W Głównym Instytucie Górnictwa, zespół kierowany przez dr inż. Andrzeja Stańka, również podjął takie prace. Podstawowy problem, z jakim się zmierzono wynikał z tego, że zasadniczy element obudowy kotwiowej - żerdź kotwiowa, może nie zostać właściwie wklejona na całej swojej długości. Może być to następstwem ruchu górotworu, wypływu kleju do szczelin lub, po prostu, nieprawidłowego wklejenia żerdzi. A to stwarza poważne niebezpieczeństwo dla załogi i może skutkować nawet zawałem stropu. Opracowana w GIG metoda opiera się na wykorzystaniu eksperymentalnej analizy modalnej i składa się zasadniczo z dwóch części. Pierwszą z nich stanowi właściwa identyfikacja parametrów modalnych badanego układu mechanicznego „żerdź-klej-górotwór” dla różnych warunków brzegowych odpowiadających różnym przypadkom nieciągłości wklejenia. Druga część polega na odniesieniu otrzymanych wyników do bazy danych, utworzonej na podstawie wyników teoretycznej analizy modalnej.

Ocena jakości wklejenia żerdzi kotwiowych w górotworze, według metody opracowanej w GIG realizowana jest poprzez wymuszenie drgań badanej żerdzi przy użyciu młotka udarowego wyposażonego w przetwornik siły oraz równoczesną rejestrację sygnału wymuszenia (pochodzącego z przetwornika siły) i sygnału odpowiedzi na to wymuszenie (pochodzącego z piezoelektrycznego przetwornika drgań przytwierdzonego do kotwi). Kierunek wymuszenia i oś główna przetwornika odbiorczego są prostopadłe do osi symetrii żerdzi. Wymuszenie odbywa się dla kilku punktów rozmieszczonych na wystającym z górotworu odcinku żerdzi kotwiowej przy ustalonym położeniu przetwornika odbiorczego. Rejestrację sygnałów prowadzi się sekwencyjnie dla par punktów pomiarowych. Dane zapisywane są w postaci plików w formacie UF (ang. universal file), a następnie eksportowane do programu realizującego analizę modalną, który identyfikuje odpowiednie częstości własne badanego obiektu, charakterystyczne dla danego rodzaju nieciągłości wklejenia. Otrzymane częstości własne porównywane są z wynikami teoretycznej analizy modalnej realizowanej na modelu elementów skończonych badanego obiektu, dla różnych warunków brzegowych, odpowiadających różnym przypadkom nieciągłości wklejenia.

Schemat rozmieszczenia odcinków doświadczalnych w chodniku badawczym.

Tyle na temat metody. Nawet jeżeli jej opis jest dla nas zbyt skomplikowany, to najważniejsze, że jest ona skuteczna i wiarygodna, bowiem jej solidną weryfikację przeprowadzono zarówno w Kopalni Doświadczalnej „Barbara” GIG jak i zakładach górniczych węgla kamiennego i rud miedzi. Elementem sprawdzenia poprawności metody w Kopalni Doświadczalnej „BARBARA” GIG były kotwie wklejane w sposób kontrolowany (znana długość nieciągłości wklejenia). Badania jakości wklejenia żerdzi kotwiowych w górotworze, w którym rejestruje się silne zjawiska sejsmiczne przeprowadzono w chodniku doświadczalnym w KWK Jankowice. Zjawiska sejsmiczne uzyskano poprzez odpalenie ładunków MW. W otworach strzałowych o dł. 30 m odwiercanych pod kątem ok. 30° do powierzchni stropu przeprowadzono serię strzelań. Masa ładunków MW wynosiła odpowiednio: odcinek A – 30 kg, odcinek B – 66 kg, odcinek C – 60 kg, odcinek D – 60 kg. Badania wklejenia przeprowadzono przed i po detonacji ładunków MW. W założeniu obudowa kotwiowa miała być wklejona w sposób ciągły (na całej długości wszystkich kotwi). Miejsca detonacji MW zlokalizowane były w odległości od 5 m do 12 m od końców wklejonych do stropu żerdzi. Według ocen specjalistów naturalne ogniska wstrząsów zlokalizowane są w większości przypadków w odległościach 50 m – 500 m od wyrobiska. Prowadzone badania dostarczyły więc cennych informacji, dotyczących obudowy kotwiowej i jej zachowania, w sytuacji, gdy ognisko wstrząsu zlokalizowane jest w bliskiej odległości od stropu. Badania przeprowadzono również w zakładach górniczych rud miedzi. Miały one na celu sprawdzenie możliwości stosowania metody identyfikacji ciągłości wklejenia żerdzi kotwiowych w górotworze, w zastosowaniu do obudowy kotwiowej, wykorzystywanej w KGHM „Polska Miedź” S.A. Badania prowadzono na przygotowanych wcześniej przypadkach nieciągłości wklejenia, nie znanych zespołowi realizującemu badania. Uzyskane wyniki pomiarów pozwoliły na identyfikację odcinków nieciągłości i potwierdziły możliwość stosowania metody w wyrobiskach korytarzowych zakładów górniczych rud miedzi.

Wyniki przeprowadzonych badań są niezwykle obiecujące, opisują bowiem skuteczny sposób kontroli stanu bezpieczeństwa pracy w wyrobiskach korytarzowych. I choć nie jest łatwo o skomplikowanych procesach technologicznych pisać lekkim piórem, warto podkreślić, że cały ten niełatwy być może tekst służy przede wszystkim uświadomieniu, że bezpieczeństwo ludzi w kopalnianych wyrobiskach jest zawsze celem nadrzędnym.

BJ

Opublikowano w PGG Magazyn, październik 2019