TIPURI DE SUSINERI PENTRU PREVENIREA INSTABILITII EXCAVAIILOR

SUBTERANE MANIFESTAT PRIN CDERI DE BLOCURI IZOLATE ( II )

Prof. univ. dr. ing. LEU NICOLAE

Universitatea din Petroani

ef lucr. dr. ing. BUD IOAN

Universitatea de Nord Baia Mare

1. INTRODUCERE

Susinerile excavaiilor subterane s-au diversificat n ultimii ani pentru realizarea unei

interaciuni ct mai eficiente cu masivul de roc. Alegerea corect a susinerii precum i

dimensionarea acesteia reprezint una din problemele cu care se confrunt inginerul responsabil cu

asigurarea stabilitii excavaiei subterane. Recomandarea unui tip de susinere trebuie s se

realizeze n contextul unui tip de instabilitate care se poate manifesta. Formele de manifestare a

instabilitii unei excavaii subterane sunt multiple i depind de o serie de factori cum ar fi: starea de

tensiune natural, caracteristicile masivului de roc, tehnologia de execuie etc.

n acest articol se trateaz instabilitatea manifestat prin cderi de blocuri izolate, fiind una

dintre cele mai frecvente tipuri de instabiliti ntlnite n execuia excavaiilor subterane.

2. DESCRIEREA INSTABILITII MANIFESTAT PRIN CDERI DE BLOCURI

IZOLATE

Acest tip de instabilitate se produce cnd excavaia intersecteaz cel puin trei familii de

discontinuiti continue, relativ ndeprtate, care decupeaz blocuri de diferite mrimi. Uneori o

mpucare necorespunztoare poate crea blocuri cu tendin de desprindere chiar dac sunt mai

puin de trei familii de discontinuiti.

n acest tip de instabilitate, tensiunea creat n jurul excavaiei este de obicei mai mic dect

rezistena masivului, astfel c nu apar fenomene de rupere a rocii. Nu se produce o amplificare a

fisuraiei existente, ns pentru unele condiii (de exemplu cele din bazinul Baia Mare) au loc

fenomene de alterare a mineralelor din planul discontinuitilor cu consecine n micorarea

unghiului de frecare interioar, i a unghiului de dilatan a discontinuitilor.

n studiul stabilitii blocurilor se ine seama de greutatea lor, poziia n raport cu excavaia,

comportamentul discontinuitilor, fenomenele de umflare a mineralelor argiloase din planul

discontinuitilor etc.

Cderea unui bloc antreneaz instabilitatea blocurilor nvecinate. Asemenea instabiliti sunt

foarte frecvent ntlnite n bazinul Baia Mare, fiind una din cauzele principale ale accidentelor care

se produc n subteran.

O analiz mai atent a discontinuitilor (numrului de familii de discontinuiti) poate s

anticipeze problemele legate de instabilitatea blocurilor, ns n practic de foarte multe ori astfel de

analize sunt ignorate.

Cderea brusc a blocurilor, intervine n urma undelor seismice provocate de o explozie, ca

i a vibraiilor transmise prin roc datorit proceselor tehnologice din subteran. Un factor important

este dat de prezena neomineralelor; care n urma proceselor fizico-mecanice i modific volumul i

creeaz o rupere a legturilor intercristaline dintre mineralele silicatice existente pe planele de

fisuraie, sau chiar creeaz presiuni suplimentare care deplaseaz blocul din poziia de echilibru.

Astfel de fenomene se ntlnesc frecvent n rocile care conin: pirit, anhidrit sau montmorillonit.

Cazuri foarte frecvente de fisuraie multipl sunt ntlnite la contactele dintre dou corpuri

magmatice sau un corp magmatic i unul sedimentar.

3. SUSINERI RECOMANDATE

Susinerea are rol de suport, asigurnd sprijinirea sau fixarea blocurilor desprinse din masiv.

Susinerea recomandat n acest context este fie sub form de cadre (lemn sau metal) , fie susineri

din ancore sau torcret.

Pentru structurile menionate ancorele trebuie sa depeasc conturul blocului i s fie

capabile de a se fixa la capacitatea lor maxim. Din analizele efectuate ancorele trebuie s

ndeplineasc urmtoarele condiii:

- s fie capabile de a se fixa pe lungimi de ancoraj reduse;

- s dispun de o capacitate mic de alungire sau de alunecare;

- s nu existe spaiu mare ntre tij i peretele gurii de min pentru a se obine o rezisten la

forfecare satisfctoare i mpiedicarea desprinderii blocului. Susinerea care rspunde cel mai bine

acestor cerine este ancorarea cu tije striate fixate cu liant pe toat lungimea. Ea se alungete foarte

puin, ofer o mare portan i o mare rezisten la forfecare.

Dac din raiuni economice sau tehnice nu poate fi utilizat un astfel de ancoraj, se poate

alege un ancoraj cu fixare punctiform (cu cochilie) ncercnd de a minimiza alungirea ancorei

printr-o nurubare atent a piuliei.

Fa de condiiile geomecanice enumerate pot fi recomandate ancore gonflabile de tip

Swellex, iar pentru seciuni mici de galerii ancore tubulare Split Set.

Indiferent de tipul de susinere recomandat, una din regulile care trebuie respectate este de a

monta ancorele ct mai aproape de front pentru a evita cderea blocurilor n timpul perforrii

gurilor, deoarece n majoritatea cazurilor, blocurile se detaeaz din tavan sau din perei la o

anumit distan n spatele frontului, datorit aciunii vibraiilor repetate din timpul exploziei,

fenomenelor de alterare, aciunii apei etc.

Pentru acest caz de instabilitate, experiena practic a artat c o densitate de 1 ancor/m2 cu

lungimea egal cu 1/3 din limea excavaiei este suficient pentru a susine sau fixa blocurile

susceptibile de a cdea. ns se recomand ca lungimea minim s fie 1,2 m. Diametrul tijei pentru

ancore fixate punctiform sau cu liant este de 16 mm, pentru limi ale excvaiei mai mici de 6 m.

Este preferabil ca fiecare bloc s fie susinut cu cel puin dou ancore.

Pentru fiecare caz este de dorit s se analizeze fisuraia pentru a se determina cu mai mult

precizie nlimea i greutatea blocurilor susceptibile de a cdea. Dac este cunoscut greutatea

blocului, pentru a dimensiona susinerea se recomand un coeficient de siguran de 1,3...1,5 pentru

blocurile din pereii excavaiei i 2 pentru cele din tavan (Hoek, 1991).

Goodman i Shi (1985) recomand cteva reguli empirice, astfel:

- lungimea minim a ancorei = de 3 ori limea blocului critic;

- distana dintre ancore :

- maxim = 0,5 din lungimea sau 1,5 din limea blocului critic;

- minim = 0,7 m.

Susinerea cu torcret s-a dovedit eficient n prevenirea cderilor de blocuri pentru

grosimi ale torcretului de 3-5 cm, n masive puin deformabile. Experienele unor exploatri din

Frana (Fine, 1990) au artat c preul de cost a susinerii cu torcret este mai sczut (chiar la

jumtate) fa de costul ancorrii. Experienele "in situ" (Fine, 1990,1993) au artat c un bloc de

60-90 kN i cu un perimetru de 2 m (perimetrul de la baza blocului) poate fi suportat de un torcret

cu grosimea de 3-5 mm.

n concluzie se poate meniona c n condiiile rocilor fisurate care favorizeaz formarea de

cderi de blocuri, cele mai eficiente din punct de vedere tehnic i mecanic s-au dovedit susinerile

ancorate cu fixare integral sau ancorele de tip Swellex ori Split Set, iar pentru rocile alterabile i

fisurate - susinerea n torcret avnd grosimea de 3-5 cm.

BIBLIOGRAFIE

Bud, I. 1999 - Contribuii la alegerea unor noi tipuri de susineri pentru lucrrile miniere orizontale

din bazinul Baia Mare, Tez de doctorat, Universitatea din Petroani.

Fine, I., Lin, A. 1990. Le revtement projet dans les terrains fissurs. Inndustrie Minrale - Mine et

Carires, aot - septembre, p. 59 - 61.

Fine, I, 1993. Le soutenement des galeries minieres, ARMINES, Fonntainebleau.

Goodman, R. E., Geu, Hua, Shi.1985. Block theory and its application to rock engineering, Prentice

Hall.

Hoek, E. 1991. When is a design in rock engineering acceptable?. International Congress on Rock

Mechanics, Aachen, Vol.3. p.1485-1497.