložen v úrovni ústí (ohlubně) jámy. Zakrývá hloubení proti pádu lidí nebo předmětů a je opatřen jen otvory pro těžní nádoby. Otvory se uzavírají poklopy. Poval je vybudován ze silných ocelových nosníků a podlaha z oceli. Z tohoto povalu se dopravuje do hloubení mužstvo v těžních nádobách, materiál pro výstroj, potrubí, nosníky, větračky atd. 2) Vyklápěcí poval je 4 až 6 m nad hlavním povalem a má obdobnou konstrukci jako hlavní poval. Při vyjíždění a sjíždění okovu se postupně otevírají a zavírají poklopy obou povalů tak, aby vždy byl jeden uzavřen a druhý otevřen pro průjezd okovu. Otvory v povalech musí být přesně nad sebou. Na tomto povalu se vyprazdňují okovy samovyklápěcím zařízením do hlušinových zásobníků s výsypkou. Odvoz hlušiny na odval je obstaráván buď auty, úzkorozchodnou dráhou, nebo dopravníky. 3) Lanovnicový poval je montážním povalem při ukládání a údržbě lanovnic. Výška těžní věže pro hloubení se volí podle rozměrů jámy a rychlosti těžení. Bývá až 25 m. 153

154 Provozní definitivní těžní věže jsou buď ocelové (obr. 8-5), nebo železobetonové (obr. 8-6). Vzpěrové těžní věže mají těžní stroj na úrovni ohlubně, nevzpěrové těžní věže mají těžní stroj umístěný v hlavě věže. Výška věže závisí na hloubce jámy a na kapacitě těžby; dosahuje až 60 m, železobetonové skipové věže až 100 m. Obr. 8-5: Těžní věž ocelová vzpěrová Obr. 8-6: Těžní věž železobetonová Konstrukce těžní věže musí být navržena a zhotovena tak, aby bezpečně převedla všechna zatížení do základů a aby vydržela otřesy a dynamické účinky provozních zařízení. Zatížení se rozumí jednak zatížení stálé (váha věže a veškerého zařízení upevněného na konstrukci věže - u nevzpěrových těžních věží i váha těžního stroje), jednak zatížení užitečné (tahy v lanech za provozu, vyvolané změnou rychlosti pohybu lan, klecí, skipů atd. v závislosti na jejich váze) a zatížení vedlejší (sníh, vítr, sedání základů). Volná výška je dráha, kterou může klec nebo skip při pravidelné jízdě projet nad nejvyšší provozní polohu, aniž narazí na nárazníkový rošt umístěný pod lanovnicemi. Nad nejvyšší pracovní polohou klece nebo skipu se průvodnice buď rozšiřují, nebo se jejich vzájemná vzdálenost zmenšuje proto, aby při přejetí nad nejvyšší pracovní polohu nastalo účinné brzdění. Přejede-li klec o 10% volné výšky, nejvýše však o 1,5 m nad nejvyšší pracovní polohu, vypnou koncové vypínače proud a tím zastaví těžní stroj. Volná výška nesmí být menší než 3 m; u velkých těžních zařízení bývá až 12 m. Pod nejnižším nárazištěm hotové jámy je tzv. volná hlouba. Je to vzdálenost, kterou klec může projet ze své nejnižší pracovní polohy až k nárazníkovému roštu nebo na dno jámy. Brzdění průvodnicemi je obdobné jako u volné výšky. Část jámy pod posledním nárazištěm se nazývá jámová tůň (žumpa). Dno tůně musí být přístupné z nejnižšího náraziště lezným oddělením. Dno se musí pravidelně čistit a voda odčerpávat. 154

155 b) Těžní stroje se strojovnami Při hloubení se používají těžní stroje buď pomocné, nebo definitivní. Jsou zabudovány na pevných betonových základech a umístěny ve strojovnách. Podle zvolené technologie hloubení a podle projektovaného průřezu jámy se používá jednoho až tří těžních strojů. Hlavní těžní zařízení bývá dvojčinné, pomocná těžní zařízení bývají jednočinná s protizávažím. Jsou dva typy těžního zařízení: bobinové pro plochá lana a bubnové pro lana kulatá. Při hloubení se nejčastěji používá bobinových těžních strojů, protože mají příznivější záběrový moment ze dna jámy a nekroutí se lano. Těžní stroje u vzpěrových těžních věží se stavějí ve vzdálenosti 10 až 30 m od věže. Větší vzdálenost způsobuje značné kmitání lana a přitom vznikají nebezpečná dynamická namáhání. Pohon těžních strojů je elektrický. Budova strojovny je vystavěna z nehořlavého materiálu, vytápění je ústřední. Řídicí pult strojníka je v oddělené zasklené kabině. Strojovny pomocných těžních strojů jsou vybaveny obdobně. Obr. 8-7: Strojovna vzpěrné těžní věže Obr. 8-8: Strojovna v hlavě skipové věže c) Vrátky se strojovnami Obr. 8-9: Vrat LPE-18 V těsné blízkosti jámy jsou umístěny vrátky v provizorních strojovnách. Vrátky slouží k napínání vodicích lan okovů, k zavěšení pracovního povalu, k zavěšení bednicí formy, samospádového potrubí, větraček, kabelů, k zavěšení olovnic atd. Skupina vrátků pro určité důlní zařízení (pracovní poval, bednění) bývá ovládána dálkově od jednoho řídicího pultu. Vrátky jsou umístěny obvykle po dvou v jedné provizorní strojovně. Lana vrátků, která procházejí otvory v hlavním povalu, jsou utěsněna pryžovými pásy. Rozmístění těžních zařízení a vrátků u ohlubně je znázorněno na obrázku číslo 8-2. d) Kompresorovna, ventilátorovna, betonárna Stlačený vzduch, o přetlaku nejméně 500 kpa, pro pohon vzduchových strojů a zařízení se zajišťuje kompresory, které jsou umístěny v budově kompresorovny. V oddělené místnosti jsou nainstalovaná čerpadla pro oběh studené vody. V těsné blízkosti kompresorovny je chladič oběhové vody. 155

156 Větrání v hloubení je obvykle zajišťováno dvěma ventilátory, umístěnými v budově ventilátorovny. Lutny od ventilátoru jsou vedeny kanálem a do jámy vyúsťují pod ohlubní. Obr. 8-10: Doprava betonu U jam, kde je počítáno s použitím betonu při vyztužování, zřizuje se v těsné blízkosti ohlubně, nejčastěji přímo v šachetní budově, betonárna. Je opatřena míchačkami na beton a zásobníky na štěrk a cement. Míchačky jsou umístěny blízko ohlubně v takové výšce, aby měl vypouštěný beton dostatečný skluz do samospádového potrubí (obr. 8-10). Betonovací jednotka je napojena na topení v šachetní budově. Topný systém je upraven tak, aby bylo v zimním období možno štěrk rozmrazovat. 1 - Zásobníky 2 - Míchačky 3 - Žlaby 4 - Samospádové potrubí Ø 150 mm 5 - Tlumič 6 - Koncovka samospádu (zvonky) Objekty vedlejších provozů a sociální zařízení Mezi objekty vedlejších provozů patří kotelna pro parní nebo teplovodní ústřední vytápění s příslušnými výměníkovými stanicemi a čerpadly, dále údržbářské dílny pro údržbu a drobné opravy všech strojů na hloubení, včetně oprav elektrického zařízení. Elektrický proud se přivádí do rozvodny a z ní je napájen hlavní transformátor na 6 kv, který napájí skříňovou rozvodnu s vývody na těžní stroje a transformátory na nízké napětí pro ostatní spotřebiče na povrchu i v hloubení. Rozvod elektrické energie ke spotřebičům bývá nejčastěji kabelový. Pitná voda se rozvádí potrubím uloženým pod zemí, podobně jako voda užitková. Stlačený vzduch se z kompresorovny rozvádí přes vzdušníky potrubím. Odpadové vody a splašky se odvádějí kanalizační sítí do čističky odpadních vod. Příjezdové vozovky na staveništi bývají vyztuženy betonovými panely. Úzkorozchodné dráhy bývají budovány v minimálním rozsahu. Rozchod je 600 mm, pražce dřevěné nebo železobetonové, v šachetní budově na pásové oceli. Skladovací prostory bývají zastřešené (pro uložení strojů, strojního zařízení, cementu atd.) nebo nezastřešené (pro skladování písku, štěrku, stavebních materiálů). Pro zimní období se musí pamatovat na vhodné zařízení pro rozmrazování písku a štěrku. Užívá se tzv. parních jehel. Jsou to perforované trubky, na něž se nasazuje hadice s přívodem páry. Odvaly se zřizují na vhodném místě v blízkosti hloubení. Mezi objekty sociálního zařízení patří budovy kanceláří, koupelen, záchodů, šaten, prodejen, jídelen, vrátnice aj. Některé z těchto budov se stavějí už v definitivní úpravě. Před zahájením provádění trhacích prací při hloubení je nutno zřídit sklad trhavin. 156

157 8.4 Zaústění jámy Horní část jámy, která navazuje přímo na povrchové šachetní objekty, je ústí jámy (ohlubeň). Z jámy blízko povrchu odbočují větrní a ohřívací kanály (obr. 8-11). Ústí jámy je vystaveno značnému tlaku a nárazům pohybujících se těžních nádob. Obr. 8-11: Zesílená výztuž a kanály pod ohlubní 1,2 - Zesílená výztuž pod ohlubní 3 - Normální jámová výztuž 4 - Ohřívací kanál 5 - Větrní kanál 6 - Lezní oddělení 7 - Těžní oddělení 8 - Poklopy 9 - Hloubicí rám Vzhledem k těmto okolnostem je třeba při zaúsťovacích pracích zvolit jinou technologii než při vlastním hloubení, kde dostatečná hloubka od povrchu umožňuje použít závěsných povalů, nakládačů atd. a kde i horniny jsou zpravidla soudržné Základní rám Obr. 8-12: Základní rám Po urovnání plochy v okolí hloubení se vytyčí osy a osadí se povrchové body. Přímkami k sobě kolmými se stabilizuje v průsečíku přímek zarážkový bod S (obr. 8-12). Potom se položí základní rám (šablona). U kruhových jam má základní rám tvar osmiúhelníku. Základní rám musí být sestaven tak, aby přesahoval za průměr hloubení tak daleko, jak je zapotřebí vzhledem k charakteru hornin, a aby byl při hloubení ohlubně naprosto stabilní Hloubicí rám Obr. 8-13: Zaústění jámy 1 - Hloubicí rám 2 - Tvárnicová výztuž 3 - Dusaný beton 4 - Izolační vrstva 5 - Vodní dílo 6 - Betonová patka 157

158 Po vyhloubení určitého úseku od povrchu se založí v pevných horninách základní věnec výztuže (patka obr. 8-13) a odsud se vybuduje stálá výztuž až na povrch. Na tuto stálou výztuž se položí hloubicí rám. Je vybudován z tvarové oceli profilu I nebo U, jednotlivé kusy se spojují šrouby a nýty. Na ocelové konstrukci hloubicího rámu se montuje podlaha s otvory pro průchod těžních nádob a pro žebřík lezného oddělení. Otvory se uzavírají poklopy Prozatímní výztuž při hloubení jam Obr. 8-14: Prozatímní výztuž K zajištění boků v hloubení se buduje prozatímní výztuž. Pro kruhové jámy se používá ocelových věnců. Podle velikosti průřezu jámy je to 4 až 8 dílů z nosníků U, navzájem spojených styčnicemi. První věnec je zavěšen na základním rámu pomocí háků tvaru obráceného Z vyrobené z armované oceli. Další věnce prozatímní výztuže jsou zavěšeny na předchozím věnci (obr. 8-14). Vzdálenost věnců se řídí pevností horniny, nejvýše 1,5 m. Za věnci se stěny jámy zapažují pažinami a pevně klínují. Při velmi pevných horninách za určitých, v projektu stanovených podmínkách, může prozatímní výztuž odpadnout. Při budování stálé výztuže se prozatímní výztuž postupně odstraňuje. 1 - Ocelový věnec; 2 - Hák; 3 - Pažnice Základ pro stálou výztuž ohlubně Ústí jámy je vystaveno mnohem většímu namáhání než vlastní jáma. Proto musí být výztuž zaústění jámy mnohem pevnější. Zesílená výztuž je buď až k základnímu věnci (patce) ze stejně tlustého zdiva (až 1,5 m), nebo se po úsecích postupně ztenčuje. Při vyzdívání této zesílené výztuže se staví nejdříve vnější prstenec a pak vnitřní, jehož průměr je shodný s průměrem jámy. Mezi oběma prstenci zdiva zůstává asi 10 cm mezera, která se při zdění vnitřního prstence vyplňuje izolačním materiálem (asfaltem) proti vnikání povrchových vod do jámy. Materiálem pro výztuž zaústění jámy jsou cihly, tvárnice nebo beton. V poslední době se při vyztužování jam používá téměř výhradně technologie litého betonu. Většinou se zaústění jámy vůbec nevyzdívá a vyztužuje se litým betonem již z povrchu. Protože zesílená výztuž má velkou váhu na poměrně malou plochu svého průřezu, zakotvuje se základ výztuže v bočních horninách pomocí patky (obr. 8-13). Patka se zakotvuje v pevných nebo dostatečně únosných horninách. Odlehčuje váhu zdiva a přenáší ji na horninu v jámovém boku. V místě založení patky se profil jámy po obvodě rozšíří a vylámaný prostor vyzdí. Na patku se naváže zdivo stálé výztuže. Kromě toho se nosné patky budují vždy pod vododajnými pleistocenními vrstvami, nad kuřavkovými vrstvami v terciéru i pod nimi, nad a pod detrity nebo nad i pod přechodnou tektonickou poruchou a nad klenbou v náražích. Prochází-li jáma tvrdými a celistvými horninami, není třeba zřizovat patky (u většiny rudných dolů). 158

159 8.4.5 Větrní a ohřívací kanál Současně s pracemi na zaústění jámy se v prostoru pod ohlubní zřizuje větrní a ohřívací kanál (obr. 8-11). Větrní kanál je spojen s jámou v hloubce nejméně 5 m od ohlubně a je vyveden vodorovnou a pak dovrchní chodbou na povrch v přiměřené vzdálenosti od šachetní budovy. Východ na povrch se uzavírá zevnitř mřížovou uzávěrou. Slouží jako větrní a zároveň jako nouzová cesta pro východ z dolu. Musí mít proto dostatečné rozměry a musí být řádně vyztužen. Na větších dolech přiléhá k vtažným jámám kanál pro ohřívaný vzduch Způsoby zaústění jam Zaústění jam v horninách nesoudržných a zvodnělých je mnohem složitější a nákladnější než v horninách pevných. Při zaústění jámy v horninách pevných a soudržných se těžní věž staví obvykle před zahájením hloubení, kdežto při hloubení v horninách nesoudržných se může těžní věž postavit až po vyhloubení a vyztužení zaústění nebo při dokončování těchto prací. Sesednutím okolních hornin by se mohla totiž porušit stabilita věže. Protože technologie zaúsťovacích prací při zaúsťování jam v nesoudržných a pevných horninách jsou odlišné, bude pojednáno o každém způsobu zvlášť Zaústění jámy v nesoudržných horninách Abychom zajistili boky hloubení při přechodu nesoudržnými a zvodnělými horninami, musíme použít zvláštních metod; bude o nich pojednáno v části 8.9. Vhodným způsobem přechodu nesoudržnými pokryvnými horninami při zaústění jam, pokud pokryvné nesoudržné horniny nejsou příliš mocné, je přechod pomocí pláště z tzv. larsenek (Larssenových štětovnic). Obr. 8-15: Hnaná výztuž - štětovnice Obr. 8-16: Zámek štětovnic Obr. 8-17: Štětovnice Štětovnice jsou dlouhé až 24 m, mají korýtkový profil (obr. 8-17), okraje mají tvarované tak, aby zahnutý okraj jedné štětovnice zapadl do drážky v druhé štětovnici (obr. 8-16). Tak může soustava štětovnic vytvořit souvislou stěnu. Larsenky se zarážejí pomocí beranidel (obr. 8-15) kolmo do horniny do kružnice, jejíž poloměr od středu jámy je větší o tloušťku výztuže než poloměr vyztužené jámy. 159

160 Po zaražení všech štětovnic, tj. po uzavření válce štětovnicovým pláštěm, se zahájí strojní výkop a odklízení horniny. Po dosažení určité hloubky (menší než je délka štětovnic) se zajistí štětovnicový plášť proti deformaci dovnitř hloubení rozpěrným rámem. Pak se vyzdívá (betonuje) vnější plášť stálé výztuže až k horní hraně ohlubně. Po položení hloubícího rámu se pokračuje v hloubení a postupně se vyzdívá vnější plášť až do plánované hloubky, kde se založí patka s tzv. vodní stavbou. Od patky se pak začne vyzdívat vnitřní plášť a současně se postupuje s odizolováním pláště proti vodě. Tloušťka vnějšího pláště bývá 30 až 45 cm, vnitřního pláště až 75 cm. Ve vnitřním plášti se ponechávají otvory pro vnitřní výstroj. Obr. 8-18: Ústí jámy v příčném řezu Obr. 8-19: Odkliz horniny při zaústění 1 - Larssenovy štětovnice; 2 - Vnější zdivo; 3 - Izolace; 4 - Vnitřní zdivo. 1 - Hloubicí rám; 2 - Jeřáby; 3 - Štětovnice Štětovnice tvoří v horní části zaústění prozatímní výztuž. Dopravu materiálu do hloubení a odkliz hornin ze dna hloubení obstarává jeřáb (obr. 8-19). Není-li přítok vody do hloubení velký, odstraňuje se voda ze dna hloubení zároveň s horninou, jinak se používá kalových čerpadel a okovů. Hornina se nakládá do okovů drapákovými nakladači. Vodní stavba je vlastně vrstva štěrku, která je uložena za výztuží na dvojité lepence nebo na perforovaném plechu. Voda stéká do betonového žlábku, umístěného v horní části patky. Ze žlábku se voda odvádí zazděnou trubkou do sběrného potrubí. Po skončení všech zaúsťovacích prací a po úpravě ohlubně se postaví těžní věž a ostatní zařízení pro vlastní hloubení Zaústění jámy v pevných horninách Zaústění jámy v pevných horninách je podstatně jednodušší a rychlejší než v horninách nesoudržných a zvodnělých. Mocnost měkkých pokryvných hornin je obvykle malá a přítoky vody do hloubení jsou zpravidla nepatrné. Výkop pokryvných hornin se dělá zpravidla strojně. Základní rám se položí po dosažení hloubky 1,5 m. Po vyhloubení čeho? v pokryvných horninách se pokračuje v trhací práci v tvrdých horninách. Rozpojená hornina se nakládá do těžních okovů a odtěžuje pomocí 160

161 upravených jeřábů. Jakmile se dosáhne plánované hloubky, zřizuje se patka a buduje se výztuž. Izolace proti povrchové vodě je obdobná jako u zaústění jámy v horninách nesoudržných Izolace povrchových vod Povrchovou vodu, která se stahuje k jámovému komínu, je třeba izolovat tak, aby nevnikala do jámy. Jsou-li přítoky vody malé, stačí k izolaci zesílené zdivo ohlubně, spojené hydraulickou maltou nebo cementem. Dostačující je také zesílené betonové zdivo. Jsou-li přítoky vody velké, izoluje se zaústění způsobem, který byl popsán již v předešlých statích. V některých případech se provádí vodní izolace výztuže injektáží cementovým mlékem, bitumenem, popřípadě chemickými přípravky. 8.5 Zařízení pro vlastní hloubení jámy Jsou to zařízení pro svislou dopravu (okovy, průvodnice, napínací a vodicí rám), pracovní povaly potřebné pro vyztužování, vystrojování i pro strojní nakládání horniny, zařízení pro rozvod stlačeného vzduchu, pro větrání, odvodňování, osvětlování a signalizaci, jakož i zařízení pro uzavření jámy a bezpečnost jízdy v těžních okovech Těžní okovy Obr. 8-20: Těžní okov Pro svislou dopravu lidí, materiálu a k odtěžení horniny se používá ocelových okovů (obr. 8-20). Objem okovů je 0,5 až 5,5 m 3 ; volba velikosti okovů závisí na průměru a hloubce jámy, jakož i na výkonu těžního zařízení. K vyprazdňování okovů na vyklápěcím povalu v těžní věži se používá samovyklápěcího zařízení. Okov je k těžnímu lanu připojen závěsem (obr. 8-20). Závěs se skládá z: 1 - háku se západkou proti vysmeknutí lana, 2 - otočného závěsu (obrtlíku), 3 - očnice lana Drapákové nakladače Obr. 8-21: Drapákový nakladač KS-3 Obr. 8-22: Pracovní sféry nakladačů 161

162 Drapákové nakladače KS-3 se používají na hloubení jam menších průřezů, při hloubení šibíků, při rekonstrukcích a na hloubení s předvrtem. Vrátky nakládačů jsou uchyceny na spodní etáži pracovního povalu, který může být vzdálen od dna hloubení nejvýše 45 m. Pro větší průměry jam používáme kabinkové drapákové nakladače KS-2u 40 (obr. 8-23, 24). Obr. 8-23: Drapákový nakladač KS-2u40 Obr. 8-24: Drapákový nakladač KS-2U/ Vrtání vývrtů pro trhací práci Při hloubení jam nebyla v pokryvu na počátku padesátých let dvacátého století používána trhací práce a rozpojování horniny bylo prováděno ručně sbíjecími kladivy. obr. 8-25: Vrtací souprava VSH 4 obr. 8-26: Vrtací souprava VSH 4 162

163 S ručním vrtáním, ovšem jen rotačním (jako v uhlí), se v hloubení začalo v roce Nebylo možno použít výplach, docházelo k zahlcování vývrtů, vrtání bylo pracné a zdlouhavé. Zlepšení přinesly až trubkové vrtáky s navařenými korunkami, ovšem jen v pokryvných horninách. V karbonských horninách bylo i v dalších létech vrtání prováděno ručně, rotačně - příklepnými kladivy typu EDLK 60 a později VK 24, VK 25 a VK 29. Až v roce 1976 útvar technického rozvoje VOKD vyvinul vrtací soupravu VSH-1. S ohledem na větší průměry hloubených jam (až 8,5 m světlého průměru) vznikl požadavek vyvinout vrtací soupravy s více vrtacími kladivy, a to VSH-2 (rok 1979), VSH-3 (rok 1980) a VSH-4 (obr a 8-26). Vrtací soupravy byly osazeny vrtacími kladivy VKS VM2. Zavedením vrtacích souprav VSH došlo k podstatnému zvýšení produktivity práce v operaci vrtání, odstranění příčin vzniku vazoneurozy, snížení hlučnosti na počvě hloubení, snížení prašnosti, a tedy k celkovému zvýšení bezpečnosti a hygieny pracovního prostředí Průvodnice, napínací rám, vodicí rám Klidný pohyb okovů je zajišťován průvodnicemi, vodicím rámem a napínacím rámem. V kruhových jámách jsou okovy vedeny lanovými průvodnicemi (obr. 8-27). Obr. 8-27: Vodicí rám na lanech Horní konce vodicích lan jsou vedeny přes lanovnici na těžní věži k napínacím vrátkům s rohatkou a západkou. Dolní konce lan jsou upevněny na napínacím rámu (obr. 8-28), který je s postupem hloubení přesazován. Obr. 8-28: Napínací rám vodicích lan Napínací rám je sestaven z nosníků, vyztužených ocelovými pásy. Používá-li se při hloubení více plošinových pracovních povalů, jsou spodní konce lanových průvodnic zakotveny na nejspodnější plošině. Nezřídka jsou tyto lanové průvodnice zároveň nosnými lany celého pracovního povalu. Zařízení pro vedení okovů v jámě doplňuje vodicí rám (obr. 8-27). 163

164 Jakmile vodicí rám dosedne na pružiny napínacího rámu, uvolní se lanový závěs. Vodicí rám zůstane na napínacím rámu a okov sjede bez vedení na dno hloubení Pracovní povaly Pracovní povaly slouží jako pracovní plošiny při vyztužování a vystrojování jámy. Hlavní nosná konstrukce je z ocelových nosníků, podlaha je z tlustých fošen nebo tlustého rýhovaného plechu. V pracovní poloze se poval zajišťuje do výztuže nebo do bočních hornin výsuvnými závorami (obr. 8-29). Závory jsou tři nebo čtyři a zasunují se do otvorů vysekaných v hornině nebo výztuži. Obr. 8-29: Pracovní poval Obr. 8-30: Vybavení jámy při hloubení 1 - Bubny s kabely 2 - Dvouplošinový pracovní poval 3 - Větračky 4 - Potrubí vzduch - voda 5 - Vrátek nakladače 6 - Baterie vzduch - voda 7 - Koncovky samospádového potrubí 8 - Nakládač drapákový 9 - Křídlové bednění 1 - Nouzový řebřík 2 - Samospádové potrubí 3 - Potrubí vzduch voda 4 - Otvory pro okovy 5 - Vrátek nakladače 6 - Osvětlovací těleso 7 - Výsuvné závory 8 - Baterie vzduch - voda Všechny průchody v podlaze povalu (otvory pro lana, kabely, větračky, olovnici, čerpadla atd.) jsou pečlivě utěsněny. Průjezdové otvory pro okovy se uzavírají poklopy a kromě toho jsou odděleny od ostatního prostoru na povale buď plechovými válci (obr. 8-30), nebo ocelovou mříží tak hustou, aby nic nemohlo propadnout. Ochranný prostor musí být nejméně 150 cm vysoký a na obou koncích nálevkovitě rozšířený, aby se mohly snáze vést okovy. Pracovní povaly mohou být pevné nebo visuté. Pevné pracovní povaly se zřizují nejčastěji při zaúsťování jam, při práci na výztuži a vystrojování a při pomocných pracích pod ohlubní; v prostoru pod ohlubní nelze pro malou hloubku pod povrchem použít visutého povalu. Pevný pracovní poval tvoří podlaha z tlustých fošen, která spočívá na ocelových nosnících, pevně ukotvených v bocích jámy; přesazují se podle potřeby. Visuté pracovní povaly se stavějí buď jako jednoplošinové (jednoetážové), nebo jako více plošinové. Závěsné lano obvykle neprochází osou jámy, překáželo by lanku hlavní olovnice. Pracovní poval je k závěsnému lanu připevněn čtyřmi lany, zakotvenými na konstrukci povalu. Někdy se pracovní poval zavěšuje na vodicí lana okovů a nahrazuje tak napínací rám. 164

165 Podle technologie hloubení se dnes používá při hloubení nových jam dvou plošinových (obr. 8-30) i více plošinových povalů. Konstrukčně tvoří nejčastěji pevnou soustavu; jednotlivé plošiny jsou navzájem spojeny sloupy. Vrchní plošina slouží jako pracovní poval pro vystrojování jámy, spodní jako manipulační poval pro vrátky nakládačů a jiných zařízení. Nejvyšší přípustná vzdálenost této plošiny ode dna hloubení je 45 m. Ochranné povaly nebo stříšky se musí zřizovat nad pracovním povalem proti pádu shora. U více plošinových povalů se zhotovuje ochranný poval nad vrchní plošinou; jako ochranný poval pro dno hloubení slouží nejspodnější plošina. Při popouštění povalu do nové pracovní polohy je dovolena nejvyšší rychlost 0,3 m/s; přitom nesmějí být pod povalem lidé a na povalu smějí být jen ti, kteří jsou pověřeni řízením povalu. Někdy se používá dvou samostatných pracovních povalů. Spodní nade dnem hloubení je pak zavěšen na vodicích lanech a horní na zvláštním závěsu Větrání v hloubení Obr. 8-31: Lutnový tah upevněný na lanech K větrání v hloubení se používají větračky (lutny). Jejich průměr bývá až 1,2 m a délka 3 m. Lutnový tah se zavěšuje na dvou lanech shora (obr. 8-31), a pak se jednotlivé lutny nastavují s postupem hloubení na povrchu. Někdy se lutny zavěšují na konzolách na stálou výztuž jámy a pak se nastavují zdola. Koncovým článkem lutnového tahu bývá flexibilní lutna, případně i se zásobníkem. Tento článek se před odpalem vytáhne do bezpečné výšky a ihned po odstřelu se spustí ke dnu hloubení. Množství čerstvých větrů potřebné pro odvětrání pracoviště po trhací práci se stanoví vzorcem: kde Q je potřebné množství vzduchu [m 3 /s], A - celkový objem jedovatých zplodin (přepočteno na CO - počítá se 40 litrů na 1 kg trhavin) [m 3 ], t - doba potřebná k odvětrání [min.]. Ztráty v lutnovém tahu závisí na těsnosti spojů a opotřebení luten, jejich použitém průměru a délce lutnového tahu. Při hloubení používáme obvykle větrání foukací. Pro velké průměry jam a pro velké hloubky je nejvhodnější větrání kombinované (pomocné větrání sací) Odvodňování v hloubení Malé přítoky vody do hloubení (3 až 5 m 3 /h) nemají podstatný vliv na tempo a organizaci práce v hloubení; voda se odstraňuje současně s horninou ze dna loubení. Jsou-li přítoky vody větší, používá se různých typů závěsných elektrických čerpadel, která jsou zavěšena na vrátcích. Potrubí se zavěšuje na výztuž. Někdy se používá tzv. mamutích čerpadel, která sice mají malou účinnost, ale jsou provozně spolehlivá a mohou čerpat vodu i s bahnem, pískem a úlomky hornin. Pokud nemáme zřízeny odkalovací jímky, znečištěnou vodu čerpáme přímo do okovů. Po zřízení sedimentačních jímek vodu čerpáme čerpadly až na povrch. Protože jednoho stupně čerpání můžeme použít maximálně do výšky 300 m, musí se při větších hloubkách budovat přečerpávací stanice, a to na nárazištích, pokud jsou budována současně s hloubením, anebo ve zvlášť k tomu vylomených prostorách. 165

166 Obr. 8-32: Zachycování vody v jámě Abychom zmenšili množství vody stékající po jámových bocích na dno jámy na nejmenší možnou míru a aby rozstřikující se voda nezhoršovala pracovní prostředí na dně jámy a na pracovních povalech, zřizují se na obvodu jámy odvodňovací žlábky různého druhu (obr. 8-32). Voda ze žlábků se svádí na dno hloubení nebo do zvláštních nádrží, odkud se odčerpává. Aby se zamezilo prosakování vody jámovou výztuží a hromadění vody za výztuží, vyvádí se voda drenážními trubkami a používá se opatření již dříve popsaných (vodní stavby, izolace jámového zdiva) Osvětlování v hloubení K osvětlování pracovišť při hloubení se dnes používá elektrických širokoúhlých nebo úzkoúhlých svítidel (reflektorů) a příkonu 500 W. Svítidlo je zavěšeno na samonosném pancéřovém kabelu, který je navinut na bubnu světelného vrátku. Při trhací práci se svítidla vytahují k napínacímu povalu. Jako osobních svítidel se používá ručních svítidel akumulátorových. V plynujících karbonských horizontech se používají svítidla v nevýbušném provedení Kontrola svislosti v hloubení Po každých 10 m dosažené hloubky se musí zkontrolovat svislost hloubení. Svislost se kontroluje olovnicemi. Hlavní olovnice v kruhové jámě je spuštěna ve středu jámy. Stabilizuje se na dně jámy ve džberu s vodou. V současné době se používají i velmi přesné laserové přístroje Rozvod stlačeného vzduchu a vody Stlačený vzduch pro pohon vrátků, nakladačů, sbíječek a jiného zařízení na pracovním povale a pro pohon nakladačů a vrtacích kladiv na dně hloubení je přiváděn z povrchu vzduchovým potrubím, které bývá zavěšené na jámovou výstroj. Vzduchovod se nastavuje od spodu v úsecích po 30 m; zakončen je nad pracovním povalem rozdvojkou pro hadice. Hadice se napojují na rozdělovač, z něhož jsou jednotlivé spotřebiče zásobovány hadicemi. Podobným způsobem se rozvádí výplachová voda pro vrtací kladiva na dně hloubení. Obojí potrubí je vedeno souběžně až na místo spotřeby Bezpečnostní zařízení v hloubení pro jízdu mužstva Při hloubení jam sjíždí mužstvo v těžních okovech. Při jízdě mužstva musí být okov veden průvodnicemi a nad okovem musí být zřízena ochranná stříška, chránící před pádem předmětů. Pro fárání ze dna hloubení na nejbližší pracovní poval, kde není okov veden průvodnicemi, se používá provazových žebříků. Nástup a výstup lidí je povolen jen při zavřených poklopech; okov musí být při tom v klidu. V místech, kde není okov veden, nesmí být rychlost okovu při dopravě osob větší než 1 m/s a při dopravě materiálu 2 m/s. Při dopravě lidí nesmí být okov ani zčásti zaplněn žádným materiálem. K dopravě lidí se nesmí používat okov s automatickým vyklápěním nebo okovu se spodním vyprazdňováním. K dorozumívání osádky v hloubení s povrchem slouží signalizační zařízení. Z každého pracoviště (ze dna i z povalu a okovu) musí být samostatné signalizační zařízení. Obvykle se 166

167 používá mechanicko-elektrického zařízení; z hloubení na ohlubeň pomocí lanka, kterým se zapne elektrický vypínač na ohlubni, a odtud je signál do strojovny převeden elektricky. Často se používá i telefonické a bezdrátové dorozumívací zařízení Bezpečnostní zařízení k uzavření jámy Všechny nové hloubené jámy musí být opatřeny ohnivzdornou výztuží a výstrojí. U starých jam musí být aspoň do 10 m od povrchu ohnivzdorná výztuž. Obr. 8-33: Protipožární poklopy U všech východů z hloubení nebo dolu musí být taková zařízení, kterými je možno v nejkratší době tyto východy uzavřít. Ústí jam jsou uzavřena hlavním povalem a poklopy. Pokud je hlavní poval s poklopy těsný a nehořlavý, postačí k uzavření jámy. Jinak se musí v hloubce asi 1 m pod ohlubní, popřípadě v hloubce do 1 m pod ohřívacím kanálem (je-li zřízen) položit snadno ovladatelné požární poklopy. Podobnými poklopy musí být opatřeny i nouzové průchody. Výdušné jámy v provozu, pokud mají těžní zařízení, musí být vybaveny obdobně. Ústí výdušných jam bez těžního zařízení musí být neustále uzavřena vzduchotěsnými a ohnivzdornými poklopy. 8.6 Technologie hloubení Podle geologických a hydrogeologických podmínek se uplatňují při hloubení jam různé metody, které se ovšem rychle vyvíjejí, obměňují a modernizují. Vývoj směřuje zejména k mechanizaci nejnamáhavějších prací a k takové organizaci, aby se zkracovala doba výstavby dolu a současně se snížily náklady na výstavbu. Podle odlišnosti v technologii a v organizaci práce při hloubení rozlišujeme tři skupiny hloubicích metod. Charakteristické znaky těchto metod jsou: 1) Metody obyčejného hloubení Používá se jich v horninách pevných a soudržných alespoň do té míry, že boční horniny po vyhloubení určitého úseku zůstanou buď stálé, až do definitivního vyztužení úseku pevné, nebo lze soudržnost bočních hornin zajistit provizorní výztuží. Neúměrně vysoké přítoky vody do dna hloubení (více než 1 m 3 vody za minutu) mohou však znemožnit použití této metody i při soudržných bočních horninách. Základní hloubicí práce následují v tomto pořadí: rozpojování horniny na dně hloubení, odtěžení, zajištění boků stálou nebo prozatímní výztuží a vystrojení jámy. Tyto práce se mohou překrývat, může odpadnout budování provizorní výztuže. Většina těchto prací je náročná na organizaci práce a je potřeba mnoha zařízení a objektů jak na povrchu, tak v dole. 167

168 2) Speciální metody hloubení Těchto metod se používá v horninách nesoudržných a zvodnělých; jsou pomalé a drahé. Nejnáročnější je zajištění boků a pracovního prostoru na dně hloubení. U nás se těchto metod používá málo (při zaústění jam v nesoudržných a zvodnělých pokryvných horninách, při přechodu přes kuřavkové a detritové vrstvy a jen výjimečně při hloubení celé jámy). 3) Hloubení jam vrtáním Těchto způsobů hloubení lze použít jak v soudržných, tak i nesoudržných horninách. Zatím se hloubení vrtáním používá v případech, kdy lze zhotovit předvrt patřičného průměru Hloubení s použitím železobetonových tybinků V málo soudržných horninách, kde sice ještě není potřeba použít speciálního způsobu hloubení, ale boky se musí udržovat provizorní výztuží i při malém hloubeném úseku, jeví se jako velmi nevýhodný takový způsob hloubení, kdy se hloubí a vyztužuje protisměrně (hloubení dolů a výztuž nahoru). Proto se k vyztužování v takových geologických poměrech začalo používat železobetonových tybinků (obr. 8-34). Jsou to skořepinové tvárnice 100 cm vysoké, 157 cm dlouhé a 7 cm tlusté s přírubami na okrajích. V přírubách jsou otvory pro zavěšení při dopravě na dno hloubení a pro spojovací šrouby. Tybinky se zavěšují ze dna hloubení v prstencích. První prstenec je zavěšen na betonovou patku pomocí velmi pevných šroubů. Další prstence se zavěšují na předchozí prstenec šrouby a jednotlivé tybinky v prstenci se také spojí navzájem šrouby. Tybinky se do hloubení dopravují těžním strojem, do správné polohy se usazují vrátky ze spodní plošiny pracovního povalu. Po smontování pěti prstenců se zavěsí prstenec, jehož tybinky mají na vnějším dolním okraji klínový výběžek. Ten zajišťuje utěsnění prostoru mezi horninou a tybinkovým pláštěm; k utěsnění prostoru se použije dřevité vlny a cihel, spojených maltou s přísadou trikosalu nebo litého betonu (pikotáž). Tím se zabraňuje vytékání malty, která se mezi horninu a vnější stranu tybinkového pláště vpravuje hadicí tzv. tamponážními otvory. Obr. 8-34: Dno jámy vyztužené železobetonovými tybinky 1 - Pískocementová malta 2 - Tamponážní otvor 3 - Dřevitá vlna 4 - Nakladač KS Tamponážní patka 6 - Tamponážní tybink 7 - Okov Patky se budují asi po 20 m úsecích. Současně s usazováním tybinků se odtěžuje hornina a z horní plošiny pracovního povalu se jáma vystrojuje. Nosníky výstroje se usazují do plechových krabic, přišroubovaných na spodní okraj tybinků. 168

169 Tento způsob hloubení má značné výhody proti hloubení postupnému hlavně v tom, že odpadá provizorní výztuž; podstatně také omezuje fyzickou námahu a umožňuje souběžnost několika pracovních operací. K nevýhodám patří nesnadnost centrování tybinkového pláště a výlomy málo soudržných hornin za tybinky před provedením tamponáže Hloubení s použitím litého betonu V nynější době je to nejprogresívnější a nejužívanější způsob hloubení kruhových jam. Betonová směs pro výztuž u dna hloubení se přivádí z betonárny na povrchu ocelovým potrubím samospádem. Jednotlivé díly samospádového potrubí jsou spojeny nasunutím do nátrubku. Potrubí se nastavuje na ohlubní jámy. Celá souprava samospádu je zavěšena na dvou lanech na vrátku. Rovnoměrné rychlosti betonové směsi v potrubí se dosahuje tlumičem rychlosti (obr. 8.35), samospádové potrubí je zakončeno tzv. zvonky (obr. 8-35). Obr. 8-35: Tlumič rychlosti betonové směsi a teleskopická koncovka samospádu a) Detail horní části b) Detail spodní části 1 - Uchycení tlumiče 2 - Tlumič 3 - Zvonky Obr. 8-36: Dveřová bednicí forma výšky 4 m U jam velkých průměrů bývá dvoje spádové potrubí. Hlavním zařízením při použití tohoto způsobu hloubení je ocelová bednicí forma (obr. 8-36). Má tvar kruhového prstence s devíti stojkami, na které jsou ve spodní části navařeny závěsy pro zavěšení horních i dolních dveří. Dveře jsou řešeny tak, aby bylo možno betonovat úsek rovnající se buď celé výšce bednění, nebo její polovině. Výška bednicí formy se přizpůsobuje délce záběru. V měkkých horninách to bývá délka jednoho záběru (4 m), v pevných horninách se rovnají dva až tři záběry výšce formy. V dnešní době se používá bednicí formy o výšce 4 m. Dveře v uzavřené poloze jsou zajištěny klíny a závorami. K zajištění svislosti formy, a tím i výztuže, slouží zvláštní aretační zařízení. Bednicí forma je zavěšena na třech vrátcích umístěných u ohlubně. Vrátky jsou synchronizovány. 169

170 Obr. 8-37: Schéma zahlubování pomocí Kudlanky Rozpojená hornina na dně hloubení se urovná a bednicí forma se popustí. Před dosednutím formy na dno se mezi dno a boky jámy položí po obvodě jámy drátěné pletivo, které utvoří s betonem ochranný pás proti vyjetí betonové směsi po odebrání horniny pod formou. Po pečlivém vycentrování (vystředění) a po zajištění formy se začne s betonováním tím, že se koncová část samospádového potrubí zavede za bednění. Před puštěním betonové směsi se napřed potrubí propláchne vodou. Nejdříve se vybetonuje prstenec do výše 1 až 1,5 m. K urychlení tuhnutí betonu se přidá chlorid vápenatý CaCl 2-35% roztok. Betonování se přeruší asi na 45 minut, aby beton dostatečně zatvrdl, a pak se betonování dokončí. Současně s betonováním se odtěžuje hornina ze dna pomocí nakládačů. Po vyčištění dna se forma popustí asi na 2 m ode dna. Forma se uvolní odklínováním a otevřením dveří. Po popuštění formy se začne vrtat. Souběžně s postupem prací na dně jámy se z horní plošiny pracovního povalu jáma vystrojuje. Hnízda pro zasazení nosníků v betonové výztuži se vytvoří sbíječkami. Po osazení nosníků se hnízda zabetonují. Tento způsob se stále ve větší míře uplatňuje při hloubení jam. Při zaústění jam používáme Kudlanky (obr. 8-37). Při přesné organizaci práce lidí i strojů se dosahuje postupů až 400 m 170

171 za měsíc. Hodí se hlavně pro hlubší jámy, neboť pro montáž kompletního důlního zařízení je třeba asi 50 m hloubky. 8.7 Trhací práce v hloubení K rozpojování horniny na dně hloubení v pevných horninách se používá trhacích prací. Podle tvrdosti horniny a podle velikosti průměru jámy se vrtá 50 až 90 vývrtů. Hloubka vrtů v měkkých horninách je 2 až 4,5 m, i více; v středně tvrdých horninách 1,6 až 3 m a ve velmi tvrdých horninách 1 až 1,6 m. Protože vrtací práce zabírají značnou část hloubicího cyklu, k vrtání vývrtů se používají vrtací agregáty. Nejčastěji se zakládá válcový zálom (obr. 8-38), který se vrtá svisle. Ostatní vrty jsou na soustředěných kružnicích. Průměr vrtů je 42 mm. Obr. 8-38: Vrtné schéma - válcový zálom Po dovrtání se ústí vývrtů uzavírá kolíky, aby se zabránilo pádu úlomků a aby se vrty při nabíjení snadno našly. Nejvhodnější ucpávkou je voda v obalech nebo nalitá do vývrtů. Před odstřelem se provedou všechna bezpečnostní opatření: vypne se elektrický proud, všechna zařízení ze dna hloubení se vytáhnou na ochranný poval a otevřou se poklopy na ohlubni. Současně se musí zajistit, aby všichni pracující opustili hloubení a šachetní budovu. K roznětu se používá většinou milisekundové elektrické rozbušky. Během zapojování náloží se spustí na dno hloubení odpalovací kabel, na na jeho konec střelmistr připojí roznětný systém. Odstřel se provádí z povrchu. Po odstřelu se popustí ke dnu flexibilní lutna. K urychlení odvětrání slouží i mlžná děla. Před odstřelem střelmistr provádí indikaci na metan na dně hloubené jámy. Po odpalu kontroluje složení ovzduší v jámě a provádí indikaci na CH 4, CO a nitrozní plyny. Koeficient využití vrtů bývá při hloubení jam 0,8 až 0,9 (při vrtech hlubokých 4,5m je záběr asi 4 m). Při trhací práci v hloubení v blízkosti uhelné sloje platí, že přiblíží-li se vývrt na vzdálenost 3 m k uhelné sloji, smí se použít jen důlně bezpečná trhavina. Skalní trhavina se smí použít do vzdálenosti 1 m od této sloje jen v případě, že dno hloubení je zatopeno vodou nejméně 10 cm nad jeho nejvyšší bod. Přiblížení na 10 m k uhelné sloji je určeno dle geologického profilu jámy. Od této vzdálenosti uhelné sloje ode dna hloubení se upřesňuje skutečná vzdálenost alespoň třemi předvrty o 1 m delšími, než je délka zabírky. V případě použití těchto předvrtů pro trhací práci se musí jejich část přesahující zabírku po celé délce utěsnit. 8.8 Výstroj jámy Výstroj jámy se obvykle buduje souběžně s hloubením z horní plošiny pracovního povalu. Konce hlavních nosníků (rozpon) výstroje jsou pevně zakotveny ve výztuži (obr. 8-39). Pomocné nosníky jsou jedním koncem zakotveny ve výztuži a druhý konec je pevně spojen s hlavním nosníkem. Nosníky jsou z tvarované oceli profilu I. Na nosníkovou konstrukci se 171

172 připevňují všechny prvky výstroje (povaly, žebříky, pažení mezi lezným a těžním oddělením, potrubí, kabely atd.). U nových jam nosníky upevňujme na svorníky. Obr. 8-39: Schéma zabudování nosníků pro jámovou výstroj Nosníková konstrukce výstroje se staví každé 2 až 4 m podle projektu. Průvodnice pro klece s osobní dopravou jsou dřevěné, pro těžní nádoby bez osobní dopravy ocelové. Dřevěné průvodnice se spojují vždy na rozponách; upevňují se šrouby se zapuštěnými hlavami v průvodnicích. Mezi sebou se spojují přeplátováním, natupo nebo na rybinu. Ocelové průvodnice se připojují k rozponám zvláštními svorkami. 8.9 Speciální metody hloubení Tyto metody se dělí podle různých hledisek na tyto metody: a) hloubení jam hnanou výztuží, b) hloubení jam spouštěnou výztuží, c) hloubení jam kesonováním, d) hloubení jam zmrazováním a cementací, e) hloubení jam vrtáním Hloubení jam hnanou výztuží Obr. 8-40: Hnaná výztuž Tento způsob hloubení byl popsán ve stati o zaústění jámy v nesoudržných horninách. Dříve se používalo dřevěných štětovnic (obr. 8-40). Dnes se používá většinou ocelových larsenek o délce 10 až 24 m. a - pažnice (jehly); b - vodicí věnec. 172

173 8.9.2 Hloubení jam spouštěnou výztuží Princip metody je v tom, že kruhový ocelový břit se zařezává po zatížení do sypkých vodonosných hornin. Obr. 8-41: Spouštěná výztuž tybinková Poklesu břitu napomáhá celková váha břitu s výztuží, podebírání hornin pod břitem, popřípadě se celá konstrukce zatlačuje do horniny pomocí hydraulických lisů (obr. 8-41). Na začátku úseku, který se má přejít spouštěnou výztuží, se na dně hloubení smontuje břit, který se skládá z 6 až 14 segmentů. Břit se pečlivě dostředí a urovná do vodorovné polohy. Na břit se pak staví výztuž (cihlová, tvárnicová, ocelobetonová nebo tybinková). S narůstající váhou břitu s výztuží nastává pokles. Současně s nazdíváním další výztuže se odtěžuje hornina buď kolečkovým rypadlem, bagrem, popřípadě drapákovým nakladačem. Hloubicí břit má ostří pod úhlem 45º do horniny; kromě toho je vnější strana břitu odkloněna od svislice tak, aby ostří zabíralo větší vnější průměr. Tím se zmenší tření mezi horninou a spouštěnou výztuží. K usnadnění spouštění výztuže (teleskopu) se staví vodicí plášť o délce 6 až 8 m. Po dosažení pevné horniny pokračuje hloubení popsaným způsobem ještě 2 až 4 m. Pak se pod břitem založí patka, od které se začne s vyzdíváním vnitřního jámového zdiva. Mezi oběma zdmi se ponechá mezera pro izolační materiál. Protože odpor třením mezi horninou a teleskopem vzrůstá kvadraticky s hloubkou a váha teleskopu jen lineárně, lze tímto způsobem úspěšně hloubit 25 až 30 m. Vhodným výztužným materiálem jsou ocelolitinové tybinky. Břit pak tvoří zvlášť upravený tybinkový prstenec Hloubení jam kesonováním Obr. 8-42: Hloubení jam kesonováním 1 - Přetlaková komora 2 - Přechodová komora 3 - Vrátek Tohoto způsobu se používá zřídka, a to do hloubek 10 až 15 m v sypkých a vodonosných horninách. Pracuje se v hermeticky utěsněném kesonu pod přetlakem jednoho baru. Tento přetlak lidský organizmus snáší bez potíží. Přetlak v kesonu zabraňuje vnikání vody do hloubení. Používá se obvykle spouštěné výztuže, v jejíž spodní části je keson. Keson je spojen vzdušnicí se vzduchovou uzávěrkou na 173

174 vrchním povale. Celý přetlakový systém je od okolního vzduchu oddělen dvojími dveřmi. K rozpojování hornin na dně hloubení se používá vodních tryskáčů a k dopravě kalů na povrch hydroelevátorů Hloubení jam zmrazováním a cementací Obr. 8-43: Zmrazovací vrty Zmrazováním se horniny dočasně zpevňují. Zmrazovací vrty (obr. 8-43) se vyvrtají ve vzdálenosti 1,25 až 1,5 m od vnějšího obvodu budoucí jámy. Tyto vývrty se umísťují po kružnici 1 m od sebe. Vrtat se začne 15 m nad vodonosnou vrstvou. Vrty končí několik metrů pod vodonosnou vrstvou. Vrty se zapaří zamrazovacími rourami. Do nich se spustí tzv. spadové roury o menším průměru až skoro ke dnu. Do spádových rour se vhání chladicí kapalina a uzavře se chladicí okruh kapaliny. Chladicí kapalina odnímá okolním horninám teplo tak dlouho, až okolní horniny zamrznou. Při zmrazování solankou o teplotě - 20 ºC zmrazování trvá 4 až 12 týdnů. Zmrazování kapalným dusíkem o teplotě ºC se zkrátí na 3 až 6 dnů. Pak se hloubí v tvrdé zmrzlé hornině běžným způsobem. Po postavení vodotěsné výztuže hornina v okolí jámy pozvolna rozmrzá. Cementace je zpevňování hornin cementovým mlékem, které se pod tlakem vhání do horniny. Po zatvrdnutí horniny se jáma hloubí jako v pevných horninách. Cementace se provádí buď hlubinnými vrty z povrchu, nebo ze dna jámy. Kromě shora uvedených způsobů zpevňování hornin pro hornické práce je známá ještě řada způsobů utěsňování a zpevňování nesoudržných hornin. Zahliňováním se utěsňují a částečně zpevňují horniny tak, že se do horniny vhání bentonitová kaše. Bentonity mají tu vlastnost, že při styku s vodou zvětšují svůj objem až dvacetinásobně, a tím uzavírají póry a mezery v nesoudržné hornině. Při bituminaci se do horniny vhání roztavená bitumenová emulze, která se při zchlazování váže s horninou a utěsňuje ji. Chemické zpevňování hornin spočívá v tom, že se do horniny vhání napřed jeden roztok, pak druhý. Roztoky spolu chemicky reagují, vytvoří pevnou látku, která váže okolní sypké horniny. Soustavou takových látek je vodní sklo a chlorid vápenatý Hloubení jam vrtáním Vrtáním lze hloubit jámy jak v horninách soudržných, tak i v horninách nesoudržných a zvodnělých. Za srovnatelných podmínek se vrtáním dosahuje dvoj až trojnásobných postupů při menším počtu pracovníků a při menších nákladech, než je tomu u klasických metod hloubení. Výztuž bývá nejčastěji z tybinků, litinových nebo ocelových prstenců, které se připravují na povrchu, kde se postupně také navařují. Celá výztuž je zavěšena na lanech vrátků a s postupem hloubení se popouští. Ve vhodných podmínkách se jako výztuž používá lepených svorníků v kombinaci s ocelomřížovými pažinami. Při vrtání jam na plno se používá vrtání rotačního i nárazového. Vrtá se buď celý průřez jámy najednou, výhodnější se však ukazuje, pokud je to možné, zhotovit vrt o průměru asi 174

175 1 700 mm, který se následovně rozšíří na požadovaný průměr (obr. 8-44). Předvrt slouží pro zajištění větrání, odvodnění a odtěžení vrtné drtě z rozpojovacího orgánu. Při vrtání na plno je vrtná měl vynášena na povrch výplachovou kapalinou. Obr. 8-44: Hloubení jámy vrtáním s použitím předvrtu Při hloubení jámy vrtáním na jádro se po odvrtání určitého úseku po obvodě jámy (až 5m) jádro odstřelí a vyzvedne hydraulickými zvedáky. Navrtaná měl po obvodu jámy se vynáší výplachovou kapalinou. Výztuž je ze železobetonových prstenců. Při hloubení výdušné skipové jámy č. 4 na Dole Odra byla vrtacím strojem VSB-VI odvrtána v OKR dosud nejdelší metráž, a to 619 metrů jámy o průměru 6,5 metrů Ražení styku jámy s patrem Styk jámy s nárazištěm se razí současně s hloubením. Náraziště se umísťuje do nejpevnější vrstvy v požadovaném úseku jámy. Nad nárazištěm se zhotoví patka. Jáma se vyhloubí 2 m pod úroveň patra. Vrty se pro ražení náraziště volí tak, aby po odstřelu bylo co největší množství rozpojené horniny odhozeno do hloubení na dosah nakladače. Vylomený prostor se ihned zajišťuje svorníkovou výztuží s drátěným pletivem a stříkaným betonem. Hornina se z výlomu náraziště dopravuje na dno hloubení škrabáky. Při ražení velkých nárazišť se používá k nahrnování rozpojené horniny na dno hloubení nebo přímo do okovů nakladače. 175

176 Po vyražení a definitivním vyztužení náraziště litým betonem se pokračuje v hloubení Prohlubování jam Podle místních podmínek lze prohlubovat jámu shora dolů několika způsoby: prohloubením jámy z povrchu, prohloubením jámy z posledního patra a prohloubení jámy z pomocného patra. Prohlubování jámy z povrchu Jedná se o nejméně používaný způsob. Jáma se musí po dobu prohlubování vyřadit z provozu. Technologie prohlubování se nijak neliší od technologie hloubení jámy. Prohlubování jámy z posledního patra Hloubicí zařízení se umístí v nárazišti posledního patra (obr. 8-45). Technologie prohlubování se rovněž neliší od technologie hloubení jámy. Poslední patro však slouží pouze pro prohlubování. Nutno řešit náhradní jámovou tůň. Prohlubování jámy z pomocného patra Volná hloubka jámy se podfárá úpadnicí, šibíkem nebo překopem ze sousední jámy tak, aby mezi volnou hloubkou a hlavou prohlubování zůstala asi 15 m vysoká celina (obr. 8-46). Na pomocném patře podfárání jsou rozmístěny objekty pro hloubení. Na tomto pomocném patře se v ose jámy založí základní věnec výztuže a vyláme se hlava hloubení, jejíž strop se zajistí nosníkovým roštem. V hlavě se zabudují lanovnice. Jáma se zaústí asi 4 m pod úroveň pomocného patra a začne se s hloubením. Po prohloubení do konečné hloubky se odstraňuje celina. Celina se musí prorazit shora, a proto musí být provoz v jámě po dobu prací na celině zastaven. Obr. 8-45: Prohlubování jámy z posledního patra Obr. 8-46: Prohlubování jámy z pomocného patra 176

177 8.12 Hloubení šachtic (slepých jam a šibíků) Šachticemi rozumíme taková svislá důlní díla, která mají charakter jámy, ale neústí na povrch. V rudném hornictví je označujeme jako slepé jámy, v uhelném hornictví jim obvykle říkáme šibíky. Otvírkovými šachticemi otevíráme ložisko nebo jeho část pod patrem nebo nad patrem buď ražením shora dolů (úpadně), popřípadě dovrchní předrážkou, nebo předvrtem a úpadním rozšířením na plný profil. Průřez šachtic je buď obdélníkový s dřevěnou nebo ocelovou výztuží, nebo kruhový s výztuží cihelnou, tvárnicovou, z ocelových skruží, svorníkovou i s výztuží litým betonem. Rozpojování hornin provádíme pomocí trhací práce nebo vrtacího zařízení. Průměr kruhových šachtic je 4 až 6,5 m. Obr. 8-47: Hloubení šibíku s odtěžením horniny na prohlubovací patro 8.13 Rekonstrukce jam Stav výztuže a výstroje v činné jámě se musí stále kontrolovat a udržovat v dobrém stavu. Výztuž i výstroj se může poškodit tlakem okolních hornin, pronikáním vody, vlivem důlního ovzduší i pádem předmětů. 177

178 Práce se konají obvykle v mimořádných směnách. Pracuje se na povalech; některé opravy se konají ze střechy těžní klece, přičemž jsou dělníci jištění proti pádu lanem. Při opravě zděné nebo tvárnicové výztuže se odstraňuje poškozená výztuž sbíječkou a ihned se nahrazuje buď cihlami, nebo betonem. Při rozsáhlejších opravách se používá prozatímní ocelové věncové výztuže. Menší trhliny v jámové výztuži se odstraňují tlakovou cementací. Jámovou výztuž lze zpevnit pomocí lepených svorníků v kombinaci s ocelomřížovými pažinami. Někdy je potřeba obnovit výztuž v celé jámě. Stává se to často u jam s dřevěnou výztuží. Při rekonstrukci se dřevěná výztuž nahrazuje nehořlavou výztuží. Při výměně celé jámové výztuže se může postupovat dvěma způsoby: 1) po úsecích shora dolů nebo zdola nahoru, 2) po zasypání jámy základkou. V prvním případě se výztuž vyměňuje po 4 až 8 m dlouhých úsecích z pevných nebo závěsných povalů. V druhém případě se napřed celá jáma zasype drobnou jalovinou nebo struskou. Stará výztuž se odstraňuje a nová buduje z pevného dna. S postupem vyzdívání výztuže se hlušina odtěžuje jako při běžném hloubení. Tohoto způsobu se také používá při rozšiřování jam; v měkčích horninách se boky jámy rozšiřují sbíječkami, v tvrdších horninách trhací prací. Při rekonstrukci výstroje jámy se nové ocelové nosníky upevňují na lepené svorníky. 178

179 9 Ražení, údržba a plenění dlouhých důlních děl Hlavní zásady pro ražení dlouhých důlních děl a) Profil a výztuž důlního díla musí odpovídat životnosti a účelu, kterému bude dílo sloužit. Musí odpovídat svou dimenzí očekávaným tlakům, požadavkům na větrání, dopravu a výši těžby, která se bude důlním dílem dopravovat. b) Ražba musí být vedena podle technologického postupu, který musí odpovídat poměrům, v nichž je důlní dílo vedeno. c) Velikost zabírky a technologie ražení musí odpovídat místním podmínkám, vlastnostem horniny, jakož i používanému zařízení včetně výztuže. d) Důlní dílo musí být vyztužováno tak, aby se zabránilo nežádoucímu pádu horniny. e) Narušená část horniny musí být včas stržena nebo jinak zabezpečena, a to způsobem stanoveným v technologickém postupu. f) Při přechodu slojí se musí dodržovat stanovená protizáparová opatření. g) Při úpadní ražbě je nutné zřizovat v počvě díla provizorní jímky na čerpání vody. h) Při ražbě překopů do oblasti zvodnělých horizontů se musí provádět zajišťovací vrty. i) Při ražbě vedené v oblasti nebezpečné důlními otřesy nebo průtržemi hornin a plynů je nutno dodržovat stanovená opatření v protiotřesové a protiprůtržové prevenci. 9.1 Ražení překopů Překopy jsou dlouhá důlní díla ražená v hlušině (průvodních horninách). Popis pracovních operací Rozpojování horniny lze provádět dvojí základní technologií: a) pomocí trhací práce, b) pomocí mechanizace - razicími kombajny, případně tunelovacími stroji Rozpojování hornin pomocí trhací práce Ražení se skládá s těchto základních (hlavních) operací: a) vrtání vrtů; b) trhací práce (nabíjení vrtů, odstřel a odvětrání); c) nakládání a odtěžení rozpojené horniny; d) vyztužování vylomeného prostoru. Vedle hlavních operací je nutno při ražení provádět i pomocné operace, a to zejména: a) úpravu počvy včetně kladení koleje, montáž závěsné dráhy a dopravního systému, b) úpravu větrání (prodlužování lutnového tahu, utěsnění netěsností apod.), c) úpravu odvodu vody (prodloužení potrubí, hadic, potažení čerpadla příp. zhotovení jímky), d) potažení energetických zdrojů a osvětlení, e) prodloužení požárního vodovodu, f) měřickou kontrolu a vytyčení směru ražení, g) další speciální práce, např. protizáparovou a protiotřesovou prevenci při průchodu raženého překopu přes uhelnou sloj, zabezpečovací vrty při nebezpečí průvalu vody apod. Tyto operace se ve stejném sledu rytmicky opakují a jejich souhrn se nazývá cyklus ražení Všeobecné zásady pro rozmisťování vrtů v čelbě Na vrtací a trhací práce, které jsou nejdůležitější ze všech operací, se kladou tyto základní požadavky: správné ohraničení čelby, co nejmenší narušení okolní horniny, vysoký koeficient využití vrtů, co nejmenší spotřeba trhaviny a pracovní doby, stejnoměrná kusovost rozpojené 179

180 horniny, co nejmenší příprava horniny pro nakládání, poměrně malý odhoz horniny po odstřelu, vysoká produktivita, bezpečnost a co největší rychlost ražení. Účinnost vrtacích a trhacích prací závisí především na správném výběru jmenovitého množství trhaviny, na počtu a průměru vrtů a jejich rozmístění, na druhu použitého zálomu aj. Způsob rozmístění vrtů v čelbě závisí na vlastnostech hornin, na jejich vrstevnatosti, trhlinkovitosti, struktuře, stejnorodosti apod. Křižují-li vrty trhliny, může se stát, že část povýbuchových zplodin unikne do trhlin nebo mezi vrstevní plochy a účinek trhací práce se značně sníží. Důležitá je rovněž vzdálenost mezi vrty. Při větších vzdálenostech se hornina drtí ve větších kusech nebo se neodtrhne vůbec. Naopak je-li vzájemná vzdálenost malá, hornina se nejen příliš rozdrtí, ale kusy horniny jsou nebezpečně odmršťovány na větší vzdálenost a poškozují výztuž a zařízení. Hloubka všech vrtů se má volit tak, aby dna vrtů končila na jedné rovině (mimo vrty zálomové podle typu zálomu). V takovém případě a za předpokladu, že vrty jsou dostatečně naloženy (nabity) trhavinou a že ucpávka je dokonalá, by byl skutečný záběr roven teoretickému záběru vrtů; čili hornina by se utrhla po celé délce vrtů. Ve skutečnosti tomu tak není a část vrtů zůstává nevyužitá. Poměr využité části vrtu k jeho celkové délce se nazývá koeficient využití vrtů. Jeho hodnota se pohybuje v rozmezí 0,8 až 0, Počet vrtů Počet vrtů se stanoví podle množství trhaviny připadající na jeden vrt a podle množství trhaviny potřebného k rozpojení 1 m 3 horniny. Pro výpočet počtů vrtů se používá různých vzorců. Nejčastěji se používá vzorce prof. M. M. Protodjakonova: kde n je počet vrtů na m 2 čelby překopu, f - koeficient pevnosti horniny podle Protodjakonovy stupnice z tabulky č. 6 z kapitoly 4.1.2, S - průřez překopu [m 2 ]. Jinak je možno použít vzorec: kde n je celkový počet vrtů, q - měrná spotřeba trhaviny v kg na 1 m 3 horniny [kg/m 3 ], S - plocha čelby [m 2 ], m - množství trhaviny na délku vrtu [kg/m]. Všechny výpočtové vzorce dávají jen přibližné výsledky a nejvýhodnější počet vrtů se nejlépe zjistí zkouškami v provozu. Měrná spotřeba trhavin se určuje podle tabulek (např. tabulka č. 13 kapitola 7 odstavec 6), nebo je uvedena ve výkonových normách jednotlivých hornických oblastí nebo revírů Výpočet specifické měrné spotřeby trhaviny Základním parametrem jakékoliv technologie trhacích prací je výpočet celkové hmotnosti nálože trhaviny. Obecně lze její hodnotu, která je pro další výpočet závazná, stanovit vztahem: Qc = qstř. V kde: Qc - celková hmotnost nálože [kg], qstř - měrná střední spotřeba trhaviny [kg.m -3 ], V - celkový rozpojený objem [m 3 ]. 180

181 Hodnota měrné střední spotřeby je ovlivňována mnoha faktory, např.: - fyzikálně mechanickými vlastnostmi horniny, zejména tlakovou pevností, - velikostí profilu raženého díla, - průměrem nálože, - pracovní schopností trhaviny, - hodnotou zabírky, - úklonem díla, - hustotou trhaviny. Stanovení této hodnoty se provádí většinou na základě zkušeností nebo dlouhodobého sledování spotřeby trhavin. V případě nutnosti stanovit tuto hodnotu máme k dispozici několik empirických vztahů. Všechny výsledky jsou pouze přibližné a přesnější je stanovení pomocí např. ověřovacích odstřelů. Při výpočtu se setkáváme se zavedením charakteru horninového masívu hodnotou Protodjakonova f, kde f = 0,1 Ϭtlak. Výpočet měrné spotřeba trhaviny: kde: a = koeficient díla pro horizontální a úklonná díla a = 0,23 0,3; pro svislá díla a = 0,12 0,15; t = koeficient pracovní schopnosti trhaviny pro důlní skalní t = 1,2 1,4; pro důlně bezpečné t = 0,8 1,0; F hr = plocha hrubého výlom [m 2 ]. Pokrovský q stř. = s 1. s 2. n. e kde: s 1 = součinitel rozpojitelnosti horniny s 1 = 0,1.f s 2 = součinitel struktury horniny - pro vazké, pružné a pórovité horniny s 2 = 2,0 - pro horniny s nepravidelným uložením a malou trhlinovatostí s 2 = 1,4 - pro břidličnaté s měnící se pevností s uložením kolmým na směr vrtů s 2 = 1,3 - pro masivní s 2 = 1,1 - pro vrstevnaté, pevné s 2 = 0,8 181

182 kde: kde: 182

183 Vrtací práce V celém vývoji vrtacích prací při ražení překopů mají středně těžká až těžká pneumatická vrtací kladiva se vzduchovou (pneumatickou) podpěrou své místo. V dnešní době se používají na zarážkách, na přibírkách a na rozstřelování nadměrných kusů horniny. Pro zhotovování vrtů pro trhací práci na čelbě po vyřízení zarážky se výhradně používají vrtací vozy Vrtací kladiva a příslušenství Vrtací kladiva používáme v místech, kam se nevejdou vrtací vozy pro zhotovení vrtů pro trhací práci, případně kotvicí svorníky. Nejčastěji se užívají při zahajování ražby odboček a rozstřelování velkých kusů horniny. Vrtací kladiva mají pohon vzduchový, ojediněle hydraulický. Jsou určená k vrtání vývrtů rotačně příklepným způsobem do tvrdších hornin. Kamenná drť se vynáší a prach se zneškodňuje vodním výplachem. Vrtá se většinou se vzduchovými podpěrami (obr. 9-5), které ulehčují práci tím, že jednak podpírají a drží vrtací kladivo, jednak vyvozují přítlak kladiva do vrtu. Jednopístové podpěry se vyrábějí jako reverzační. Jako vrtací nástroje pro ruční vrtací kladiva se používají monoblokové vrtáky (obr. 9-3) s ostřím ze slinutých karbidů nebo vrtací tyče se snímatelnými korunkami (obr. 9-4). Monobloky i vrtací tyče jsou z pravidla ze šestihranné legované oceli. 183

184 Technické parametry nízkotlakého vrtacího kladiva ( NVK-03) Hmotnost je 26 kg. Otáčky vrtné tyče 200 na minutu. Počet úderů činí na minutu. Centrální vodní výplach. Obr. 9-1: Nízkotlaké vrtací kladivo NVK třmenová pružina 2 - víko válce 3 - pouzdro tlumiče 4 - válec 5 - těleso rozvodu 6 -hlava válce 7 - ovládací páka 8 - rukojeť 9 - přívod vzduchu 10 - opěrný třmen Technické parametry vrtací podpěry pneumatické ( P 100 DR ) Hmotnost 17,5 kg; Přítlačná síla 1,3 kn; Délka výsuvu 1600 mm; Způsob výsuvu - horní; Pracovní tlak vzduchu 0,5 až 0,7 MPa Obr. 9-2: Vrtací podpěra pneumatická 1 horní výsuvná část 2 hlava šoupátka 3 redukční ventil 4 hadicový nátrubek 5 pouzdro 6 dolní pevná část 7 dvojitá ostruha 8 příčné držadlo Vrtací podpěry pneumatické jsou vyráběné o různé délce (1290, 1490 a 1690 mm). Obr. 9-3: Monoblokové vrtáky 184

185 Vrtné tyče zhotovujeme podle požadavků na jejich délku od 0,8 m do 4 m. Průměr korunky D od 32 do 42 mm. Obr. 9-4: Vrtací tyče se snímatelnými vrtacími korunkami Obr. 9-5: Pracovník při vrtání s vrtacím kladivem Vrtačky a příslušenství V případě, že při ražbě překopu procházíme uhelnou slojí, vrty v uhlí zhotovujeme rotačními přenosnými vrtačkami, pokud nemáme možnost použít vrtací vozy. Přenosné vrtačky mají pohon vzduchový. Jsou využívány pro rotační vrtání v měkčích horninách a uhlí. Pracovní tlak vzduchu je 0,45 MPa. Počet otáček při zatížení je 1000 otáček za minutu. Výkon 2 kw. Váha 9 kilogramů (typ VU - 3). Výplach je centrální přes vrtnou tyč a korunku. Používané vrtné tyče jsou spirálovitě tvarované pro vynášení uhelné drtě (obr. 9-6). Vrtné tyče mají konstantní délku 1 až 2,5 m nebo jsou nástavné jednometrovými kusy. Vrtné tyče na jedné straně jsou upravené pro spojení s vrtačkou, na druhé straně pro instalaci korunky na vrtání. Obr. 9-6: Vzduchová vrtačka se spirálovou vrtnou tyčí 185

186 Obr. 9-7: Korunky pro rotační vrtání Obr. 9-8: Rotační vzduchová vrtačka RV Vrtání vrtů vrtacími vozy Strojní vrtání provádíme vrtacím vozem. Používá se rotační nebo rotačně příklepový způsob vrtání. V měkkých horninách vrtáme rotačně, v tvrdých horninách používáme rotačně příklepové vrtání. Provedené vrty slouží pro trhací práci nebo pro vyztužování pomocí svorníku. Vrtací vozy výrazně zvyšují produktivitu, kulturu a hygienu práce. Snižují náročnost operace vrtání. Obr. 9-9: Vrtací vůz 1 Lafeta 2 - Vrtací rameno 3 - Stanoviště obsluhy 4 - Mazací agregát 5 - Poháněcí agregát 6 - Čerpadlo pro zvýšení tlaku vody 7 Podvozek 8 - Stabilizační podpěra 9 - Šneková převodovka Šneková převodovka Nosič lafety Vrtací vozy jsou schopny pracovat do podélného úklonu ± 20 a v příčném úklonu ± 5. (Jelikož podvozek je velmi úzký do mm, může dojít k převrácení vrtného vozu). Výška v transportním postavení dosahuje mm, pouze vrtací vůz VVH-1U dosahuje výšky mm. Délka v transportním postavení se pohybuje od mm do mm. Při vrtání používáme stabilizační podpěry. Rychlost pojezdu se pohybuje od 0,34 do 0,6 m.s -1. Strojník vrtacího vozu musí být prokazatelně obeznámen s návodem pro obsluhu stroje a musí absolvovat příslušné školení. Délka vrtů zhotovených vrtacími vozy dosahuje 2,5 m a průměr vrtů do 60 mm. Pohon je elektrický, a proto je nutno věnovat maximální pozornost poloze vlečného elektrického kabelu. Součástí vrtacího vozu je hydraulický agregát, který zajišťuje tlakové medium pro hydromotory pojezdu, vrtací jednotky, čerpadla pro zvýšení tlaku vody a dalšího zařízení. 186

187 Čerpadlo pro zvýšení tlaku vody nutno seřídit podle použitého vrtacího ústrojí. Pro rotační vrtačky na tlak 10 barů a vrtací kladiva na tlak 20 barů. Každý vrtací vůz má podle své konstrukce vlastní vrtací pásmo (obr. 9-10) Pro ražbu překopů o větším profilu používáme vrtací vozy se dvěma vrtacími jednotkami (obr. 9-11a). Obr. 9-10: Vrtací pásmo vrt. vozu DH-DT 1 Obr. 9-11a: Vrtací vůz DH-DT 2 Obr. 9-11b: Vrtací vůz VVH-1U Nakládání a odkliz rozpojené horniny Po provedení trhací práce následuje odkliz rozpojené horniny. K nakládání rozpojené horniny při ražbě otvírkových a velkoprostorových děl v kameni se v minulosti používaly lžícové nakládače přehazovací. V současné době se výhradně používají nakladače s bočním výsypem. Pro zarážky nebo menší důlní díla se používají nakládače škrabákové Nakladače s bočním výsypem Stroje používané v OKD jsou konstruované na elektrický proud. V nakladači pohání elektrický motor hydraulický agregát, který dodává hydraulickým motorům stroje energii ve formě tlakové kapaliny. Nakladače jsou vybavené pásovým pojezdem. Dnešní nakladače mají velký výkon a jsou spolehlivé. 187

188 Obr. 9-12: Nakladač s bočním výsypem 1 - Lopata s bočním výsypem 2 - Válec bočního výsypu 3 - Kyvná kulisa lopaty 4 - Válec kulisy 5 - Teleskopický výložník s vnitřním válcem teleskopu 6 - Zdvihací válec 7 - Stanoviště obsluhy 8 - Ochranný rám obsluhy 9 - Přídavná nádrž hydraulické kap Jednotka sedadla 11 - Poháněcí agregát s hydraulickým zařízením a spínacím přístrojem 12 - Podvozek Zvýšenou pozornost nutno věnovat přívodnímu elektrickému kabelu, jelikož nakladač je při své činnosti neustále v pohybu. Nakladače jsou úzké a hrozí jejich převrácení na bok. Strojník musí absolvovat předepsané školení a zaškolení na nakladači. Blokovací funkce hydraulického obvodu: - úroveň hladiny oleje; - teplota oleje. Tabulka číslo: 14: Technické parametry nakladačů s bočním výklopem (OKD 2012) PSU 9000 SPH D 1131-P1 DH-L NSU 1E 1D/P Ferrit Duvas- Bastro Deilmannhaniel Duvas-Uni Uni Celková hmotnost kg cca bez příslušenství Max. výška mm Max. šířka mm /1500lopata Max. délka mm Tažná síla kn Rychlost pojezdu m.s -1 0,35(0,7) 0,5 0,5 1,4 1,0 Výkon el. motoru kw 45(55) Objem lopaty l Podélný úklon ± 16º ± 15º ± 18º ± 20º ± 22º Příčný úklon ± 5º ± 5º ± 5º ± 10º ± 5º Na klasických ražbách sypou nakladače s bočním výsypem horninu na hřeblové dopravníky. Hřeblový dopravník je vhodné doplnit bočnicemi, které zabraňují větším kusům horniny zachytávat se o výztuž (obr. 9-13). Hornina je odtěžována hřeblovým dopravníkem přes sýpu přímo do vozů, častěji je přepravována pásovými dopravníky na centrální odtěžení. Odtěžení pásovými dopravníky vyžaduje drobnější kusovitost přepravované horniny, z tohoto důvodu je součástí hřeblového dopravníku i drtič (obr. 9-14). Nejvýkonnější hřeblové dopravníky spojené s drtičem pro zjednodušení přesunu mají housenicový podvozek (obr a 16). 188

189 Obr. 9-13: Hřeblový dopravník + bočnice Obr. 9-14: Drtič na hřeblovém dopravníku Obr. 9-15: Přesyp hřebl.-pásový dopravník Obr. 9-16: Housenicový podvozek hř. dopr Nakladače škrabákové Hlavní části škrabákového nakladače jsou: vlastní nakládací stůl s vestavěnou vratnou stanicí, dvoububnový vrátek, škrabáková nádoba a ostatní příslušenství, tj. lanové kotouče, lana, kotevní lanka ukotvená na čelbě v pilíři pro upevnění kotoučů (kladek). Škrabákový nakladač pracuje takto: Škrabáková nádoba zajíždí tahem jednoho lana na hromadu rubaniny; tahem druhého lana hrne rubaninu na nakládací stůl, přes který vede pásový dopravník. Vzdálenost od čelby: min. 4 m při použití vrtacího kladiva min. 6 m při použití vrtacího vozu max. 16 m od čelby. Použití v úklonech : - 16 až Výkon: 20 až 30 m 3 / hod podle vzdálenosti od čelby. Nastane-li porucha na odtěžení, je možno prostoru mezi čelbou a nakládacím stolem využít jako zásobníku, aby bylo možno rubaninu potáhnout od čelby a vytvořit prostor pro budování. Nevýhodou škrabákových nakladačů je stížená doprava materiálu na čelbu, značný podíl ruční práce při čištění důlního díla a přemisťování nakladače blíž k čelbě. 189

190 Obr. 9-17: Škrabákový nakladač NS Rozpojování hornin razicími kombajny a tunelovacími stroji Razicí kombajny Při ražení překopů je využití razicích kombajnů omezeno pevností hornin. Nejvýkonnější razicí kombajny používané v roce 2012 v OKR byly dh R75 (obr. 9-18) a MR 340X-EX, které lze použít v horninách do pevnosti 100 MPa. Obr. 9-18: Razicí kombajn dh R75 Pro těžké razicí kombajny (nad 50 t vlastní váhy) je pro montáž stroje nutno zhotovit montážní komoru o délce několika desítek metrů, stejně jak pro tunelovací stroje. Montážní komoru je nutno zhotovit klasickou ražbou. Pro délkově kratší překopy tyto kombajny jsou nepoužitelné. Rozhodujícím parametrem pro využití razicích kombajnů pro ražbu překopů je i řezný profil razicího kombajnu a zejména jeho řezná výška (obr. 9-19). 190

191 Obr. 9-19: Řezný profil razicího kombajnu MR 340X-EX Tunelovací stroje Pro ražení dlouhých magistrál pro VOKD byl na začátku 80. let v SRN zakoupen plnoprofilový razicí stroj DEMAG TVM -55H. Obr. 9-20: Plnoprofilový razicí stroj TVM-55H Tento stroj, konstruovaný pro kontinuální ražení překopů kruhového průřezu o průměru 6 m v horninách s pevností až do 300 MPa bez ohledu na obsah křemene, rozpojoval čelbu pomocí valivých dlát, jimiž byla osazena řezná hlava. Při jejím otáčení za vysokého přítlaku (několik set tun) byla hornina na čelbě drcena a odštěpována. Horninová drť byla vynášena korečky, které byly rozmístěny na čele řezné hlavy po jejím obvodu, a vysypávána v horní poloze korečku na pásový dopravník. Stabilitu stroje zajišťovala a potřebný tlak pro postupový pohyb stroje vyvozovala soustava hydraulických válců s opěrnými segmenty do boků díla. Překop byl kontinuálně za pohybu stroje mechanizovaným způsobem vyztužován segmentovou ocelovou výztuží P-36 o jednotkové hmotnosti 36 kg s roztečí 0,75 cm. Plnoprofilový razicí stroj vážil cca 270 t, byl 22 m dlouhý a jeho stavebnicově skládaný návěs pro odtěžení horniny pásy do vozů, pro protisměrný přísun inertního materiálu k zásypu počvy, zařízení pro větrání, pro odprašování, klimatizaci a pro energetické vybavení (příkon cca 1MW) měřil při plném rozvinutí 196 m. Razicí stroj byl vybaven technickými prostředky pro zpevňování stropních vrstev, zařízením pro hnanou 191

192 výztuž a svorníkování a pro technologii ztracené výztuže. Představoval zásadní inovační krok umožňující několikanásobné zvýšení denního postupu a stabilitu překopu. V roce 1989 jím bylo dosaženo měsíčního postupu 370 m Vyztužování vylomeného prostoru Po provedení hrubého výlomu razicím kombajnem nebo trhací prací je nutno obtrhat čelbu. Pro obtrhání čelby používáme speciální tyč s chráničem (obr. 9-21). Před zahájením odtěžení zabezpečujeme strop v nezajištěném prostoru předsuvným povalem (9-22). Obr. 9-21: Tyč s chráničem Obr. 9-22: Předsuvný poval Přibližování materiálu na čelbu a manipulace s díly výztuže Po odtěžení rubaniny z výlomu přistupujeme k vyztužování. V minulosti se vyztužování provádělo výlučně manuálně bez technické podpory. Profily ražených chodeb byly podstatně menší a pro stávající techniku nebyl prostor. Zavedením závěsné drážky ZD 24 se objevila první použitelná zařízení pro zvedání a usazování oblouků ocelové výztuže (obr. 9-23). Teprve zavedením razicích kombajnů a nakladačů a zhotovením vhodných přípravků došlo k pokroku ve zvětšování podílu mechanizace při vyztužování (obr a 9-25). Při ražení velkých profilů k nejúčinnější mechanizaci při vyztužování lze zařadit pojízdné pracovní povaly poháněné stlačeným vzduchem (obr. 9-26). Mezi fyzicky nejnáročnější práce patřil vždy přísun materiálu na vyztužování přímo na čelbu. Zavedením kontejnerové dopravy je zajištěn kompletní materiál na vyztužení patřičného (2-3 m) úseku raženého důlního díla (obr. 9-27) a následně lze použitím tažné kočky materiál dopravit přímo na čelbu (obr. 9-28). 192

193 Obr. 9-23: Schéma uspořádání zařízení pro zvedání a usazování oblouků ocelové výztuže Obr. 9-24: Zvedání a usazování oblouků ocelové výztuže pomocí nakladače Obr. 9-25: Zařízení razicího kombajnu pro zvedání a usazování oblouků ocelové výztuže 193

194 Obr. 9-26: Pracovní plošina pro ražbu překopů; plnicí vak Obr. 9-27: Kontejnerová doprava materiálu Obr. 9-28: Tažné zařízení pro přibližování materiálu na čelbu 194

195 Montáž, kontrola směru a obložení výztuže Při provádění stavby obloukové ocelové výztuže je nutno dodržet tento pracovní postup: vyznačení středu stropního oblouku, zavěšení horního oblouku na předsuvný poval prozatimní výztuže, dnes častěji na vyztužovací pomůcku připevněnou na lopatu nakladače nebo na těleso razicího kombajnu. provedení hnízd pro boční oblouky, přidání bočních oblouků a sešroubování dílů ocelové výztuže lze provádět i z lžíce nakladače (obr. 9-29) při dodržení stanovených bezpečnostních předpisů, měřická kontrola (obr a 9-32), úprava vzdálenosti kompletů, kontrola svislosti kompletu, rozepření kompletů rozpínkami, zapažení stropu a boků (plně, šachovitě), plné založení více výlomů za výztuží materiálem stanoveným v technologickém postupu a v protizáparových opatřeních, při záběru na větší vzdálenost než je rozestup jednoho kompletuje nutné zkontrolovat strop a boky díla, popřípadě je znovu obtrhat a pak pokračovat v budování další výztuže popsaným způsobem. Obr. 9-29: Montáž výztuže ze lžíce nakladače Obr. 9-30: Kontrola směru postavené výztuže Podstatného zkvalitnění klínování (zakládání) prostoru mezi obložením výztuže a horninou hrubého výlomu bylo dosaženo pomocí vaků naplňovaných cementovou směsí (obr a 9-31). Obr. 9-31:Založení výztuže pomocí Obr. 9-32: Kontrola směru postavené plněných vaků výztuže pomocí laseru 195

196 Zhoršené geologické podmínky při ražbě Ražení důlních děl při zhoršených geologických podmínkách řešíme zkrácením zabírky a zhuštěním budování. Při dobrých podmínkách je maximální vzdálenost kompletů obloukové výztuže 1000 mm. Při zhoršených geologických podmínkách zmenšujeme vzdálenost až na 500 mm. Při očekávání vyšších tlaků horského masivu používáme výztuž o vyšším hmotnostním stupni dle projektu technologů. Při přecházení rozrušených hornin, zejména v okolí tektonických poruch, vícevýlomy ve stropě řešíme navrtáním vrtů a vložením ocelových prutů (obr. 9-33). Ocelové pruty o délce až 3,5 m jsou jedním koncem vetknuté do horniny a druhým koncem jsou podepřeny stávající výztuží. Obr. 9-33: Zajišťování stropu při ražbě ocelovými pruty Pro překopy s dlouhodobou životností je základem výztuž o požadované únosnosti a dostatečná únosnost okolních hornin. Při ražbách v nesoudržných horninách pro jejich zpevnění byla a je používána injektáž do předpolí díla pro krátkodobé zpevnění horniny, zajišťující bezpečné provedení výlomu a vyztužení nové zabírky. Injektáž je používána i za postupující čelbou v zájmu posílení odporu podpěrné výztuže zvýšením soudržnosti hornin v okolí díla. Pro okamžité zpevnění se používala dvousložková pryskyřice (např. Dukol 01, resp.m), pro dlouhodobé působení za čelbou je cementová suspenze s příměsí chloridu vápenatého, případně jiných vhodných pojiv (např. směs chloridu hořečnatého s oxidem hořečnatým, který byl dodáván jako jednosložkové pojivo s označením Magnovit) s vodou. Pojidlo se vpravovalo do vrtů pomocí vysokotlakých pístových čerpadel s pneumatickým pohonem a injektážní jehly, která byla upnutá ve vrtu. Injektáže se používá i pro místní snížení vodopropustnosti masivu Překopní ražby při procházení uhelných slojí Obr. 9-34: Cementový nástřik Překopy s dlouhodobou životností místy procházejí uhelnou slojí. Uhlí je velmi náchylné na zvětrávání a tím se značně zmenšuje jeho pevnost. Nejúčinnějším opatřením je zamezení přístupu ovzduší k uhelné vrstvě cementovým nástřikem na stávající ocelovou obloukovou výztuž. Nástřik je nutno pravidelně kontrolovat a při jeho poškození je nutno nástřik ihned obnovit. 196

197 Zpevňování okolních hornin při ražbách pomocí svorníků Horniny mají největší únosnost v prostém tlaku. Při ražbách odkryté plochy horniny jsou namáhané příčným tahem a ohybem. Při tomto způsobu namáhání je pevnost horniny deset až patnáct krát menší než v prostém tlaku. Nejúčinnějším opatřením zamezujícím namáhání hornin v příčném tahu a ohybu je pomocí svorníků vytvořit dostatečný protitlak (zpevnění horniny). Novější typy vrtacích vozů a razicích kombajnů jsou schopny svorníkovat celý obvod raženého důlního díla ještě před postavením ocelové obloukové výztuže. Kombinace svorníkové a ocelové obloukové výztuže se zavádí v širokém měřítku jako výztuž kombinovaná. Obr. 9-35: Vrtací zařízení razicího kombajnu dh R75 Obr. 9-36: Kotvení svorníku do stropu vrtacím zařízením RK dh R75 197

198 9.2 Ražení dlouhých důlních děl v uhelném ložisku Na technologii ražení dlouhých důlních děl v uhelné sloji mají zejména vliv: mocnost uhelné sloje a pevnost průvodních hornin ve stropě a v počvě Ražení dlouhých důlních děl v plné mocnosti v uhlí Uhelných slojí o mocnosti čtyři metry a více není v OKR mnoho (obr. 9-37). Pevnost uhlí je do 40 MPa, a ražbu v takových podmínkách zvládne každý dosud používaný razicí kombajn. Moderní razicí kombajny disponují aktivní kontrolou raženého profilu na řídícím stanovišti stroje (obr. 9-38). Tím se zabrání vyříznutí většího profilu. Na straně vizualizace «Kontrola profilu«je znázorněna poloha řezné hlavy. Při vyříznutí většího profilu se řezná hlava na obrazovce zbarví žlutě a při překročení nastaveného rozsahu tolerance se řezná hlava zbarví červeně. Při zbarvení červeně se také zastaví pohyb řezného ramene při aktivní kontrole profilu. Obr. 9-37: Čelba s plným profilem v uhlí Obr. 9-38: Kontrola raženého profilu Uvolňování kusů uhlí z pilíře zabraňujeme jehlováním pilíře (obr. 9-39). Do vrtů kolmých na pilíř zasouváme dřevěné hranolky o délce 2,5 až 3 m. Hustotu špendlení volíme podle pevnosti uhlí, a to 1 až 4 špendle na metr čtvereční. Uhlí v bocích raženého důlního díla zpevňujeme laminátovými svorníky, zejména ze strany budoucího porubu (obr. 9-40). Obr. 9-39: Špendlení pilíře dřevěnými jehlami Obr. 9-40: Laminátový svorník v uhlí Razicí kombajny pro vyztužování jsou vybaveny montážní plošinou a podpůrným zařízením na stavění obloukové výztuže (obr a 9-25). 198

199 9.2.2 Ražení důlních děl v uhlí s přibírkou průvodních hornin Mocnost uhelných slojí dobývaných v OKR se pohybuje v rozmezí od 1 m (obr. 9-41). Pro zajištění dostatečného množství větrního proudu na zabezpečení vhodných klimatických podmínek a odvětrání škodlivých plynů je požadavek na větší profily ražených důlních děl. Obr. 9-41: Sloj o mocnosti 1,2 m Navrhovaná technologie ražení dlouhých důlních děl je závislá na pevnosti průvodních hornin a možnostech nasazení techniky. Razicí kombajny použitelné na ražení do pevnosti hornin v tlaku (rok 2013): typ RK pevnost v tlaku (MPa) AM AM 50/ AM 50ZW 85 AM T MK MR 220X 80 MR 240X-EX 80 MR dh R U pevnějších průvodních hornin a pro kratší a střední délky ražených důlních děl používáme klasickou technologii ražení (trhací práce - vrtací vůz a nakladač s bočním výsypem) Přípravná dlouhá důlní díla Přípravná dlouhá důlní díla slouží pro přípravu ložiska na dobývání. Pro nejčastěji používanou metodu dobývání z pole dobývací prostor zpřístupníme základnou, z které razíme těžní (úvodní) a výdušnou (dopravní) třídu. Na konci dobývaného pole obě třídy propojíme prorážkou (obr. 9-42). Obr. 9-42: Přípravná důlní díla Základna Je ražená ve sloji dříve uvedenými metodami. V budoucnu může sloužit jako chodba pro porub. Podle vzdálenosti, na kterou se porub přiblíží k základně, můžeme předvídat i působení předporubních tlaků na výztuž této chodby. Předporubní tlaky můžou ovlivňovat chodby až na vzdálenost 200 m před postupujícím porubem v závislosti na vrstvách v nadloží. Z výše uvedených důvodů často pro vyztužování základny použijeme výztuž s vyšší 199

200 únosností, zhuštěné budování a pevnost horniny stabilizujeme pomocí svorníků ve stropě a bocích důlního díla Těžní třída Výztuž těžních tříd je nejvíce namáhaná. Na těžních třídách na výztuž působí nejen tlaky nadloží a předporubní tlaky, ale i váha pásových souprav s přepravovanou rubaninou a váha přepravovaného materiálu a souprav závěsných lokomotiv. Podle uvedeného zatížení dimenzujeme výztuž pro těžní třídu a podle navrhované technologie pro odtěžení i požadovaný profil. Těžní třída slouží pro odtěžení rubaniny. Odtěžení téměř výhradně realizujeme pomocí pásových dopravníků. Aby pásové dopravníky bylo možno nainstalovat, musíme zajistit, aby těžní třída byla vyražena v ideální přímce. Přecházení tektonik při ražení těžní třídy rovněž musíme řešit citlivě s ohledem na pásové dopravníky. Při větších horizontálních odchylkách nelze v pásovém potahu vytvořit dostatečné předpětí (pásový potah se dostane do horních oblouků výztuže a těživo neprojde). Obr. 9-43: Ražba TT bez přibírky ve stropě Pro zajištění dostatečné sypné výšky z porubového dopravníku na podporubový dopravník je nutné vyrazit těžní třídu tak, aby byl rozdíl mezi počvou uhelné sloje a počvou ražené těžní třídy minimálně 1 m (obr. 9-40), u mocnějších slojí minimálně 0,5 m až 2 m. Výhodné při ražbě je neprovádět přibírku ve stropě a nenarušovat ražbou stropní vrstvu (obr. 9-43), lépe se pak zajišťuje i styk porub - chodba při dobývání Prorážky Prorážky jsou dlouhá důlní díla spojující těžní a výdušnou třídu budoucího porubu převážně ražená ve sloji. Technologie ražení je dána mocností a úklonem sloje Prorážky v nízkých ploše uložených slojích Prorážky v nízkých ploše uložených slojích razíme čistě v uhelné sloji bez přibírky průvodních hornin, kolmo na těžní třídu. Obr. 9-44: Prorážka v nízké sloji 200

201 K rozpojování uhlí používáme trhací práci, vrty zhotovujeme ručními pneumatickými vrtačkami. Nakládání rubaniny provádíme ručně lopatami na hřeblový dopravník lehčího formátu, který se snadno prodlužuje. Výztuž používáme dveřejovou (obr. 9-44). Do mocnosti 2 m všechny pokusy o mechanizaci jen prodlužovaly cyklus ražení. Pouze nakládání se podařilo urychlit nahrnovacím zařízením zatahovaným hřeblovým dopravníkem. Hřeblový dopravník rovněž využíváme pro dopravu materiálu na čelbu zpětným chodem Prorážky v nízkých strmě uložených slojích Obr. 9-45: Ražení komína ve strmém uložení V dovrchních chodbách je nutno věnovat maximální pozornost stavění dřevěných dveřejí. Výztuž musí být zapuštěná do boků raženého důlního díla a musí být dobře provázána mezi sebou. Do 30º pro odtěžení lze používat hřeblové dopravníky, pří úklonu od 40º je již možno počítat se samospádem uhlí po počvě a v sýpech. Prorážky při úkonech nad 40º se nazývají komíny. Způsob ražení komína je na obr Uhlí se sbíječkami nesbíjí v celé čelbě najednou, ale postupně se v úsecích I až IV, z nichž každý ihned zajišťuje výdřevou. Profil komína je rozdělen na oddělení: těžní neboli sypné, lezní se žebříky a oddělení pro větrní lutny. Ústí větrních luten se chrání krytem. V pravidelném uložení se komíny razí s předvrtem (obr.9-46). V ose komína se provrtá vrt o průměru 390 mm, který se při zpětném postupu přibírkovou korunkou rozšíří až na požadovaný průměr (např. 850mm). Stroje se dá použít pro vrty dlouhé až 150 m v rozmezí úklonů 45 až 90º. Shora se pak vrt rozšíří na požadovanou šířku prorážky klasickou technologií. V OKR způsob předvrtávání byl používán i pro menší úklony (i od 10º). Používá se pak valivého vrtacího dláta a uhelná drť se nevynáší šnekovým zařízením, ale vodním výplachem. Ražení komínů se vyvíjelo několika směry: - ražení s předvrtáním pomocí pracovní klece zavěšené na laně (obr. 9-47), - ražení pomocí pojízdné plošiny (obr. 9-48), - ražení komínu s předvrtem (popis výše) a řada dalších metod. 201

202 Obr. 9-46: Ražení komína s předvrtem Obr. 9-47: Ražení komína s použitím pracovní klece Obr. 9-48: Pracovní plošina typu Alimak 1 - signál u strojníka, 2 - vrátek, 3 - malá věž, 4 - lano, 5 - vrtací nástroj, 6 - signál v kleci, 7 - pracovní klec, 8 - roznětnice, 9 - roznětné vedení, 10 - přívod stlačeného vzduchu 11 - přívod tlakové vody, 12 - rozšířený prostor. 202

203 Prorážky ve středně mocných slojích S narůstající mocností sloje je kladen požadavek na rozšíření prorážek z důvodu vytáčení mechanizované výztuže při upínání. Na požadované profily jsou jedinou vhodnou technikou vrtací vozy a škrabákové nakladače. Přednost je však dávána razicím kombajnům lehčích kategorií. Ty se však nevejdou do slojí o mocnosti pod 2,4 m. Pokud použijeme razicí kombajny pro menší mocnosti než 2,4 m, pak musíme provádět přibírku stropu nebo počvy podle vlastností průvodních hornin. Požadovanou šířku prorážky u středně mocných a mocných slojí nejsme schopni vyrazit najednou. Prorážku nejdříve vyrazíme v obvyklé šíři pro daný razicí kombajn (obr. 9-49A) a následně provedeme rozšíření na požadovaný rozměr (obr. 9-49B). Obr. 9-49: Počáteční profil prorážky (A) a profil prorážky po rozšíření (B) Prorážky v mocných slojích Prorážky v mocných slojích razíme pomocí razicích kombajnů. Mechanizované výztuže pro mocné sloje potřebují při vybavování porubů pro vytočení šířku prorážky přesahující i 10 m. Způsob ražby bude obdobný stejně jako u výše popsaného způsobu. Nejdříve se vyrazí prorážka v základním profilu (levá část obr. 9-50). Při ražbě pravé části neprodlužujeme výztuž levé části (jak u výše popsaného způsobu obr. 9-49), ale výztuž pravé části navazujeme na výztuž levé části (obr 9-51). Obr. 9-50: Prorážka v mocné sloji (mocnost 5m) 203

204 Obr. 9-51: Postup budování prorážky při jejím rozšiřování (1. levá část, 2. pravá část) V místech se zvýšenými tlaky (úvratě porubu, místa přecházení tektonik apod.) zajišťujeme navíc střed lichoběžníkové prodloužené výztuže hydraulickými stojkami (obr. 9-50). 9.3 Ražení velkoprostorových důlních děl Druhy velkoprostorových důlních děl V náraží jámy nebo v jeho blízkosti jsou účelně rozmístěna velkoprostorová důlní díla. Patří k nim různé důlní provozovny, v nichž jsou umístěna různá strojní nebo elektrická zařízení, a komory pro uskladnění materiálu nebo pro jiné provozně důležité účely. K hlavním komorám a důlním provozovnám patří: vlastní náraziště, zásobníky s plnicími stanicemi pro skipy, čerpací stanice s vodními sběrnými nádržemi, vozovny pro důlní lokomotivy, různé strojovny a rozvodny, drtírny kamene nebo rudy, dílny, různá skladiště, komory pro dispečery aj. Jejich umístění a vnitřní zařízení mají co nejlépe vyhovovat určeným účelům. Všechny tyto provozovny se stavějí podle předem schváleného projektu. Důlní projektant určuje tvar a rozměry komor tak, aby se přizpůsobil jednak vlastnostem hornin, jednak všem bezpečnostním a technickoprovozním předpisům. Dnes jsou již tyto komory z velké části typizovány. Výztuž komor má být nepoddajná a též ohnivzdorná. Používá se výztuže zděné, betonové, tvárnicové a u menších provozoven ocelové. Ve velmi pevných horninách, na některých rudných dolech, stačí stěny komory otorkretovat nebo komoru vyztužit stříkaným betonem, aby stěny byly hladké a zabránilo se zvětrávání hornin. Strop komor bývá obvykle klenutý. Provozovny mají být zpravidla větrány průchodním větrním proudem. Z rozvoden, transformátoroven a jiných elektrických provozoven, svařoven, remíz lokomotiv a skladů trhavin se mají použité větry odvádět do výdušného proudu, aby se při ohni nedostaly požární zplodiny do vtažného větrního proudu a tím i na další pracoviště. Stejně to platí i pro provozovny prašné, jako jsou podzemní drtírny kamene a rudy apod., aby se prachem neznečišťoval větrní proud Vlastní ražení velkoprostorových důlních děl Určení postupu ražení se zřetelem na pevnost hornin Podle tvaru a rozměru komor, pevnosti hornin, druhu výztuže a použití vrtacích a nakládacích strojů mohou se velkoprostorová důlní díla razit několikerým způsobem. Jsou-li horniny 204

205 velmi pevné a celistvé, lze komory menších rozměrů razit v celém průřezu najednou s rovnou čelbou a bez výztuže na celou délku komory a pak teprve definitivně vyztužit. V horninách pevných, ale vrstevnatých se musí vylomená část zajistit prozatímní výztuží. V méně pevných a tlačivých horninách se vylamují komory v menších úsecích, aby se neotevřela najednou velká plocha. Vylomené prostory se ihned zajišťují nejdříve prozatímní a pak stálou výztuží. Vzhledem k uvedeným hlediskům se velkoprostorová důlní díla razí těmito způsoby: výlomem v plném profilu, s předražením, s rozdělením čelby na několik předků, v etážích a na jádro Ražení výlomem v plném průřezu Razicím kombajnem jsme schopni vyrazit důlní dílo o profilu SP 30 o světlém průřezu 29 m 2. Razicí kombajny, jak bylo uvedeno výše, jsou schopny razit v méně pevných horninách do 100 MPa. Obr. 9-52: Prozatímní výztuž velkoprostorového důlního díla V pevných a celistvých horninách se vylamují menší komory najednou v plném svém průřezu a na celou délku komory, přičemž se obnažený strop, popř. i boky zajišťují pouze dřevěnými stojkami a rozpínkami (obr. 9-52), případně ocelovou obloukovou výztuží. Po skončení výlomu se pak komora najednou definitivně vyzdí nebo vybetonuje. Zpravidla se musí z bezpečnostních důvodů i v pevných horninách komora zajišťovat s postupem ražení vhodnou prozatímní výztuží Výlom s předražením Tohoto způsobu se často používá ve vrstevnatých horninách s vrstvami o nestejné pevnosti nebo s uhelným proslojkem. V nejměkčí vrstvě nebo uhlí se vyrazí na celou šířku a délku komory chodba (předstih), která se zajišťuje dveřejemi. Pak se postupně přibírá počva a nakonec zpětným postupem strop. Po přibírce stropu a počvy na potřebnou délku se komora ihned betonuje. Obr. 9-53: Výztuž komory zesílená podélnými rovinami Velkoprostorová důlní díla s omezenou životností jsou montážní a demontážní komory pro mechanizované výztuže u porubů (obr. 9-54). Šířka běžně ražených chodeb pro montáž mechanizovaných výztuží obvykle vyhovuje. Nevyhovuje pouze výška. Komora se nejdříve razicím kombajnem vyrazí na požadovanou šířku a délku 205

206 a průběžně vyztuží ocelovou obloukovou výztuží. V druhé etapě se razicím kombajnem (pokud počva není velmi pevná) provede přibírku počvy na požadovanou výšku a ocelová oblouková výztuž se prodlouží. Výztuž v komoře se zpevňuje podle projektu několika podélnými rovinovými tahy (obr. 9-53). Obr. 9-54: Montážní komora u budoucího porubu Výlom s rozdělením čelby na několik předků Tento způsob se používá při ražení velkoprostorových děl o větších rozměrech v nepevných a nesoudržných horninách. Charakteristika tohoto způsobu záleží v tom, že se průřez vylamuje postupně v malých úsecích, které se hned zajišťují prozatímní a pak stálou výztuží. V ose důlního díla (obr. 9-55) se na počvě razí dvou kolejová chodba 1. pro odtěžení horniny a přísun materiálu. Zajišťuje se dveřejemi s plným zapažením stropu. Z ní se razí každých 6 až 10 m dovrchní sýpy 2. pro spouštění horniny, které se spojí ve vrcholu projektované klenby chodbou 3. Po vyražení této chodby od jednoho sýpu k druhému se začnou její boky 4. postupně přibírat a zajišťovat výdřevou nejdříve na jednu stranu, pak na druhou a na konec se přibírá spodní část budoucí klenby 5. s postupným vyměňováním stojek. Po dokončení celého výlomu budoucí klenby mezi dvěma sýpy, popřípadě i v kratších úsecích, položí se skruže (šablony) a klenba se na tuto délku vybetonuje nebo vyzdí. Když beton v klenbě ztvrdne, odstraní se skruže a začnou se vylamovat boky a strop 6. ve spodní chodbě. Nejdříve se vylomí na délku asi dvou metrů jeden bok chodby a hned se zabetonuje, čímž se podchytí patka klenby. Potom se totéž provede na druhé straně. Tak se postupuje dále, až je zabetonován celý úsek mezi dvěma sýpy. Dokud beton neztvrdne, nelze vylamovat další úsek. S přibírkou je nutno postupovat opatrně, aby se nepoškodila hotová část výztuže. Celý postup práce je zřejmý z obr K přednostem tohoto způsobu patří jednoduchá a málo nákladná prozatímní výztuž, klenba je výdřevou zajišťována jen na krátkou dobu, což značně zmenšuje nebezpečí uvolňování hlušiny ze stropu; spodní část komory se přibírá pod zabetonovanou klenbou. Nevýhody: betonování trvá dlouho, protože se betonuje jen v malých úsecích a je třeba stále čekat, až beton ztvrdne. 206

207 Obr. 9-55: Ražení velkoprostorového důlního díla s rozdělením čelby na několik předků Výlom v etážích Při tomto způsobu ražení prostorového díla se příčný průřez čelby rozdělí ve svislém směru na dvě nebo více etáží. Výška jedné etáže se volí se zřetelem k pevnosti horniny a k požadavkům na dobrou a pohodlnou práci dělníků; bývá 2 m nejvýše 3 m. Obr. 9-56: Schéma ražení velkoprostorového důlního díla v etážích a) S předstihem horní etáže b) s předstihem dolní etáže Při vlastním ražení lze postupovat dvojím způsobem: buď s předstihem horní etáže před dolními etážemi (výlom shora dolů) podle obrázku 9-56 a, nebo opačně s předstihem spodní etáže u počvy před hořejšími (výlom zdola na horu) podle obr První způsob se používá v pevných a soudržných horninách. Postup práce při výlomu shora dolů ve třech etážích je znázorněn na obrázku V nepevných a nesoudržných horninách se velkoprostorová díla razí opačným způsobem (obr. 9-58). 207

208 Obr. 9-57: Postup při ražení komory ve třech etážích shora dolů Obr. 9-58: Postup při ražení komory ve třech etážích zdola nahoru 208

209 Výlom na jádro Tento způsob je vhodný pro ražení velkoprostorových důlních děl největších průřezů v nepevných a nesoudržných horninách. Jeho podstata je v tom, že se komora vylomí a definitivně vyztuží po celém svém obvodu. Uprostřed komory zůstává jádro neporušené horniny, o něž se opírá prozatímní dřevěná výztuž. Po dokončení definitivní výztuže v celé komoře (při větších délkách i po úsecích) se jádro postupně odstřelí a hornina vytěží. Postup práce při ražení komor na jádro je na obrázku U počvy se razí po obou stranách dva překopy 1 a pod stropem jeden nebo dva překopy 2. Následně se mezi vrchním a spodním překopem vylomí hornina ve svislém směru po obou stranách, přičemž se boky zajišťují rozpínkami opírajícími se o jádro. Pak se vylomí hornina mezi oběma vrchními překopy v klenbě a rovněž se zajistí výdřevou. Potom se začne stavět definitivní výztuž po celém obvodu, a to v úsecích 4 až 6 m dlouhých. Po dokončení a ztvrdnutí definitivní výztuže se odstraní prozatímní výztuž a šablony. Nakonec se vylamuje jádro a hornina se odtěží. Obr. 9-59: Ražení velkoprostorového důlního díla na jádro Výstavba nárazišť Náraziště se razí z hloubení jámy a pro jeho výlom, odtěžení a vyztužování se využívá všech zařízení použitých při hloubení. Náraziště jako celek se skládá z několika základních částí a jeho členění je dáno způsobem definitivního těžení. Pokud jde o organizaci a časový postup při ražení nárazišť v průběhu hloubení, mohou nastat dva případy: 1) Jáma se hloubí na konečnou projektovanou hloubku a úseky v místě projektovaných nárazišť se ponechají v prozatímní výztuži. Teprve po vyhloubení jámy se postupně razí jednotlivá náraziště. Výhoda tohoto způsobu je vtom, že se nepřerušuje rytmus vlastního hloubení jinou technologií ražení horizontálních částí nárazišť, naprosto odlišnou od technologie hloubení. Je však nutno budovat složité systémy pracovních a ochranných povalů po dokončení hloubení, 209

210 a to je často spojeno s nízkou úrovní organizace práce a s časovými, materiálovými i nákladovými ztrátami. Obr. 9-60: Ražení náražiště 2) Náraziště se razí současně s hloubením. Tento způsob je zvlášť výhodný při moderním hloubení jámy s výztuží litým betonem. Přitom je třeba organizaci a celou technologii ražení nárazišť rozpracovat tak, aby doba výstavby náraziště podstatně neovlivnila dobu hloubení jámy. Vlastní ražení a vyztužování náraziště závisí na pevnosti a soudržnosti hornin, na okamžitém projevu horských tlaků a přítoku vod. V pevnějších a soudržnějších horninách se nejčastěji dělá výlom v etážích, a to tak, že se nejdříve vyrazí a betonovou výztuží zajistí jedna strana náraží a teprve pak druhá část (obr. 9-60). Podle výšky se poloha čelby rozdělí na dvě nebo tři etáže. Vylomený prostor se zajišťuje prozatímní dřevěnou výztuží. Po dosažení požadované délky od jámy se ražení zastaví a vybetonuje se stálá výztuž. Místo prozatímní dřevěné výztuže se dnes používá tzv. ztracené výztuže a náraziště se razí hned na obě strany od jámy. Ztracenou výztuž tvoří oblouky ocelové výztuže se zapažením betonovými pažnicemi nebo svařovanou mřížovinou. Podle místních podmínek lze prozatímní výztuž doplnit svorníky. Při definitivní výztuži betonem se tto prozatímní výztuž ponechá v betonu. Teprve po dokončení výlomu a zabetonování vrchní části náraziště nad kótu ± 0,000 může nastat výlom a betonování různých sklípků ve spodní části náraziště (obr. 9-61). Obr. 9-61: Sklípky ve spodní části klecového náraziště 210

211 9.4 Údržba důlních děl V oblastech, kde dochází k zvyšování dynamických tlaků, se začnou projevovat deformace výztuže. Pokud dlouhé důlní dílo potřebujeme i do budoucna, přistoupíme k zesílení výztuže. Výztuž je třeba začít zesilovat při prvních projevech zvýšených tlaků. Pokud dojde k prolomení stropních vrstev v nadloží důlního díla, záchrana důlního díla se stane problematickou. Jako nejúčinnější se jeví zvětšení únosnosti výztuže pomocí svorníků (viz pátá část - vyztužování důlních děl). Svorníky je vhodné instalovat v místech, kde předpokládáme zvyšování tlaků pohoří již při ražbě. Pokud dojde k deformacím výztuže a narušení stropních vrstev, svorníky již neinstalujeme. Pro zvětšení únosnosti výztuže použijeme podvlaky podepřené stojkami umístěnými středem důlního díla (obr. 9-62). Stojky používáme dřevěné (obr. 9-62), hydraulické, třecí (obr. 9-64) nebo z ocelových válcovaných profilů (obr. 9-63). Pokud má počva malou pevnost, stojky stavíme na prahy ze dřeva nebo ocelové patky. Obr. 9-62: Zvětšená únosnost výztuže pomocí podvlaku a dřevěné stojky Obr. 9-63: Středové stojky zhotovené z ocelových profilů (rovin) Stojky z ocelových profilů mají speciální korunku zabraňující uvolnění výztuže a patku proti vtlačování do počvy. Prokluz zajišťuje třmenový spoj. 211

212 Obr. 9-64: Použití třecích stojek 9.5 Zmáhání důlních děl Působením horského masivu výztuž přestává plnit svou funkci. Zmenšením světlého průřezu dlouhého důlního díla se značně zvětšuje odpor kladený větrnímu proudu, způsobuje i problémy v dopravě a využívání strojního zařízení. 1) Zmáhání důlních děl přibírkou počvy Zmenšený průřez způsobený bobtnáním počvy řešíme přibírkou počvy přibírkovým strojem. Pokud je počva pevnější, k jejímu rozrušení používáme trhací práce. Horninu z přibírky odtěžujeme zpravidla pásovým dopravníkem. Nakládání horniny na pásový dopravník umožňuje přibírkovému stroji čelní výsyp (obr. 9-66). Pásový dopravník musí být zavěšen na výztuž dlouhého důlního díla pomocí řetízků. Přibírkový stroj provádí přibírku i pod pásovým dopravníkem (obr.9-65). Obr. 9-65: Přibírka počvy přibírkovým strojem Obr. 9-66: Přibírkový stroj PSU ) Zmáhání důlních děl výměnou výztuže Devastace výztuže důlních děl může být způsobena pozvolna důlními tlaky (obr. 9-67), případně důlním otřesem (obr. 9-68). Zmáhání výztuže značně poškozených důlních děl je velmi náročné. Vždy je nutné vyměňovat celou výztuž. Pokud se jedná o delší úseky poškozeného důlního díla, výhodnější se jeví vyražení nového důlního díla v pevnějším okolí. 212

213 Obr. 9-67: Pozvolná devastace výztuže Obr. 9-68: Výztuž zdevastovaná otřesem Kratší úseky se snažíme zmáhat pomocí razicích kombajnů (na obrázku 9-68 RK AM50). Rozrušené stropní vrstvy se snažíme zpevnit při zmáhání pomocí ocelových tyčí (roxorů), tzv. jehlováním. Obr. 9-69: Zpevňování stropu pomocí ocelových tyčí - jehlování 3) Oprava zkorodované výztuže Prosakující voda, zejména v oblasti tektonických poruch, obsahuje zvýšené množství solí, které způsobují korozi ocelové výztuže. Výztuž je nutno pravidelně kontrolovat. Zkorodované boční díly se dají vyměnit zajištěním vrchních dílů výztuže proti uvolnění. Pokud jsou zkorodované vrchní díly výztuže, celý poškozený úsek důlního díla zajistíme postavením nové ocelové obloukové výztuže pod stávající výztuž. Tento způsob opravy můžeme použít v případě, že nebude na závadu zmenšený světlý průřez důlního díla. V opačném případě je nutno vyměnit celou výztuž důlního díla, což je značně náročnější úkon. 9.6 Plenění obloukové výztuže Pro plenění ocelové obloukové výztuže musí být zpracován technologický postup, ve kterém jsou uvedena příslušná bezpečnostní opatření. Při úklonu důlního díla větším než 20º je povoleno plenění jen zdola směrem nahoru. Při úklonu větším než 30º je plenění zakázáno. 213

214 Postup při plenění: a) zkrácení vodního, vzduchového a odpadního potrubí, b) zkrácení závěsné drážky, c) instalace a ukotvení vzduchového vrátku (obr. 9-70), kontrola lana a úvazku, d) demontáž rozpínek, e) uvolnění šroubů na výztuži klíčem s ramenem minimální délky 50 cm, f) uchycení výztuže vysokopevnostním řetězem (obr. 9-72), g) zkropení celého obvodu pleněné výztuže (obr. 9-71), h) indikace CH 4 - kontrola kontinuálního měřicího přístroje, i) plenění výztuže, j) demontáž obloukové výztuže a její vyklizení, k) kontrola bezpečnostního stavu pracoviště (obr. 9-73). V případě, že dojde k zavalení pleněného úseku důlního díla a ke ztrátě průchodního větrního proudu, musíme ihned nainstalovat separátní větrání. Obr. 9-70: Plenicí vrátek dle BP Obr. 9-71: Zkrápění pleněné výztuže Obr. 9-72: Uchycení pleněné výztuže Obr. 9-73: Bezpečnost na pracovišti 214

215 10 Hlubinné dobývání uhelných ložisek 10.1 Pojem dobývací metody Dobývací metodou nazýváme způsob, jak bylo ložisko rozděleno na vhodné dobývací úseky, čili poruby, jak se v porubu užitkový nerost dobývá, tj. rozpojuje, nakládá a dopravuje, jak se zajišťuje pracovní prostor a jak se ovládá vyrubaný prostor, jak se do porubu dopravuje různý potřebný materiál nebo zakládka, jak se poruby větrají aj. Volba dobývací metody (dobývacího způsobu) se řídí mocností a úklonem ložiska, hloubkou pod povrchem, tvarem a rozlohou ložiska, vlastnostmi a povahou uhlí, vlastnostmi nadložních a podložních hornin, zejména přímého stropu a počvy. Důležité jsou i další vlastnosti uhelných slojí, jako jsou střihy, náchylnost uhlí k samovznícení, vývin plynu a uhelného prachu, přítok důlních vod a jiné. Za správnou a účelnou se označuje ta dobývací metoda, u níž jsou v daných úložních poměrech splněny tyto hlavní podmínky: a) největší bezpečnost lidí a největší provozní jistota; b) vysoká těžba a vysoká produktivita práce, malá spotřeba materiálu a energie a z toho vyplývající provozní náklady; c) mechanizace všech hlavních procesů a nejúčelnější koncentrace důlních prací; d) velká výrubnost, tj. vyrubání ložiska s nejmenšími ztrátami. Dobývací metoda závisí též na stupni techniky určitého období. Nové dobývací stroje, nové těžební prostředky a nová technika vůbec mohou být příčinou změny zavedené a vžité technologie dobývání nebo dobývací metody jako celku. Při dobývání uhelných ložisek se dělí dobývací metody bez zřetele na větší množství různých obměn v zásadě na: komorování, pilířování a stěnování Činitelé ovlivňující volbu dobývací metody Mocnost sloje m Podle mocností se sloje rozdělují na: - sloje nízké: od 0,4 m do 0,75 m; - sloje středně mocné: od 0,75 m do 1,5 m; - sloje mocné: od 1,5 m do 3 m; - sloje velmi mocné: nad 3 m. Ve světě bývá dělení podle mocností různé. Různé dělení podle mocností může být i při přizpůsobení pracovním normám. Obr. 10-1: Určování mocnosti sloje Mocnost sloje m je v daném místě nejkratší vzdálenost mezi počvou a stropem sloje. Počet měření n a vzdálenost měřených míst závisí na proměnlivosti mocnosti a uložení sloje. 215

216 Zásoby nacházející se ve sledované oblasti určíme podle průměrné mocnosti sloje. Pro volbu technologie budoucího porubu je rozhodující i minimální a maximální mocnost sloje. Příklady značení: 60 cm uhlí a) mocnost sloje v daném místě 300 cm; b) mocnost sloje 300 cm; ve stropě ověřeno 50 cm uhlí; c) mocnost sloje 300 cm; v počvě ověřeno 50 cm uhlí; d) mocnost sloje 300 cm; ve stropě i počvě ověřeno 50 cm uhlí; Ponechaná vrstva uhlí ve stropě nebo počvě, pokud není ověřená vrtem, se uvádí bez čísla jen černým pruhem. Úklon sloje α Podle úklonu se u nás sloje rozdělují takto: - ploše uložené (s úklonem 0 až 22º), - polostrmě uložené (s úklonem 22º až 60º), - strmě uložené (s úklonem 60º až 90º). Toto rozdělení je přizpůsobeno pracovním normám. Správnější je rozdělení podle použité technologie dobývání. Technologie dobývání polostrmých slojí v rozmezí 22º až 40º (45º) se totiž blíží technologii dobývání ploše uložených slojí, kdežto technologie dobývání slojí s úklonem nad 40º (45º) je naprosto odlišná. Fyzikálně mechanické vlastnosti uhlí struktura uhlí, jeho houževnatost, trhlinkovitost a pevnost dnes mají omezený vliv hlavně na způsob rozpojování uhlí, stejně tak proplastky, které znečišťují uhlí a zhoršují jeho popelnatost. Dnešní dobývací kombajny i pluhy mají dostatečný výkon na rozpojení uhlí s největší pevností. Úpravny dnes oddělují i nejjemnější částice uhlí od hlušiny. Obr. 10-2: Vyjíždění uhelných bloků vlivem špatně orientovaných střihů 216

217 Velký význam má směr střihů v uhlí - mikrotektonika. Střihy by měly svírat s pilířem úhel minimálně 25º. Pokud je úhel střihů menší, z pilíře vyjíždějí uhelné bloky (obr. 10-2) o hmotnosti až několika desítek tun. Opěrné štítky mechanizovaných výztuží nejsou v pracovní poloze ve všech fázích pracovního cyklu. Obr. 10-3: Orientace střihů v uhelném pilíři v porubu Pevnost uhlí Na vyjíždění bloků uhlí z pilíře má zásadní vliv stupeň rozdrcení uhlí patkovými tlaky. Pokud má porub nedostatečný postup porubní fronty, patkové tlaky působí přímo na pilíř a rozdrtí ho. Čím je postup porubní fronty za 24 hodin větší, tím se patkové tlaky přesunují hlouběji do pilíře a samotný pilíř v porubu se stává tvrdším (není rozdrcen). Opačně se chová nadloží. Při velkém postupu porubní fronty se často nestačí vyvíjet zával za výztuží porubu a opožďuje se. Při malém postupu jsou stropní vrstvy rozdrcené, nepřenášejí tíhu nadloží na pilíř, ale na výztuž porubu, a vzniká nebezpečí zatlačení výztuže a protržení stropu. Minimální postup porubní fronty se pohybuje kolem 1,5 m až 2 m za 24 hodin. Kvalitu nadloží zhoršují výpadky v těžbě, často kratší než 48 hodin. Pevnost uhlí můžeme rovněž ovlivňovat: a) zavlažováním pilíře, b) rozrušovací trhací prací, c) podrubáním nebo nadrubáním. Kvalita nadloží Požadavek na kvalitu stropu je protichůdný, v oblasti pilíře a výztuže má být strop pevný, za zálomovou hranou má být bořivý. Kvalitu stropu však nelze ve velkém rozsahu ovlivňovat. Klasifikace stropů: a) stropy bořivé, b) stropy snadno zavalující, c) stropy obtížně zavalující, d) stropy těžké. Kvalita podloží Nepříznivé případy: a) bobtnavá počva (bobtnání je způsobeno působením provozní vody na jílové součásti hornin), b) počva málo únosná (dochází k zabořování stojek individuální výztuže a lyžin mechanizovaných výztuží). 217

218 Plynodajnost Plynodajnost byla dlouhodobým problémem omezujícím těžbu porubů. Zavedením výkonné mechanizace při ražení dlouhých důlních děl bylo možno podstatně zvětšit světlé průřezy větrních cest a tím zlepšit odvětrávání porubů. Významným přínosem bylo i zvýšení účinnosti degazace. Vododajnost Původní obsah vody v horninách je z technologického hlediska zanedbatelný. Větší přítoky vody, které můžou způsobit problémy zejména při odtěžení a zmenšení pevnosti počvy, pocházejí ze stařin a z používané technologické vody. Zejména před rozjezdem porubu je nutno vrty prozkoumat závalové prostory vyrubané sloje v nadloží, zda nejsou zatopené vodou. Pokud ano, je nutno vodu před rozjezdem porubu vyčerpat, v opačném případě hrozí při propojení závalových prostorů průval vody. Hloubka uložení Sloje mimo jámové ohradníky jsou dobývány postupně shora dolů. S postupem do větších hloubek se i v porubech zvětšují tlakové poměry. S hloubkou uložení se musí zvětšovat únosnost výztuží. Makrotektonika Tektonické poruchy, které by způsobily značné potíže při rozpojování je, třeba zmáhat pomocí trhací práce. Zejména pluhy nejsou schopné překonávat středně pevné průvodní horniny v tektonikách. Ve slojích s uhlím náchylným k samovznícení Proměnlivost mocností uhelných slojí může být mimo rozsah dobývacích komplexů a část uhlí se může dostávat do závalového prostoru. Rovněž v blízkém nadloží se můžou vyskytovat proslojky uhlí, které se dostanou do závalového prostoru porubu. Ve slojích s uhlím náchylným k samovznícení, kde mohou výše uvedené případy nastat, je nezbytné volit protizáparové metody. Pokud existuje tato možnost, orientujeme směr postupu porubní fronty dovrchně, aby bylo možno závalový prostor účinně zatopit vodou a tím zamezit přístupu kyslíku. Dobývací prostor je nutné rozčlenit na úseky a poruby tak, aby se při důlním požáru mohly uzavřít hrázemi, které by chránily další provoz dolu Všeobecná hlediska se zřetelem na postup dobývání Základní pojmy Porub je rozsáhlé důlní dílo, ve kterém se provádí vlastní dobývání uhlí. V porubu všeobecně rozeznáváme: a) uhelný blok, z něhož se uhlí vylamuje a uvolňuje; b) pracovní prostor, čili pracoviště, tj. prostor, v němž pracují lidé a v němž jsou umístěny všechny dobývací a dopravní prostředky. Pracovní prostor musí být zajištěn výztuží; c) vyrubaný prostor, tj. prostor, v němž je již uhlí vyrubáno a z něhož již bylo odstraněno všechno zařízení pro dobývání a dopravu uhlí. Nechají-li se ve vyrubaném prostoru nadložní vrstvy prolomit a zabořit, mluvíme o dobývání na zával a o závalu. 218

219 Vyplňuje-li se dobývaný prostor hlušinou, pískem nebo jiným podobným materiálem, kterým se nadloží podepře, aby se zabránilo prolomení a zaboření nadložních vrstev, mluvíme o dobývání se zakláadkou a o zakládce. Stařinou nazýváme vyrubané a nepřístupné části sloje; přitom nerozhoduje, zda byl vyrubaný prostor zavalen nebo založen. Všechny přístupy ke stařinám se mají uzavírat hrázemi, aby se zabránilo pronikání kyslíku a průtahům větrů do nich a výstupu metanu a kysličníku uhličitého z nich Postup dobývání Větší porubní úsek se odrubává na široké frontě v několika porubech umístěných pod sebou, to je po úklonu sloje, nebo vedle sebe, tj. po směru sloje. Čára spojující porubní boky nebo čelby jednotlivých porubů se nazývá porubní fronta. Bývá rovná, odstupňovaná nebo křivá a je důležitá hlavně z hlediska tlakových poměrů. Čím je porubní fronta delší a rovnější, tím příznivější jsou tlakové poměry. Při stěnování se pojem porubní fronty často zjednodušuje tak, že se ztotožňuje s délkou stěnového porubu. Při každém porubním způsobu rozeznáváme dále: a) směr, v němž postupuje porub a porubní fronta; b) směr, v němž postupuje vlastní čelba, čili záběr v porubu. Jsou možné čtyři směry postupu porubu i záběru, a to: směrný, dovrchní, úpadní a diagonální (obr. 10-5). Obr. 10-4: Seznam značek používaných v dalších obrázcích kapitoly 10 V porubním úseku se může dobývat od překopu nebo z těžební základny jedním směrem (jednokřídlové dobývání) nebo dvěma směry (dvoukřídlové dobývání). Vzhledem ke hranicím dobývacího prostoru nebo dobývacího úseku je možno všeobecně dobývat od hranice, čili z pole, nebo k hranici, čili do pole. 219

220 Obr. 10-5: Směr postupu porubu (bílé šípky) a záběru (černé šípky) a) Směrný postup porubu i záběru b) Dovrchní postup porubu i záběru c) Úpadní postup porubu i záběru d) Směrný postup porubu a dovrchní postup záběru e) Směrný postup porubu a úpadní postup záběru f) Dovrchní postup porubu a směrný postup záběru g) Úpadní postup porubu a směrný postup záběru h) i) Směrný postup porubu se šikmým porubním bokem h) Úpadní postup záběru i) Směrný postup záběru Dobýváním se porušuje rovnovážný stav horského masivu, nadloží a podloží se rozrušují a vyvolávají se tlaky, jejichž účinky působí nepříznivě na sousední důlní díla, sousední sloje a na povrch. Proto je třeba při dobývání dodržovat některé zásady, aby se účinky projevily co nejméně. Je to důležité hlavně tam, kde je v dobývacím prostoru uloženo několik různě mocných slojí. Jsou to tyto zásady: a) Má se dobývat shora dolů, tj. směrem od sloje nadložní ke sloji podložní. Jestliže se sloje podrubávají, tj. dobývají se sloje podložní před slojemi nadložními, rozruší se nadloží a vlivy dobývání zasáhnou i nadložní sloj. To se projeví později při dobývání nadložní sloje, s jejímž dobýváním je možno začít teprve po delší době, až se tlakové projevy ustálí a rozrušené nadloží znovu zkonsoliduje. b) Dobývání je třeba řídit tak, aby se poruby nedostávaly do vzájemných tlakových vlivů. Pokud dobýváme v oblasti s nebezpečím důlních otřesů, dobývání dalšího porubu zahájime až po konsolidaci nadloží. Dobývají-li se v jednom porubním úseku současně dvě sloje, pak se má vrchní sloj dobývat v určitém časovém i prostorovém předstihu před slojí spodní. c) Protože se tlakové vlivy projevují i v podloží sloje, je nutno tento předstih volit tak, aby tlakové vlivy nepůsobily na chodby ražené v podložní sloji. Je proto třeba správně plánovat dobu přípravy ve spodní sloji a časové plány usměrňovat tak, abychom se těmto nepříznivým projevům vyhnuli. d) Se zřetelem na sousední závod je nutno dobývání řídit tak, aby tlakové projevy neovlivňovaly poruby v provozu nebo jiná důlní díla v sousedním závodě. e) Aby se zmírnily škodlivé účinky dobývání na povrch, má se dobývat na dlouhé porubní frontě, jejíž postup má být co nejrychlejší, a sloje se mají dobývat v určitém časovém odstupu a pokud možno se zakládkou. 220

221 10.4 Dobývání ploše uložených slojí Stěnování Charakteristika a způsoby stěnování Stěnování je dobývací metoda, při níž se v porubu dobývá na dlouhém porubním uhelném boku. V dlouhém porubu je možno soustředit techniku na dobývání, pracovní operace plně mechanizovat a následně dosahovat i velkých těžeb z jednoho porubu. Pravidelný a optimální postup porubu spolu s dobrým řízením stropu (řízený zával nebo zakládka) se příznivě projevuje na zmírnění účinků důlního tlaku. V dlouhých porubech je možno ve větším rozsahu zavádět cyklickou organizaci práce a tím dosahovat dobrých výkonů, velké produktivity práce a dobrých celkových hospodářských výsledků. Dlouhé poruby se nazývají stěnové poruby nebo krátce stěna (obr. 10-6). Obr. 10-6: Směrné stěnování do pole D - Dopravní vtažná chodba V - Výdušná chodba Z - Pokos (záběr) P - Pracovní prostor VP - Vyrubaný prostor Stěnový porub je na jedné straně ohraničen těžní, zpravidla vtažnou chodbou, a na druhé straně chodbou výdušnou (větrní). Z řádně vedeného stěnového porubu vedou vždy dva východy. Vlastní pracovní prostor ve stěnovém porubu je na jedné straně ohraničen porubním uhelným blokem, na němž se uhlí dobývá, a na druhé straně vyrubaným prostorem, tj. závalem nebo zakládkou. Pracovní prostor musí být řádně zajištěn výztuží. Úzký pruh uhlí, který se vyrube po celé délce stěny, se nazývá pokos. Porubní blok a tedy i pracovní a vyrubaný prostor se pravidelně přemísťují o šířku pokosu a neustále mění svoji polohu. Porub postupuje z výchozí prorážky postupně až na koncové staničení, na tzv. STOP ČÁRU (konec daného dobývacího pole). Výrubnost při stěnování v černém uhlí je přes 95 %. V hnědém uhlí a lignitu výrubnost závisí hlavně na mocnosti ochranných lávek, ponechávaných pod stropem a u počvy sloje. Při stěnování na řízený zával (obr. 10-6) se výztuž ve vyrubaném prostoru pravidelně plení a nadloží se za zálomovou hranou, tvořenou stojkovým plotem nebo stropním štítem mechanizované výztuže, soustavně zavaluje. Při stěnování se zakládkou se vyrubaný prostor plně zakládá a zakládání je součástí dobývacího cyklu. Stěnování může být směrné, dovrchní nebo úpadní (obr a), b) a c)) a u všech těchto způsobů se může dobývat na řízený zával nebo se zakládkou do pole nebo z pole. 221

222 Obr. 10-7: Směrné dobývání z pole (vpravo - těžní třída zajišťována pro další porub) Směrné stěnování Při směrném stěnování je porubní uhelný pilíř postaven přibližně po úklonu sloje, čili je rovnoběžný s přímkou největšího spádu, a celkový postup porubu je směrný (ve směru sloje). Je to nejčastější a nejsprávnější způsob (obr. 10-8). Obr. 10-8: Schéma směrného stěnování na zával do pole a z pole Při stěnování od hranice, čili z pole (obr. 10-8), se dobývací pole nebo úsek nejdříve připraví, tj. chodby se razí až k hranici, tam se spojí prorážkou, a teprve pak se začne dobývat směrem k překopu nebo základně. Chodby se tedy razí a udržují v celistvém uhelném pilíři. Při stěnování k hranici, čili do pole, se začne dobývat hned od prorážky, vyražené podél ochranného pilíře, případně stanovené STOP ČÁRY. Těžní (dopravní) a výdušné chodby se razí před postupujícím porubem. Při stěnování z pole je celý uhelný blok obfárán, tím vzniknou tyto výhody: a) ověří se tektonické poruchy raženými důlními díly, b) průchodním větrním proudem částečně odplynujeme danou oblast, c) průchodním větrním proudem částečně snížíme teplotu okolních hornin, d) účinněji zamezíme průchodu větrního proudu závalovým prostorem než při dobývání do pole (omezení vzniku záparu v závalovém prostoru), 222

223 e) chodby ražené v celistvém pilíři jsou vystavené menším tlakům (pokud se nemusí udržovat pro následující porub) a můžou mít lehčí konstrukci, f) důlní díla za porubem vypleníme (pokud se nejedná o chodbu i pro následující porub), g) pro vybavování porubu máme nové prostorné chodby, pro likvidaci porubu máme podstatně kratší dopravní cesty, h) velkou výhodou je, že ražení chodeb probíhá samostatně a není omezováno dobývaným porubem (koncentrací tří pracovišť v jednom prostoru vždy vznikne řada problémů). Při stěnování z pole patří mezi nevýhody tohoto způsobu to, že přípravné chodby razíme až po úplném vyrubání uhelného bloku ve sloji v nadloží, což při směrné délce budoucího porubu několik set metrů může trvat rok i déle. V oblastech s nebezpečím otřesů je však žádoucí, aby měly nadložní vrstvy čas se konsolidovat a tlakové poměry se srovnat. Většinou v jedné oblasti v jedné sloji dobýváme postupně více porubů vedle sebe (obr. 10-9) a podložní sloj dobýváme až s delším časovým odstupem. Obr. 10-9: Postupné dobývání porubů v jedné sloji vedle sebe Při stěnování do pole je jedinou výhodou urychlený nájezd porubu, nevýhody tohoto způsobu dobývání jsou opakem výhod dobývání z pole. Dobývání porubů do pole se používá jen ve výjimečných případech. 223

224 Dovrchní stěnování Při dovrchním stěnování je porubní pilíř postaven přibližně rovnoběžně se směrem sloje, nebo mírně diagonálně, a postup porubu je dovrchní, tj. proti úklonu sloje (obr ). Obr : Dovrchní stěnování Tento způsob se používá v případech, kdy je dobývací prostor rozdělen tektonickými poruchami, probíhajícími s úklonem sloje přibližně rovnoběžně, na uhelné kry, jejichž úklonná délka je velká a směrná šířka je malá. Dovrchní stěnování je vhodné jen do úklonu asi 20º, protože se zvětšujícím se úklonem roste nebezpečí úrazu pádem uvolněného uhlí z pilíře. Záměrně dovrchního způsobu dobývání se snažíme využít při nebezpečí záparu v závalovém prostoru. Závalový prostor v tomto případě můžeme zatopit vodou a zápar utlumit, jak již bylo uvedeno dříve. Výhodnější je dovrchní způsob stěnování i z hlediska větrání. Čerstvý chladnější větrní proud vedeme úpadně k porubu a teplejší větrní proud vedeme od porubu dovrchně. Dovrchní stěnování je výhodnější i při použití plavené zakládky, která má své výhody v tom, že nedoplavené prostory ve starém pokosu se z nového pokosu stále doplavují, zakládka je těsná a voda dobře odtéká a nezdržuje se u porubního pilíře Úpadní stěnování Je to obrácený způsob dovrchního stěnování. Porubní pilíř je zase postaven přibližně rovnoběžně se směrem sloje (rovnoběžný s vrstevnicí sloje), ale postup porubu je úpadní, tj. po úklonu sloje (obr ). Obr : Úpadní stěnování Nevýhody spočívají hlavně ve větrání. Studený těžší vzduch jde dovrchně po úvodní třídě k rubání a teplý lehčí vzduch jde úpadně od rubání po výdušné třídě. Váhový rozdíl mezi vzdušninami na obou třídách působí proti depresnímu rozdílu vyvolanému ventilátorem závodu. Při větrním zkratu na základně může dojít k zastavení větrání a zaplynování pracoviště. V případě vzniku ohně na výdušné třídě by mohlo dojít i ke zvratu větrního proudu. Z těchto důvodů se úpadní vedení porubu v zásadě nepoužívá. Mezi hlavní výhody úpadního stěnování patří, že ze závalového prostoru je kyslík brzy vytlačen lehčím metanem a tím je omezena možnost vzniku záparu. I účinnost degazace je větší a tím i těžba může být vyšší Délka stěnového porubu Délka stěny závisí nejen na úložních poměrech, hlavně na tektonice, ale též na stupni mechanizace dobývání v porubu. V plně mechanizovaných porubech by vznikla samozřejmě 224

225 snaha prodlužovat délku stěny co nejvíce, aby se plně využily dobývací stroje a dopravní prostředky. I kdyby to však tektonické a jiné uložní poměry dovolily, není možno prodlužovat délku stěny do nekonečna, nýbrž je třeba volit technicky a organizačně nejvýhodnější délku stěny, tzv. délku optimální. Stěna má být dlouhá tak, aby se vždy dodržel minimální postup porubní fronty 1 až 2 m za 24 hodin (podle stropních podmínek a působení patkových tlaků na pilíř). Výkonnost dobývacích strojů a porubových dopravníků umožňují stanovit délku stěny v rozmezí 150 až 250 m. Větší délky stěn snižují směrné číslo příprav a umožňují spolu s velkým postupem porubu vysokou koncentraci Plán otvírky, přípravy a dobývání Před začátkem dobývání musí být vypracován plán otvírky, přípravy a dobývání (OPD). Tento plán musí obsahovat souhrn otvírkových, rozčleňovacích a přípravných prací, nutných k přípravě a vyrubání ložiska. Podrobné požadavky na zpracování plánu OPD jsou uvedeny v prováděcích předpisech jednotlivých Obvodních báňských úřadů (OBÚ). Podrobně musí být pro každé důlní dílo, a tedy i porub, vypracován projekt, podle kterého musí být zpracován technologický postup podle zásad uvedených v předpisech Výztuž ve stěnových porubech Hlavní zásady K dokonalému řízení, ovládání a uchování dobrého stropu ve stěnových porubech je třeba dodržovat tyto zásady: a) udržovat co nejužší pracovní prostor, čili co nejmenší šířku mezi porubním pilířem a závalem, příp. zakládkou (šířku pracovního prostoru určují technologové na základě výpočtů a druhu použité výztuže); b) stavět výztuž ihned, jakmile je pro ni místo (u mechanizované výztuže ji ihned potahovat); c) dodržovat v technologickém postupu určenou vzdálenost mezi stojkami, čili hustotu stojek. Porubní pilíř a jednotlivá stojkořadí mají tvořit přímku; d) používat jednotného typu stojek nebo mechanizovaných výztuží a výztuž stavět s příslušným předpětím; e) v porubech na řízený zával vytvořit pevnou a přímočarou zálomovou hranu, na níž se po vyplenění výztuže ve vyrubaném prostoru nadložní vrstvy dokonale prolomí a zaboří. V porubech se zakládkou je nutné dbát na včasné a pravidelné zakládání; f) zajistit rychlý a pravidelný postup porubu. Zálomovou hranu tvoří pevný stojkový plot (obr a 5.51) nebo konec stropního štítu mechanizované výztuže (obr. 10.2). V případě, že porubový pilíř není rovný, lze očekávat zvýšené napětí v pilíři a na výztuž v úsecích mimo pilířovou přímku. V oblastech s nebezpečím otřesů může být zvýšené napětí v pilíři příčinou důlního otřesu. Nejnovější typy mechanizovaných výztuží umožňují sledování přímosti porubu na PC u porubu, kde lze sledovat i tlak ve stojkách jednotlivých mechanizovaných výztuží (obr. 4.17). U starších typů mechanizované výztuže a u IHV provádíme vizuální kontrolu přímosti porubu. U zvlněného uložení sloje porubu požádáme útvar měřického oddělení o proměření přímosti porubu. Na uchování dobrého stropu a dokonalé řízení a ovládání nadloží bude mít vliv jednak geometrické rozmístění výztuže v porubu, čili systém výztuže, jednak odpor výztuže, který je funkcí hustoty a únosnosti stojek. S narůstající hloubkou dobývaných porubů musíme zvyšovat odpor výztuže. 225

226 Systém výztuže (systém budování) IHV IHV - individuální hydraulická výztuž se v dnešní době používá při dobývání nízkých slojí s nepravidelným vývinem mocnosti. Výztuž ocelovými hydraulickými stojkami a kloubovými stropnicemi byla popsána v kapitole Individuální výztuž. Jednotlivé operace pracovního cyklu jsou znázorněny na obr Obr : Postup těžby v porubu s IHV a) Na začátku cyklu b) Po vyuhlení a zavěšení kloubových stropnic c) Po přeložení porubového dopravníku, zabudování pilířové stojky a před pleněním Obr : Upínání hydraulické stojky pod stropnici Po vyuhlení pilíře strop zajišťujeme pomocí stropnice a botky (obr a 10-12). Mezi strop a stropnici vkládáme odkory pro zvýšení tření (obr. 5-49). Další operací je přeložení stěnového dopravníku a postavení hydraulických stojek. Před dopnutím hydraulické stojky pod pilířovou stropnici je nutno uvolnit botku, jinak bude tlakem stojky zničena (obr ). Jeden odkor má být umístěn na stropnici v místě upínané stojky, jinak může hydraulická stojka stropnici ohnout. Obr : Plenění stojky v porubu Závěrečnou fází jednoho cyklu je plenění závalových stojek (obr ). Rozestup mezi upínáním stojky a pleněním stojky musí být uveden v technologickém postupu a neměl by být menší než 5m. Plenění provádíme zásadně zdola směrem nahoru. Kloubové stropnice napojujeme takovým způsobem, aby šly plenit směrem dolů. Při vyrovnávání stojkořadí je nutno stropnice mezi sebou rozpojit. V technologickém postupu musí být uveden povolený počet rozpojených stropnic (počet by neměl přesáhnout 10%). Na úvratích zvyšujeme únosnost výztuže 226

227 pomocí hrání (obr. 5-52). Pro zajištění styku porub-chodba se v minulosti používaly prodloužené stropnice. V dnešní době se používají rovné ocelové profily podepřené hydraulickými stojkami nebo uchycené na svorníky ukotvené ve stropě spojované navzájem TH třmeny (obr a 10-16). Obr : Zajištění styku porub - chodba pomocí SHZ Obr : Zajištění styku porub - chodba bezestojkově pomocí svorníků Mechanizované výztuže V současné době je v OKR většina porubů vybavena mechanizovanou výztuží. Mechanizované výztuže se dělí podle mocnosti, viz odstavec Jednotlivé fáze zajišťování pracovního prostoru během těžebního cyklu jsou obdobné jako při IHV s tím rozdílem, že jsou všechny operace plně zmechanizované (mimo úvratě porubu). Obr : Výchozí postavení MV 227

228 Obr : Situace při vyuhlování kombajnem Obr : MV potažena k pilíři před přeložením porubového dopravníku Mechanizované výztuže (MV) musí být od mocnosti uhelné sloje 2,5 m vybaveny opěrnými štítky. MV se ovládají pomocí páčkových hydraulických ovladačů. Modernější MV lze naprogramovat a v příznivých částech porubu se děje potahování MV a překládání porubového dopravníku bez přítomnosti obsluhy. Jednotlivé řídicí jednotky jsou napojeny na centrální počítač u porubu. Obr : Řídicí jednotka MV 228

229 Zajištění styku porub - chodba je obdobné jako u IHV. Ve všech případech je však nutné dodržet několik základních pravidel: dveřej musí být podepřena alespoň ve dvou místech. Jsou to buď dvě stojky, nebo v případě nesoudržného stropu se vyvrtá do pilíře pod stropem vývrt a stropnice se vsune do tohoto vývrtu. Pod druhý konec se postaví stojka; v místě, kde se pod stropnicí staví stojka, musí stropnice přiléhat ke stropu. V případě, že je nad stropnicí volný prostor, musí se vyklínovat; dveřeje musí být situovány kolmo k pilíři; počet dveřejí a jejich vzájemná vzdálenost je daná v technologickém postupu, závisí na vzdálenosti mechanizované výztuže od chodby a na stropních a tlakových poměrech; pokud se musí budovat více dveřejí, staví se pod ně podvlak. Podvlak zvyšuje nosnost výztuže, ale jeho hlavní funkce spočívá v tom, že spojí jednotlivé dveřeje a vytvoří tak stabilní soustavu; Při použití kovových stropnic musí být kovové stojky upraveny tak, aby se nemohly vysmeknout. Například u TH rovin musí mít hlava stojky příslušný tvar, řešením je vložené dřevo (obr ). Obr : Zajištění styku porub - chodba Zajišťování nesoudržného stropu v porubu Nejčastější příčinou nesoudržného stropu je nedostatečný postup porubní fronty, kdy se předporubní tlaky přenesou na pilíř, rozdrtí uhelný pilíř a horninu v nadloží. Minimální postup porubu v závislosti na nadložních poměrech je 2 m na den. Výpadky v těžbě delší než jeden den se většinou ihned projeví ve zhoršených stropních poměrech na pilíři. Tuto problematiku řeší vcelku úspěšně zavedení nepřetržitého provozu. Úseky s nesoudržným stropem v porubu (tektonika, drobivý strop, výlomy) způsobují, že po vyuhlovací jízdě kombajnu dojde k protržení stropu dříve, než se stihne zajistit mechanizovanou výztuží. Takovéto úseky se proto zpravidla zajišťují s předstihem, tj. před vyuhlením pilíře. 229

230 Zajišťování se provádí pomocí rovných K rovin nebo dřevěných stropnic, které se zasunou do předem navrtaných otvorů v pilíři pod stropem a druhý konec se upne nad stropnicí výztuže (obr ). Obr : Zajišťování protrženého stropu v porubu V krajním případě může být v pilíři vyražena nová chodba, jejíž výztuž se protáhne nad mechanizovanou výztuž porubu. Mechanizovaná výztuž se pak bez jízdy kombajnu vtáhne do nové chodby a po vyplenění části výztuže na pilíři porub může pokračovat dál v těžbě. Zajišťování se provádí tímto pracovním postupem: před vrtáním otvorů pro TH rovinu se řádně obtrhá bok pilíře a strop se zajistí proti pádu horniny; široko profilovým (hnízdovým) vrtákem se navrtá do pilíře díra 1,5-3 m dlouhá; do navrtané díry se vloží rovný TH profil (délka cca 3 m), který se nastaví dalším kusem TH roviny, a to podle vzdálenosti stropnice sekce od vyvrtaného otvoru tak, aby byl jeden konec zasunut v dostatečné hloubce v pilíři a druhý na štítku sekce; vzdálenost jednotlivých K rovin zavrtaných do pilíře by neměla přesáhnout 0,75 m. Mezi K roviny a štítky sekcí se vloží odkory a sekce se upne. Před překládkou sekcí se musí pod TH profil nebo dřevěnou stropnici postavit SHZ stojka. Při větší vzdálenosti pilíře od štítku sekce se musí pod TH rovinou postavit SHZ stojka. Situování musí být takové, aby dobývací kombajn projížděl daný úsek volně bez nutnosti uvolňovat stojky zabudované u pilíře. V úseku nesoudržného stropu se musí uhelný pilíř zajistit proti vyjetí. Zajištění se může provést např. dřevěnými hranolky (30x30 mm) délky 3 m s použitím polyuretanové lepicí hmoty, nebo pomocí hydraulických svorníků s injektáží hmotami polyuretanových pryskyřic a jiné. Tyto práce se provádějí při zastaveném stěnovém dopravníku a kombajnu. 230

231 Rozdrcené nadloží se dá s úspěchem zpevnit prolepením dvousložkovým lepidlem natlakovaným do předem zhotovených vrtů. Často používaná je tato metoda zejména na styku porub chodba Zajištění místa práce u pilíře Při opravách kombajnů a stěnového dopravníku (výměna el. motoru, ramene, kotouče, vrátkové části, výměna vadných plechů apod.) musí být dodržena zásada, že pracovníci provádějící opravy, musí mít prostor v daném úseku řádně zajištěn (obr ). Obr : Zajištění místa práce u pilíře Zajištění se provádí pomocí dřevěných stropnic, častěji ocelových K rovin, založených nad štítky výztuže. Na pilířové straně se pod stropnice postaví SHZ stojky. Na každý štítek sekce musí být upnuty dvě stropnice a strop řádně zapažen odkory, a to minimálně třemi kusy. Dále platí: Bok pilíře musí být za SHZ stojkami zapažen, aby nedošlo k vyjetí pilíře. Vzdálenost jednotlivých stropnic od sebe, měřeno po úklonu sloje, nesmí přesáhnout ve velmi dobrých stropních podmínkách 1m. V horších stropních podmínkách musí být vzdálenost zabudovaných dveřejí úměrně snížena (obvykle dvě stropnice na štít). Při opravě dobývacího kombajnu musí být vypnut přívod el. energie do dopravníku. Je-li nutno uvést dopravník do chodu, musí se pracovníci provádějící opravy vzdálit do bezpečného místa a musí být s tímto záměrem seznámeni. Taktéž musí být vypnut přívod el. energie do kombajnu. V případě mimořádných podmínek, kde nelze prostor zajistit tak, jak je uvedeno, rozhodne o způsobu zajištění předák a technický dozor Budování chodby na styku s porubem pomocí K rovin a SHZ stojek Výztuž chodby se v oblasti porubu zpevňuje systémem podvlaků postavených pod stávající obloukovou výztuž (obr ). Jako stropnice se používá K rovin délky 3 m. Jednotlivé roviny se spojují pomocí třmenů stejně jako ocelová oblouková výztuž (TH oblouky). Pod K roviny se staví SHZ stojky (obr ). Počet rovinových tahů (nejčastěji jeden nebo dva) a délka zabudovaného úseku před porubem jsou dány v technologickém postupu. 231

232 Obr : Budování chodby u porubu Obr : Budování chodby u porubu Při budování TH rovin se musí dodržovat zejména tato opatření: roviny se musí zakládat minimálně 40 cm a spojovat dvěma třmenovými spojeními; zakládání TH rovin se musí provádět tak, aby byla možná jejich demontáž před pleněním TH výztuže za porubem; výškové nerovnosti mezi vrchním obloukem ocelové výztuže chodby a TH rovinou se musí řešit vyklínováním dřevěnými vložkami; stojky SHZ se musí uvazovat k podvlakům řetízkem proti pádu při uvolnění Budování chodby na styku s porubem bezestojkovým způsobem V současné době se zavádí kombinovaná výztuž na chodbách v okolí porubů, zejména u chodeb pro dvojí využití. Kombinací podpěrné výztuže se svorníkovou výztuží odstraníme z chodby hydraulické stojky zajišťující podvlaky, což podstatně zjednoduší budování a zajišťování prostoru při překládání pohonu porubového dopravníku. Obr : Bezestojkové zajišťování chodby u porubu Před upnutím (dotažením) svorníků je nutno podpěrnou výztuž vyhraňovat (obr ). Délku lanových svorníků určujeme podle typu nadloží a může vzniknout i požadavek na 15 m dlouhý lanový svorník. Lanové svorníky jsou kombinované s K nebo RTH rovinami, aby byly účinně provázané s podpěrnou obloukovou výztuží. Provázání obou typů výztuže musí být provedeno takovým způsobem, aby šlo obloukovou výztuž plenit (obr. 5-38). 232

233 Plenění chodeb za postupujícím porubem Plenění výztuže za porubem je práce se zvýšeným nebezpečím, a proto musí být určen stálý dozor a musí být zpracovaná provozní dokumentace (tvoří přílohu technologického postupu porubu). Plenit mohou jenom určení pracovníci. Obr : Plenění výztuže na chodbách Plenění kompletu TH výztuže provádíme strojně pomocí plenicího vrátku. Před každým použitím vrátku je nutno provést kontrolu jeho ukotvení, lana, úvazku (lano zapleteno) ukončeného hákem apod. Vrátek musí být ukotven v bezpečné vzdálenosti od místa plenění. Při plenění se nesmí nikdo zdržovat mezi místem plenění a vrátkem. Po dobu strojního plenění musí být místo plenění zkrápěno vodou po celém obvodu. V okolí místa plenění musí být při plenění nepřetržitě měřena koncentrace metanu v důlním ovzduší. Po dobu plenění se musí zastavit hřeblový dopravník. Postup při plenění TH výztuže za postupujícím porubem: provede se zkrácení potrubních řádů, zkrácení sběrného dopravníku v případech, kdy není instalován dopravník zavěšený na drážce ZD-24 s průběžným potahováním; vedle TH roviny (podvlaku) se pod horní oblouky pleněné výztuže postaví stojky SHZ; vyplení se stojky postavené pod podvlakem (rovinou TH); demontuje se uvolněný podvlak (rovina TH); pak se přistoupí k odstranění dřevěných a ocelových rozpínek na délku jednoho pole. Uvolní se matice třmenů na spoji vrchního a bočního oblouku na straně porubu. Uvolnění se provede pomocí klíče s dlouhou násadou, při tom se použije gumový kryt chránící pracovníka proti mechanickému poranění. Uvolňování matic třmenového spojení provádí jen jeden pracovník, ostatní musí být v bezpečné vzdálenosti od místa povolování třmenů; vyplení se uvolněný boční oblouk, a to tak, že se obepne vysokopevnostním řetězem (obr. 9.72), za který se uchytí hák a pomocí plenicího vrátku se vytáhne; pod horní oblouk se postaví dřevěná stojka a vyplení se tam postavené hydraulické stojky; zbytek oblouku se vyplení stejným způsobem, jak se plenil první oblouk. Výše uvedený postup je postupem rámcovým. Chodby mohou být zabudovány stejným způsobem, např. SB-profil, jeden nebo dva podvlaky apod. Z toho pak vyplynou nutné odchylky od popsaného způsobu. Zásadně se musí dodržet postup stanovený technologickým postupem Porubové dopravníky Z ploše uložených slojí ze stěnových porubů odtěžujeme rubaninu výlučně pomocí porubových dopravníků a na ně navazujících podporubových dopravníků (obr ). Porubové dopravníky jsou nedílnou součástí mechanizovaných komplexů. Typ porubového dopravníku je určen dobývacím zařízením porubu (dobývacím kombajnem nebo pluhem), 233

234 druhem použité výztuže a předpokládanou těžbou. V porubu je dopravník přemísťován k pilíři pomocí překládacích válců; u IHV jsou překládací válce ukotvené hydraulickou stojkou do stropu (obr ) a u mechanizovaných výztuží jsou překládací válce součástí MV. Obr : Přesyp porubový - podporubový dopravník Obr : Ukotvení překládacího válce Obr : Překládání porubového dopravníku pomocí překladačů MV Obr.10-31: Žlab kombajnového provedení 1 - Žlab 2 - Sada činka - závora 3 - Nahrnovací štít a pojezdová plošina dobývacího kombajnu 4 - Úchyt hřebenu pro pojezd dobývacího kombajnu 5 - Kontrolní okno spodní větve řetězu dopravníku 234

235 Žlaby porubového dopravníku mají zakrytou spodní větev, aby byla konstrukce žlabu pevnější a aby při překládce nedocházelo k nahrnutí těživa do spodní větve dopravníku. V porubu se montuje každý pátý žlab s kontrolním oknem dopravního řetězu spodní větve (obr ). Žlaby jsou navzájem spojovány pomocí činky - závory. Plynulý chod porubového dopravníku je závislý na přiměřeně napnutém těžebním řetězu; z tohoto důvodu jsou porubové dopravníky vybaveny napínacím rámem na úvrati porubového dopravníku (obr ). Obr : Napínací rám porubového dopravníku Obr : Ukázka na monitoru PC u porubu - napínání řetězu Stav napnutí řetězu porubového dopravníku lze sledovat na monitoru počítače (obr ) u porubu, kde lze zjistit i stav hydraulických spojek, zatížení předního a zadního pohonu porubového dopravníku apod. Obr : Sledování údajů na PC u porubu Obr : Porubový dopravník 235

236 Součástí porubového dopravníku jsou boční plechy (obr , pozn. 1) se zahrádkou, ve které se pohybuje kabelový tahač - přívod energie a vody pro kombajn (obr , pozn. 2). Porubovým dopravníkem je veden i dobývací kombajn (obr ). Pomocný pohon porubového dopravníku je překládán pomocí tlačných válců v porubu, případně i pomocí plenicího vrátku, umístěného na třídě u porubu. Prubový dopravník má pevný spoj s podporubovým dopravníkem a hlavní pohon porubového dopravníku překládáme pomocí překládacího zařízení podporubového dopravníku (obr a 10-37) a překládacích válců v porubu. S překládáním hlavního pohonu porubu potahujeme současně i podporubový dopravník. Obr : Podporubový dopravník Obr : Překládací zařízení Dobývací kombajny V současné době dobýváme v OKD uhlí stěnováním pomocí dobývacích komplexů. Mimo oblasti s nebezpečím průtrží uhlí a plynů komplexy sestávají z mechanizované výztuže, porubového dopravníku a dobývacího kombajnu. Dobývací kombajny konstrukčně přizpůsobujeme zejména dobývané mocnosti. Dobývací kombajn slouží k rozpojování uhelného pilíře v porubech a pro nakládání rubaniny na porubový dopravník. Kombajn pojíždí po žlabech porubového dopravníku. Rozpojování uhelného pilíře se provádí pomocí speciálních nožů umístěných na řezných orgánech. Řezné orgány jsou zhotoveny ve tvaru šroubovice, pomocí kterých je rubanina nakládána na porubový dopravník. Tabulka č. 15: Základní parametry dobývacích kombajnů v OKD (rok 2012) KGS 445 KGS 645 SL 300 SL 500 KGE-750F KGE- 710F Maximální výška dobývání mm Minimální výška průjezdu * mm Průměry dobývacího orgánu mm až 2200 až 2000 až 1600 až 2500 až 2500 až 1800 Max.instalovaný výkon kw Napájecí napětí V Přípustný podélný úklon º Přípustný příčný úklon dovrchně º Přípustný příčný úklon úpadně º Hmotnost kombajnu t ,4** 72** 81 až 40 * Minimální výška průjezdu kombajnu je dána zejména průměrem dobývacího orgánu a použitím ochranného krytu. S výrobcem lze dohodnout úpravy kombajnu s ohledem na minimalizaci výšky. ** Hmotnost je bez dobývacích orgánů. 236

237 Obr : Základní části dobývacího kombajnu - boční pohled 1 Napájecí soustava 6 Kombajnové saně 11 Hydraulická instalace 2 Rám 7 Ramena (levé a pravé) 12 Vodní instalace 3 Elektroskříň 8 Rozpojovací orgány (levý a pravý) 13 Soustava krytů 4 Vrátky (2 kusy) 9 Nakládací štíty (2 kusy) 5 Klouby (2 kusy) 10 Drtič kusů Obr : Základní části dobývacího kombajnu - čelní pohled 1 - Řezný orgán 2 - Pojezdová lyžina 3 - Dopravní žlab 4 - Vodicí lyžina 5 - Držák kola s cévovým ozubením 6 - Jumbotrack 7 - Boční plech dopravníku 8 - Ochranný kryt Obr : Pojezd dobývacího kombajnu Dobývací kombajn se pohybuje po porubovém dopravníku. Stabilní pojezd je zajištěn pomocí skříně pojezdu a hřebenové tratě (na obrázku označeno 1) a od pilířové strany pomocí vodicí lyžiny (na obrázku označeno 2) 237

238 Rám válcového kombajnu Rám válcového kombajnu nese hydraulické válce pro zvedání a spouštění řezných orgánů a slouží jako montážní deska pro montážní uzly: 2 x ložiskové uložení, 2 x vrátek, elektro jednotka a hydraulická jednotka. Obr : Rám válcového kombajnu a montážní podskupiny 1 Rám hydraulického válce 3 Ojnice 5 Vodicí lyžina 2 Hydraulický válec 4 Spojovací stojan Ložiskové uložení Pomocí ložiskového uložení je spojeno řezné rameno s rámem válcového kombajnu. Obr : Ložiskové uložení 1 Ložiskové uložení 2 Kytování Řezné rameno Řezné rameno rozpojovacího orgánu nese řezný motor a přenáší jeho výkon čelním ozubeným soukolím a planetovým převodem na řezný orgán. Pro chlazení součástí převodovky se používá voda pro porubní stěnu, která se následně používá k odstraňování prachu na tryskách řezných válců a je vedena přes nosné rameno. Na nosném rameni se kromě toho nachází hydraulický motor zařízení pro naklánění radlice. Držák nosného ramene je se skříní nosného ramene válce spojen hydraulicky předpjatým závitovým čepem (tažnou kotvou). Obr : Řezné rameno 1 Řezné rameno orgánu 2 Řezný motor 3 Držák nosného ramene 4 Spínací spojka se střižnou hřídelí 5 Radlice 6 Řezný orgán 238

239 Přídavný válec Přídavný válec je namontován na náběhové straně dopravníku válcového kombajnu. Jeho úkolem je upravovat hrubý dopravovaný materiál, který leží před strojem, na potřebnou výšku tak, aby mohl tento materiál být bez problémů odtěžen pod strojem. Obr : Přídavný válec 1 Nosné rameno 2 Motor s převodovkou 3 Válec vykývnutí 4 Hřídel vykývnutí 5 Válec 6 Kryt Obr : Hydraulicky přestavitelný ochranný kryt kombajnu Ochranný kryt má za úkol chránit obsluhu v místě nasazení válcového kombajnu před padající horninou. Navíc jsou ochranným krytem také chráněny citlivé obslužné prvky válcového kombajnu. Nakládací štít Obr : Nakládací štít Každé rameno kombajnu je dodatečně vybaveno nakládacím štítem, podporujícím proces nakládky na porubový dopravník. V závislosti na směru pohybu kombajnu se přestaví nakládací štít do příslušné pracovní polohy pomocí hydromotorů (umístěných v tělese ramene) pohánějících ozubený převod (poz.1), jež tvoří mechanizmus otáčení nakládacích štítů. V průběhu jízdy kombajnu pracuje nakládací štít jako vlečený, tzn. s pluhem (poz.2) přemísťujícím se po počvě nebo uhelné polici. 239

240 Řezné orgány Kombajn je vybaven šnekovými řeznými orgány patřičných rozměrů v pravém a levém provedení. Větší průměry mají dělenou konstrukci. Řezný orgán pravý je orgán, jež má pravý smysl vinutí šneku (poz.1) (tvoří pravotočivý závit), naproti tomu levý orgán má levý směr vinutí šneku (tvoří levotočivý závit). Orgány jsou vybaveny skrápěcími tryskami, jež jsou namontovány na řezném štítu a deskách orgánu (poz.2). Napájení vodou je realizováno otvorem provedeným v hlavním hřídeli, jenž je propojen s vodním pláštěm bubnu pomocí tlakových spojek a hadic. Orgán je osazen na hlavním hřídeli ramene na tzv. kvadrát (poz.3), jenž usnadňuje montáž a demontáž orgánu na kombajnu. Proti sesunutí je orgán zajištěn pomocí šroubů (poz.4), spojujících orgán s evolventně kvadrátovým pouzdrem ramene. Obr : Řezné orgány Obr : Nůž řezného orgánu Přímé rozpojování horniny válcovým kombajnem je prováděno noži na řezném orgánu. Na řezném orgánu jsou pravidelně rozmístěné držáky nožů (poz.1), ve kterých jsou zajištěna pouzdra nožů (poz.2). Do pouzder jsou nabíjeny nože (poz.3). Po každém pokosu je nutno zkontrolovat stav nožů a pouzder nožů. Poškozené nože je nutno vyměnit. Vodní zkrápění na řezném orgánu Vodní zkrápění slouží ke zneškodňování prachu a ochlazování nožů řezného orgánu. Funkčnost trysek je nutno pravidelně kontrolovat a případně je vyměnit. Obr : Vodní tryska řezného orgánu 240

241 Ovládání kombajnu Válcový kombajn může obsluha stroje řídit pomocí ručních ovládacích přístrojů na stroji, nebo radiovými ovládacími přístroji (obr ). Radiový provoz je bez poruch možný až do vzdálenosti cca 15 m od stroje. Plně nabitý akumulátor vydrží při normálním provozu po dobu jedné směny. Obsluha stroje nesmí s aktivním přístrojem radiového vysílání přijít do blízkosti přijímací antény do vzdálenosti menší než 0,5 m, jelikož dojde k odpojení stroje od přívodu proudu. Obr : Obsluha ovládající kombajn bezdrátovým systémem Řídicí a kontrolní systémy Počítačové systémy jsou uplatněny i u novějších válcových kombajnů. Ve spojení s intranetem lze sledovat technické a provozní parametry válcových kombajnů na všech řídicích stanovištích. Obr : Monitoring válcového kombajnu na PC Řídicí program válcového kombajnu nám umožňuje sledovat nejdůležitější měřené hodnoty, mezi které patří: a) teploty - motorů, převodovek, hydraulických okruhů apod. b) kontrola tažné síly, postupové rychlosti a polohy kombajnu v porubu c) průtoky vody d) elektrické napětí a proudy Mezi přednosti patří vyhodnocování chybových stavů a dlouhodobá archivace všech naměřených a vyhodnocených stavů. Z monitorů lze určit rychlost, směr postupu a polohu kombajnu v porubu, teploty motorů řezných orgánů a vrátkových pojezdů a podobně. 241

242 Způsob práce s válcovým kombajnem (příklady) Vyuhlování kombajnem může být provedeno různým způsobem. Válcový kombajn nesmí být zatížen zpětnými silami. Délka zpětné smyčky dopravníku je závislá na šířce žlabu a na řezné hloubce. a) Zahájení pokosu v oblasti středu porubu 1. pracovní postup: obr : Výchozí pozice ve spodní úvrati před nájezdem na střed porubu 2. pracovní postup: obr : Dobývací jízda k horní chodbě 3. pracovní postup: obr : Přeložení výztuže a porubového dopravníku ve spodní části porubu 242

243 4. pracovní postup: obr : Dobývací jízda až k patní chodbě b) Vyuhlování v oblasti přechodu porub - chodba 1. pracovní postup: obr : Dobývací pojezd až k chodbě 2. pracovní postup: obr : Přeložení porubového dopravníku a výztuže cca. 20 m před chodbu 3. pracovní postup: obr : Dobývací jízda do oblasti přeloženého porubu 243

244 4. pracovní postup: obr : Přeložení dopravníku, přeložení výztuže a následně dobývací jízda k chodbě 5. pracovní postup: obr : Rychlý pojezd a dobývací jízda až k protilehlé chodbě včetně překládky výztuže a dopravníku Dobývání uhelnými pluhy Uhelné pluhy pracují na principu odřezávání tenké třísky uhlí z uhelného pilíře a tvoří samostatnou skupinu dobývacích strojů s malou délkou záběru. Podmínky pro dobývání pluhem: sloj bez tvrdých proplástků, uhlí vrstevnaté s dobře vyvinutými střihy, dobrá odlučnost uhlí od stropu, rovná a pevná počva, bez větších tektonických poruch, postavení porubní fronty pod co nejmenším úhlem ke střihům a využití patkového tlaku ve stěně, optimální délka pluhové stěny do 200 m, nejpříznivější mocnost sloje pro pluhování je od 0,8 m do 1,5 m s úklonem do 25. Základní znaky práce uhelného pluhu Pluh je tažen podél stěny v obou směrech velkou rychlostí 0,36 až 2,00 m/s a nože stupňovitě rozmístěné na tělese pluhu odřezávají třísku uhlí tlustou 50 až 200 mm. Odříznuté uhlí se rozdrobuje po střizích a po nakloněné ploše pluhu padá na hřeblový dopravník. Hřeblový dopravník, který je součástí pluhové soupravy, vede a přitlačuje uhelný pluh k pilíři hydraulickými přítlačnými válci rozmístěnými po 4,5 m na celé délce hřeblového dopravníku, případně překládacími válci mechanizovaných výztuží. Pluh je tažen podél délky stěny nekonečným řetězem vedeným přes hnací řetězová kola k pohonným jednotkám umístěným na obou koncích dopravníku (součást pohonů dopravníků). 244

245 Konce řetězu jsou upevněny na tělese pluhu. Jedna větev je volná, druhá je vedena ve vodicích rourách připravených na dopravníku. Celá pluhová souprava je na vrchní úvrati porubu ukotvena kotvicím zařízením. Jízda pluhu vyžaduje bezstojkovou porubní frontu (volný pilíř), a tedy ihned únosnou výztuž mechanizovanou nebo individuální. Aby šířka obnaženého stropu mezi pilířem a prvním stojkořadím byla co nejmenší, používá se u celokovové individuální výztuže předvěšování stropnic. U nesoudržného nadloží nebo v tektonickém pásmu se po částečném vyuhlení staví provizorní výztuž. Konstrukce pluhové soupravy, práce v pluhových stěnách Pluhové těleso je stavebnicové konstrukce, která umožňuje nastavovat pluh na žádanou výšku. Konstrukce je souměrná k příčné ose pluhu, takže je možno rozpojovat a nakládat uhlí v obou směrech jízdy. Obr : Vytrhávací pluh v komplexně mechanizovaném porubu Vedení pluhu u starších typů zajišťuje vícedílná základová deska umístěná pod porubovým dopravníkem (obr ). U novějších typů je vedení bantamové po hraně dopravníku (obr ). Podle způsobu uchycení pak rozeznáváme vedení pluhu závalové nebo pilířové. Pluhová souprava je řízena dálkovým ovládáním od panelu, umístěném zpravidla na těžní třídě (obr ). Signalizaci chodu zajišťují hovorové jednotky umístěné na závalové straně dopravníku pro signální a hovorové spojení osádky a obsluhy panelu. Obr : Kompletně smontovaný vytrhávací pluh RHH

246 Obr : Obsluha pluhu Podle potřeby se na obou koncích stěny vyuhlují výklenky. Stěnový porub je rozdělen podle druhu výztuže na úseky, ve kterých zaměstnanci vykonávají všechny potřebné operace od kontroly chodu pluhu přes zajišťování porubu, plenění, přemísťování tlačných válců a další potřebné pracovní operace. Výhody použití pluhu Uhelný pluh je jednoduchý, spolehlivý a výkonný. Může se přizpůsobit v určitém rozmezí proměnlivým podmínkám, zejména v nízkých slojích, protože délka pluhového tělesa je malá. Kusovitost (zrnitost) uhlí je mnohem příznivější než u jiných dobývacích strojů. Přináší vyšší úroveň kultury práce (nízká hlučnost, nižší prašnost než u kombajnů). Zajišťuje bezpečné dobývání v průtržových slojích. Vyznačuje se nízkou měrnou spotřebou energie v porovnání s ostatními dobývacími stroji a tím i nižšími náklady na vydobytou tunu uhlí. Vychýlení žlabů dopravníku Nadměrnými úhlovými odchylkami se zvětšuje teplota řezu pluhu a vedení pluhu. Horké povrchy mohou zapříčinit vznícení výbušného ovzduší a prachu. Pravidelně je nutno kontrolovat činkové spoje žlabů pluhu. Poškozené nebo prasklé spojovací činky je nutno ihned vyměnit. Obr : Maximální přípustné úhlové výchylky žlabů dopravníku 1 - Žlab vytrhávacího pluhu 2 - Spojovací činka 3 - Vedení řetězu pluhu 246

247 Průběh operací komplexně mechanizovaného pluhového porubu Technologie dobývání Těžní první a druhá směna (častěji je údržba prováděna v ranní směně - cena elektrické energie v ranní směně je největší, následující party jsou těžební) zahajuje rozpojování pilíře pluhem. Rozpojování provádíme u kratších porubů v celé délce porubu, u delších porubů a v porubech s IHV vyuhlování provádíme po úsecích (obr ). Po vyuhlení daného úseku přeložíme mechanizovanou výztuž a současně se vyuhluje další úsek. U IHV ve vyuhleném úseku zajistíme strop kloubovými stropnicemi a následně postavíme výztuž pod stropnice na pilířové straně a vypleníme poslední stojkořadí od závalového prostoru. Obr : Graf průběhu operací Úvratě zajišťujeme obdobným způsobem jako u dobývání pomocí válcových kombajnů, případně úvratě vyuhlujeme pomocí trhací práce nebo ručně Vybavování porubů a) Vybavování porubu přímým překlizem mechanizované výztuže Obr : Přímý překliz MV po závěsné drážce 247

248 Poruby vybavujeme přímým překlizem mechanizované výztuže z jednoho porubu do druhého, pokud je mechanizovaná výztuž v pořádku. V současné době používáme pro překliz mechanizované výztuže speciální transportní hydraulické zvedací zařízení (obr ) na speciálně upravené závěsné drážce ZD 24. Podle typu překlizené výztuže musíme mít po celé trase překlizu dostatečný prostor, zejména dostatečnou výšku. Přepravovaná mechanizovaná výztuž může dosáhnout až 45 tun hmotnosti. Přímým překlizem mechanizovaných výztuží ušetříme spoustu času a nákladů na demontáž a následovně na montáž mechanizované výztuže. b) Vybavování porubu s montáží mechanizované výztuže Mechanizovanou výztuž skládáme z dopravených jednotlivých dílů v montážní komoře. Většinou se jedná o velkoprostorové důlní dílo, které dosahuje výšky až 5,5 m. Obr : Montážní komora pro mechanizované výztuže pomocí speciálního hydraulického dopravního zařízení po ZD 24. Montážní komora umožňuje budování zhuštěné na 0,5 m a jednotlivé obloukové výztuže jsou podélně vyztuženy rovinovými tahy. Na takto zesílenou výztuž můžeme zavěsit zvedací zařízení. Smontované mechanizované výztuže jsou následovně přepraveny z montážní komory do porubu Příprava porubu na rozjezd Prorážka musí mít pro vytáčení mechanizované (obr ) výztuže dostatečnou šířku (7 až 11 m podle typu výztuže). Vytáčení je prováděno pomocí vrátků se vzduchovým pohonem. Obr : Vytáčení MV v porubu 248

249 Obr : MV při upínání v porubu Správnou polohu pro upínanou mechanizovanou výztuž určují smontované žlaby porubového dopravníku, na které se ihned po vytočení napojují. Obr : Za upínanou MV ihned pleníme boční oblouky Současně s upínáním sekcí mechanizované výztuže a montáží porubového dopravníku montujeme podporubový dopravník, pásové dopravníky a dobývací kombajn. Před zahájením těžby odpleníme rohové a boční díly výztuže prorážky i na pilíři. Obr : Porub připraven na těžbu Při rozjezdu porubu sledujeme závalový prostor, zda nedochází k opožďování závalu nad stanovenou vzdálenost uvedenou v technologickém postupu. Pokud by docházelo k opožďování vývinu závalu nad uvedenou hodnotu, provedeme ve stropě závalového prostoru trhací práci. 249

250 Likvidace porubu Postup porubní fronty je ukončen " STOP ČÁROU ". Poslední vyuhlovací pokosy slouží k instalaci umělého stropu a k vytvoření manipulačního prostoru. Umělý strop má umožnit vytažení pleněné mechanizované výztuže, aniž by vytvořený prostor zasypala hornina z nadloží. Porub je vhodné přebudovat do dřeva a zachovat průchod větrního proudu přes porub. Pokud dojde k zavalení již vypleněného prostoru v porubu a ztrátě větrního proudu, musíme nainstalovat separátní větrání. Příprava porubu na likvidaci Příprava začíná instalací umělého stropu. Na umělý strop používáme dřevěné lupanky dlouhé 3 metry navzájem spojené řetízky. Dobrých výsledků je dosaženo zhotovením umělého stropu pomocí stropních sít. Obr : Umělý strop zhotovený z lupanek Obr : Umělý strop zhotovený ze sít a ocelových rovin Síta mají rozměry podle šířky mechanizované výztuže a podle pokosu kombajnu. Nejčastěji 1,5 m x 0,75 m, případně 1,75 m x 0,8 m. Instalují se v podélných pásech. Na koncích mají 250

251 háčky, pomocí kterých se napojují na sebe. Pásy se mezi sebou spojují ocelovým drátem. Další pás je vždy posunutý o půl délky jednoho síta. Pokud jsou celé mechanizované výztuže obložené umělým stropem, vytváříme před nimi manipulační prostor s dostatečnou šířkou pro jejich vytočení a vyklizení. Strop zajišťujeme skládaným podvlakem z ocelových tyčí, směrovaných kolmo na pilíř. Nad jednou MV instalujeme dva podvlaky. Mezi podvlaky a strop dáváme lupanky. Poslední fází je instalace podélného podvlaku z ocelových tyčí těsně před štítky MV. Obr : Porub připravený na plenění výztuže Pokud jsou všechny pokosy hotovy, demontujeme a vyklidíme dobývací kombajn. Následovně do rubání dopravíme dostatek dřeva na likvidaci (obr ). Před zahájením plenění mechanizované výztuže demontujeme a vyklidíme porubový dopravník a nainstalujeme plenící vrátky. Pokud není vybudován přímý překliz mechanizovaných výztuží, pak v blízkosti porubu zhotovíme demontážní komoru. Obr : Manipulační prostor před pleněnými mechanizovanými výztužemi 251

252 Plenění mechanizované výztuže První vypleněnou sekci mechanizované výztuže vytáhneme do manipulačního prostoru a pootočíme ji rovnoběžně s porubní frontou. Nazveme ji hráňovou výztuží a zajišťujeme s ní prostor před každou další pleněnou mechanizovanou výztuží (obr ). Obr : Hráňová mechanizovaná výztuž, dále HV Operace při plenění mechanizované výztuže Pokud je prostor v okolí MV řádně zabudován, tak ji povolíme (obr ). Obr : Povolená MV při plenění Pomocí vlastního překládacího válce ji potáhneme, překládací válec uchytíme za HV. Pomocí plenicích vrátků MV vytočíme a vtáhneme do manipulačního prostoru. Vytvořený prostor zabudujeme do dřeva. Průměr dřevěné stojky je stanoven podle mocnosti v porubu, nejméně však 20 cm. Dřevěné stojky stavíme pod provázané ocelové tyče, mezi stojku a ocelovou tyč vkládáme přítes ze dřeva (obr ). 252

253 Obr : Budování prostoru po vyplenění MV V místech se zvýšenými tlaky, například v místech tektonických poruch, vypleněný prostor zajišťujeme navíc hráněmi (obr ). Obr : Hráň ve vypleněném prostoru porubu Vypleněnou MV dopravujeme manipulačním prostorem porubu a podporubovou chodbou do demontážní komory pomocí vrátků smykem po počvě, smykem po kolejnicové trati, pomocí speciálního pojezdového zařízení, případně pomocí speciálního hydraulického zvedacího zařízení po ZD 24. Obr : Doprava MV smykem po koleji na montážní plošině 1 - mechanizovaná výztuž 2 - vodicí dopravní deska s úvazkem pro lano 3 - tažné lano vrátku 4 - nosná kolejnice 115 mm 5 - pražce (tyč profilu I) Demontážní komora je obdobou montážní komory. 253

254 Dobývání velmi nízkých slojí pomocí škrabákových pluhů Obr : Škrabáková nádoba PN-1 Dobývání škrabákovými pluhy je určeno pro nízké sloje s mocností od 0,4 do 0,7 m a úklonu do 30º. Podmínky pro nasazení škrabáku jsou stejné jako u pluhu, až na to, že pevnost uhlí nemá přesáhnout 15 MPa. Strop musí být tak pevný, aby bylo možno jej nechat nezabezpečený v celé délce porubu v šířce 1,1 až 2 m. Způsob dobývání je podobný jako u pluhu, ale celé zařízení je mnohem jednodušší. Škrabákové zařízení je škrabáková nádoba (obr ), kterou tvoří dvě podélné bočnice, z nichž tlustší ze strany od uhelného pilíře je opatřena čelními a bočními (předřezávacími) noži, které odřezávají a strhávají uhlí z pilíře. Nádoba je stavebnicové konstrukce a její obsah se mění vloženými nádobami nebo nástavnými plechy od 0,5 do 1,1 m 3. Jednotlivé části jsou mezi sebou spojeny kloubově, aby se nádoba mohla přizpůsobit nerovnostem počvy. Obr : Porub s řetězovým škrabákem Škrabáková nádoba je tažena podél stěny lanem nebo řetězem vedeným k pohonům, umístěným na těžní a výdušné chodbě. Pojíždějící škrabák rozpojuje uhlí v obou směrech, ale shrnuje uhlí po počvě jen v jednom směru k těžní chodbě, takže v porubu odpadá dopravník. Při větší délce porubu a pro zvýšení těžební kapacity se zavěšují za sebou dvě až tři nádoby; každá z nich rozpojuje uhlí ve svém úseku stěny a předává je další nádobě o větším obsahu. Pro úspěšné dobývání škrabákovými pluhy je nejvhodnější buď směrné stěnování s mírně zešikmenou porubní stěnou, aby přítlačná síla nádoby na uhlí byla co největší, nebo stěnování úpadní. Nevýhoda dobývání škrabákovými pluhy spočívá v tom, že se provoz škrabáku musí po vyuhlení pokosu z bezpečnostních důvodů zastavit, aby mohl být porub zabezpečen výztuží. Aby se tento nedostatek odstranil, bylo celé zařízení 254

255 doplněno ochranným vedením, které odděluje po celé délce porubu jízdní dráhu nádoby od ostatního prostoru porubu. Vedení se přesouvá tlačnými válci. Za přijatelných stropních podmínek stačí v porubu postavit jen kontrolní dřevěné stojky ve vzdálenosti 10 až 20 m od sebe. Kontrolní stojky může postavit zařízení namontované na škrabákové nádobě a porub může být bez pracovníků. Obr : Umístění poháněcí stanice škrabáku na těžní chodbě Dobývání mocných ploše uložených slojí stěnováním Jak již bylo uvedeno v odstavci 5.3.2, sloje do mocnosti 6 m dobýváme v plné mocnosti, např. pomocí mechanizované výztuže DBT 2800/6000. Aby se mohly velmi mocné sloje dobývat stěnováním bezpečně a s využitím co nejrozsáhlejší mechanizace, rozdělují se na dvě nebo více lávek, čili plastů, které se dobývají každá samostatně, jedna po druhé. Počet a mocnost lávek se řídí celkovou mocností a strukturou sloje a charakterem nadloží a podloží. Mocnost jedné lávky se volí tak, aby v ní lidé pracovali pohodlně a bezpečně, a tak dosahovali optimálních výkonů. Mocnost jednotlivých lávek se pohybuje mezi 2 až 3 m a samozřejmě se přizpůsobuje proplastkům ve sloji, vrstevnatosti uhlí apod. Jak se přistupuje k dobývání jednotlivých lávek, zda se vyrube v celém úseku důlního pole nejdříve jedna lávka a teprve po určitém časovém odstupu další lávky, nebo se rube více lávek s určitým délkovým odstupem za sebou, zda se dobývá na zakládku nebo na zával, to vše závisí na jakosti nadloží, na náchylnosti uhlí k samovznícení a na tom, zda jsou v nadloží proslojky, nebo ne. Proto pro dobývání takových slojí platí zásada dobývat zásadně od hranice z pole. Pokud je ve vhodném místě proplastek, může být využit jako strop níže položené části sloje (obr ), vrchní lávka se může dobývat na řízený zával. Jako ochranný poval je z hlediska vzniku záparu v závalovém prostoru nebezpečné ponechávat vrstvu uhlí. Většina druhů černého uhlí je totiž velmi náchylná k zapaření. Z tohoto důvodu neponecháváme uhelný celík, ale klademe na počvu umělý strop, který musí zamezit prosypávání rozvolněných průvodních hornin z nadloží do pracovního prostoru (obr a 10-86). Umělý strop však lze klást pouze při použití IHV výztuže, u mechanizovaných výztuží pouze u kráčejících typů. Při dobývání pod umělým stropem bylo dosahováno lepších výsledků, pokud měl závalový 255

256 prostor dostatek času se konsolidovat. Dostatečně pevný strop se vytvoří i při použití zakládky, zejména pokud máme možnost na počvu položit a provázat pletivo (obr ). Obr : Sdružené stěnování ve třech lávkách od stropu k počvě na zával 1 - Individuální výztuž 2 - Dobývací kombajn 3 - Umělý strop 5 - Mechanizovaná výztuž Obr : Sdružené stěnování - vrchní lávka se dobývá s umělým stropem a foukanou zakládkou před spodní lávkou dobývanou na řízený zával 1 - Individuální výztuž 2 - Dobývací kombajn 3 - Umělý strop 4 - Foukaná zakládka 5 - Mechanizovaná výztuž Dobývání s umělým stropem Pokud od sebe nejsou lávky nebo sloje odděleny pevnějším proplástkem mocným alespoň 30 až 40 cm, který by mohl tvořit přírozený strop, jednotlivé lávky se dobývají shora dolů tak, že na počvu vrchní lávky se před zavalováním nebo zakládáním položí umělý strop pro spodní lávku. Umělý strop se klade různým způsobem. Na obrázku je umělý strop z drátěného pletiva navzájem propleteného, tzv. křížová vazba. Používá se dvojí šířky pletiva, a to pásu o šířce 60 cm a pásu o šířce 120 cm, stočených na svítky po 50 m. Na síť vytvořenou z pletiva se následovně kladou odkory, aby chránily pletivo proti poškození pádem horniny. Obr : Umělý strop z drátěného pletiva navzájem propleteného (křížová vazba) 256

257 Obr : Umělý strop z drátěného pletiva a odkorů Při dobývání úzkopokosovými kombajny, kde není tolik volného prostoru za hřeblovým dopravníkem, se klade jednodušší umělý strop z drátěného pletiva, méně náročný na pracovní čas, na spotřebu materiálu i na potřebu pracovních směn (obr ). Po přesunu dopravníku se na počvu šikmo k porubnímu boku položí prkna, tlustá asi 2 cm. Na ně se rovnoběžně s dopravníkem rozvine pruh drátěného pletiva, který je asi o 20 cm širší než pokos. Pletivo se překrývá s předcházejícím pruhem pletiva; překrývající část se spojí drátem. Na pletivo se rovnoběžně s dopravníkem hustě vedle sebe položí 3 m dlouhé odkory. I tento umělý strop dobře vyhovuje a umožňuje mechanizaci dobývání ve spodní lávce Pilířování Charakteristickým znakem pilířování je to, že se poměrně malý porubní úsek rozdělí pilířovými chodbami na úzké pruhy, čili pilíře. Chodby se razí až k hranicím dobývaného úseku a jednotlivé pilíře se dobývají zásadně od hranice zpět, každý samostatně. Vyrubané prostory se zavalují, zřídka zakládají. Pilířování se může použít ve všech uložních poměrech ve slojích středně i velmi mocných, při pevném i nepevném a nesoudržném nadloží, ve slojích čistých i ve slojích s četnými proplástky, v plochém i strmém uložení. Obr : Schéma způsobu dobývání v porubech při piliřování a) Rozdělením odseknutého pilíře na pilířky d) Čelní frontální zátinkou b) Otevřenou zátinkou e) Souvislým dobýváním na delším porubním c) Uzavřenou zátinkou uhelném boku 257

258 Různé způsoby dobývání pilířů v krátkých malých porubech jsou na obrázku 10-88: a) z pilíře se odsekne užší pilíř a ten se dalšími prorážkami rozdělí na malé pilířky. Pilířky se postupně jeden za druhým dobývají trhacími pracemi; b) Zátinkou širokou 3 až 6m, ohraničenou na jedné straně uhelným bokem, na druhé straně závalem. Zátinka se razí podobně jako chodba a stejným způsobem se zajišťuje i dveřejemi. Proti závalu se zátinka chrání hráněmi nebo stojkovým plotem; c) zátinkou širokou asi 3 m, která je proti závalu chráněna uhelným pilířkem širokým 1,5 až 2 m. Po dokončení zátinky se pilířek dobývá zpětným postupem se současným zavalováním vyrubaného prostoru; d) čelní frontální zátinkou, která souvisle postupuje kupředu. Uhelný pilíř se dobývá po celé délce uhelného boku, který se pravidelně přemísťuje kupředu o šířku záběru a s ním i pracoviště a zával; U způsobu a), b), c) zával přiléhá k uhelnému pilíři a uzavírá porub. V případě d) zával přiléhá jen z jedné strany, na druhé straně se pravidelně udržuje mezi ním a porubním bokem pracovní prostor s dopravníkem. Jak je vidět na obrázku 10-88, je u všech uvedených způsobů jen jeden východ z porubu. Porub se větrá přes zával nebo separátním větráním. e) je přechodem k další dobývací metodě stěnování, kterou byl nahrazen. Obr : Schéma úpadního pilířování na zával T - Těžní třída D - Dovrchní chodby V - Větrní chodba Obr : Směrné pilířování I - VI -Jednotlivé fáze dobývání O - Obdělávka P - Prorážka R - Rozrážka Čísla v detailu označují postup dobývání. 258

259 Hlavní nedostatky pilířování jsou: a) malá výrubnost (asi 60%), která při neúčinném větrání zvyšuje nebezpečí požáru ve stařinách; b) poruby nejsou větrány průchodním větrním proudem; c) malá denní těžba z porubu; d) zavalování se nedá řídit; e) velká a nákladná údržba chodeb; f) ruční dobývání bez možnosti mechanizace. Výhody: a) snadná přizpůsobitelnost úložním poměrům, hlavně nerovné počvě; b) možnost vyrubat zbytkové pilíře, porušené starými chodbami nebo tektonickými poruchami; c) proti jiným dobývacím způsobům menší spotřeba dřeva; d) snadná náhrada porubu, je-li nutno jej uzavřít pro vznik požáru Zátinkování Zátinkování je jen určitá zlepšená obměna pilířování. Vedla k němu snaha po dosažení větší výrubnosti, aspoň částečné koncentraci těžby a částečné mechanizaci. Jeho základním rysem je to, že se pilíř dobývá užší zátinkou, raženou z chodby ke stařinám a dočasně chráněnou proti stařinám úzkým uhelným pilířem. Po vyrubání zátinky se tento pilíř zpětně dobývá a současně se přibírá úzký pruh uhlí z plného pilíře (obr ). Obr.10-91: Zátinkování a) Boční zátinkování se širokou čelbou; b) Zátinkování tzv. stromečkováním; 1 - Nakladač; 2 - hřeblový dopravník; 3 - hřeblový dopravník; 4 - větrní lutny; 5 - dopravní pás; 6 - nakládač s odtěžením. Výhoda zátinkování je v tom, že se razí méně chodeb, a tak se snižují nároky na dopravu a údržbu. Výrubnost stoupá až na 95 %. 259

260 Komorování Je to dobývací způsob, při němž se uhlí dobývá v komorách. Komorou nazýváme větší porubní prostor čtvercového nebo obdélníkového půdorysu. Komora se ve velmi mocných slojích vytváří rozšiřováním vytyčeného úseku porubní chodby nebo kříže dvou chodeb do boků a stropu až na plánovaný půdorysný rozměr a na plánovanou výšku (obr ). Obr : Rozšiřování komory Mezi komorami se ponechávají podpěrné pilíře uhlí, které chrání komoru v průběhu dobývání proti předčasnému zavalení. Tyto pilíře se buď ponechávají a pak se tlakem rozdrtí a zavalí spolu s vyrubanou komorou, nebo se ke konci dobývání komory ztenčují, nebo se dobývají částečně nebo úplně zpětným postupem. Tím ovšem vznikají větší nebo menší ztráty uhelné substance a snižuje se výrubnost sloje (ztráty 40 až 60 %). Komory jsou v dobývacím úseku rozmístěny pravidelně a dobývají se v určitém pořadí po sobě. Zpravidla se dobývají na zával, méně na základku. Obr : Komorování - technologický postup dobývání S - svrchní část sloje; C - proplástek; Pz - porubní základna; Pch - porubní chodba; U - ústí komory; P - přípravná hráz; H - uzavřená hráz; Ž - dopravník; D - pásový dopravník. 260

261 Obr : Pruhové komorování s čelní porubní frontou Při velké výšce komory je práce obtížná a nebezpečná. V praxi platí zásada: a) sloj o mocnosti 4 až 10 m se dobývá na celou mocnost; b) sloj o mocnosti 10 až 20 m se dobývá ve dvou lávkách a c) ve větších mocnostech se dobývá ve třech lávkách. Obr : Schéma postupu porubní fronty při komorování v pruzích ve třech lávkách Komorování ve velmi mocných slojích je jedinou použitelnou metodou i přesto, že výrubnost je nízká, nevyhovuje ani stupeň bezpečnosti práce, protože se pracuje pod nezajištěným stropem v komorách vysokých 6 až 7 i více metrů. U komorování je i nízká koncentrace těžby. Další nevýhodou je jen jeden východ z pracoviště a zhoršené klimatické poměry ve vysokých porubech vlivem zvýšených teplot při separátním větrání komor Metoda komora - pilíř Tohoto způsobu se používá v černouhelných dolech při dobývání slojí o mocnostech až 5,5 m s pevnými stropy. Komory mají podélný tvar o šířce do 10 m a délce 50 až 100 m. Mezi komorami se ponechávají podpěrné uhelné pilíře 5 až 10 m široké, které chrání komoru po dobu dobývání před zavalením. Pilíře se dobývají částečně zpětným postupem, nebo se nedobývají vůbec. Komory se dobývají na celou mocnost sloje. Strop se buď vůbec nezajišťuje, nebo se zajišťuje jednoduchou výztuží, v poslední době též svorníky. Metoda je příznačná pro uhelné hornictví v USA (Room & Pillar), kde jsou pro ni příznivé podmínky: malá hloubka pod povrchem, malý úklon, mocnost slojí od 1 do 3 m, velmi klidné a pravidelné uložení, a hlavně pevné nadloží. Příklad této metody je na obrázku Dobývání je značně mechanizováno, dobývání kombajny (obr a 10-98), doprava bezkolejová samohybnými vozy (obr a ), svorníkování pomocí samohybných 261

262 vrtacích jednotek (obr ) a pásovými dopravníky. Dosahuje se velké výkonnosti, ale výrubnost je malá, okolo 50%. V OKD má být tato metoda využívána pro dobývání částí slojí, které nelze dobývat stěnováním a které se dosud nedobývaly. Obr : Dobývací způsob komora - pilíř Obr : Dobývací kombajn Obr : Dobývací kombajn Obr : Přepravník Shuttle Car Obr : Přepravník Shuttle Car 262

263 Obr : Vrtací zařízení Vrtací zařízení pro kotevní svorníky může být součástí dobývacího kombajnu, častěji zajišťujeme strop kotevními svorníky samostatně samohybnými vrtacími jednotkami (obr ) Dobývání polostrmě a strmě uložených slojí Dobývání pomocí trhací práce Snaha po soustředění těžby i v polostrmém a strmém uložení vedla k tomu, že se i v něm přešlo z pilířování na dobývání v delších porubních stěnách, které se však přestavily šikmo. Zešikmením porubní stěny bylo možno porub obložit větším počtem pracovníků, neboť narubané uhlí klouže po počvě po přímce největšího spádu do pevných úhlových žlabů nebo do talířového brzdiče, nebo se sune po svahu zakládky do výsypu nad těžní chodbou. Základní otvírka a příprava na šikmé stěnování jsou v podstatě stejné jako při směrném stěnování v plochém uložení. Obr : Schéma šikmého stěnování směrnými zátinkami s pozitivním natočením porubní fronty ž -úhlové žlaby nebo talířové brzdiče p - pracovní poval Šikmé stěnování směrnými zátinkami (obr ) bylo nejčastěji používanou metodou v OKR. Metoda se používala v mocnostech až do 3,5 m s uhlím tvrdým, které bylo nutno většinou rozpojovat pomocí trhací práce. Sklon šikminy, a tím i rozměry zátinek, se řídily způsobem zakládání. Nejčastěji se používalo sypané zakládky, případně plavené zakládky. 263

264 Dobývání pomocí kombajnů a mechanizovaných výztuží Mechanizace v polostrmých slojích (v tzv. šikminách) byla prezentována především sovětskými kombajny TEMP (ještě v roce 1989 bylo evidováno 25 strojů). V menší míře byly nasazovány čelní kombajny KC 62 S a KC 61 S výroby Ostroje. Nejlepší výsledky vykazovaly kombajny KC 101 S. Potíže se koncentrovaly spíše na tažný a zajišťovací vrátek kombajnu. V 80. letech se provozně osvědčilo zajišťovací a tažné zařízení ZTZ-1, vyvinuté a vyrobené v Ostroji. Mechanizace vyztužování strmých slojí vycházela z opavské výztuže DVP Z, na niž navázala podpěrně ohrazující posuvná výztuž MV 4, konstruovaná pro dobývání nízkých slojí ve strmém uložení s negativní orientací porubní fronty v technologii se sypanou zakládkou. Obr : Technologie dobývání strmých slojí s kombajnem KC 101 a mechanizovanou výztuží MV 4 s negativním natočením porubní fronty 264

265 Provoz komplexu MV 4 a kombajnu KCV 101 byl ukončen ústupem od dobývání strmých slojí a komplex byl v polovině 90. let převezen do Španělska, kde byl úspěšně využíván. Obr : Mechanizovaná výztuž MVPS Dobývání pluhy Pro dobývání strmých slojí byl vyvinut stojákový pluh PS-1 (obr ). Je určen pro dobývání slojí v úklonech zajišťujících samospád uhlí a pro mocnosti od 0,5 do 0,7 m; při větších mocnostech jen při dobré odlučnosti uhlí od stropu. Účinný nožový systém umožňuje efektivně dobývat sloje s uhlím středně pevným s proplástky při vhodné zrnitosti uhlí. Článkový charakter konstrukce pluhu dovoluje nasadit pluh i ve slojích se zvlněnou počvou s výskytem menší tektoniky. Pluh pracuje na negativním úhlu porubní stěny nejméně 9º. Při úklonech sloje nad 54º bývá negativní úhel až 27º. Čím větší je negativní úhel, tím větší silou je pluh přitahován (vlastní tíhou) k pilíři. Přítlak u pluhu PS-1 je možno řídit jednak přemísťováním úvazku na pluhu (buď k pilíři, nebo k závalu), jednak posunutím vodicích lanovnic do předstihu (před úrovní pilíře) a dále úklonem porubní stěny (negativním úhlem). Obr : Stojákový pluh PS Škrabáky Používají se jen v polostrmém uložení, pokud uhlí neklouže samospádem a je nutno je k těžní chodbě shrnovat škrabákovou nádobou. Technologie dobývání je stejná jako v plochém uložení. 265

266 Sbíjecí tělesa Uspořádání porubu a technologický postup při dobývání sbíjecími tělesy jsou stejné jako při dobývání pluhy. Rozdíl je v rozpojování uhlí. Sbíjecí zařízení se skládá z pohonných stanic, uložených na podvozku a umístěných přímo nad porubem a pod ním, a ze sbíjecího tělesa (beranidla), které je taženo nekonečným řetězem po nerovném porubním pilíři postaveném na negativní úhel. Sbíjecí těleso se pohybuje sem a tam a jeho vytrhávací nože vnikají nárazovitě do uhelného pilíře, způsobují tak kmitání tělesa v příčném směru a vytrhávají uhlí z pilíře (obr ). Sbíjecí tělesa váží 150 až 1000 kg a pohybují se rychlostí 1,5 až 2 m za sekundu. Obr : Sbíjecí těleso Při dobývání sbíjecími tělesy se doporučuje co největší negativní úhel porubní stěny, až 30º. V nízkých slojích při pevném stropu lze dobývat bez vyztužování, tj. bez přítomnosti lidí v porubu, neboť strop dosedá plynule, bez zalamování, přímo na počvu v malé vzdálenosti za porubní stěnou Dobývání lanovými pilami Tento způsob je určen k dobývání strmých slojí s úklonem nad 45º a mocností sloje 0,5 až 3m s pevným a celistvým stropem i počvou a s uhlím dobře odlučným od stropu i počvy. Je vhodný i ve slojích s velmi pevným uhlím (až 45 MPa). Obr : Schéma uspořádání porubu s lanovou pilou 266

267 Dobývací zařízení je velmi jednoduché. Skládá se s pohonu (dvoububnového vrátku nebo dvou vrátků jednobubnových), vodicích lanových kotoučů, lana a rozpojovacích orgánů uhelné pily (řezacích fréz), spojených mezi sebou řetězy. Na obrázku je schéma uspořádání porubu s lanovou pilou a na obrázku je řezací fréza. Obr : Řezací fréza lanové pily Dobývací metodou je zpravidla dovrchní pilířování z pole na zával bez přítomnosti osádky v porubu. Uhelný pilíř o ploché výšce 20 až 40 m se rozděluje prorážkami nebo velkoprůměrovými vrty (115 až 300 mm) na pilíře (bloky) široké 10 až 14 m (obr ). V prorážkách nebo vrtech se provlečou lana, která se připojí koncovkami na řetěz rozpojovacích orgánů pily. Obr : Schéma dobývání lanovou pilou Pohonem pily vykonávají lana s rozpojovacími orgány střídavé pohyby na dráze 2m, kterými se postupně zdola nahoru vytváří v uhelném pilíři zářez (brázda) a šířce 10 až 12 cm. Za vytvořenou brázdou je zbývající uhlí, je-li dobře odlučné od stropu i počvy, působením důlního tlaku a vlastní tíží na celou mocnost sloje uvolňováno a padá do sýpů ve spodní části porubů. Dobývání strmých slojí lanovou pilou lze považovat za velmi nadějnou dobývací metodu bez stálé osádky v porubu. 1 - Pohon lanové pily 2 - Lano 3 - Lanové kotouče 10.6 Zakládání vyrubaných prostor Účel zakládání K zakládání vyrubaných prostor vedou tyto důvody: a) Základka ve značné míře zmírňuje účinky vlivu dobývání na povrch, a proto se se zakládkou dobývá pod průmyslovými a veřejnými objekty, komunikacemi, vodními toky apod. Nadložní vrstvy se nad založenými poruby sesedají zvolna a stejnoměrně, jen se prohýbají a neprolamují se. Poklesy jsou mnohem menší než při dobývání na zával. b) Zakládka má velmi příznivý vliv na regulování tlaků v porubech. Tlak na pilíř je pravidelnější, podporuje rozpojování uhlí a strop se udržuje celistvější. Zmírňují se tlakové účinky v chodbách, udržování chodeb je snazší a méně nákladné než při dobývání na zával. 267

268 c) Zakládka má velmi příznivý vliv na větrání a bezpečnost dolu, neboť větry jsou vedeny podél uhelného bloku, nevznikají jejich ztráty a nekontrolované průtahy větrů, které jsou příčinou samovznícení uhlí. V nadloží sloje se netvoří velké volné prostory, v nichž by se mohly hromadit plyny nebo voda. Je také menší vývin plynů a jejich obsah v důlních větrech. Proti dobývání na zával má však zakládání vyrubaných prostor tyto nevýhody: a) Je nákladné. Vyžaduje značné pořizovací náklady na drcení a úpravu zakládkového materiálu, na vlastní zakládková zařízení a stroje. b) Celý proces zakládání vyžaduje značný počet směn na povrchu i v dole, a to vše spolu s dosti značnou spotřebou energie zvyšuje provozní náklady. c) Zakládka klade mnohem větší požadavky na dopravu a organizaci provozu, než je tomu při dobývání na zával. Volba způsobu zakládání závisí přímo na místních důlně technických podmínkách a hlavně na druhu používaného zakládkového materiálu, na němž zase závisí únosnost, soudržnost, pevnost a hlavně stlačitelnost zakládkové výplně Materiál na zakládku Na zakládku se používá především důlní hlušiny, výpěrků z prádel a kamene z odvalů, dále písku, štěrku, hutní a kotelní strusky nebo na rudných dolech též hlušin a odpadů z úpraven. Hlušina z uhelných dolů nemá obsahovat více než 25 % hořlavých součástek, které by se mohly v zakládkové výplni vznítit. Hrubozrnný písek s obsahem hlíny do 10 % je výborným zakládkovým materiálem. Aby se dosáhlo co nejmenší stlačitelnosti, kombinují se různé druhy materiálu vhodné zrnitosti a zakládková výplň se mechanicky zhutňuje. Přidáváním popílku v množství do 20 % ke směsi drceného hlušinového kamene a výpěrků prokázaly v dole, že taková zakládka je velmi málo stlačitelná. Hrubou důlní hlušinu je nutno pro mechanické způsoby zakládání drtit a upravovat na požadovanou zrnitost v povrchových nebo též důlních drtírnách. Pro foukanou nebo vrhanou zakládku se upravený kámen dopravuje do dolu ve vozech, spádovým potrubím o průměru 300 až 400 mm nebo skipy. Spadové potrubí ústí v dole do zásobníků. Ze zásobníků se sype kámen do vozů a lokomotivami se dopravuje k místu vyklápění. Spádovým potrubím se může do dolu dopravit více než 200 m 3 /h rozdrcené hlušiny. Nevýhoda je však v tom, že se roury značně opotřebovávají a kámen se příliš drtí Způsoby zakládání Podle technologie zakládání rozeznáváme: zakládku sypanou a mechanickou. Zakládka mechanická se dále dělí na zakládku plavenou, foukanou, vrhanou a škrabákovou Zakládka sypaná neboli zakládka samospádem Sypané zakládky se používá ve slojích s úklonem nad 40º. Materiál vysypávaný do porubu z vrchní chodby padá samospádem dolů a postupně vyplňuje vyrubaný prostor. Aby se dosáhlo hutné a pevné zakládkové výplně s malým koeficientem pórovitosti a malou stlačitelností, nemělo by se zakládat kusovým materiálem, ale materiálem různé zrnitosti, s největšími kusy asi 150 mm. V menších úklonech (30 až 40º) se spouští kámen buď pevnými žlaby, nebo potrubí o průměru 250 mm. Proud zakládkového materiálu se potrubím dobře usměrňuje, dosahuje velkých rychlostí a v zakládkové výplni se dobře udusává. Pracovní prostor se odděluje od zakládkového prostoru pažením z desek nebo drátěného pletiva. Stlačitelnost u sypané zakládky je kolem 30%. 268

269 Plavená zakládka Podstata plavené zakládky záleží v dopravě směsi zakládkového materiálu a vody z povrchu až do porubu (obr ). Obr : Plavená zakládka Dopravený pevný zakládkový materiál se usazuje za ohraničujícím pažením, kdežto kalná voda se procezuje, odtéká do odkališť, v nich se čistí a po vyčištění se čerpá na povrch. Plavená zakládka se považuje za nejhutnější a nejméně stlačitelnou zakládku, ovšem za předpokladu, že se použije vhodného materiálu, nejlépe čistého křemitého písku. V porubu se materiál usazuje za prkenným pažením (obr ). Prkna asi 3 m dlouhá se přes sebe přibíjejí na vnitřní straně stojkového plotu, který je proti tlaku zaplavované směsi zesílen ještě opěrnými stojkami. Při jemném materiálu se na pažení upevňuje ještě jutové tkanivo. Někdy se jutové tkanivo upevňuje na stará lana, napjatá a přibitá na stojkovém plotě (obr ). Plavená zakládka je pevná a málo stlačitelná (5 až 10% u jakostního písku, max. 30% u drceného kamene. Obr : Ohrazující pažení pro plavenou zakládku a) Z desek a jutové tkaniny; b) Z lan a jutové tkaniny; 1 - Deskové pažení; 2 - Jutová tkanina; 3 - Lana; 4 - Záplavové potrubí Zakládka foukaná Upravený a rozdrcený materiál se dopravuje ve vozech od drtičů k foukacím zakládacím strojům a z nich se fouká potrubím do porubů (obr ). Zakládkové stroje jsou postaveny ve vzdálenosti 400 až 800 m od porubu, pravidelně a rovnoměrně dávkují zakládkový materiál do foukacího potrubí. V něm je materiál strháván proudem stlačeného vzduchu, dopravován až do porubu a tam je vyfukován velkou rychlostí na svah zakládkové výplně, kterou udusává a zhutňuje účinkem dynamických sil. Podle způsobu dávkování se foukací stroje rozdělují na stroje komorové a stroje bubnové. 269

270 Obr : Foukaná zakládka 1 - Zásobník; 2 - Pásový dopravník; 3 - Spádové potrubí v jámě; 4 - Odvzdušňovače; 5 - Plnicí zásobník v dole; 6 - Doprava lokomotivou ve vozech; 7 - Výklopník; 8 - Pásový dopravník; 9 - Foukací stroj; 10 - Foukací potrubí; 11 - Porub; 12 - Ohraničující pažení z drátěného pletiva. Komorové stroje snesou různorodý materiál do velikosti zrna 80 mm. K výhodám komorových strojů patří malé ztráty a stejnoměrná spotřeba vzduchu (60 až 100 m 3 na m 3 materiálu), velké dopravní délky 1000 až 1200 m. Podle typu stroje se výkonnost pohybuje od 70 do 150 m 3 za hodinu. Obr : Porub s mechanizovanou výztuží MV 1 a foukanou zakládkou 270

271 Obr : Zafoukávací stroj ZP-150 se šikmým bubnem 1 - Šikmý dávkovací buben 2 - Potrubí se stlačeným vzduchem 3 - Foukací potrubí 4 - Motor Foukaná zakládka je dnes nejrozšířenějším způsobem zakládání v celém světě. Je dobrá, hustá a pevná a její stlačitelnost se pohybuje okolo 30 %. 271