Geotehnika 1

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

1.0. RUDNIČKE PROSTORIJE, DEFINICIJE I POSTUPCI IZRADE U samoj mineralnoj sredini ili u pratećim stenama, određenim rudarskim radovima stvaraju se šupljine koje se nazivaju rudarskim prostorijama. Tako izgrađene šupljine mogu biti različite po položaju u prostoru, obliku, veličini i nameni. Skup svih podzemnih rudničkih prostorija u jednom ležištu predstavlja jamu. Prema nameni, rudničke prostorije mogu biti: istražne – ako se izrađuju za istraživanje mineralnih sirovina; prostorije otvaranja – ako služe za otvaranje ležišta; pripremne – ako se izrađuju za pripremu ležišta za eksploataciju i eksploatacione – ako se koriste za otkopavanja rude. Podzemne prostorije na osnovu položaja u prostoru, odnosno prema dimenzijama, mogu biti klasifikovane u sledeće grupe: a. Prostorije sa velikom dužinom ili dubinom u odnosu na njihov poprečni presek. S obzirom na položaj koji ove prostorije zauzimaju u prostoru, one mogu biti: horizontalne, kose i vertikalne. b. Prostorije koje imaju znatno manje dužine a veći poprečni presek, nazivaju se komorama. c. Otkopne prostorije – odlikuju se različitim dimenzijama i oblikom, a nastale su kao posledica otkopavanja korisne mineralne supstance. d. Raskršća – predstavljaju mesta na kojima se spajaju dva ili više hodnika na jednom istom nivou. Na slici 1.1 prikazan je rudnik olova i cinka “Trepča“ – Stari Trg. Metode izrade rudničkih prostorija dele se na metode izrade pod normalnim i specijalnim rudarsko-geološkim uslovima. Metode izrade rudničkih prostorija pod normalnim radnim uslovima ne iziskuju nikakve posebne pomoćne postupke i uslove. Obuhvataju metode izrade koje se mogu podeliti na: a. metode izrade u jednorodnom (homogenom) stenskom materijalu, b. metode izrade u raznorodnom (heterogenom) materijalu.

Kod prve grupe metoda prostorija prolazi samo kroz jednu vrstu stene ili mineralne sirovine, dok kod druge grupe rudnička prostorija prolazi istovremeno kroz materijale različitih osobina i karakteristika. Metode izrade rudničkih prostorija pod specijalnim (otežanim) radnim uslovima odnose se na slučajeve kada rudarsko-geološki uslovi zahtevaju posebne pomoćne postupke, na osnovu čega bi se obezbedili normalni uslovi izrade. Metode izrade prostorija obuhvataju rudarsko-geološke uslove koji se odnose na sipak i nestabilan materijal (pesak, vodonosan pesak, vodom zasićen pesak), kao i u čvrstom stabilnom materijalu razne čvrstoće, ali sa velikim prilivom vode. U ovakvim uslovima neophodno je primeniti specijalne pomoćne postupke, kao što je na primer, prethodno dreniranje vodonosnog zemljišta, zaptivanje pukotina u čvrstoj steni kroz koje dospeva voda, zamrzavanje kako sipkog, tako i čvrstog 1

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

vodonosnog zemljišta i dr. Neki od ovih postupaka moraju se ostvariti kako bi se stvorili normalni radni uslovi.

Slika 1.1. Rudnik olova i cinka ''Trepčа'' – Stari Trg: 1- glavno izvozno okno, 2- novo ventilaciono okno, 3- slepo okno, 4- staro ventilaciono okno, 5- staro izvozno okno, 6- servisno okno, 7- niskopi br.1, 2, 3 i 4, 8- ventilacioni hodnik, 9- novo projektovano ventilaciono okno

Na osnovu toga da li se radovi izvode pod normalnim ili specijalnim uslovima, u homogenoj ili heteregonoj radnoj sredini, mekim ili čvrstim stenama, razlikuju se dve grupe radnih operacija: glavne i pomoćne. Glavne radne operacije – su operacije koje se izvode neposredno na čelu radilišta, a koriste se razaranje i uklanjanje komada stena radi povećanja već stvorene 2

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

šupljine. U te radove spadaju: radovi na iskopu (bušenjem i miniranjem ili korišćenjem kombinovanih mašina); radovi na utovaru i izvozu, kao i radovi na podgrađivanju. Pomoćne radne operacije – trabalo bi da obezbede normalne radne uslove za obavljanje glavnih radnih operacija, a tu spadaju: osiguranje radilišta, izrada kanala za odvodnjavanje, produženje ventilacionih cevi, produženje koloseka, produženje cevi za vodu, priprema podgradnog materijala i dr. 1.1. VRSTE JAMSKIH PROSTORIJA I DEFINICIJE

Horizontalne prostorije – predstavljaju grupu jamskih prostorija koje se odlikuju velikom dužinom u poređenju sa svojim poprečnim presekom. Uspon, odnosno pad, ovih prostorija manji je od 3%, ali se po pravilu izrađuju sa nagibom od 3 do 5‰ u pravcu kretanja punih vagoneta i oticanja vode. Zavisno od položaja i namene, horizontalne prostorije mogu biti: a. s neposrednom vezom sa površinom – u koje spadaju potkopi, koji prema nameni mogu biti: istražni; izvozni; potkop za potrebe odvodnjavanja i ventilacije i dr. b. bez neposredne veze sa površinom – dobijaju naziv hodnici. U odnosu na položaj prema ležištu, hodnici dobijaju nazive kao što su: uzdužni (smerni) hodnik; poprečni hodnik; proboj. Prema nameni, mogu biti: izvozni hodnik, hodnik za prolaz radnika, otkopni hodnik, ventilacioni hodnik i dr. U posebnu grupu horizontalnih prostorija spadaju i tuneli. Tuneli predstavljaju horizontalne podzemne prostorije koje imaju dva izlaza na površinu. Ova grupa prostorija vrlo retko se sreće u rudarstvu i geologiji.  P o t k o p – je horizontalna rudnička prostorija koja ima neposrednu vezu sa površinom i namenjena je da ostvari vezu površine sa ostalim podzemnim objektima. Potkop može da služi za transport, ventilaciju, odvodnjavanje, dopremu materijala za jamu i dr.  H o d n i c i – su horizontalne jamske prostorije koje nemaju neposrednu vezu sa površinom i izrađuju se zbog istraživanja i pripremanja ležišta za otkopavanje. Zavisno od položaja hodnika u odnosu prema ležištu, hodnici dobijaju i nazive: poprečni hodnik; smerni (podužni) hodnik; proboj, ili prema nameni: izvozni hodnik, ventilacioni hodnik, hodnik za prolaz radnika, otkopni hodnik i dr. U vertikalne i kose prostorije – spadaju prostorije koje se odlikuju velikom dužinom, a izrađuju se vertikalno ili koso u odnosu na horizontalnu ravan. Po svojoj vezi sa površinom, vertikalne prostorije mogu da budu: okna i slepa okna.  Oknom – se naziva vertikalna prostorija koja ima direktnu vezu sa površinom i namenjena je za istraživanje i eksploataciju ležišta mineralnih sirovina. Zavisno od namene, okna mogu služiti kao: istražna okna; ventilaciona, glavna i pomoćna. Istražna okna obično su manjeg poprečnog preseka – od 2 do 3 m2 i rade se vrlo malih dubina – 20–30 m, a izuzetno, u specifičnim slučajevima i više. Povećanjem dubine okna povećavaju se troškovi izrade, a pri izradi horizontalnih prostorija u istoj radnoj sredini kao i okno, troškovi napredovanja za svaki metar uglavnom su 3

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

konstantni. Iz tih razloga istraživanje oknima se ređe primenjuje i to u slučajevima kada ležište zaleže više-manje horizontalno i vrlo plitko ispod površine. Plitka okna dubine 4 – 6 m rade se bez mehanizacije, direktnim izbacivanjem materijala na odgovarajuće skele. Glavno okno je u prvom redu namenjeno izvozu rude iz jame na površinu i za provetravanje jame. Pomoćno okno izrađuje se u pomoćne svrhe, npr. za prevoženje ljudi, izvoz materijala i jalovine, kao servisna okna, odvodnjavanje i druge svrhe. Prema osnovnoj nameni okna i dobijaju nazive, na primer: izvozno okno, ventilaciono okno, servisno okno, okno za dopremu zasipa, itd. Slepa okna rade se iz jame, iz nekog potkopa ili prekopa, a koja ne izlaze na površinu. Ovaj tip objekata radi se za istraživanje ili otvaranje dubljih delova ležišta, čija je dubina prethodno utvrđena dubinskim bušenjem (sl.1.2.). Kao i kod okana koja su urađena sa površine, i ova okna treba da budu opremljena odgovarajućom opremom i urađena po propisima. Na slici 1.2 šematski je prikazano jedno slepo okno radi istraživanja dubljih delova ležišta.

Slika 1.2. Prikaz slepog okna koje je namenjeno istraživanju ležišta: 1- potkop, 2- slepo okno, 3- poprečni hodnik, 4- smerni hodnik, 5- vodosabirnik (slobodna dubina)

Pravilna lokacija ovih okana ima vrlo važan značaj. Obično se okno locira u podini ležišta, a ponekad i u krovini. Pošto se preko okna vrši izvoz, treba da se okno locira tako da transport masa sa svih strana istražnih radova bude ujednačen. Postoji čitav niz drugih faktora koji utiču na lokaciju okna, a to je oblast koja pripada otvaranja ležišta.  Kose prostorije – izrađuju se pod uglom, a mogu biti izrađene u rudi ili pratećim stenama. Kose prostorije mogu biti neposredno vezane sa površinom i ne moraju. Kod prostorija koje su neposredno vezane sa površinom razlikujemo kosa okna i kose potkope, dok kod prostorija koje ne izlaze na površinu razlikujemo uskope, niskope, sipke i kose proboje. Sve navedene prostorije imaju istu namenu kao i horizontalne i vertikalne prostorije (da učine ležište pristupačnim i da izvrše pripremu za otkopavanje), a razlikuju se od ovih samo po tome što su izrađene pod uglom. Sipkom – se nazivaju kose jamske prostorije koje se izrađuju za gravitaciono spuštanje rude sa višeg nivoa na niži. Sipke se obično izrađuju sa dva odeljenja, 4

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

od kojih jedno služi za prolaz radnika i dopremu materijala a drugo za gravitaciono transportovanje materijala. Na slici 1.3 prikazana je rudna sipka u fazi izrade.

Slika 1.3. Šematski prikaz rudne sipke u fazi izrade: 1- hodnik, 2- odeljenje za prolaz i ventilaciju, 3- odeljenje za sipku, 4- žleb sipke

Niskop i uskop – predstavljaju takve jamske prostorije koje nemaju direktnu vezu sa površinom, a izrađuju se pod uglom manjim od 65 o. Niskop obično služi za spuštanje tereta sa višeg na niži nivo rudnika, dok uskop služi za izvlačenje tereta sa nižeg na viši nivo. Na slici 1.4 prikazani su niskop i uskop.

Slika 1.4. Šematski prikaz kosih prostorija: 1- uskop – niskop, 2- hodnici

 Komore – su jamske prostorije različitog oblika i dimenzija, kod kojih dužina nema dominantnu ulogu u odnosu na poprečni presek. Izrađuju se za razne potrebe, kao što su za smeštaj bušaćih garnitura, smeštaj pumpi, smeštaj eksploziva, kancelarije i dr. Među najvažnije komore spadaju: bunker za rudu, navozišta, izvozišta,vodosabirnici, magacini eksploziva, pumpne komore, lokomotivske stanice, mimoilaznice, skloništa i dr. Bunker za rudu – predstavlja jamsku prostoriju koja služi za smeštaj rude i njen utovar u izvozni sud. Takva jedna prostorija izrađuje se uz okno. Dimenzije 5

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

jednog bunkera su takve da primi zalihe koje odgovaraju zapremini jedne rudničke kompozicije, ili 1–1,5 dnevne proizvodnje rudnika. Na slici 1.5 prikazana je dispozicija bunkera i ostalih prostorija oko izvoznog okna.

Slika 1.5. Šematski prikaz bunkera: 1- izvozno okno, 2- bunker za rudu, 3- hodnik, 4- izvozni sud (skip), 5- zatvarač bunkera

Izvozište – je jamska prostorija koja služi za izvoz punih vagoneta iz koša i navoženje praznih vagoneta u koš. Isto kao i kod navozišta ova komora može biti jednostrana ili dvostrana, što zavisi od kapaciteta izvoznog postrojenja i potreba rudnika. Ovakve komore izrađuju se za slepa okna i potkope. Na slici 1.6 prikazani su navozište i izvozište.

Slika 1.6. Šematski prikaz navozišta i izvozišta: 1- potkop, 1- slepo okno, 3- hodnik, 4- navozište, 5- izvozište, 6- komora izvozne mašine

Navozište – je jamska prostorija koja se nalazi neposredno uz okno i služi da ostvari vezu između okna i otpremnih hodnika. Razlikujemo jednostrana navozišta – kod kojih se navoženje punih i praznih vagoneta u koš vrši sa iste strane i dvostrano navozište – ako se navoženje punih vagoneta u koš vrši sa jedne strane a izvoženje praznih vagoneta iz koša s druge strane. Na sliici 1.7 šematski je prikazano navozište.

6

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 1.7. Šematski prikaz navozišta: a) dvostrano, b) jednostrano 1- pun vagonet, 2- prazan vagonet, 3- izvozni koš, 4- izvozno uže

U neposrednoj blizini izvozišta i navozišta grade se i drugi objekti koji su u tehnološkoj vezi sa izvoznim objektom. Oblik, veličina, konstrukcija i razmeštaj navozišta, izvozišta i drugih objekata zavisi od većeg broja faktora. Među najznačajnije treba pomenuti tip izvoznog objekta i lokaciju u odnosu na ležište, vezu izvoznog objekta sa ležištem, proizvodni kapacitet, pritok vode i položaj objekata na površini. Zavisno od načina i šeme kretanja punih i praznih vagona, navozišta kod vertikalnih okana mogu se podeliti na: paralelna, kružna, poprečna i u obliku petlje. Na slici 1.8 su šematski prikazani paralelno i kružno navozište.

Slika 1.8. Šematski prikaz navozišta: a) paralelno b) kružno, 1- okno sa koševima, 2- ukrsnica, pravac kretanja punih vagona, pravac kretanja praznih vagona

Magacini eksploziva – obuhvataju više glavnih i pomoćnih odeljenja (komora) povezanih pomoćnim hodnicima za glavni rudnički hodnik. Služe za smeštaj određene količine eksploziva i sredstava za paljenje. Na slici 1.9 prikazan je jedan podzemni magacin eksplozivnih sredstava.

7

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 1.9. Izgled jamskog magacina: 1- ventilacioni hodnik, 2- pristupni hodnik, 3- komora za inicijalna sredstva, 4- komora za eksploziv, 5- protivodbojna komora

Da bi se smanjilo dejstvo neželjene eksplozije i njeno prenošenje van magacina, izrađuju se hodnici sa prelomom. Naspram svake prostorije (komore) u kojoj je smešten eksploziv, izrađuje se kratak slepi amortizacioni hodnik, tzv. protivodbojna komora. Lokacija podzemnog magacina eksploziva određuje se tako da svojim položajem ne ugrožava glavne rudničke prostorije i vetreni sistem rudnika. Mimoilaznicama – nazivaju se prostorije koje se izrađuju u horizontalnim jamskim prostorijama i služe za mimoilaženje vagoneta ili čitavih kompozicija. Lokomotivska stanica – predstavlja jamsku prostoriju koja je namenjana za smeštaj, popravku i održavanje jamskih lokomotiva. Lokacija ovih komora treba da bude dobro provetrena i da se nalazi u izlaznoj vazdušnoj struji. Vodosabirnik – predstavlja jamsku prostoriju koja služi za sakupljanje podzemne vode. Izrađuje se u neposrednoj blizini izlaza iz jame, i to 4–6 metara ispod najniže tačke jame (horizonta). Ova prostorija je vezana cevovodom sa pumpnom komorom koja se izrađuje u neposrednoj blizini. Na slici 1.10 data je šema jednog rudnika sa podzemnom eksploatacijom na kojoj su prikazani značajni objekti. Pumpna komora – predstavlja jamsku prostoriju koja služi za smeštaj pumpi koje se koriste za izbacivanje vode iz vodosabirnika, odnosno dalje iz jame. Prostorija se izgrađuje u neposrednoj blizini vodosabirnika i sa njom je obično vezana odgovarajućim otvorom (sl.1.10).

8

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 1.10. Prikaz rudnika sa površinskim i podzemnim objektima: 1- zgrada za izvoznu mašinu; 2- izvozni toranj; 3- izvozno okno; 4- izvozište; 5, 6 i 7- hodnici; 8- koš; 9- pumpna komora; 10pumpe; 11- vodosabirnik; 12- otkopi; 13 i 14- levkovi za utovar; 15- minske bušotine; 16- vagoneti; 17- slepo okno; 18- čelo radilišta; 19- ventilaciono okno; 20- zgrada za ventilator; 21- ventilacioni kanal; 22- lestvice; B1, B2 i B3- ležište pripremljeno za eksploataciju 1.2. OBLIK I DIMENZIJE POPREČNOG PRESEKA PROSTORIJA

U jednom rudniku, od svih podzemnih prostorija najviše su zastupljene horizontalne prostorije. Ova grupa prostorija izrađuje se za različite potrebe, u različitim stenama, podgrađuju se različitim podgradnim materijalima i predviđa se da traju različiti vremenski period. Iz tih razloga imamo različite oblike i veličine poprečnog preseka. Prostorije koje se projektuju i izrađuju za potrebe rudarstva, u najvećem broju slučajeva imaju površinu poprečnog preseka od 5 – 16 m2. Ovakav raspon u površini poprečnog preseka uslovljava i različite oblike, različite podgradne materijale kao i posebne postupke izrade. Oblik poprečnog preseka horizontalnih prostorija zavisi od:  stenskog masiva kroz koji se prostorija izrađuje,  veličine profila i  vremena korišćenja prostorije. U rudarstvu se primenjuju veoma različiti oblici poprečnog preseka, a na slici 1.11 prikazani su neki od tih profila koji se najčešće primenjuju. Na oblik prostorije stenski masiv ima uticaja u pogledu intenziteta i pravca delovanja jamskog pritiska. Prvi oblici prostorije najčešće su bili zasvođeni. Takav oblik obezbeđivao je jamskim prostorijama dovoljnu stabilnost, za koju nije bilo neophodno posebno podgrađivanje. Kasnije, potrebe za većim profilima prostorija zahtevale su postavljanje podgrade, u početku od drveta, zatim od kamena, betona,

9

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

armiranog betona i čelika. Primenjena vrsta materijala uslovljava i oblik poprečnog preseka jamske prostorije.

Slika 1.11. Prikaz oblika poprečnog preseka horizontalnih prostorija: 1- pravougaoni, 2- trapezni, 3- poligoni, 4- višeugaoni, 5- niskozasvođen, 6- visokozasvođen, 7- zvonast, 8- potkovičast sa pravim bokovima, 9, 10, 11- potkovičast sa zaobljenim bokovima, 12- kružni, 13, 14- eliptični oblik

Oblik poprečnog preseka zavisi od fizičko-mehaničkih osobina stena u kojima prostoriju treba izraditi, vrste materijala koji će se koristiti za podgrađivanje prostorije i veličine same prostorije koja je uslovljena njenom namenom i tehničko-sigurnosnim propisima. Osim navedenih osnovnih činilaca koji imaju uticaja na oblik podzemne prostorije, od važnosti su još značaj koji treba da ima ova prostorija za obavljanje tehnološkog procesa eksploatacije (istraživanja) kao i vek trajanja. U izvesnim slučajevima ova dva poslednja činioca mogu imati znatnog uticaja na izbor oblika poprečnog preseka. Ako su u pitanju horizontalne ili kose prostorije privremenog karaktera (prostorije izgrađene za pripremu ležišta, otkopavanje ležišta ili istraživanje), tj. ukoliko im vek trajanja nije duži od 5 godina i ako nisu izložene snažnijem podzemnom pritisku, za podgrađivanje se (ukoliko za podgradom uopšte ima potrebe) obično koristi drvo. Međutim, ako su takve prostorije izložene snažnim pritiscima, koristi se oblik poprečnog preseka u obliku šestougaonika, osmougaonika, koji se takođe najčešće podgrađuje drvetom. U poslednje vreme takve prostorije sve se više podgrađuju čeličnom lučnom podgradom koja obezbeđuje veće ekonomske uštede. Ukoliko prostorija treba da traje duže i izložena je podzemnom pritisku koji iziskuje neki čvršći podgradni materijal od drveta, najčešće se koriste: monolitni (nabijeni) beton, čelik, armirani beton ili blokovi od prirodnog ili veštačkog kamena. 10

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Zavisno od veličine i pravca delovanja podzemnog pritiska kao i vrste podgradnog materijala, određuje se najpovoljniji oblik poprečnog preseka koji može biti: pravougaoni (obično u kombinaciji betona i čeličnih nosača), zasvođen (beton, armirani beton, čelik, kameni ili betonski blokovi), zvonast (čelik), potkovičasti (beton, armirani beton, čelik, kameni ili betonski blokovi). Kod vertikalnih rudničkih prostorija najčešće su zastupljeni pravougaoni i kružni kao i kombinovani oblik poprečnog preseka (sl.1.12).

Slika 1.12. Oblici poprečnog preseka okana: a- kružni, b- pravougaoni, c- eliptični, d- kombinovani, 1- odeljenje za izvozne sudove, 2- odeljenje za prolaz radnika, 3- odeljenje za smeštaj kablova, cevi i dr.

Ako je u pitanju vertikalna prostorija koja će biti korišćena samo jedan kraći period i neće biti izložena snažnijem podzemnom pritisku, tada se često koristi pravougaoni poprečni presek. Ovaj oblik obično se podgrađuje drvetom. Međutim, ukoliko je u pitanju prostorija koja treba da traje znatno duže (preko 15 godina) i još je izložena snažnom podzemnom pritisku, tada se u većini slučajeva koristi kružni oblik poprečnog preseka. Ovaj oblik najčešće se podgrađuje monolitnim betonom, armiranim betonom ili blokovima od prirodnog ili veštačkog kamena. Izuzetno, i to ako se vrši rekonstrukcija okna, koristi se eliptičan oblik poprečnog preseka za čije podgrađivanje se takođe upotrebljava isti materijal kao i za kružni oblik. Pri dimenzionisanju ma kog oblika poprečnog preseka mora se uvažiti:  vrsta i dimenzija transportnih sredstva koji se koriste,  tehničko-sigurnosni propisi,  veličina i broj transportnih pruga (odeljenja) i  količina vazduha koja mora da prođe kroz prostoriju.

1.2.1. DIMENZIONISANJE HODNIKA TRAPEZNOG OBLIKA

11

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Trapezni oblik podzemnih prostorija veoma se često koristi jer je podesan i za slučajeve kada sem vertikalnog postoji i bočni pritisak. Zavisno od veličine podzemnog pritiska i veka eksploatacije prostorije bira se i podgradni materijal koji može biti: drvo, čelik ili armirano betonski fabrički izrađeni elementi. Za ovaj oblik karakteristično je da je slemenjača (krovna greda) postavljena horizontalno, ređe pod uglom, na dva stupca (stojke) koji sa horizontalom pri podu zahvata ugao od 80 o do 85o. Za dimenzionisanje dvokolosečnog hodnika trapeznog preseka – koji služi za prevoz rude vagonetima zapremine 0,9 m3, a za vuču vagoneta koristi se dizel lokomotiva tip D1. Kao podgradni materijal koristi se drvena obla jamska građa debljine 200 mm. Ugao nagiba stojki prema horizontali pri dnu prostorije iznosi 85o. Na slici 1.13 grafički je prikazan primer dimenzionisanja hodnika.

Slika 1.13. Poprečni presek hodnika trapeznog oblika 1.2.2. DIMENZIONISANJE OKNA PRAVOUGANOG OBLIKA

Kao i kod horizontalnih rudničkih prostorija, tako i kod vertikalnih, veličina zavisi od: oblika okna, veličine i rasporeda izvoznih sudova i razmeštaja ostalih uređaja u oknu. U rudnicima se najčešće primenjuju pravougaoni i kružni oblik poprečnog preseka, sa jednim i dva koša. Postupak dimenzionisanja okna pravougaonog oblika sa dva izvozna suda – koje će služiti za izvoz ljudi i materijala iz jame. Dimenzije koša: 1510x840 mm, bočne vođice 100x120 mm, sa širinom podgradnog venca d = 180 mm, i poprečnom gredom e = 150 mm. U okna se ugrađuju čeone vođice, kao i odeljenje za prolaz radnika čije dimenzije ne smeju biti manje od 700x600 mm. Na slici 1.14 grafički je prikazan primer dimenzionisanja okna pravougaonog preseka.

12

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 1.14. Poprečni presek okna pravougaonog oblika

Benzinska sigurnosna lampa (Devy 1815)

1.4. IZRADA TUNELA I KOMORA

Na osnovu arheoloških iskopavanja, starih zapisa i drugih podataka, došlo se do saznanja da je tehnika građenja podzemnih prostorija bila poznata još i narodima starog veka, pa i ranije, koji su podzemne prostorije gradili: kao podzemne prolaze između carskih palata i hramova, za grobnice, za vodovod, isušivanje terena i dr. 13

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Izrada podzemnih prostorija u tom periodu dostigla je svoj procvat za vreme robovlasničkog društvenog uređenja da bi gotovo prestala u srednjem veku. Podzemne gradnje Asiraca, Egipćana, Grka, Rimljana i drugih naroda i danas zadivljuju monumentalnošću i smelošću pojedinih rešenja, posebno ako se zna kakvim primitivnim sredstvima su tadašnji graditelji raspolagali. Primera radi, podsetićemo se da su se u to vreme za razaranje stena koristili vatra i klinovi, za pr ovetravanje i odvodnjavanje najprimitivnije ručne naprave, a za podgrađivanje graditeljima je stajao na raspolaganju samo materijal koji su mogli da nađu u najbližoj okolini. Te drevne graditelje nisu mogli da zaustave ni najteži radni uslovi, kao što su rečna korita, glinovit i muljevit stenski materijal. Jedan od takvih primera je podzemni prolaz ispod reke Eufrat u starom Vavilonu, koji je izrađen pre 4.000 godina. Ovaj prolaz dug je oko 900 m, poprečnog preseka 4,0x3,5 m i izrađen je u glinovitim naslagama reke Eufrat. Za vreme gradnje reka je bila privremeno izmeštena na drugu stranu, a radovi su se izvodili u otvorenom otkopu. Ovaj tunel je i prvi tunel koji je, bar prema do sada nađenoj arhelološkoj građi, podgrađen opekom i građen u otvorenim otkopima. Namena tunela bila je da spoji carski dvorac sa hramom boga Sunca. Pored tunela koji su služili kao prolazi i grobnice, građeni su tuneli za vodovod i melioracije. Jedan od takvih tunela je vodovodni tunel koji je služio za dovođenje vode u Jerusalim, dug oko 900 m i izrađen u veoma čvrstoj i kompaktnoj steni. Ovaj tunel interesantan je i po tome što se na osnovu mnogobrojnih zapisa može zaključiti da je rađen sa dve strane, a izrađen je po izlomljenoj liniji. Prema do sada utvrđenoj istorijskoj građi, ovo je prvi tunel koji je istovremeno rađen sa dve strane. Isto tako, od vodovodnih tunela izrađenih u staroj Grčkoj interesantan je tunel na ostrvu Samosu, kojeg pominje još istoričar Herodot, a kojeg su otkrili arheolozi 1882. godine. Tunel je rađen kroz krečnjak u dužini od oko 1.100 m i na dubini od 270 m. Poprečni presek tog tunela iznosi 1,8x1,8 m. U starom Rimu izgrađeno je više vodovodnih tunela od kojih se neki i danas koriste. Najinteresantniji tunel iz ovog perioda je tunel koji je opisao Plinije, a koji je prema njemu dug 5.650 m, i služio je za isušivanje jezera Fućino. Tunel prolazi ispod brda Sabijano a izrađen je uz pomoć čitavog niza niskopa i okana dužine i do 120 m. Težak i dugotrajan rad na izradi podzemnih prostorija za snabdevanja gradova vodom i melioraciju sa propašću robovlasničkog sistema potpuno zamire (izuzev radova u čisto vojne svrhe), da bi tek pronalaskom baruta ponovo oživeo. Prvi značajan saobraćajni objekat u srednjem veku, koji je izrađen u čvrstom stenskom materijalu uz pomoć baruta, jeste plovni tunel dužine 164 m, širine 6,7 m i visine 8,2 m. Ovaj tunel rađen je u Francuskoj od 1676–1681.god., sa ciljem da poveže reku Garonu sa Sredozemnim morem. Ovo je i prvi tunel koji je rađen za potrebe vodenog saobraćaja, tako da Francuskoj pripada prvenstvo u gradnji plovnih tunela. Korišćenje baruta u tehničke svrhe (1627), a kasnije i pronalaskom dinamita (1864) i bušaćeg čekića (1896), rad na izradi podzemnih prostorija ponovo oživljava. Prvi tunel za koji se zna da je rađen u slabom stenskom materijalu takođe je vezan za francuske graditelje. Na kanalu Sent Kventin, koji spaja reku Oazu sa Šeldom, 14

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

projektovan je i izrađen brodski tunel kroz slab peščar u dužini od 110 m, širine 8 m i visine 7,1 m. Tunel je započet 1803. godine, a završen 1810. godine. Prilikom gradnje ovog tunela graditelji su zbog slabog stenskog materijala nailazili na velike teškoće, tako da on nije mogao biti izrađen u celom profilu već je primenjen postupak sa više čela. 1.4.1. VRSTE TUNELA

Železnički tuneli – Pronalaskom parne lokomotive prevoz tereta i putnika vodom gubi značaj, tako da železnica postaje sve značajniji saobraćajni činilac, zamire izrada brodskih tunela i počinje era železničkih tunela. S obzirom na uslove trasa železničkih pruga i savlađivanje prepreka u obliku planinskih venaca, od 1826. godine (kada je i započet prvi železnički tunel) izrađen je veliki broj železničkih tunela. Prvi počeci tunelogradnje u raznim zemljama povezani su sa datumom uvođenja železnice u saobraćaj tih zemalja i hronološki su prikazani u narednom pregledu:  u Francuskoj 1826, na pruzi Sent-Etijen – Lion, u dužini od 1.500 m. Tunel je izrađen za saobraćaj sa konjskom vučom;  u Engleskoj 1826, na pruzi Liverpul-Mančester, u dužini od 1.190 m. Tunel koji je izgrađen za parnu vuču, a pripisuje se pronalazaču parne lokomotive Dž. Stivensonu;  U SAD 1831, na pruzi Alegani - Portedž (Pensilvanija);  u Belgiji 1835, na državnim železnicama;  u Nemačkoj 1837, na pruzi Lajpcig - Drezden, kod mesta Oberau;  u Austriji 1839, na pruzi Beč - Trst, kod mesta Gumpoldskirhena;  u Italiji 1840, na pruzi Napulj - Kastelamare;  u Švajcarskoj 1835, na pruzi Bazel - Olten;  u Rusiji 1862, na pruzi Petrovgrad - Varšava;  u Srbiji 1884, na pruzi Beograd - Niš, kod Ralje, Ripnja i Stalaća;  u Jugoslaviji 1923, na pruzi Beograd - Požarevac, kod mesta Beli Potok.

Među značajnije izgrađene železničke tunele spadaju: Sen Gothard i Simplon (na pruzi između Švajcarske i Italije); Apeninski tunel – u Italiji i tunel Tann – u Japanu. Tunel Sen-Gothard – nalazi se na nadmorskoj visini od oko 1.200 m i izgrađen je u dužini od 14.980 m. Tunel je izrađen za dva koloseka sa poprečnim svetlim presekom 7,4x8,0 m. Trasa tunela prolazi delimično kroz krečnjak, a delimično kroz glince. U toku gradnje tunela graditelji su bili suočeni sa veoma velikim prilivom vode, koji je iznosio do 380 l/s i temperaturama do 31oC. Podzemni pritisci bili su naročito visoki pri izradi tunela kroz glince, tako da na tim deonicama nije mogla biti primenjena, do tada korišćena drvena podgrada, pa se prešlo na čeličnu podgradu. Ovo je jedan od prvih slučajeva kada se za podgrađivanje primenila čelična podgrada. S obzirom na veoma teške uslove kojima su graditelji tunela bili izloženi, a i na nedovoljna zaštitna sredstva, broj nesrećnih slučajeva bio je veoma visok, ukupno 580 povreda, od čega 177 smrtnih slučajeva i 403 teže i lakše povrede. Na slici 1.15 prikazan je podužni presek kroz osu Sen-Gothartskog tunela. 15

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 1.15. Podužni presek kroz Sen-Gothardski tunel

Simplonski tunel – jedan je od najdužih železničkih tunela koji su do sada izgrađeni i njegova dužina iznosi 19.730 m. Izgrađena su dva međusobno paralelna jednokolosečna tunela na međusobnom rastojanju od 17 m. Na svakih 200 m izgrađeni su proboji koji služe za provetravanje. Poprečni presek svakog tunela iznosi 5x5,35 m. Veoma veliki pritisci, ogroman dotok vode, veliki priliv gasova i visoke temperature pogoršale su ionako teške radne uslove, što je prisililo projektante na rešenje sa dva međusobna tunela. Na slici 1.16 prikazan je uzdužni presek Simplonskog tunela.

Slika 1.16. Geološki profil Simplonskog tunela sa dijagramom temperaturnih promena masiva: 1škriljci, 2- izrazito škriljast materijal, 3- mikašist, 4- gnajs i škriljasti gnajs, 5- gips i krečnjak, 6- gnajs

Trasa tunela presecala je mnoge karstne pukotine ispunjene vodom, tako da je u izvesnim momentima priliv vode u tunel iznosio i do 1.200 l/s. Ovi izvori ponekad su bili topli, što je još više pogoršavalo ionako loše radne uslove. Posebne teškoće graditeljima predstavljale su visoke temperature stena, koje su dostizale visinu i do 56o C. Intenzivna ventilacija, kao i hlađenje čela radilišta vodom nisu davali zadovoljavajuće rezultate, pa se stoga prešlo na hlađenje čela radilišta pomoću vazduha koji je prethodno rashlađen u specijalnim komorama sa ledom. U toku izrade tunela, naročito sa italijanske strane, graditelji su bili suočeni sa snažnim podzemnim pritiscima koji su zahtevali primenu specijalne čelične podgrade. Korišćena su iskustva postignuta pri izradi Sen-Gothardskog tunela. Jedna od specifičnosti Simplonskog tunela, pored veoma teških radnih uslova i velike dužine, bila je i dubina trase ispod površine od preko 2.100 m. Tunel Tan – rađen je pod veoma teškim uslovima. Izgrađen je u stenskom masivu vulkanskog porekla koji je mestimično rasedima i pukotinama (na međusobnom rastojanju od 10–15 m) toliko isprelaman da praktično i ne predstavlja 16

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

homogenu celinu. Da bi uslovi bili još složeniji, ove pukotine zapunjene su glinom, što je sve još više pogoršalo ionako loše radne uslove i izazvalo veoma visoke podzemne pritiske (sl.1.17).

Slika 1.17. Geološki profil kroz osu tunela Tan (Japan)

S obzirom na veoma veliku ispresecanost brdskog masiva pukotinama i rasedima, pritok vode je bio veoma visok, a pritisak iste i do 20 bara. Trasa tunela presecala je podzemne izvore vode čija je temperatura iznosila i do 35oC. Da bi se savladale sve prepreke koje su se pred graditeljima tunela javljale, morale su se primeniti različite metode izrade, od bušačko-minerskih radova u čvrstoj steni, do kesonskog postupka – u slabim i vodonosnim delovima trase. U izvesnim delovima čak i rad sa štitom izvodio se sa teškoćama, jer pod uticajem velikih vertikalnih pritisaka i slabe podloge štitovi su tonuli. Veliki Apeninski tunel – iako je nešto kraći od Simplonskog (18,5 km) poznat je po veoma teškim uslovima gradnje izazvanim visokom temperaturom, termalnim vodama, visokim pritiscima vode, visokim pritiscima stenskog masiva i zapaljivim podzemnim gasovima. Temperature su u toku gradnje iznosile i 63o C, pritok vode i do 440 l/s, a na nekim mestima, zbog provale vode, graditelji su bili prinuđeni da obustavljaju radove. Takođe veoma često su se u tunelu javljali i požari koji su uništavali drvenu podgradu i stvarali ruševine. S obzirom na visoke pritiske i velike razmere obrušenih zona, graditelji su bili prinuđeni da ispred ruševina postavljaju zidove od kamena iza kojih je ubacivano cementno mleko. Ovako povezan obrušeni materijal u zoni ruševina uklanjan je ponovnim otkopavanjem. Primenjene mere dale su zadovoljavajuće rezultate, pa su se koristile i u slučajevima većih ruševina pri izgradnji drugih tunela (sl.1.18). Teškoće na koje se nailazilo pri izradi pomenutih železničkih tunela, kao i iskustva stečena tom prilikom, omogućila su da se razradi čitav niz različitih metoda za rad u složenim uslovima, koje su kasnije korišćene pri izradi i drugih podzemnih prostorija u posebno teškim uslovima, kakvi se sreću pri izgradnji gradskih železnica i podvodnih tunela.

17

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 1.18. Geološki profil kroz osu Velikog Apeninskog tunela

Drumski tuneli – Sa sve intenzivnijim razvojem drumskog saobraćaja pojavljuje se i potreba za izgradnjom drumskih tunela. Najinteresantniji drumski tuneli, sa tehničkog stanovišta, takođe su tuneli u Alpima. Među tim tunelima posebno se ističe tunel ispod Monblana, na autostradi koja povezuje Rim sa Parizom. Tunel je dug 12,5 km, i izgrađen je u čvrstom stenskom materijalu. Za gradnju tog tunela posebno je interesantan transport i odvoz iskopine. Odvoz iskopanog stenskog materijala pri izgradnji ovog tunela rešen je na do tada jedinstven način. Naime, minirani i iskopani stenski materijal drobljen je na čelu radilišta do granulacije 5–6 cm i kroz cevi vodom transportovan do jalovišta. Izgradnja drumskih tunela naročito je oživela posle Drugog svetskog rata, kada su motorna vozila doživela ekspanziju. U tom periodu projektovan je veći broj autostrada i tunela, posebno na tlu Evrope i Amerike. Podvodni tuneli – Sa stanovišta izgradnje i problema sa kojima se součavaju projektanti i graditelji, najinteresantnije područje vezano za izradu podzemnih prostorija svakako predstavlja izrada podvodnih tunela. Veoma teški i raznovrsni uslovi, uslovili su čitav niz tehničkih za složene uslove izgradnje vezane za velike pritiske, loše terenske uslove, velik priliv vode i dr. Na tom polju postignuti su veoma zapaženi tehnički rezultati i usavršene mnoge metode rada. Jedan od prvih pokušaja izgradnje podvodnih tunela, koji je propao posle izrađenih 130 m, bio je tunel ispod reke Temze u Londonu. Početak radova na ovom tunelu vezan je za 1807. godinu, tako da se ta godina spominje i kao godina početka radova na izradi podvodnih tunela. Posle lošeg prvog iskustva, radovi na izradi podvodnih tunela mogli su biti ostvareni tek 1823. godine, kada je Mark Brinel konstruisao svoj “štit” – pokretnu čeličnu konstrukciju koja je štitila radnike od zarušavanja. Štit je mogao biti primenjen s obzirom na to da je tunel rađen u glini, tako da se priliv vode mogao savladati mehaničkim sredstvima. Ovaj prvi štit nije bio predviđen da radi pod pritiskom sabijenog vazduha (na principu kesona). Poprečni presek Brinelovog štita bio je pravougaoni. Podgrada prvog podvodnog tunela bila je od opeke, pri čemu su debljine zidova iznosile i do 4 m. Na slici 1.19a prikazan je štit i organizacija rada, kao i podgradna konstrukcija ovog podvodnog tunela (sl.1.19b). 18

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Teški uslovi izgradnje podvodnih tunela i nesavršenost Brinelovog štita usporili su izradu podvodnih saobraćajnica sve do 1869. godine kada su Englezi Barlou i Gredhem i Amerikanac Alfred Bič konstruisali štit kružnog poprečnog preseka sa primenom sabijenog vazduha. Primenom i usavršavanjem ovog novog štita i korišćenjem tibinga od livenog gvožđa za izgradnju podgradne konstrukcije, tehnički je bilo moguće savlađivati i najteže uslove.

Slika 1.19. Prvi podvodni tunel pod rekom Temzom u Londonu: a) izgled štita i organizacija rada, b) podgradna konstrukcija

Jedan od prvih značajnih podvodnih tunela izrađen je 1897. godine ispod reke Temze u Londonu, poznat pod imenom tunel Blekvul. Posle ovog tunela izgrađen je veliki broj tunela u raznim zemljama, među kojima su najinteresantniji tuneli u SAD ispod reke Hadson i Ist-River. U Evropi su tunelima savladane reke: Temza, Sena, Moskva, Šprea, Dunav i mnoge druge. Značajno je ukazati na nekoliko velikih projekata podvodnih tunela, među kojima se ističu: izgrađeni tunel ispod Lamanša – koji povezuje obalu Francuske sa obalom Engleske; tunel ispod Gibraltara – koji treba da poveže Španiju sa Marokom; ŠkotskoIrski tunel – koji treba da povezuje Škotsku sa Irskom i projekat tunela koji treba da poveže Japan sa Korejom. Projekat tunela ispod Lamanša jedan je od najstarih projekata, a realizovan je tokom 1994. godine. Ukupna dužina tunela iznosi oko 50 km, od toga se 34,3 km nalazi pod vodom. Tunel služi za potrebe železnice i ima dve tunelske cevi. Na slici 1.20 prikazana je trasa tog podvodnog tunela.

Slika 1.20. Projekat podvodnog tunela pod Lamanšom

Dužina Gibraltarskog tunela, koji je zamišljen kao suvozemna veza između Maroka i Španije, trebalo je da iznosi oko 40 km je bio započet i prekinut. 19

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Među najsmelije projekte izgradnje podvodnih tunela može se smatrati projekat japanskih graditelja koji su izgradili projekat podzemne veze između Japana i Koreje. Prema tom projektu, tunel bi trebalo da bude dug oko 150 km i povezivao bi jug Koreje u mestu Fusan sa mestom Faramizon u Japanu. Tunel je trebalo, prema projektu, da služi za automobilski saobraćaj. Gradske podzemne železnice – Sa razvojem velikih gradova narsli su problemi gradskog saobraćaja, jer nije mogao velike mase građana brzo da prebaci iz jednog dela grada u drugi. Osnovni razlog zagušenosti u gradskom saobraćaju bile su uske uluce i mnogobrojna raskršća i pešački prelazi. Da bi se rasteretile ulice a istovremeno i povećao protok saobraćajnih sredstava, projektanti su bili prinuđeni da saobraćaj prenesu ispod gradova, gradeći posebne tunele poznate pod imenom - metro. Na slici 1.21 prikazana je zrakasta mreža metroa u Madridu.

Slika 1.21. Zrakasta mreža metroa - Madrid

U mnogim gradovima sveta izgrađeni su metroi, navešćemo neke: u Atini; Barseloni, Madridu; Berlinu, Hamburgu; Njujorku, Bostonu, Čikagu; Budimpešti; Beču; Londonu, Liverpulu, Glazgovu; Parizu, Merselju; Moskvi, Lenjigradu; Kijevu; Oslou; Pragu; Rimu, Napulju, Milanu; Tokiu. Pored navedenih gradova koji imaju već izgrađene ili započete metroe, postoje projekti i ideje da se i u mnogim drugim gradovima za obavljanje gradskog putničkog i teretnog prometa izgrade metroi, među koje spada i Beograd. Prema arhivskim podacima, prvi metro izgrađen je i pušten u eksploataciju u Engleskoj, a primer Londona sledili su Pariz, Berlin, Hamburg, Njujork, Moskva, Budimpešta, Lenjigrad, i drugi gradovi. Sve do 1890. godine za vuču vozova u metrou korišćena je parna vuča, koju je prvo u Londonu 1891. godine, a zatim i u drugim gradovima zamenila električna lokomotiva. Električna vuča umnogome je olakšala tehničke uslove gradnje metroa, jer je iziskivala manje poprečne preseke tunela, izmenila radijuse krivina, nagibe trase i dr., a eliminacija dima i pare umnogome je poboljšala uslove eksploatacije. 20

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Mreža podzemnih tunela koji služe za odvijanje gradskog podzemnog saobraćaja različito je razvijana u različitim gradovima. Razgranatost mreže podzemnih tunela metroa zavisi od više činilaca, među kojima se ističu: veličina područja obuhvaćenog metroom, broj putnika koje treba prevesti i raspoloživa finansijska sredstva. Na slici 1.22 prikazana je mreža linija metroa u Budimpešti.

Slika 1.22. Mreža metroa - Budimpešta

Hidrotehnički tuneli – Masovno korišćenje vode za proizvodnju električne struje uslovilo je izgradnju mnogih podzemnih tunela u isključivo hidrotehničke svrhe. Osim toga, za snabdevanje gradova pijaćom i industrijskom vodom, i za melioraciju zemljišta izgrađeno je takođe više značajnih tunela. Izgradnja hidrotehničkih tunela naročito je razvijena u S. Americi gde je između ostalih na sistemu brana i kanala Kolorado-Tomson izgrađen vodosprovodni tunel dužine 21 km, prečnika 3,0 m. Ovaj tunel, poznat pod imenom Alva Adams, građen je sa ciljem da preuzme izvesnu količinu vode iz gornjeg toka reke Kolorado i da je slivom reka Big Tomson i Plat ulije u Atlantski okean. Ove vode daju veliku količinu električne energije, a u Zapadnoj Nebraski navodnjavaju oko 285.000 hektara veoma plodnog zemljišta. Znatno duži tunel od Alva Adamsa je tunel Kost-Renž (SAD), dužine 43 km i prečnika 3,2 m. Tunel je izgrađen radi snabdevanja vodom San-Franciska, i do izgradnje tunela Delejer bio je najduži tunel na svetu. Tunel Delejer projektovan je na dužini od 78 km i ima zadatak da snabdeva Njujork vodom. S obzirom na veliku dužinu tunela, na određenom rastojanju izgrađena su okna čija je dubina iznosila i do 500 m. Ta okna služila su za ventilaciju, prolaz zaposlenog osoblja, izvoz iskopine i dopremanje potrebnog materijala. Na slici 1.23 prikazana je trasa tog vodosprovodnog tunela. 21

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 1.23. Trasa vodosprovodnog tunela Delejr

Osim ovih velikih poduhvata vezanih za izgradnju vodosprovodnih tunela za snabdevanje velikih gradova i čitavih područja vodom, iako po svojoj dužini znatno kraći, nisu neinteresantni ni vodosprovodni tuneli koji imaju zadatak da sprovedu vodu od akumulacija do hidrocentrala. Primer jednog takvog vodosprovodnog tunela prikazan je na slici 1.24.

Slika 1.24. Šema vodosprovodnog tunela (HE “Rama”)

Podzemne hale i drugi objekti – U podzemne prostorije specijalne namene ubrajaju se: podzemne garaže, hangari, mašinske sale hidroelektrana, fabrike, podzemni magacini, skladišta vojnog materijala, podzemne morske baze, skladišta nafte i drugi objekti. Ti objekti su obično strateškog značaja, i to se odražava i na njihovu lokaciju, podgradnu konstrukciju i zaštitu. Izgradnja ovih objekata masovno je započela posle Drugog svetskog rata. Prema dosadašnjem iskustvu, ovakvi podzemni objekti obično su projektovani u veoma čvrstom stenskom materijalu, što je omogućavalo primenu racionalnih metoda izrade, veću sigurnost, jednostavniju 22

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

podgradnu konstrukciju i niže troškove osiguranja i izrade. Razmeštaj podzemnih prostorija, njihove dimenzije i oblik umnogome zavise od namene i zahteva sigurnosti. Mašinske hale hidroelektrana imaju veoma različite oblike i dimenzije, a to zavisi od uređaja koje treba ugraditi i od kapaciteta centrale. Na slici 1.25 prikazan je poprečni presek jedne od mogućih konstrukcija mašinske hale, koja je primenjena u Francuskoj.

Slika 1.25. Jedna od konstrukcija mašinskih hala hidroelektrana

U svetu se sve češće za uskladištenje nafte grade podzemni rezervoari velikih kapaciteta. Tako, na primer Amerikanci su u jednoj od svojih baza izgradili ogromne rezervoare čija zapremina iznosi oko 900.000 m3. Ovo skladište sačinjava 20 velikih cilindara visine 80 m i prečnika 33 m. Rastojanje između ovih cilindara, koji su izgrađeni duboko pod zemljom, iznosi po 60 m. Na slici 1.26 prikazan je deo ovih rezervoara. Osim navedenog tipa rezervoara (koji ne moraju biti korišćeni samo za naftu ili njene derivate) u svetu se grade i drugačiji oblici.

23

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 1.26. Podzemni rezervoari za naftu u obliku cilindra

Neki od podzemnih hangara šematski su prikazani na slici 1.27.

Slika 1.27. Tipovi podzemnih skladišta za avione

24

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

25

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

2.0. POGONSKA ENERGIJA Najveći deo poslova u rudarstvu obavlja se uz pomoć delimično ili potpuno mehanizovane opreme, koja za svoj pogon koristi motore na sabijeni vazduh, električni ili hidraulični pogon. Pored ove vrste energije, u poslednje vreme, za pogon mašina koje rade pod zemljom koriste se i motori sa unutrašnjim sagorevanjem. 2.1. ELEKTRIČNA ENERGIJA

Električna energija za pogon rudarskih mašina je najviše korišćena energija, zbog svojih prednosti koje se ogledaju u: ekonomičnosti, lakom prenosu i jednostavnom rukovanju opremom. Električni motori koriste naizmeničnu trofaznu struju, napona 110, 220, 380, i više V i učestalosti od 50 Hz, koja se sa rudničke trafostanice, na površini, kablovima dovodi pod visokim naponom u jamu, a odatle se uz pomoć transformatora prevodi na potreban niži napon. Jedna šema napajanja i razvod električne energije po jami, prikazan je na slici 2.1. U rudarske mašine koje rade pod zemljom ugrađeni su uglavnom trofazni asinhroni motori. Instalisana snaga ovih motora kreće se u veoma širokim granicama, od 0,9-100 i više kW. Na primer, za pogon električnih vrtalica instalisana snaga kreće se u granicama od 0,9-12 kW; za podsekačice od 15-60 kW; utovaračice oko 30 kW, a za kombinovane mašine za izradu prostorija 100 i više kilovata.

Slika 2.1. Šema električnog razvoda i potrošača u jami

Motori za pogon rudarskih mašina moraju biti specijalno izrađeni i zaštićeni, s obzirom na to da mašine rade pod veoma teškim uslovima i da su izložene vlazi. Posebna zaštita ovih mašina potrebna je ukoliko se one koriste u metanskim jamama i jamama u kojima postoji opasnost od eksplozije ugljene prašine. Ovakva zaštita je neophodna kako bi se sprečilo paljenje eksplozivne mešavine varnicama koje se javljaju na kolektoru pri radu električnih motora. 26

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Svi spojevi na električnim instalacijama moraju biti propisno izvedeni i izolovani, a za to se koriste odgovarajuće kablovske spojnice i kablovske glave. Prekidači za visoki napon moraju biti uljnog tipa, ili gasni prekidači, za koje je karakteristično da je viljuška prekidača uronjena u ulje, tečnost ili inertni gas, čiji je zadatak da uguše nastalu varnicu. U primeni niskog napona koriste se bezuljni prekidači, uz obaveznu primenu rastavljača. Mašine na električni pogon najviše su zastupljene u pogonima u rudnicima uglja i drugim mekšim sredinama. Iskorišćenost električne energije za rad u jami kreće se od 70-80%. 2.2. SABIJENI VAZDUH

Pogonska energija sabijenog vazduha koristi se kod pneumatskih motora koji se uglavnom koriste za pokretanje mašina u rudnicima metala i nemetala. Radni pritisak sabijenog vazduha kreće se od 4-7 bara, izuzetno kod nekih mašina i više. Proizvodnja sabijenog vazduha ostvaruje se mašinama poznatim pod imenom kompresori. Kompresori su obično instalirani na površini, odakle se cevovodima vazduh razvodi do potrošača u jami. Prema načinu rada, kompresori se dele na klipne i spiralne. Klipni kompresori služe obično za proizvodnju manjih količina sabijenog vazduha, dok se spiralni koriste za proizvodnju većih količina sabijenog vazduha. Na slici 2.2 data je šema proizvodnje i razvođenja sabijenog vazduha.

Slika 2.2. Šema proizvodnje i razvođenja sabijenog vazduha: 1- kompresor, 2- rezervoar, 3- ventili, 4- cevovod

Za rad kompresora u najvećem broju slučajeva koristi se električna energija, a u nedostatku električne energije mogu se koristiti motori sa dizel pogonom. Kapaciteti kompresora iznose od nekoliko do više desetina m3/min. U tabeli 2.1 date su osnovne karakteristike spiralnih kompresora proizvođača Fagram – Atlas Copco. Motori rudarskih mašina, sa pogonom na sabijeni vazduh, mogu biti različiti, kao: klipni, lamelarni i sa strelastim zubima. Instalisana snaga ovih motora kreće se u granicama od 3,5-50,0 kW, sa potrošnjom sabijenog vazduha oko 20 m3/h kod ručnih vrtalica; 50-60 m3/h kod otkopnih čekića; oko 180 m3/h kod bušaćih čekića; 600-1.800 m3/h kod sekačica. 27

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Gubici ove vrste pogonske energije su znatni i kreću se u granicama od 85-90%, što je čini veoma skupom. Tabela 2.1. Tip kompresora Max. radni pritisak Normalni radni pritisak Pritisak međuhladnjaka na radnom pritisku od 7 bara Kapacitet Max. brzina rada Kapacitet ulja u kućištu radilice Nivo buke – prema ISO 2151

Jedinica

ST-STS 35J

ST-STS 48J

ST-STS 71J

ST-STS 95J

bar bar

8,8 7,0

8,8 7,0

8,8 7,0

8,8 7,0

bar m3/min obr/min l dB

2,1 3,5 1750 5 753

2,2 4,5 1750 5 753

2,2 7,0 1750 10 753

2,3 9,3 1750 10 753

2.2.1. PRORAČUN POTREBNE KOLIČINE SABIJENOG VAZDUHA

Ukupno potrebna količina sabijenog vazduha za rad mašina u jami može se proračunati po obrascu: i

Q    k  k1  k2  ni  q  q1  L , m3/min

(2.1)

1

gde su:

k

- koef. jednovremenog rada potrošača,

k

- koef. pohabanosti pneumatskih motora,

1

k 2

ni q q

- koef. koji zavisi od nadmorske visine na kojoj se nalazi kompresorska stanica. Vrednosti koef. k2 date su u tabeli 2.2, - broj potrošača istoga tipa, - potrošnja vazduha svakog potrošača, m3/min, - dozvoljeni gubici vazduha na 1 km cevovoda, obično 1,5-3,0 m3/mim,

1

L

- dužina cevovoda, km.

Tabela 2.2. Nadmorska visina Koef. k2

0 1,00

305 1,03

914 1,10

1527 1,17

2134 1,20

2438 1,26

3048 1,32

Proračunata količina sabijenog vazduha prema obrascu (2.1) predstavlja količinu vazduha koja se mora obezbediti za nesmetan rad potrošača. Ukupno instalisan kapacitet kompresorske stanice treba da bude nešto veći, i on se obično kreće u granicama 25-50%. Procenat povećanja instalisanog kapaciteta najčešće zavisi od broja i kapaciteta instaliranih kompresora. 2.2.2. CEVOVOD ZA SABIJENI VAZDUH

Razvođenje sabijenog vazduha od kompresorske stanice do potrošača, ostvaruje se uz pomoć čeličnih ili plastičnih cevi odgovarajućeg prečnika. Od pravilnog izbora prečnika cevovoda kao i od načina nastavljanja cevi, zavisi i 28

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

ekonomičnost razvođenja sabijenog vazduha po jami. Loše izvedena zaptivenost cevi na spojevima, kao i povećanje aerodinamičkih gubitaka, predstavljaju znatne gubitke sabijenog vazduha. Da bi se smanjili aerodinamički gubici, neophodno je pravilno dimenzionisati razvodnu mrežu, a da bi se smanjili gubici vazduha na spojevima cevi, nastavak cevi mora biti pravilno izveden. Za razvođenje sabijenog vazduha po jami koriste se čelične bešavne cevi, koje su međusobno spojene pomoću: mufa, prirubnice ili zavarivanjem. Na slici 2.3 prikazani su uobičajeni postupci spajanja cevovoda za sabijeni vazduh.

Slika 2.3. Spajanje cevovoda za sabijeni vazduh: a. mufom, b. prirubnicom, c. zavarivanjem; 1- cev, 2- muf, 3- nepokretna prirubnica, 4- zaptivka, 5- zavrtnji, 6- slobodna prirubnica

Kod cevovoda prečnika do 75 mm spajanje se obično ostvaruje uz pomoć mufa, a preko 75 mm pomoću odgovarajuće prirubnice. Spajanje zavarivanjem primenjuje se samo u slučaju stalnih magistralnih cevovoda. Za što bolje zaptivanje spojeva koriste se specijalni vezni elementi. Jedan zaptivni elemenat sastoji se od jednog elastičnog prstena, koji je sa spoljašnje strane obuhvaćen i čvrsto priljubljen uz cev dvodelnim čeličnim omotačem. Ovakvi elementi veoma dobro vrše zaptivanje, lako se montiraju i demontiraju i dozvoljavaju u određenim granicama i krivljenje trase cevovoda. U poslednjim decenijama, čelične cevi sve viče se zamenjuju cevima izrađenim od plastike, tako da u odnosu na čelične cevi imaju određene prednosti: imaju manju težinu, manji aerodinamički otpor i nisu podložne koroziji. Nasta vljanje plastičnih cevi obično se vrši lepljenjem ili spajanjem na određenoj temperaturi. Ovako izvedeni spojevi obezbeđuju veoma dobru i sigurnu hermetičnost. Cevovod u horizontalnim podzemnim prostorijama postavlja se uz jedan od bokova, na određenoj visini iznad poda. Mora biti dobro pričvršćen uz bok prostorije, uz pomoć posebnih držača. U vertikalnim prostorijama mora se voditi računa da se celokupna težina cevovoda ne prenese na samu cev. Iz tih razloga cevi se oslanjaju na posebne držače, ugrađene u bok okna, i postavljene na određenim rastojanjima. 2.2.3. DIMENZIONISANJE CEVOVODA

29

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Za dimenzionisanje cevovoda za sabijeni vazduh neophodno je ustanoviti šemu razvoda vazduha sa ukupnom najvećom potrošnjom vazduha, zatim tačne dužine cevovoda sa svim potrebnim instalacijama koje su neophodne na jednom cevovodu. Poznavanjem šeme razvoda sabijenog vazduha, u mogućnosti smo da za svaku granu i magistralni cevovod proračunamo potreban unutrašnji prečnik cevovoda po obrascu:

  le   o  Q 60 , m d 5 0,045  2   sr  p 2

gde su:

(2.2)



- koef. aerodinamičkog otpora vazduha o zidove cevi, 0.001,

le

- ekvivalentna dužina cevovoda, m, - gustina sabijenog vazduha pri normalnim uslovima, kg/m3, - gustina sabijenog vazduha pri srednjem pritisku i srednjoj temperaturi na posmatranom delu cevovoda, kg/m3, - količina vazduha koja mora da prođe kroz cevovod pri normalnim uslovima, m3/min, - gubitak u pritisku na posmatranom delu cevovoda, Pa.

o sr

Q 

p

Ekvivalentna dužina le sastoji se od ukupne dužine cevi i ekvivalentnih dužina, koju čine ventili, kolena, T-razvodnici i druga armatura koja može biti ugrađena na dovodnom cevovodu. Vrednost ekvivalentnih dužina ugrađenih elemenata na jednom cevovodu prikazana je u tabeli 2.3. Pad pritiska na posmatranom delu cevovoda moguće je odrediti pomoću nomograma koji je dat na slici 2.4. Na osnovu proračunatog prečnika po obrascu (2.2), usvaja se prvi veći standardni prečnik iz odgovarajućeg kataloga cevovoda. U praksi se često za proračun prečnika cevovoda koristi uprošćeni obrazac, u obliku: d  3,18 Q ,

cm

(2.3)

Tabela 4.3. Ekvivalentna dužina cevi (m)

Arma tura

Unutrašnji prečnik cevi (mm) 25

40

50

80

100

125

150

3-6

5-10

7-15

10-25

15-30

20-50

25-60

1,2

2,0

3,0

4,5

6,0

8,0

10,0

Zasun

0,3

0,5

0,7

1,0

1,5

2,0

2,5

Koleno

1,5

2,5

3,5

5,0

7,0

10,0

15,0

Krivina R=d

0,3

0,5

0,6

1,0

1,5

2,0

2,5

Ventil sa sedištem Ventil sa dijafragmom

30

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Krivina R=2d

0,15

0,25

0,3

0,5

0,8

1,0

1,5

T-razvodnik

2,0

3,0

4,0

7,0

10,0

15,0

20,0

Reducir

0,5

0,7

1,0

2,0

2,5

3,5

4,0

Da ne bi došlo do prekida u radu pneumatskih mašina, koji mogu nastati usled prekida u radu ili manjih zastoja u radu kompresora, između kompresora i potrošača neophodno je ugraditi rezervoar za sabijeni vazduh. Ugrađeni rezervoar treba da posluži za akumuliranje određene količine sabijenog vazduha i taloženje vlage i ulja. Za prikupljanje vlage na više mesta na cevovodu potrebno je ugraditi posude za hvatanje kondenzovane vodene pare. Zapremina rezervoara za sabijeni vazduh može se proračunati po obrascu: V  c

(2.4) gde su:

m3

Q,



Q

- kapacitet kompresora, m3/min,

c

- koef. koji zavisi od tipa i kapaciteta kompresora.

Kod pokretnih kompresora, čiji se kapacitet kreće u granicama od 1,5-9,0 m3/min, c = 0,15-0,25. Kod stabilnih kompresora koeficijent c se određuje na osnovu količine proizvedenog vazduha i dat je u tabeli 2.4. Tabela 2.4.

Karakteristike kompresora 3

Q, m /min c

Kapacitet do 9,0 0,3 – 0,5

31

10-30 0,8 – 1,0

preko 30 1,6

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 2.4. Nomogram za određivanje pada pritiska u cevovodu (prema podacima Atlas Copco) 2.3. DERIVATI NAFTE

Kao pogonsko gorivo za rad mašina pod zemljom, nafta i njeni derivati ranije su se retko upotrebljavali. Izuzetak su bile dizel lokomotive koje su korišćene u hodnicima gde je bila dobra ventilacija i na kraćim relacijama. Međutim, u poslednjim decenijama primena dizel opreme sve je veća, naročito za izradu jamskih prostorija kao i pri izradi tunela. Treba posebno istaći da je za primenu dizel opreme u podzemnoj eksploataciji, potrebna posebna dozvola nadležnog rudarskog organa i dobra ventilacija koja će biti sposobna da razblaži štetne gasove ispod maksimalnih dozvoljenih koncentracija. Prisustvo štetnih gasova, kao što su ugljen-monoksid, ugljen-dioksid i dr., pri radu motora na dizel pogon su prepreka masovnijem korišćenju nafte kao pogonske energije za potrebe jamske mehanizacije.

32

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

3.0. RADOVI NA BUŠENJU Bušenje je operacija koja se izvodi sa ciljem da se izradi cilindrična šupljina u stenskom masivu. Tako izrađena šupljina u stenskom masivu nosi opšti naziv bušotina, a može poslužiti za različite potrebe. Izrada bušotina može biti za: potrebe istražnog bušenja, eksplotacionog bušenja, podgrađivanje, miniranje itd. Pošto ćemo u ovom delu obraditi radove na bušenju, isključivo vezane za razaranja stenskog masiva pri izradi podzemnih prostorija, to će sva izlaganja biti podređena interesima izrade bušotina za potrebe miniranja. Cilindrična veštačka šupljina koja je izrađena u steni ili rudi, a isključivo služi za potrebe razaranja stenskog masiva miniranjem, predstavlja minsku bušotinu. Minska bušotina ima svoje elemente: prečnik, dužinu i položaj u prostoru. Prema dužini, minske bušotine se dele na: kratke bušotine – do 5 m dužine i duge bušotine – preko 5 m dužine; prema prečniku, delimo ih na: bušotine malog prečnika – do 75 mm i bušotine velikog prečnika – preko 75 mm. Prema svom položaju u prostoru, minske bušotine mogu biti: vertikalne, horizontalne ili kose. 33

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Izrada minskih bušotina može biti različita, što zavisi od vrste stene u kojoj se buši, parametra bušotine (dužina i prečnik) i uslova pod kojim se bušenje izvodi (na površini ili pod zemljom). Na bazi iznetih zahteva za izradu bušotina, mogu se razlikovati dva osnovna različita postupka: mehančki i fizičko-mehančki postupak. Mehanički postupak – se zasniva na razaranju masiva koji nastaje usled mehaničkog nanošenja opterećenja na čelo bušotine odgovarajućim alatom. U ovu grupu postupaka spadaju: udarno-zaokretno bušenje, rotaciono i udarno-rotaciono bušenje. Za radove pod zemljom ovi postupci su najrasprostranjeniji i isključivo se i primenjuju. Fizičko-mehanički postupak – zasnovan je na naprezanju koje nastaje kao posledica nekih fizičkih pojava, kao što su povećanje temperature površinskog sloja stene, pojava termičkih napona i sl. U ove postupke spadaju: bšenje eksplozivom, termičko bušenje, bušenje električnom strujom, bušenje ultrazvukom, bušenje plazmom i drugi postupci. Od svih ovih postupaka, u rudarstvu se primenjuje samo bušenje eksplozivom i termičko bušenje, dok su ostali postupci u fazi laboratorijskih istraživanja. Udarno-zaokretno bušenje – primenjuje se u stenama srednje čvrstim, čvrstim i veoma čvrstim i abrazivnim, sa koeficijentom čvrstoće po Protođakonovu (f) od 520. Rotaciono bušenje – primenjuje se u stenama male i srednje čvrstoće, sa koeficijentom čvrstoće po Protođakonovu (f) od 1-10. Udarno-rotaciono bušenje – primenjuje se u srednje čvrstim i čvrstim stenama, sa koeficijentom čvrstoće po Protođakonovu (f) od 6-14. Ovaj postupak sadrži sve pozitivne osobine udarnog i rotacionog načina bušenja, pa je izrada bušotina na ovaj način vezana za veću brzinu bušenja i bolje učinke od prethodna dva postupka. Na slici 3.1 šematski je prikazan proces razaranja stenskog masiva različitim postupcima bušenja. Ispitivanja su pokazala da razaranje pri mehaničkoj izradi bušotina može biti: zapreminsko, povšinsko ili kao posledica zamora materijala. Zapreminsko razaranje dolazi u slučajevima kada je pritisak alata za bušenje veči od otpora stene, odnosno kada je: P  Rut , S gde su:

P S Ru t

(3.1)

- veličina aksijalne sile na sečivo bušaće krune, - površina kontakta sečiva bušaće krune i stene, i - otpor stene prema utiskivanju sečiva dleta. Za ovu vrednost uzima se odgovarajući podatak o tvrdoći.

Sečivo dleta se u ovom slučaju utiskuje do izvesne dubine u stensku masu i putem rotacije, ili nekog drugog mehanizma, dolazi do zapreminskog razaranja.

34

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 3.1. Šematski prikaz razaranja stenskog masiva različitim postupcima bušenja a. udarno-zaokretni, b. rotacioni, c. udarno-rotacioni postupak

Površinsko razaranje – nastaje u slučajevima kada je P/S Rut. Sečivo bušaće krune ne može da se utisne u stenski masiv, a do razaranja dolazi kao posledica struganja, pri čemu se skida samo jedan veoma tanak površinski sloj i pojedini veći komadići stenskog masiva. Ovakvo razaranje smatra se neefikasnim. Razaranje zamaranjem – dolazi u slučaju kada je P/S Rut, odnosno kada se pod uticajem znatno manjeg opterećenja od onog pod kojim se stenski masiv razara, deluje neprekidno, te pod ovim opterećenjem dolazi do zamora stene i njenog razaranja pod znatno nižim opterećenjem. Ovakvo razaranje javlja se kod udarnozaokretnog bušenja i to u onim slučajevima kada je sečivo bušaće krune dosta izmenilo svoju geometriju. I ovaj način smatra se neefikasnim. 3.1. UDARNO-ZAOKRETNO BUŠENJE 3.1.1. MEHANIZAM I TEORETSKI PRINCIPI RAZARANJA

Udarno-zaokretno bušenje ostvaruje se na taj način što se na bušaće dleto, pod dejstvom sile P nanose udarci, koji su sposobni da u stensku masu utisnu sečivo dleta i naprave rez u obliku jednog zaseka. Nakon svakog udara i izrade zaseka, bušaće dleto se zaokrene za određeni ugao (), što omogućava da se kod narednog udara ponovo izradi novi zasek na neoštećenom mestu čela bušotine. Neprekidnim nanošenjem udara i zaokretanjem bušaćeg dleta, stenski masiv se načelu bušotine razara i na taj način ostvaruje proces razaranja masiva. Na slici 3.2 dat je šematski prikaz razaranja stene udarno-zaokretnog bušenja.

35

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 3.2. šema razaranja stene kod udarno-zaokretnog bušenja: P- aksijalna sila kojom se nanose udarci na usadnik bušaćeg dleta, - ugao oštrenja sečiva dleta,  - ugao zaokretanja bušaćeg dleta

Ovako opisan sistem razaranja udarnog bušenja, izvodi se sa prekidom, koji se ogleda u zaokretanju dleta i vremenu potrebnom da se ponovo nanese udarac. Takve pauze kod udarnog bušenja utiču na učinak bušenja, npr. u poređenju sa rotacionim bušenjem gubici su veći. Dobra strana udarnog bušenja je ta što se bušaćim dletom steni mogu naneti veoma snažni udari, što omogućava bušenje i u veoma čvrstim stenama. Udarno-zaokretno bušenje primenjuje se u stenama kod kojih je f  5. I pored mnogobrojnih objavljenih radova koji su vezani za problematiku razaranja stenskog masiva udarnim bušenjem, ono nije još detaljno razjašnjeno, pa se iz tih razloga koriste teoretski principi koje su ustanovili Doležaleks i Uspenski. I pored nedostataka koje ova teorija ima, ipak omogućava da se sagleda suština problema i vide neki od puteva njihovog rešavanja. Pod dejstvom sile (klipa) P, sečivo bušaćeg dleta prodire na čelu bušotine za neku dubinu (h), pri čemu dolazi do razaranja jednog pojasa stenskog masiva širine (a) i dužine (d), (sl. 3.3) čija se površirina može predstaviti kao:  S1  a  d  2d htg , 2

gde su:

a 

(3.2)

= 2htg 2 - ugao oštrenja sečiva dleta.

Da bi došlo do razaranja čvrstoće stenskog masiva (c) površine (S1), neophodno je upotrebiti silu udara:

36

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

 Praz  S1 c  2dh c tg . 2

(3.3)

Pri prodiranju sečiva dleta u stensku masu, dleto mora da savlada i silu trenja, koja iznosi Ptr  2dh c fo , (3.4) pa je ukupna sila koju treba naneti u pravcu ose bušaćeg dleta:    P  Praz  Ptr  2d h c tg  f0  . 2   gde je:

fo

(3.5)

= 0,3 – 0,5 – koef. trenja između sečiva dleta i stene.

Dubina prodiranja sečiva dleta na čelu bušotine data je u obrascu: h

P    . 2d c tg  fo  2  

(3.6)

Svaki udar sečiva dleta ostvaruje rad koji je dat u izrazu:    Au  P h  2dh2 c tg  fo  , 2  

(3.7)

ako je broj udara sečiva dleta (n) u min., tada rad bušaćeg dleta, iskazan u jedinici vremena (min), iznosi:    Amin  Aun  2dh2 c tg  fo  n. 2  

(3.8)

Ostvarena zapremina razorenog materijala pri svakom udaru sečiva dleta, jednaka je proizvodu površine (S1) i dubine utiskivanja dleta (h), što se može iskazati pomoću izraza:  V1  S1h  adh  2dh2tg . 2

37

(3.9)

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 3.3. šema razaranja stene kod udarno-zaokretnog bušenja, - ugao oštrenja sečiva dleta, - ugao zaokretanja bušaćeg dleta, a- širina zaseka, h- dubina zaseka, d- dužina zaseka

Ako imamo obim razorenog materijala jednim udarom (V1), kao i broj udara u minuti (n), količina materijala koja se razori u jednom minutu iznosi: 

Vmin  V1n  2dh2ntg . 2

(3.10)

Prema tome, brzinu bušenja moguće je proračunati, ako se zna ukupna količina izdrobljenog materijala (Vmin) u jednom minutu, kao i površina bušotine, po obrascu:

Vmin 4Vmin 8hng2t v  2  Sbu{. d d 2

, cm/min.

(3.11)

Ako u obrascu (3.11) umesto h2 zamenimo vrednost dobivenu rešenjem iz jednačine (3.7) po h2, tada dobijamo izraz za brzinu bušenja u obliku: 1,27Auntg 2 v 2 . (3.12) d  c  tg 2  fo  Izraz dat u jednačini (3.12) veoma je blizak izrazu kojeg je predložio V.V. Caricin, a koji glasi: 1,9nsin 2  1,5Au  v 2  5,8 ci2z ctg 2 , cm/min  (3.13) d  tg 2  fo   d   gde su:

c

- veličina zatupljenosti sečiva dleta,

i

z



- broj sečiva na bušaćoj kruni (kod krstastih kruna z= 2, kod monoblok dleta z= 1, - otpor stene prema razaranju (prema prof. D.Markoviću) Za vrednost c  1000 daN/cm2   = 2,0 c ; Za vrednost c  1000 daN/cm2   = 1,5 c.

Za oštru krunu, gde je ci=0, po V.Caricinu, obrazac za brzinu (3.13) dobija oblik: 2,85A nsin 2 v 3 u . (3.13.a) d   tg 2  fo  Od bitnog uticaja na mehanizam razaranja stene na čelu bušotine, jeste i utvrđivanje optimalnog broja udara pri jednom obrtu bušaćeg dleta. Taj broj moguće je proračunati po obrascu:

38

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

 d2 tg 2  fo  Rr , udara/obrtu dleta (3.14) 2P Sa povećanjem broja udara, u odnosu na nopt , povećava se utrošak energije i izdrobljenost razorenog materijala, što je nekorisno. Kod manjeg broja udara od nopt, povećava se površina pojedinih sektora, pa do efikasnog smicanja neće dolaziti, što otežava prodiranje sečiva dleta, a na taj način se smanjuje brzina bušenja. U praksi se, često, za približno određivanje brzine bušenja koristi obrazac: nopt 

100 k. cm/min. f gde su: f - koef. čvrstoće po Protođakonovu, k = 0,9 – 1,4 – koef. koji zavisi od težine upotrebljenog bušaćeg čekića. 3.1.2. ČINIOCI KOJI UTIČU NA BRZINU BUŠENJA v

(3.15)

Najznačajniji faktori koji karakterišu obim razaranja stenskog masiva pri udarnom bušenju su: energija udara, ugao oštrenja sečiva dleta, ugao zaokretanja dleta, sila potiskivanja, pritisak vazduha, prečnik bušotine, dužina bušotine, veličina zatupljenosti sečiva dleta i dr. Energija i broj udara – Gornja granica energije udara određena je dozvoljenim opterećenjem materijala od koga je izrađeno sečivo krune, a iznosi 20-30 Nm za svaki cm dužine sečiva. Veća opterećenja na sečivo krune izazvala bi njegovo prevremeno razaranje i brže trošenje. Da bi se povećala produktivnost bušaćih čekića, konstruktori su išli na povećanje broja udaraca u minuti, umesto povećanja energije, pa je na taj način omogućeno povećanje brzine bušenja za 1,5-2,0 i više puta. Ugao zaokretanja dleta – ima bitan uticaj na iskorišćenje energije udara, a samim tim i na brzinu bušenja. Optimalni ugao zaokretanja, kojim se ostvaruje potpuno razaranje dela stenske mase ograničene sa dva zaseka, može se proračunati po empirijskoj formuli:  opt  0,065  (3.16) gde su:



A 

3

 100A    3    cd 

2

, o

- ugao oštrenja sečiva dleta, - energija svakog pojedinog udara, - čvrstoća na pritisak stene,

c

d

- prečnik bušaće krune.

Na slici 3.4 šematski su prikazani uglovi zaokretanja i to manji od optimalnog, jednak optimalnom i veći od optimalnog.

39

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 3.4. šema razaranja čela bušotine pri različitim uglovima zaokretanja dleta

Ugao oštrenja sečiva dleta – ima značajnog uticaja na brzinu bušenja. Pokazalo se da ukoliko je ovaj ugao oštriji (manji), tada će dleto više prodirati u stenu, a kontakt između stene i sečiva dleta biće duži, i obrnuto. Pored ugla oštrenja sečiva dleta, na brzinu bušenja bitnog uticaja ima i čvrstoća stene. Različite stene se različito i ponašaju, tako da pri određivanju ugla oštrenja treba uzeti u obzir i mehaničke osobine stenskog masiva. Ukoliko se ne raspolaže rezultatima dobivenim direktnim merenjem za konkretnije radne uslove ili iskustvenim podacima, orijentaciono se ugao oštrenja može izračunati po obrascu:  tg  2

gde je:

fo

3

fo , o

(3.17)

- koef. trenja između stene i sečiva dleta.

Uticaj sile potiskivanja. Udarno bušenje može se izvoditi ukoliko se bušilica, a samim tim i bušaće dleto potiskuje u pravcu izrade bušotine. Utvrđeno je da se brzina bušenja povešava sa povećanjem sile potiskivanja i to samo do jedne određene vrednosti, posle čega brzina naglo pada. Na slici 3.5 prikazana je zavisnost između sile potiskivanja i brzine bušenja. Sa ove slike uočljivo je da se karakteristična kriva može podeliti u tri dela: 1 – deo krive koji se karakteriše nedovoljnom silom potiska i niskom brzinom bušenja; 2 – deo krive koji se odlikuje najvećom brzinom bušenja i u uslovima prilagođenim osnom potisku; 3 – deo krive koji se odlikuje velikom silom potiskivanja, i negativnom delovanju na obrtanje sečiva dleta, a samim tim i na nagli pad brzine bušenja.

40

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 3.5. Zavisnost brzine bušenja od sile potiskivanja: 1- nedovoljna, 2- optimalna, 3- prevelika

Za proračun veličine sile potiskivanja predloženo je više postupaka i obrazaca, od kojih je i obrazac V.F. Zenina, po kome se sila potiska računa:  za izradu horizontalnih bušotina P  0,5pF  2SMn2 , daN 

(3.18)

za izradu bušotina pod uglom P  0,5pF  2SMn2  Qsin , daN

gde su:

p F S M n Q 

(3.18.a)

- pritisak sabijenog vazduha, bara, - površina poprečnog preseka klipa bušaćeg čekića, cm2 - amplituda vezana za odskakanje bušaćeg dleta od čela bušotine u toku rada (obično 1-3 mm) - masa bušaćeg čekića i delova, - broj udara klipa, - težina bušaćeg čekića. Znak (+) za izradu bušotina pod uglom naviše, a znak (-) za izradu bušotina naniže, - ugao izrade bušotine.

Uticaj pritiska sabijenog vazduha. Povećanjem pritiska sabijenog vazduha povećava se energija udara i broj udara, a samim tim i brzina bušenja. Povećanje pritiska ne sme biti neograničeno, jer usled snažnih udaraca delovi čekića brže propadaju. S obzirom na kvalitet čelika koji se koristi za izradu delova bušaćih čekića, pritisak sabijenog vazduha treba da je u granicama od 6,0-7,0 bara. Veće vrednosti pritiska ne daju bolje efekte bušenja, što se vidi na slici 3.6.

41

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 3.6. Zavisnost između brzine bušenja i pritiska sabijenog vazduha za različite tipove bušaćih čekića 1- Flotman-AT 18, 2- Demag, 3- Meningof IB-20

Analitička zavisnost između pritiska sabijenog vazduha i brzine bušenja može se prikazati obrascem (VUGI, Rusija): v  vo  0,41p  0,65 ,cm/min (3.19) gde su:

v

- brzina bušenja za pritisak vazduha po , cm/min.

o

p

- pritisak vazduha za tražene brzine v, bar.

Uticaj prečnika bušotine. Istraživanjima je utvrđeno da se prilikom bušenja, matematički izraz promene brzine bušenja sa promenom prečnika bušotine, može napisati u obliku: k

 do   , cm/min  d

v  vo gde su:

v

(3.20)

- brzina bušenja za prečnik bušotine do,

o

v k

- tražena brzina bušenja za prečnik bušotine d, - eksponent koji zavisi od prečnika bušotine i vrste bušaćih čekića. Tako za prečnike manje od 40 mm i korišćenje ručnih bušaćih čekića vrednost za k = 2; odnosno ako se koriste stubni bušaći čekići, onda je k =1,72.

Uticaj dužine bušotine. Povećanjem dužine bušotine, povećava se dužina i težina bušaćeg dleta, a samim tim povećava se i otpor prema obrtanju i otežava čišćenje bušotine. Sve ovo direktno utiče na brzinu bušenja i ona sa povećanjem dužine bušotine opada. Rezultati dobiveni istraživanjima u različitim sredinama (IGD AN Rusija), brzina bušenja u zavisnosti od dužine bušotine može se proračunati po obrascu: vl   1,06 0,04l  vo ,

(3.21) gde su:

v

m/min

- početna brzina bušenja, m/min.

o

l - dužina bušotine, m. 3.1.3. SREDSTVA ZA UDARNO-ZAOKRETNO BUŠENJE

Mašine koje se koriste za udarno bušenje poznate su pod imenom bušaći čekići. Bušaći čekići su mašine za bušenje koje su konstruisane na principu ručnog bušenja, dletom i čekićem. Alat sa kojim se ostvaruje izrada bušotine u stenskom masivu naziva se bušaćim dletom. Za pokretanje motora ovih mašina, koristi se sabijeni vazduh, ulje pod pritiskom, derivati nafte i električna energija. Od svih navedenih vrsta energija, za sada se najviše koristi sabijeni vazduh, što je i razlog da se znatno više posveti pažnja pneumatskim bušilicama. 3.1.3.1. KONSTRUKCIJA I RAD PNEUMATSKIH BUŠAĆIH ČEKIĆA

Pneumatski bušaći čekići su mašine čiji se rad zasniva na udarcima klipa po temenu bušaćeg dleta (usadniku), koji se u cilindru mašine kreće napred-nazad, 42

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

pod dejstvom sabijenog vazduha. Pri tome, posle svakog udara bušaće dleto se automatski zaokrene za određeni ugao, koji u zavisnosti od konstrukcije, iznosi od 15-30o. Pored određenih konstruktivnih specifičnosti koje imaju bušaći čekići, princip rada i osnovni sastavni delovi za sve čekiće su isti. Na slici 3.7 prikazan je jedan pneumatski bušaći čekić u preseku, što omogućava da se osnovni sastavni delovi čekića mogu videti. Među najvažnije sastavne delove jednog bušaćeg čekića spadaju: cilindar, klip, sistem za razvođenje sabijenog vazduha, mehanizam za zaokretanje dleta i čaura.

Slika 3.7. Izgled i konstrukcija pneumatskog bušaćeg čekića: 1- cilindar, 2- klip, 3- sistem za razvođenje vazduha, 4- mehanizam za zaokretanje, 5- čaura, 6- bušaće dleto, 7- držač bušaćeg dleta, 8- cev za dovod vode u dleto

Sistem za razvođenje sabijenog vazduha – služi za automatsko razvođenje sabijenog vazduha kako bi se omogućilo kretanje klipa napred i nazad. Da bi pravilno funkcionisao sistem za razvođenje vazduha, mora se udovoljiti sledećim zahtevima: da se obezbedi dovoljna hermetičnost; da pokretni delovi imaju što manju masu; da put pokretnih delova bude što kraći i da delovi imaju dovoljnu čvrstoću. Sistemi za razvođenje vazduha, prema konstrukciji i načinu rada, mogu biti: sa kuglicom, sa diskom, sa kliznim prstenom i sa uređajem za automatsko razvođenje vazduha. Na slici 3.8 prikazani su napred navedeni sisitemi razvođenja vazduha.

Slika 3.8. Sistemi za razvođenje sabijenog vazduha: a. sa kuglicom, b. sa diskom, c. sa kliznim prstenom

43

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Jedan od najstarijih i prvih sistema za razvođenje vazduha je sistem sa kuglicom. Ranije je bio u velikoj upotrebi, ali je danas potpuno potisnut ostalim konstrukcijama. Sistem za razvođenje sa diskom najčešće je u upotrebi, a primenjuje se za konstrukcije čekića sa brojem udara klipa do 2.000 u/min. Sam mehanizam je malih dimenzija, tako da se može lako smestiti u cilindar bušaćeg čekića, čime se smanjuje njegova težina. Nedostatak ovog sistema je slaba hermetičnost, pa iz tih razloga imamo velike gubitke sabijenog vazduha. Sistemi sa kliznim prstenom predstavljaju savršenu konstrukciju koja se odlikuje jednostavnošću i pouzdanošću u radu. Hod prstena je vrlo mali (0,4-0,6 mm), sa širokim kanalima za prolaz sabijenog vazduha. Iz ovih razloga ovakav sistem razvođenja ugrađuje se u savremene brzohodne čekiće. Sistem za automatsko razvđenje sabijenog vazduha predstavlja jednostavnu konstrukciju, veoma sigurnu u radu, a zahvaljujući energiji vezanoj za ekspanziju sabijenog vazduha, povećava se stepen ekonomičnosti. Mehanizam za zaokretanje – Da bi razaranje stenske mase na čelu bušotine bilo ravnomerno, zatim da ne bi došlo da zaglavljivanja bušaćeg dleta i da bi bušotina imala cilindričan oblik, neophodno je da se vrši zaokretanje bušaćeg dleta. Zaokretanje bušaćeg dleta može se ostvariti sa dva raličita sistema i to: zavisan sistem zaokretanja i nezavisan sistem zaokretanja. Zavisan sistem zaokretanja se ugrađuje u ručne i uskopne bušaće čekiće, a nezavisan sistem postoji kod savremenih stubnih konstrukcija. U zavisnom sistemu konstruktivno se razlikuju dva tipa i to: tip sa mehanizmom za zaokretanje ispred klipa i tip za zaokretanje iza klipa. Na slici 3.9 prikazani su tipovi mehanizma zaokretanja. Konstrukcije u kojima je sistem za zaokretanje postavljen ispred klipa, primenjuju se za lake bušaće čekiće, zatim za one kod kojih se čišćenje bušotina ostvaruje samo izduvavanjem i sa malim brojem udara klipa. Tipovi konstrukcije, u kojima se sistem za zaokretanje nalazi iza klipa, koriste se za bušaće čekiće sa većim brojem udaraca klipa, i za one konstrukcije kod kojih se za čišćenje bušotina koristi ispiranje. Mehanizam za zaokretanje se sastoji iz sledećih delova: klipa sa pravim i kosim žljebovima, ozubljenog venca, skakavica, potiskivača sa oprugom i čaure.

44

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 3.9. Tipovi mehanizma zaokretanja kod bušaćeg čekića: a. ispred klipa, b. iza klipa

Č a u r a – predstavlja deo bušaćeg čekića koji služi za vezu između bušaćeg dleta (preko usadnika) i klipa. Da bi se prilikom rada bušaćeg čekića moglo ostvariti zaokretanje bušaćeg dleta, zadnji deo čaure (deo u koji ulazi klip) poseduje žljebove koji su u vezi sa kanalima na klipu. Prednji deo čaure, koji je u vezi sa usadnikom, odgovara profilu usadnika bušaćeg dleta. 3.1.3.2. ALAT ZA BUŠENJE

Izrada bušotina pri udarnom bušenju se ostvaruje alatom koji se naziva bušaće dleto. Bušaće dleto služi da se udarci klipa prenesu na stenu. Jedno bušaće dleto sastoji se iz: krune, šipke, prstena i usadnika. U konstruktivnom smislu razlikujemo dva tipa bušaćih dleta: bušaća dleta kod kojih je kruna urađena zajedno sa šipkom – poznata kao monoblok dleta i dleta sa izmenljivom krunom. Na slici 3.10 dat je prikaz konstrukcije bušaćih dleta.

Slika 3.10. Konstrukcija bušaćeg dleta a. monoblok dleto, 1- kruna (glava), 2-šipka, 3- prsten, 4- usadnik, 5- otvor kanala za čišćenje; b. bušaće dleto sa izmenljivom krunom; c. način spajanja krune i bušaće šipke, 1- pomoću navoja, 2- pomoću konusa

Kruna za bušenje. S obzirom na to da su sečiva dleta pri izvođenju bušenja izložena habanju, usled čega dolazi do sporijeg ili bržeg tupljenja i smanjenja prečnika glave dleta, u rudarstvu se isključivo upotrebljavaju krune sa sečivima od tvrde volfram-karbidske legure. U zavisnosti od stepena raspucalosti i čvrstoće stenskog masiva, u primeni su krune sa jednim ili više sečiva, kao i krune sa bradavicama od tvrde legure. Na slici 3.11 prikazani su najčešći oblici bušaćih kruna.

45

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 3.11. Oblici bušaćih kruna: a. sa jednim sečivom, b. i c. sa dva sečiva, unakrsno postavljena (krstaste krune), d. sa bradavicama

Svaka kruna ima svoje elemente, a to su: ugao oštrenja, prečnik krune, radijus oštrenja i visina tvrde legure. U zavisnosti od čvrstoće stenskog masiva, sečivima krune se daju i različiti uglovi, a oni iznose: = 80-120o. Radijus oštrenja (R) kreće se u granicama od 60-80 mm. Širina zatupljenosti sečiva krune kreće se od 0,53,0 mm. Na slici 3.12 dati su elementi jedne krune monoblok dleta.

Slika 3.12. Elementi krune monoblok dleta. D- prečnik sečiva krune, R- radijus oštrenja sečiva, - ugao oštrenja sečiva, h- visina tvrde legure, c- debljina pločice tvrde legure, - ugao zakošenosti bokova tvrde legure, - ugao konusnosti krune

Ugao oštrenja , za izradu bušotina u mekom stenskom masivu je oko 100o, dok za bušenje u tvrdom stenskom masivu iznosi 110-120o. Š i p k a – kod bušaćih dleta izrađuje se od visokokvalitetnog ugljeničnog čelika i obično je šestougaonog poprečnog preseka. Celom dužinom bušaće šipke izrađuje se kanal, koji služi za prolaz vode ili sabijenog vazduha koji se koristi za čišćenje bušotine. Za izradu bušotina ručnim bušaćim čekićem, bušaće šipke izrađuju se iz jednog dela i različitih dužina, a za bušenje stubnim bušaćim čekićima i u skučenim prostorima, bušaće šipke se izrađuju istih dužina, sa mogućnošću nastavljanja pomoću navoja i spojnica. Na slici 3.13 prikazana su oba tipa bušaćih šipki. 46

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 3.13. šipke bušaćeg dleta. a. šipka iz jednog dela b. iz više delova, c. za različite prečnike, d. spojnica

Usadnik bušaćeg dleta – ima oblik, dužinu i prečnik koji odgovara čauri i sistemu čišćenja bušotine. Standardna dužina usadnika iznosi 108 mm, a poprečni presek je šestougaoni. Poseban oblik usadnika koristi se za dovođenje vode za ispiranje putem ispirne glave. Dužina usadnika je duža za širinu ispirne glave. Kod ovakvih usadnika kanal za vodu izrađen je samo do cilindrično obrađenog dela dleta za nameštanje ispirne glave. Na slici 3.14 dati su oblici usadnika bušaćeg dleta. P r s t e n – Bušaća dleta koja se koriste za izradu kratkih bušotina opremljena su delom koji se naziva prsten. Prsten služi kao sigurnosna mera protiv ispadanja dleta iz bušaćeg čekića, odnosno da se omogući izvlačenje dleta iz bušotine po završetku izrade bušotine. Na prstenu je obično utisnut znak firme i naziv proizvođača.

Slika 3.14. Oblici usadnika bušaćih dleta: a. šestougaoni, b. šestougaoni za ispirnu glavu, c. kružni sa krilcima, d. šestougaoni bez prstena. 1- usadnik, 2- prsten, 3- šipka, 4- kruna

Bušaća dleta koja se koriste kod ručnih bušaćih čekića izrađuju se u serijama. Dužina dleta u serijama, kao i prečnik krune za bušenje, zavise od dužine bušotine i čvrstoće stene u kojoj se radi. U tabeli 3.1 navedene su standardne dimenzije monoblok dleta sa jednim sečivom, koje se kod nas primenjuje. 47

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Serija

Radna dužina, mm

Prečnik sečiva dleta, mm

Tabela 3.1. Težina, Dužina kg

Usadnik, mm

Prečnik 800 36 3,9 108 1600 35 7,1 25,4 i 31 2400 34 10,3 159* 3200 33 13,6 800 42 3,9 1600 41 7,1 108 2400 40 10,3 25,4 i 32 3200 39 13,6 159 4000 38 20,0 4800 37 23,3 *Monoblok dleta sa usadnikom od 159 mm teža su za 0,2 kg od vrednosti datih u tabeli.

3.1.4. ČIŠĆENJE BUŠOTINA

Izdrobljeni stenski materijal prilikom bušenja neophodno je neprekidno uklanjati sa čela bušotine, jer, u protivnom, bušenje bi bilo neefikasno i došlo bi do zaglavljivanja bušaćeg dleta. Kada se bušotina izrađuje bušaćim čekićima, čišćenje bušotine je moguće izvesti na jedan od sledećih načina: produvavanjem, ispiranjem i usisavanjem. Čišćenje produvavanjem – zasniva se na dovođenju mlaza sabijenog vazduha odgovarajućim kanalima, koji je sposoban da otkloni kamenu sitnež sa čela bušotine i iznese vani. Ovakav način čišćenja bušotine ne iziskuje neku posebnu opremu niti posebne instalacije, što mu je dobra strana. Međutim, ovakav način čišćenja zagađuje jamsku atmosferu i zato ima ograničenu upotrebu. Opravdano je koristiti bušenje ovakvim načinom čišćenja samo za vrlo mali obim radova i tamo gde je provetravanje dobro organizovano. Na slici 3.15 prikazana je šema uređaja za produvavanje za jednu konstrukciju bušaćeg čekića.

Slika 3.15. šema uređaja za produvavanje u bušaćem čekiću. 1- razvodnik vazduha, 2- kanal za dovođenje vazduha ispred klipa, 3- ventil za ispuštanje vazduha, 4- otvor na cilindru čekića, 5- kanal za dovod vazduha do čaure, 6- klip Čišćenje ispiranjem – predstavlja postupak ispiranja bušotine čistom vodom

ili vodom sa specijalnim dodacima koji imaju zadatak da vezuju i obaraju mineralne čestice. Po konstruktivnim karakteristikama razlikuju se dva sistema ispiranja: centralni i bočni. Pri centralnom sistemu ispiranja, voda se dovodi kroz bušaći čekić, preko kanala bušaćeg dleta do čela bušotine. Cev za vodu jednim svojem krajem učvršćena 48

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

je u zadnji deo bušaćeg čekića, gde prihvata vodu, a drugi kraj cevi ulazi u kanal usadnika bušačeg dleta. Pritisak vode za ispiranje treba da bude 1,0-1,5 bar niži od pritiska sabijenog vazduha, čime se sprečava prodiranje vode u bušaći čekić. Na slici 3.16 prikazan je uređaj za sprovođenje vode kroz bušaći čekić.

Slika 3.16. Uređaj za automatsko puštanje vode kroz čekić, 1- priključak creva za vodu, 2- otvor za prolaz vode, 3- prednja komora za vodu, 4- klip, 5- komora, 6- opruga, 7- ručica za vazduh, 8- cevčica za vodu, 9- usadnik bušaćeg dleta

Pri korišćenju bočnog sistema ispiranja, voda se preko ispirne glave dovodi preko kanala u bušaćem dletu do čela bušotine. Ispirna glava se postavlja na specijalno obrađenom usadniku bušačeg dleta, što iziskuje izradu dleta sa specijalnim usadnikom. U ovom sistemu ispiranja isključena je mogućnost ulaska vode u bušaći čekić, pa je tako uprošćena i konstrukcija bušaćeg čekića. Na slici 3.17 prikazan je sistem ispiranja sa ispirnom glavom.

Slika 3.17. Sistem za bočno ispiranje: 1- usadnik bušaćeg dleta, 2- ispirna glava, 3- priključak za vodu

Sistem čišćenja bušotina ispiranjem (centralni ili bočni), uslovljava postavljanje cevovoda za vodu, ili u slučaju manje potrošnje vode, specijalnog pokretnog rezervoara za vodu. Potrošnja vode pri čišćenju bušotina ispiranjem zavisi od konstruktivnih karakteristika bušaćeg čekića, a kreće se u granicama od 2 -5 lit/min. Čišćenje usisavanjem – sastoji se u tome što se kamena sitnež iz bušotine, uz pomoć ejektora, preko gumenog creva dovodi do specijalnog taložnika sa filtrima. Ovaj sistem se primenjuje u slučajevima kada čišćenje izduvavanjem i ispiranjem nije moguće, kao što su visoki sadržaj silicija, visoke temperature i dr. 49

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Postoji nekoliko rešenja za ovaj sistem, kao što su: sistem preko tzv. usisne kape, sistem kroz bušaće dleto i bušaći čekić i sistem sa bočnim usisavanjem kroz bušaće dleto. Na slici 3.18 prikazani su navedeni sistemi.

Slika 3.18. Čišćenje bušotina usisavanjem: a. usisavanje kroz bušaće dleto i bušaći čekić, b. sistem sa usisnom kapom c. sistem bočnog usisavanja kroz bušaće dleto

Sistem preko usisne kape sastoji se u tome što se na otvor bušotine postavlja usisna kapa, na kojoj se nalazi otvor za prolaz bušaćeg dleta i otvor za usisavanje prašine preko odgovarajućeg gumenog creva. Bez obzira na usvojeni sistem usisavanja, kamena sitnež se odvodi gumenim crevom do usisivača, u kome se krupnije čestice talože i padaju na dno, dok se finije čestice zadrćavaju u filterima smeštenim na vrhu usisivača. 3.1.5. OPREMA ZA ODRŽAVANJE BUŠAĆIH ČEKIĆA I DLETA

U toku rada bušaćeg čekića, kod pokretnih delova dolazi do trenja, što izaziva njihovo habanje i zagrevanje. Da bi se ovo habanje smanjilo, površine pokretnih delova se moraju podmazivati, a za to se koriste specijalni uređaji koji se nazivaju mazalice. Funkcionišu na taj način što pri prolazu sabijenog vazduha kroz mazalicu, vazduh povlači sa sobom ulje u vidu najsitnijih kapljica, koje pri prolazu kroz bušaći čekić ostaju na površini pojedinih delova bušaćeg čekića. Količina protoka ulja za podmazivanje reguliše se na samoj mazalici. Postavljaju se na dovodnom crevu 50

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

za sabijeni vazduh, na oko 4-5 m od bušaćeg čekića. Zapremina jedne mazalice iznosi od 0,3-0,5 l mašinskog ulja, što zavisi od veličine bušaćeg čekića i vremena rada. Na slici 3.19 dat je prikaz jedne mazalice.

Slika 3.19. Spoljašnja mazalica 1- cilindar, 2- ventil, 3- klip, 4- otvor za sipanje ulja, 5- zavrtanj za regulaciju ulja

Kontrola elemenata krune i sečiva vrši se pomoću šablona koji su posebno konstruisani za svaku vrstu krune. Svaki proizvođač daje svoje šablone. Na slici 3.20 prikazani su šabloni za kontrolu elemenata krune. Da bi se od jedne krune dobio najveći mogući učinak, mora se voditi računa o blagovremenom i pravilnom oštrenju. Kada se radi sa krunom čije je sečivo suviše istrošeno, dolazi do visokih naprezanja, ne samo u kruni, već i u priboru za bušenje, što s vremenom dovodi do pojave zamora materijala, a vrlo često i do loma. Habanje sečiva krune uglavnom zavisi od vrste stene kroz koju se buši.

Slika 3.20. Šabloni za kontrolu elemenata sečiva dleta a. za dleta sa jednim sečivom, b. za krstasta dleta

Za oštrenje sečiva dleta brušenjem postoji više konstrukcija mašina sa tocilima. Mašine za brušenje sečiva od tvrde legure obuhvataju jednostavne konstrukcije za ručno brušenje, kao i poluatomatizovane mašine. Kontrola ispravnosti brušenja vrši se pomoću kontrolnog šablona sa odgovarajućim elementima. 3.1.6. VRSTE BUŠAĆIH ČEKIĆA

51

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

U zavisnosti od namene, težine i konstruktivnih karakteristika, bušaće čekiće možemo podeliti na: ručne, uskopne i stubne. Enrgija koju koriste bušaći čekići uglavnom je sabijeni vazduh, mada postoje i konstrukcije koje koriste električnu energiju ili derivate nafte. Za radove pod zemljom isključivo se koriste bušaći čekići sa pogonom na sabijeni vazduh, a ostale vrste energije primenjuju se za bušilice koje rade na površini. Bušaći čekići izrađuju se različitih težina, što zavisi od konstruktivnih karakteristika i namene bušaćih čekića. Mogu se podeliti na: ručne bušaće čekiće težine od 12-30 kg; uskopne od 30-70 kg i stubne od 30-100 kg. Prema broju udara klipa, bušaće čekiće možemo podeliti na konstrukcije do 2.000 udara/min koji se nazivaju običnim i visokoudarne konstrukcije sa preko 2.000 udara/min. 3.1.6.1. RUČNI BUŠAĆI ČEKIĆI

Prema težini, ručni pneumatski bušaći čekići dele se na lake do 20 kg i teške od 20-30 kg. Primenjuju se za izradu bušotina u čvrstim stenama i stenama srednje čvrstoće. Korišćenje ovih čekića ostvaruje se sa specijalnog oslonca koji se naziva pneumatski oslonac, a vrlo retko bez njega. Ova vrsta bušaćih čekića izrađuje se sa normalnim, od 1.500-2.000 i povećanim brojem udara od 2.000-4.000. Laki ručni bušaći čekići – upotrebljavaju se zbog svoje male snage za pomoćne radove, a u nekim slučajevima i za rad “iz ruke”. Savremenije konstrukcije su opremljene i uređajem za ispiranje, kao i dodatkom za pneumatski oslonac. U tabeli 3.2 dat je pregled i tehničke karakteristike lakih bušaćih čekića inostranih proizvođača, koji se koriste kod nas. Tip čekića VK-20 BBD 12 LH BBD 12 WH RH 571 3L RH 571 3W

Težina, kg 20 11,1 11,2 18,6 18,6

Broj udara Broj okreta Potrošnja vazu min. u min. duha, m3/min Bušaći čekić fabrike Ravne 1700 240 1,8 Bušaćičekić fabrike Atlas Copco 2650 220 1,30 2650 220 1,20 2200 160 2,20 2200 150 1,80

Tabela 3.2. Brzina bušenja mm/min 220 220 235 230

Slova uz oznaku tipa bušaćeg čekića u tabeli 6.2. odnose se na bušaće čekiće fabrike Atlas Copco, a označavaju: W– vodeno ispiranje bušotine; L– čišćenje bušotina vazduhom, H– drška čekića u obliku slova T; R– desna rotacija.

Brzina bušenja, prikazana u tabeli 3.2 za bušaće čekiće fabrike Atlas Copco, utvđena je bušenjem u granitu, sa pritiskom vazduha od 6 bara. Teški bušaći čekići – koriste se za izradu minskih bušotina pri izradi horizontalnih, kosih i vertikalnih jamskih prostorija. Prilikom korišćenja čekića za izradu bušotina u horizontalnim i kosim prostorijama, neophodno je, zbog njihove težine, koristiti pneumatski oslonac. Za izradu vertikalnih prostorija odozgo naniže, bušaći čekići 52

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

se koriste bez oslonca. U tabeli 3.3 prikazani su bušaći čekići koji se koriste u našoj zemlji. Tip čekića

Težina, kg

Broj udara Broj okreta Potrošnja vau min. u min. zduha, m3/min Bušaći čekić fabrike Ravne 2000 3100

220 320

2,3-2,5 4,5

Tabela 3.3. Brzina bušenja mm/min

VK-23 VK-30

21-23 29

-

RH 658L RH 656 4W BBC 16 W Puma BBC 24 D Lion BBD 43 WK

24,5 22,4

2000 2000

200 200

3,3 2,8

400 400

26,8

2300

200

3,7

540

31,1

2100

200

4,8

625

23,0

3050

240

4,4

625

27,3

3000

290

5,7

625

Bušaći čekić fabrike Atlas Copco

BBD 90 Panter

Pneumatski oslonac – ima trostruki zadatak: da pridržava bušaći čekić, da vrši njegovo potiskivanje i da prima na sebe vibracije koje nastaju u toku njegovog rada. Pneumatski oslonac sastoji se od cilindra u koji je smešten klip i dugačka šipka klipnjača, koja je na gornjem kraju osposobljena za vezu sa bušaćim čekićem. Klipnjača (2) je preko regulacionog ventila (3) povezana sa cevovodom za dovod sabijenog vazduha. Sabijeni vazduh prolazi kroz šuplju klipnjaču, dospeva u cilindar (1) ispod klipa i potiskuje ga da se kreće naviše. Sa kretanjem klipa naviše kreće se i klipnjača, a sa njom i bušaći čekić. Na sliici 3.21 dat je prikaz konstrukcije pneumatskog oslonca.

53

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 3.21. Prikaz konstrukcije pneumatskog oslonca: 1- cilindar, 2- klipnjača, 3- regulator protoka sabijenog vazduha, 4- klip, 5- oslonac o tlo

Kretanjem klipa naviše, sila Po se razlaže na dve komponente: horizontalnu Ph – koja vrši potiskivanje bušaćeg čekića i silu Pv – koja pridržava bušaći čekić. Velčina horizontalne komponente Ph zavisi od ugla () i prikazana je na dijagramu slike 3.22. Povećanje horizontalne komponente zavisi od ugla koji zauzima pneumatski oslonac, tj. sa smanjenjem ugla vrednost ove sile se povećava, što se vidi iz obrasca: Ph  Po cos . (3.22)

Slika 3.22. Manevarske sposobnosti pneumatskog oslonca 54

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

U tabeli 3.4 dati su tipovi pneumatskih oslonaca fabrike Atlas Copco i fabrike železare Ravne. Tabela 3.4. Tip pneumat. oslonca RVN 53-1000 RVN 53-1300

Težina, Min. Najveće izdukg visina, mm ženje, mm Pneumatski oslonci fabrike Ravne 11,5 13,4

1426 1726

Primedba

2440 3040

-

Pneumatski oslonci fabrike Atlas Copco BMK 555 BMK 628 BMK 825 BMK 82D BMT 51

18,3 218 22,4 18,6 15,0

900 1300 1300 1300 1300

1385 1818 1780 1780 1650

BMT 51-3 BMT 90

13,5 17,0

950 1300

1305 1665

Pneumatski oslonci tipa BMK koriste se uz čekiće sa oznakom BBD i RH, pneumatski oslonci tipa BMT koriste se za čekiće sa oznakom BBC.

3.1.7. USKOPNI BUŠAĆI ČEKIĆI

Uskopni bušaći čekići koriste se za izradu bušotina vertikalno naviše ili za izradu bušotina pod nekim uglom. Konstrukcije uskopnih čekića zbog svoje znatne težine izrađuju se zajedno sa pneumatskim osloncem, koji može biti postavljen paralelno sa čekićem ili u produžetku čekića – u aksijalnom položaju. Na slici 3.23 prikazane su pomenute konstrukcije uskopnih čekića.

Slika 3.23. Konstrukcije uskopnih čekića, a. aksijalno postavljen pneumatski oslonac: b. paralelno postavljeni pneumatski oslonac, c. konstrukcija uskopnog čekića, 1uskopni čekić, 2- pneumatski oslonac, 3- priključak za vazduh, 4- priključak za vodu

Uskopni bušaći čekići služe najčešće za izradu minskih bušotina pri izradi okna, sipki ili kosih prostorija sa većim usponom, zatim u izradi bušotina za potrebe podgrađivanja sidrima. Ova vrsta čekića, po svojoj težini, spada u teške bušaće čekiće, 55

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

čija težina iznosi od 30-70 kg, pa se mogu izrađivati bušotine do 15 m. čišćenje bušotina ostvaruje se izduvavanjem, ispiranjem ili usisavanjem. Najčešće konstrukcije uskopnih čekića su sa ispiranjem. U našim rudnicima najčešće se koristi uskopni čekić BBD 46 FALCON, fabrike Atlas Copco. 3.1.8. STUBNI BUŠAĆI ČEKIĆI

Njihova znatna težina (30-100 kg), kao i velika snaga udara, zahteva da se ovi bušaći čekići postavljaju na specijalno konstruisane oslonce, koji mogu biti u obliku stubova i okvira. Izrada bušotina sa ovim bušaćim čekićima moguća je u svim pravcima. Njihova velika snaga udara iskorišćena je za bušenje u najčvršćim stenama (sl.3.24).

Slika 3.24. Konstrukcije stubnih bušaćih čekića, a. na stubu b. na okviru, 1- bušaći čekić

Velika težina ovih čekića zahteva izradu specijalno izrađenih potiskivača kojima se vrši potiskivanje bušaćih čekića. Potiskivači mogu biti: klipni, sa nazubljenim vretenom ili lancem. Za pogon ovih potiskivača koristi se sabijeni vazduh, koji pokreće klipne ili rotacione pneumatske motore. Vrlo često stubni bušaći čekići postavljaju se na posebne uređaje, kao što su utovarne lopate ili bušaće skele. Ovi uređaji koriste se kao oslonci i za pomeranje i potiskivanje bušaćeg čekića. 3.1.9. BUŠAĆA KOLA

U dobro mehanizovanim rudnicima, rad na izradi bušotina izvodi se uz pomoć bušaćih kola. Za rad motora bušaćih kola koristi se sabijeni vazduh ili dizel gorivo. Kretanje ovih mašina ostvaruje se preko šina, gusenica ili pneumatika. Bušaća kola sa gusenicama i pneumaticima i sa pogonom na dizel gorivo odlikuju se velikom pokretljivošću. Danačnja mašinska industrija u mogućnosti je da proizvede takve konstrukcije bušaćih kola koja će moći da se koriste u najmanjim jamskim profilima (2x2m) do najvećih za jamske potrebe (10x10 m). U zavisnosti od veličine prostorija i drugih potreba, bušaća kola izrađ|uju se sa jednom, dve, i više grana za bušenje. Svaka grana pokriva određenu površinu čela radilišta i moguć je paralelni rad na izradi više bušotina. Na slici 3.25 prikazana su bušaća kola. 56

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 6.25. Bušaća kola sa dve grane 3.1.10. HIDRAULIČNI BUŠAĆI ČEKIĆ

Složene i skupe instalacije za sabijeni vazduh, kao i nizak koeficijent iskorišćenja, uslovili su konstrukcije bušaćih čekića sa drugim vidovima energije. Među mašinama koje se za sada najviše koriste nalaze se mašine sa benzinskim i elektrčnim motorima, a u poslednje vreme i hidraulčni bušaći čekići. Konstrukcije hidrauličnih bušaćih čekića, zbog svojih dobrih osobina, zauzimaju vidno mesto u tehnologiji izrade minskih bušotina. Hidraulični bušaći čekići umesto na sabijeni vazduh, rade na ulju pod pritiskom. Pritisak ulja kreće se od 150-250 bara, što omogućava da se unutar čekića ugradi klip manjih dimenzija, koji pri udaru na usadnik bušaćeg dleta, izazivaju talase sa četvorougaonim amplitudama koji se kroz bušaću šipku bolje prenose, što ima direktnog uticaja na stepen iskorišćenja energije i brzinu bušenja. Visok pritisak ulja, koji se koristi za pokretanje klipa, ne uslovljava dugačak put klipa, što se odražava i na broj udara. Sada se proizvode bušaći hidraulični čekići sa 5.000 do 10.000 udaraca/min. Bušaći čekići sa manjim brojem udara imaju širi dijapazon primene, dok su oni sa većim brojem udara podesniji za čvršće stene. Neke od prednosti hidrauličnih bušaćih čekića nad pneumatskim ogledaju se u sledećem: veće iskorišćenje energije udara; brzina bušenja veća do 50%; ne zagađuje jamsku atmosferu uljnom maglom; smanjena buka; humaniji i efikasniji rad i niži troškovi eksploatacije. 3.2. ROTACIONO BUŠENJE Pri izradi bušotina rotacionim postupkom, kao radni element za bušenje koristi se svrdlo, a mašine kojima se vrši pokretanje svrdla zovu se vrtalice. Za bušenje se koriste dvokrake krune, čiji je izgled prikazan na slici 3.26. Kruna se sastoji od dva kraka, koji imaju određene geometrijske karakteristike, a to su: 1-prednja strana, 2- zadnja (čeona) strana, - ugao oštrenja, - prednji ugao, - zadnji ugao (sl.3.26.b).

57

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 3.26. Elementi krune sa dva kraka

Pod dejstvom osne sile P, sečivo bušaće krune se utiskuje do neke dubine (b) u stenu, a pod dejstvom momenta (M) krunica se obrće a sečivo skida sloj debljine (b). Obrtanjem krune svaka tačka na sečivu opisuje jednu zavojnu liniju, čiji se ugao nagiba računa po obrascu: h   arctg , 2 rx gde su:

(3.23)

h

= 2b – sečivo svakog kraka skida po 0,5h (b= 0,5h, i važi samo za dvokrake krune)

rx

– rastojanje posmatrane tačke ne sečivu kraka do ose bušaće krune.

Habanju je najviše izložena zadnja strana sečiva (sl.3.26, oznaka 2), a kao rezultat ovog habanja dolazi do tupljenja sečiva koje ne sme preći širinu od 3 mm. Pri bušenju u mekim stenama, sečivo bušaće krune ravnomerno skida sloj stene po čitavoj površini čela bušotine, a u tvrdim i krtim stenama razaranje se odvija u malim skokovima, čija ravan smicanja sa ravni čela bušotine zaklapa ugao od = 150-160o. Pod uticajem osne sile P i bočne Q, sečivo bušaće krune utiskuje se u stensku masu do neke dubine (b). Pri ovom utiskivanju javlja se otpor stene na čeonoj površini sečiva (sl.3.26.c), tako da se ukupni otpor stenskog materijala može prikazati pomoću izraza: - Ukupna vrednost vertikalnih komponenti Py  Qy  Rpst

-

cos(  ) sin(   )  k Rpsp . cos cos

(3.24)

Ukupna vrednost horizontalnih komponenti Px  Qx  Rpst

sin(   ) cos(  )  k Rpsp . cos cos

(3.25)

Na osnovu prethodnih obrazaca, veličina osnog pritiska iznosi (kod bušaćih kruna sa dva kraka): a1  a2 cos(  ) (r1  r3)  2 cos h sin(   )  2kRp (r1  r3) , posle sređivanja dobijamo: 2 cos r r    )  khsin(   ) . - Praz  Rp 1 3   a1  a2 cos( cos

- Praz  2(P yQy)  2Rp

Bočni pritisak iznosi: 58

(3.26)

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Qraz  2(Px  Qx ) , posle sređivanja dobijamo:

Qraz  Rp

r1  r3  (a1  a2) sin(   )  khcos(   ) . cos



OBRTNI MOMENAT – proračunava (3.28) gde je: rm = 2/3r1 – krak momenta.



POTREBNA SNAGA – može

Nraz  gde je:

n r1

se

po

(3.27)

obrascu: Mraz  Qraz rm

se izračunati po obrascu:

Mraz 2 n (kW). 100 60 102

(3.29)

- broj obrtaja u min. - poluprečnik sečiva.

Osim otpora stene koji se suprotstavlja bušaćoj kruni, prisutan je otpor koji bušilica mora da savlada, a vezan je za čišćenje izdrobljene sitneži i trenje bušaće šipke o zidove bušotine. Ovaj otpor zavisi od dužine bušotine i vrste stenskog materijala. Prema V.G.Mihajlovu, za bušotine u glinenom škriljcu, po dužnom metru bušotine treba povećati snagu za 0,28 kW/m, a za bušenje u peščaru ovo povećanje iznosi 0,147 kW/m’ bušotine. Za bušilice sa automatskim potiskivanjem, snaga pogonskog motora koja vrši potiskivanje računa se po obrascu: P v Npot  raz . 102 (3.30) gde je:

v

- brzina potiskivanja bušaćeg svrdla, m/s.

U poređenju sa udarnim bušenjem rotaciono bušenje ima prednost zbog neprekidnog rada, manjeg stvaranja prašine i šire primene električne energije. Važan nedostatak rotacionog bušenja je taj što se moraju savladati velike sile trenja, usled čega se glava svrdla brže troši, pa je zbog toga rotaciono bušenje ograničeno na meke materijale. 3.2.1. ČINIOCI KOJI UTIČU NA EFIKASNOST BUŠENJA

Na efikasnost brzine bušenja utiče mnogo činilaca, među kojima se izdvajaju:

čvrstoća stenskog materijala; geometrijski oblik bušaće krune; broj obrtaja bušaćeg svrdla; sila potiskivanja i efikasnost čišćenja izdrobljenog stenskog materijala. Ukoliko je npr. čišćenje bušotina efikasnije, utoliko je i broj obrtaja bušaće krune veći, pa je i brzina bušenja veća. Ova brzina za razlčite stene je različita, što se vidi i na slici 3.27a. Na dijagramu se vidi da sa povećanjem broja obrtaja bušaće krune, do neke optimalne vrednosti (nopt), brzina se povećava, a zatim se priraštaj blago smanjuje. Eksperimentalnim istraživanjima takođe je ustanovljen optimalan broj obrtaja bušaće krune za stene različite čvrstoće. Na slici 3.27.b prikazan je jedan ovakav dijagram zavisnosti. 59

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 3.27. Dijagram zavisnosti a. zavisnost brzine bušenja od broja obrtaja, b. zavisnost broja obrtaja odčvrstoće stene

Ispitivanja koja su vršena u pogledu odnosa brzine bušenja i sile potiska, moguće je razlikovati tri slučaja: a. b. c.

bušenje struganjem – kada je sila potiskivanja nedovoljna, bušenje rezanjem – kada je sila potiskivanja u optimalnom odnosu sa otporom stene i otežano rezanje – kada je sila potiskivanja prevelika.

Grafički prikaz uticaja sile potiskivanja na brzinu bušenja prikazan je na slici 3.28.

Slika 3.28. Dijagram zavisnosti brzine bušenja u odnosu na silu potiskivanja a- struganje, b- rezanje, c- otežano bušenje

Brzina bušenja i elementi koji utiču na brzinu bušenja mogu se prikazati pomoću obrasca koji je dao V.V.Carcin, a koji glasi:  0,5 P cos v  4nm  2ci   c d (1   ) gde je:

n m P  ci c d 

 n , 

- broj obrtaja bušaće krune,

 cos cos  sin(    2) = 2 tg 2  fo - sila koja deluje u pravcu ose bušotine (sila potiska), - ugao koji zaklapa osa sečiva sa vertikalom, - širina sečiva (zatupljenost), - čvrstoća na pritisak, - prečnik bušaće krune, = a/d – odnos koji predstavlja količnik između prč~nika bušaće krune i centralnog otvora,

60

(3.31)

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

 fo

- ugao oštrenja sečiva krune, - koef. trenja između stene i sečiva bušaće krune.

UGAO OŠTRENJA SEČIVA – prema V.V.Carcinu, moguće je proračunati po obrascu:

  gde je:

P d



k

1,41P ,  kd(1   )

(3.32)

- sila potiskivanja, - prečnik bušaće krune, = a/d, - dozvoljeno naprezanje čelika od koga je izrađeno sečivo bušaće krune. Prema ruskim izvorima, za njihove čelike dozvoljena naprezanja iznose: - ugljenični čelik 100 – 150 daN/cm2 - tvrda legura VK-15 4000 – 5000 daN/cm2 - tvrda legura VK-15 10000 – 12000 daN/cm2.

ČVRSTOĆA STENE – za poznate vrednosti sile potiska, geometrije bušaće krune i brzine bušenja, mogu se proračunati po obrascu:

c  gde je:

 c

4 P nmcos e , vd (1   )

(3.33)

- koef. koji zavisi od stepena zatupljenosti sečiva bušaće krune. Kod max. zatupljenja iznosi 1. - čvrstoća stenskog matrijala u kojoj bušalica može da radi.

PROMENA PREČNIKA BUŠAĆE KRUNE

– brzina bušenja može se izraziti kao sledeći

odnos: n

v1  d1   ,  v2  d2 

(3.34)

gde je:

v1 - brzina bušenja koja se postiže za prečnik d1, v2 - brzina bušenja koja se postiže za prečnik d2, n - koef. koji se određuje eksperimentalnim putem. 3.2.2. SREDSTVA ZA ROTACIONO BUŠENJE

Mašine koje se koriste za rotaciono bušenje poznate su pod imenom vrtalice, a alat nosi naziv svrdlo. S obzirom na uslove u kojima će se bušenje izvoditi, ove mašine imaju različite težine i tehničke karakteristike. Na slici 3.29 dat je prikaz jedne vrtalice. Oblast primene vrtalica sa svrdlom zavisi od fizičko-mehaničkih osobina stena, kao i od samih tehničkih osobina vrtalice. Na osnovu iskustva stečenog radom u mnogim rudnicima, kao i na osnovu konstruktivnih karakteristika vrtalica, bilo je moguće izraditi opšte kriterijume za njihovu primenu, što je i prikazano u tabeli 3.5. Tabela 6.5.

Tip vrtalice

Oblast primene

Koef. čvrstoće, f

Ručne vrtalice

Za bušenje u uglju, bilo koje vrste i čvrstoće; glinenih škriljaca; mekih krečnjaka; tufova; kamene soli; glinaca; uljnih škriljaca i drugih mekih i umereno tvrdih stena.

f5

61

S. Trajković stenama Stubne vrtalice

Geotehnički radovi u Za rad u krečnjacima, peščarima, glinovitim peščarima, škriljcima i drugim slčnim stenskim materijalima.

f  10

Za rotaciono bušenje koriste se krunice opremljene sečivima ili specijalnim krunama opremljenim dijamantima. Krune sa dva i više krakova našle su široku primenu za bušenje pod zemljom. Dijamantske krune, mada imaju svoje prednosti u izradi minskih bušotina, ne koriste se, već su se zadržale za izradu bušotina većeg prečnika i u istražne svrhe. Dijamantske krune za bušotine malog prečnika primenjuju se učvrstim i tvrdim stenama.

Slika 3.29. Električna rotaciona vrtalica: 1- rotor, 2- reduktor, 3-čaura za usadnik svrdla, 4- prekidač 3.2.2.1. RUČNE VRTALICE

U zavisnosti od vrste energije koja se koristi za pogon motora, mogu biti na pneumatski ili električni pogon. Ručne pneumatske vrtalice – opremljene su pneumatskim rotacionim motorom, poznatim pod imenom lamelarni motor. Ako je pritisak sabijenog vazduha 4 bara, broj obrtaja svrdla kreće se od 200 (za tvrde stene) do 500 i više (za ugalj). Na slici 3.30 dat je izgled i sastavni delovi jedne pneumatske vrtalice. Tehničke karakteristike pneumatskih ručnih vrtalica prikazane su u tabeli 3.6. Tabela 3.6.

Zemlja proizvođač

Tip

Težina, kg

Snaga motora, kW

Broj obrtaja, ob/min

Potrošnja vazduha, m3/min

Jugoslavija Rusija Engleska Poljska

SP-11 327 WPR-8

8,5 12,3 10,9 8,5

1,5 1,5 1,3 1,1

800 290-515 325; 450 800

1,7 5,0 2,5

62

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 3.30. Ručna pneumatska vrtalica 1- kućište, 2- držač, 3-čaura za usadnik svrdla, 4priključak za sabijeni vazduh, 5- puštač vazduha, 6- lamelarni pneumatski motor, 7- reduktor

Ručne električne vrtalice – po konstrukciji su slične ručnim pneumatskim vrtalicama, tom razlikom što rade na pogon sa električnim trofaznim motorom preko odgovarajućeg zupčastog prenosa. Kod ovih vrtalica rotacija motora (4) se prenosi preko reduktora (3) do čaure (2), a preko ove do bušaćeg svrdla. Konstrukcije ovih vrtalica imaju ugrađen reduktor sa paralelnim vratilima. Postoje konstrukcije sa jednim i sa dva stepena prenosa. Vrtalice sa ugrađenim reduktorom sa jednim stepenom prenosa imaju veće brzine obrtanja svrdla (700-1.200 o/min), dok vrtalice kod kojih je ugrađen reduktor sa dva stepena prenosa, imaju manji broj obrtaja (od 300-700). Na slici 3.31 dat je prikaz jedne ručne električne vrtalice. Težina ovih vrtalica iznosi od 12-24 kg, sa snagom elektromotora od 0,8-1,7 kW. Povećanje snage vrtalice moguće je postići na taj način što se povećava broj obrtaja elektromotora, bez povećanja težine samog motora. Za ovo se koriste tzv. visokofrekventni motori, koji umesto da rade sa frekvencom od 50 Hz koriste visokofrekventnu struju od 150 i više Hz. Ovakve vrtalice poznate su pod imenom visokofrekventne vrtalice.

63

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 3.31. Ručna električna vrtalica a. opšti izgled 1- uključivač, 2- čaura za usadnik svrdla, 3- zupčani reduktor, 4- električni motor, b. c. reduktor sa paralelnim vratilima, I- jednostepeni, II- dvostepeni prenos 3.2.2.2. STUBNE VRTALICE

Stubne vrtalice se primenjuju za izradu bušotina u stenskom materijalu, sa koeficijentom čvrstoće od 5-10. Prečnik bušotina je 75 mm, mada postoje konstrukcije kojima se mogu bušiti i veći prečnici. S obzirom na veliku težinu, ove vrtalice se postavljaju na posebne stubove. Stub bušilice jednim krajem učvršćuje se na željenoj visini u strop prostorije, a drugim krajem vreteno u samo čelo hodnika ili otkopa u kome se ostvaruje bušenje. Na slici 3.32 pokazana je jedna stubna elektrčna vrtalica.

Slika 3.32. Stubna električna vrtalica 1- vrtalica, 2- stub, 3- potiskivač, 4- pritezni uređaj 64

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Da bi bušenje bilo uspešno u navedenim uslovima, neophodno je ostvariti određeni potisak koji se kreće od 200-1500 daN. Ovako veliku vrednost potiska moguće je ostvariti odgovarajućim mehaničkim uređajima za potiskivanje kojim su stubne vrtalice i opremljene. Najčešći postupak potiskivanja vrtalice u toku rada ostvaruje se uz pomoć vretena sa navojima. Broj obrtaja svrdla kod ovih vrtalica kreće se u granicama od 60-100 ob/min, što zavisi od stene u kojoj se izvodi bušenje. 3.2.3. PRIBOR ZA BUŠENJE

Pribor koji se koristi za rotaciono bušenje poznat je pod imenom bušaće svrdlo. Jedno bušaće svrdlo čine delovi: usadnik, šipka i kruna. Šipka – je najčešće u obliku spirale, što zavisi od načina čišćenja prilikom bušenja. Kod šipki sa spiralom korak se kreće u granicama od 70-160 mm. Dužina šipki za bušenje kreće se u granicama od 1,2-3,0 m. Na zadnjoj strani šipke nalazi se usadnik koji se izrađuje u obliku cilindra ili konusa i preko njega se ostvaruje veza sa vrtalicom. Na slici 3.33 dat je prikaz bušaćeg svrdla.

Slika 3.33. Bušaće svrdlo 1- usadnik, 2- šipka 3- kruna

Kada se čišćenje bušotina ostvaruje ispiranjem, šipke za bušenje su glatke (nemaju spiralu), i imaju kanal po sredini, koji služi za prolaz vode. Usadnik kod ovakvih šipki je nešto duži i prilagođen je za postavljanje ispirne glave. Krune za bušenje – sastoje se iz: 1- tela krune, 2- pera (krakovi), i 3- usadnika. Prema vrsti stenskog materijala, krune za bušenje dele se na: krune za bušenje u uglju i krune za bušenje u stenama. Na slici 3.34 dat je prikaz izmenljivih kruna. Krune su snabdevene sečivima od tvrde volframkarbidske legure. Po obliku se uglavnom razlikuju strelaste i dvokrake konstrukcije. Strelaste krune služe za bušenje u tvrđem materijalu, a dvokrake za mekši materijal (ugalj). Kruna koja se prčvr65

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

šćuje za šipku najčešće je konusnog ili cilindričnog oblika, sa urezom ili otvorom za učvršćivanje pomoću rascepke.

Slika 3.34. Bušaće krune 3.2.4. ČIŠĆENJE BUŠOTINA

Uklanjanje izdrobljenog stenskog materijala ako se radi rotaciono bušenje može se ostvariti: mehančki, ispiranjem i gravitacijom. Mehanički postupak uklanjanja sitneži iz bušotine ostvaruje se tako što spiralno izvedena šipka bušaćeg svrdla zahvata izdrobljeni materijal na čelu bušotine i transportuje ga duž šipke do usta bušotine. Postupak čišćenja bušotina ispiranjem izvodi se na isti način kao i čišćenje bušotina pri bočnom sistemu kod udarnog bušenja. Šipke bušaćeg svrdla i kruna imaju po sredini izrađen kanal za prolaz vode. Usadnik je nešto duži i osposobljen je da se na njemu može postavi ispirna glava. Na slici 3.35 prikazana je vrtalica opremljena sistemom za ispiranje.

Slika 3.35. Sistem čišćenja bušotina sa ispirnom glavom: 1- vrtalica, 2- ispirna glava, 3- svrdlo

66

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Čišćenje bušotina gravitacijom, primenljuje se pri izradi bušotina za sidra, kao i za kose i vertikalne bušotine, a takođe i kada mokro bušenje nije podesno. 3.3. UDARNO-ROTACIONO BUŠENJE

Udarno-rotaciono bušenje se primenjuje u srednje čvrstim i čvrstim stenama, sa koeficijentom čvrstoće po Protođakonovu (f) od 6-14. Sadrži preimućstva i udarnog i rotacionog bušenja. Sečivo dleta prodire u stenu pod manjim pritiskom nego kod rotacionog bušenja i sa slabijim udarima nego kod udarnog postupka, uz stalno obrtanje bušaćeg dleta. Bušilice udarno-rotacionog tipa snabdevene su sa dva motora, jednim za nanošenje udara i drugim za obrtanje, i smešteni su u istom kućištu. Velika težina ovih mašina iziskuje da se ove bušilice postavljaju na bušaća kola sa automatskim načinom upravljanja. Na slici 3.36 data je kinematska šema jedne bušilice. Na slici se vidi da se obrtanje rotacionog motora (2), preko reduktorskog sistema (3), prenosi se na čauru (4), a dalje na bušaće dleto. Mašinska industrija proizvodi bušilice sa pogonom na sabijeni vazduh i ulje pod pritiskom.

Slika 3.36. Kinematska šema udarno-rotacione bušilice: 1- bušaći čekić, 2- rotacioni motor, 3- reduktorski sistem, 4- čaura

Statička i dinamička opterećenja i rotacija prenose se na krunu preko usadnika i bušaće šipke. Za vrlo složena naprezanja kojima je izložena kruna bušaćeg dleta, njen oblik mora biti prilagođen, pa sečivo ima oblik kombinacije krune udarnog i rotacionog postupka. Na slici 3.37 dat je prikaz bušaćeg dleta i krune.

67

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 3.37. Prikaz bušaćeg dleta i krune za udarno-rotaciono bušenje: a. 1- usadnik, 2- bušaća šipka, 3- kruna b. bušaća kruna

Čišćenje sitneži tokom rada ovih bušilica ostvaruje se izduvavanjem ili ispiranjem. Za čišćenje bušotina ispiranjem, dovod vode je obično sa strane i to pomoću ispirne glave. Za izradu podzemnih prostorija obično se koriste bušilice za izradu bušotina do 5 m, sa prečnikom bušotine od 40-45 mm, izuzetno i više. 3.3.1. PRORAČUN BRZINE BUŠENJA

Udarno-rotaciono bušenje se sastoji iz razaranja stenskog materijala koje je ostvareno udarnim i rotacionim radom bušaće krune. Iz tih razloga brzina bušenja pri udarno-rotacionom bušenju zavisi od oba ova oblika razaranja, pa se definiše izrazom: vur  vu  vr ,

gde je:

vu

(3.35)

- brzina udarno-rotacionog bušenja

r

vu vr

- brzina udarnog bušenja, - brzina rotacionog bušenja.

Istraživanja koja je vršio A.S.Žmudenko, pokazala su da se brzina udarnorotacionog bušenja može prikazati pomoću relacije: vur  vu cos (1   o)  vr   o .

(3.36)

Vrdnost (cos) uzeta je iz obrasca udarnog bušenja, sa obrazloženjem da se može vršiti promena položaja sečiva bušaće krune. Koeficijent (o) predstavlja odnos između obima razaranja udarnog i rotacionog bušenja. Vrednost ovog koeficijenta može se proračunati iz odnosa: o  gde je:

Pk P

P , Pk

- kritčna sila potiska, - sila potiska.

68

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Ako se u jednačini (6.36) izvrše odgovarajuće zamene za vu i vr (obrasci 3.13.a i 3.31), dobija se obrazac za brzinu udarno-rotacionog bušenja: vur 

4P  nob  cos d   c(1   )

 0,7  s  T    e 2  m  (1   o )   o  e  ,   d  P(1   )  

gde je:

z sm  ;   nob

(3.37)

 tg 2   cos  sin    2 

Proučavanjem uticaja potisne sile (P) na brzinu bušenja, uočljivo je da sila potiska ima veoma značajnu ulogu. Takva istraživanja pokazana su na slici 3.38. Na slici se vidi da pri konstantnom broju udara i energiji jednog udara, a pri razlčitim obrtajima bušaće krune, razlike u ostvarenim brzinama jasno su uočljive.

Slika 3.38. Zavisnost brzine bušenja pri udarno-rotacionom bušenju

3.4. IZRADA BUŠOTINA VELIKOG PREČNIKA Za izradu bušotina velikog prečnika, ne samo na površini nego i za bušenja pod zemljom, koriste se mašine koje rade na principu udarno-rotacionog i rotacionoudarnog dejstva. Da li će režim bušenja biti udarno-rotacioni ili rotaciono-udarni, to isključivo zavisi od obima razaranja. Kada je razaranje udarom po obimu veće od razaranja rotacijom, prostupak se naziva udarno-rotacioni i suprotno, rotacionoudarnim. 3.4.1. UDARNO-ROTACIONO BUŠENJE

Pri izradi bušotina većeg prčnika, kao i veće dubine, brzina bušenja se smanjuje. Za rešavanje ovakvih problema mogu se koristiti bušaći čekići sa pojačanim udarnim dejstvom, poznati pod imenom dubinski bušaći čekići. Za vreme bušenja čitava konstrukcija bušaćeg čekića roni u bušotinu zajedno sa kratkim bušaćim dletom. Na slici 3.39 prikazan je dubinski bušaći čekić. 69

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 3.39. Stubni dubinski bušaći čekić: 1- stub, 2- motor za obrtanje i potiskivanje, 3- crevo za vazduh, 4- crevo za vodu, 5- ventil za vazduh, 6- bušaća šipka, 7- dubinski bušaći čekić, 8- bušaća kruna

Za razliku od klasičnog bušaćeg čekića, dubinski bušaći čekić je opremljen posebnim mehanizmom za zaokretanje. Zaokretanje bušaćeg čekića ostvarauje se preko posebnog motora smeštenog van bušotine. Motor obrće bušaće šipke, na kojima je pričvršćen dubinski čekić, a sa šipkama dolazi i do zaokretanja bušaćeg čekića. Bušaće dleto dubinskih čekića sastoji se samo od usadnika i krune. Prečnik krune uvek je za 10-15 mm veći od spoljašnjeg prečnika dubinskog čekića. Najčešće, prečnici bušaćih kruna kreću se u granicama od 80-160 mm. Dužina bušaćih šipki kreće se u granicama od 1-2 m. Čišćenje bušotina ostvaruje se pomoću vodeno-vazdušne smeše koja se stvara u specijalno konstruisanom ventilu. Takva smeša šalje se kroz bušaće šipke i bušaći čekić do čela bušotine. Pri utvrđivanju odnosa vode i vazduha u vodeno-vazdušnoj smeši, ispitivanja su pokazala da dubinski čekići najbolje rade ako se jednom m 3 vazduha doda 4-5 litara vode. Isto tako, utvrđeno je da se najbolje čišćenje bušotina ostvaruje kada se vodeno-vazdušna smeša kreće brzinom od 8-10 m/s. U tabeli 3.7 prikazani su dubinski bušaći čekići firme Ravne. Tabela 3.7. Težina, Broj udara Potrošnja vaDužina, Prečnik Tipčekića kg u min. zduha, m3/min mm krune, mm RK-15 14,5 1200 2,0 720 83-85 RK-15 MI i MIV 14,5 1500 2,1 720 83-85 RK-26 16 1000 2,5 760 104 RK-26 MI i MIV 16 1200 2,6 760 104 Oznake: MI –čišćenje bušotina izduvavanjem; MIV –čišćenje bušotina sa vodom.

Istraživanja koja su vršena u pogledu uticaja promene osnog pritiska na brzinu bušenja, pokazala su da sa povećanjem osnog pritiska brzina bušenja raste sve do jedne određene brzine, posle koje počinje da opada (sl.3.40). Kod prečnika oko 100 mm, preporučljivo je da se u čvrstim i abrazivnim stenama, osno opterećenje 70

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

kreće od 2.500-3.500 N, dok kod srednje čvrstih stena i manje abrazivnih ovo optrećenje može biti veće.

Slika 3.40. Zavisnost brzine bušenja (kod dubinskog čekića) od osnog pritiska

5.0. KOPANJE, REZANJE I STRUGANJE Kopanje, rezanje i glodanje, kao i struganje, pripadaju grupi rudarskih radova pri kojim nije potrebna primena eksploziva. Operacije kopanje, rezanje i struganje ograničene su na mek materijal, kao što su ugljevi i meke prateće stene, a glodanje se primenjuje kako u mekom materijalu, tako i tvrdom i abrazivnom. Kopanje, rezanje i struganje se uglavnom obavljaju relativno jednostavnom mašinskom opremom, dok za glodanje služi složena oprema koja uz istovremeno glodanje vrši i utovar dobijenog materijala. Kopanje i rezanje u mekom materijalu, sa upotrebom radnih elemenata u obliku uskih sečiva, imaju mnogo zajedničkog. Mnogobrojna istraživanja pokazuju da je pri mehaničkom otkidanju komada uglja i mekog stenskog materijala iz prirodnog sklopa, moguće razlikovati dva procesa koji se sukcesivno smenjuju, a to su prodiranje i otkidanje. Za prodiranje radnog elementa u kompaktnu stensku masu utroći se glavni deo uložene energije, a odvoji se relativno mala zapremina materijala. Otkidanje komada iz kompaktne mase, koje za ovim sleduje, produktivnije je i zahteva utrošak manje energije, pošto su prodiranjem već ostvareni uslovi za drobljenje. 5.1. RADOVI NA KOPANJU

Radna operacija kopanje izvodi se s ciljem da se otkidaju komadi stena i ruda iz prirodnog sklopa, uz pomoć odgovarajućih mašina i alata. Kopanje može biti ručno ili uz pomoć mašina. Ručno kopanje se primenjuje samo izuzetno, i to u slučajevima kada je obim radova mali, pa se ne isplati korišćenje odgovarajuće mehanizacije. 71

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

5.1.1. RUČNO KOPANJE

Ručno kopanje se izvodi uglavnom u pomoćne svrhe, kao npr. dorada za projektovani profil podzemne prostorije, izrada ležišta za stupce podgrade, razbijanje krupnih komada stene i u slične svrhe. Ručno kopanje uspešno se može koristiti pri izradi prostorija ukoliko su radovi na kopanju manjeg obima, kao i kada se radovi izvode u veoma slabom stenskom materijalu. Ručno kopanje se obavlja alatima, poznatim kao: pijuk, budak, poluga (ćuskija), ašov, otkopni čekić i otkopni ašov. Na slici 5.1 prikazane su navedene vrste ručnog alata.

Slika 5.1. Ručni alat za kopanje, 1- jednostrani pijuk, 2- dvostrani pijuk, 3- budak i pijuk, 4- poluga (“ćuskija”)

Pijuk, budak, ašov i poluga su isključivo ručni alati za kopanje odgovarajućeg stenskog materijala. Pijuk, budak i poluga koriste se za kopanje u čvrstom i raspucalom stenskom materijalu, dok ašov samo u mekoj i rastresitoj sredini. Pijuk je opremljen šiljkom i drvenom drškom. Pijuk može biti jednostran – kada poseduje samo jedan šiljak ili dvostran. Budak je opremljen pljosnatim horizontalnim sečivom, a može biti u kombinaciji sa pijukom. Kada se radi u raspucanim materijalima služi nam alat poznat kao poluga (“ćuskija“), sa pljosnatim horizontalnim zatupljenim sečivom za ubacivanje u pokotinu, pri čemu se vrši odvaljivanje labavih komada. Da bi se ovaj težak posao učinio što lakšim, kao i da bi se povećao obim radova na kopanju, konstruisan je poseban uređaj za kopanje. Takav jedan uređaj opremljen je motorom i odgovarajućim mehaničkim alatom, i poznat je kao otkopni čekić, odnosno otkopni ašov. S obzirom na način rukovanja i upotrebu ove mašine, spada u grupu ručnog alata. 5.1.1.1. OTKOPNI ČEKIČ

Otkopni čekić predstavlja ručni mehanizovani alat. Konstrukcije otkopnih čekića prema pogonskoj energiji koju koriste, mogu biti na sabijeni vazduh, benzin i električnu struju. Zbog svoje velike izdržljivosti prema opterećenjima kojim su izloženi otkopni čekići, u rudarstvu su u masovnoj primeni otkopni čekići sa pogonom na sabijeni vazduh. Prikaz jednog otkopnog čekića dat je na slici 5.2.

72

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 5.2. Otkopni čekić: 1- držač, 2- cilindar, 3- otkopno dleto, 4- priključak za sabijeni vazduh

Konstrukcija i rad – Otkopni čekić se sastoji iz cilindra, u kome se pod pritiskom sabijenog vazduha klip kreće napred - nazad, i nanosi udare po temenu usadnika dleta, usled čega dleto prodire u masiv. Na slici 5.3 šematski je prikazan otkopni čekić sa osnovnim delovima. Potiskivanjem na polugu ventila s kuglicom (6) sabijeni vazduh (sl.5.3) ulazi u komoru iza klipa (7) i potiskuje klip u prednji položaj, pri čemu nanosi udar po temenu otkopnog dleta (3). Pod ovim udarom dleto se utiskuje u stensku masu. Da bi na otkopno dleto klip mogao da nanese sledeći udarac, neophodno je da se klip vrati u zadnji položaj. Kada klip prilikom kretanja napred svojim telom zatvori izlazni otvor (11), tada se vazduh koji se nalazi zatvoren u komori ispred klipa, pod uticajem kretanja klipa napred, sabija do nekog pritiska p’, koji je dovoljan da prolazeći kroz kanal (9) pomeri pločicu razvodnika za vazduh (8) u položaj kojim se zatvara kanal (10), uz istovremeno oslobađanje sabijenog vazduha (vazduha koji je izvršio rad) kroz otvor (11). Na ovaj način omogućeno je da sabijeni vazduh kroz kanal (9) dospe u komoru ispred klipa i klip vrati u zadnji položaj. Da bi ovaj manevar bio uspešan, neophodno je da zazor između uvodne čaure i usadnika otkopnog dleta bude u odgovarajućim tolerancijama, a da hermetičnost ovog dela otkopnog čekića bude obezbeđena. Povratkom klipa unazad, kada klip svojim telom zatvori izlazni otvor (11), u komori iza klipa dolazi do sabijanja vazduha, koji kada postigne odgovarajući pritisak pomeri pločicu razvodnog ventila (8) koji zatvara kanal (9) i na taj način omogućava prolazak vazduha u komoru iza klipa i kretanje klipa napred. Na opisani način ostvaruje se rad otkopnog čekića.

Slika 5.3. Izgled otkopnog čekića, 1- cilindar, 2- držač, 3- otkopno dleto, 4- držač dleta, 5- priključak za sabijeni vazduh, 6- puštač, 7- klip, 8- razvodni klizni ventil, 9,10- razvodni kanali, 11- otvor za izlazak istrošenog vazduha

73

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Podela otkopnih čekića. Prema težini, otkopne čekiće možemo podeliti u tri kategorije, i to: - lake, do 8,0 kg - srednje teške, od 8,0 – 12,0 kg i - teške, preko 12,0 kg. Laki otkopni čekići koriste se za kopanje u veoma slabim stenama, ili ugljevima do srednje čvrstoće. Srednje teški otkopni čekići koriste se za kopanje u slabim stenama i nešto čvršćim ugljevima, dok se teški otkopni čekići primenjuju se u čvrstim stenama i čvrstim ugljevima. U tabeli 5.1 date su tehničke karakteristike otkopnih čekića železare Ravne. Karakteristike Masa, kg Dužina, mm Prečnik klipa, mm Radni pritisak, bara Broj udaraca u min. Potrošnja vazduha, m3/min.

LPK-7

LPK-8

SRK-10

8,1 454 34 5-7 1650 1,1

9,3 455 34 5-7 1650 1,2

13,0 600 36 5-7 800 1,2

Tabela 5.1. SPK-17 TRK-30 18,4 593 46 5-7 1400 1,5

30,0 720 52 5-7 1100 1,6

Alat kojim se ostvaruje kopanje zove se otkopno dleto. Jedno otkopno dleto sastoji se od sledećih elemenata: 1- usadnik otkopnog dleta, 2- prsten otkopnog dleta, 3- šipka otkopnog dleta, 4- vrh (sečivo) otkopnog dleta. Na slici 5.4 prikazano je nekoliko konstrukcija otkopnih dleta.

Slika 5.4. Oblici otkopnog dleta, 1- usadnik otkopnog dleta, 2- prsten otkopnog dleta, 3šipka otkopnog dleta, 4- vrh (sečivo) dleta, a. b. c. otkopna dleta, d. e. otkopni ašov

Iskorišćenje otkopnih čekića, osim od tehničkih karakteristika samog čekića i njegovog rukovanja, zavisi i od dimenzija i oblika otkopnog dleta. Dimenzije i oblik otkopnog dleta treba prilagoditi osobinama stenskog materijala u kome se obavlja 74

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

kopanje. Tako, na primer, ako se rad obavlja u veoma čvrstim i žilavim stenama bez pukotina, preporučljivo je koristiti otkopno dleto čija se dužina šipke kreće od 150250 mm, a vrh ima piramidalni oblik, sa stranama zakošenim pod uglom od 60o. U slučajevima kada je stena meka, ako je još oštećena klivažnim pukotinama (kod uglja), ili jako raspucana, preporučljivo je da se koriste otkopna dleta veće dužine (do 450 mm) i sa manjim uglom zakošenosti samog vrha. Rad s otkopnim čekićem sastoji se u tome što se otkopno dleto usmeri u stenski masiv (uz odgovarajuće potiskivanje), da bi se otkopno dleto zarilo, pa se zahvaćeni komad na principu poluge odvaljuje prema slobodnoj površini. Kad god je to moguće, rad sa otkopnim čekićem odvija se odozgo nadole, jer tada težina čekića neposredno pritiskuje na dleto i kopač se manje zamara. Značajan razvoj u konstrukciji otkopnih čekića predstavljaju čekići za mokro kopanje, u koje su ugrađene prskalice za obaranje prašine snopom tankih mlazeva vode. 5.1.1.2. OTKOPNI AŠOV

Otkopni ašov takođe spada u ručni mehanizovani alat, koji se koristi za kopanje u mekom i rastresitom stenskom materijalu. Razlika između otkopnog ašova i otkopnog čekića ogleda se samo u radnom elementu, odnosno, otkopno dleto čija je glava u obliku šiljka, zamenjeno je ašovom. Na slici 5.5 prikazan je jedan otkopni ašov.

Slika 5.5. Otkopni ašov, 1- klip, 2- ašov, 3- puštač, 4- priključak za vazduh 5.1.2. PRORAČUN PARAMETARA OTKOPNOG ČEKIĆA

Pri izboru tipa otkopnog čekića, od bitnog uticaja su sledeći parametri: energija i snaga udara klipa, broj udara klipa, potrošnja sabijenog vazduha i učinak, pa će isti biti detaljnije obrađeni. Sila na čelu klipa – zavisi od konstruktivnih karakteristika i veličine pritiska sabijenog vazduha. Istraživanja su pokazala da vrednost pritiska u cilindru otkopnog čekića nije stalna veličina, već zavisi od položaja klipa u cilindru i velčine ulaznog pritiska po. Na slici 5.6 dat je dijagram, pritisak – vreme, iz kojeg se vidi promena pritiska u cilindru iza klipa (pri kretanju klipa napred). Sila koja potiskuje klip napred može se prikazati u obliku: P  Sk psr 

 d2  psr , 4

(5.1)

75

S. Trajković stenama gde su:

Geotehnički radovi u Sk

- površina klipa, cm2

ps

- srednja vrednost pritiska vazduha iza klipa, bara,

r

d

- prečnik klipa, cm.

Slika 5.6. Dijagram promene pritiska u zavisnosti od položaja klipa

Srednja vrednost pritiska (psr) u izrazu (5.1) može se proračunati po obrascu: 3 ( po  pk )2 psr  , Bara (5.2) 4 2 po  pk gde su:

po

- pritisak sabijenog vazduha na ulazu u otkopni čekić, bara

pk

- pritisak iza klipa u cilindru, u momentu oslobađanja otvora za izlazak istrošenog vazduha, bara.

Kod novih otkopnih čekića odnos između pk i po stoji u odnosu: pk   0,6  0,7 . (5.3) po Rad udara klipa – zavisi od srednjeg pritiska (psr), površine klipa (Sk) i dužine hoda klipa (Lk), tako da se može izraziti u obliku: Ak  psr Sk Lk , Nm

(5.4)

Vreme jednog udara klipa – sastoji se iz vremena kretanja klipa napred, što odgovara radnom hodu klipa, i vremena koje je potrebno za vraćanje klipa nazad – praznog hoda klipa, koji se može prikazati izrazom: gde su:

tn

T  tn  tp , s - vreme kretanja klipa napred, s

tp

- vreme kretanja klipa nazad, s.

(5.5)

Vreme kretanja klipa napred (tn) može se proračunati po obrascu: tn 

6  m Lk m Sk  l , s 2  po  pk 2  Ak

(5.5.a)

a vreme praznog hoda klipa (tp) iz odnosa (za nove otkopne čekiće): tp   1,3  1,5 tn , s

Masa klipa (m) može se izraziti pomoću obrasca: 76

(5.5.b)

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

m gde su:

Q

 daN s2  Qk ,  g  Sk  cm cm2 

(5.6)

- masa klipa, daN,

k

- ubrzanje, cm/s2.

g

Put koji pređe klip posle oslobađanja otvora za istrošeni vazduh ( l), za nove otkopne čekiće, proračunava se iz odnosa: l   0,1  0,2 Lk , m (5.7) Broj udara klipa – može se izračunati ako se poznaje vreme trajanja jednog ciklusa (T), po obrascu: n

60 60  , udara/min T tn  tp

(5.8)

Teoretska snaga – za otkopne čekiće data je u obrascu: A n Nt  k , kW 102 60 a efektivna snaga, uključujući i gubitke u energiji, iznosi: Nef    Nt , (kW)



gde je:

(5.10)

= 0,350,6 –koef. iskorišćenja energije, koji se može proračunati i po obrascu

  1  2 gde su:

(5.9)

mf

, mf  m



= 0,7  0,9

m mf

- masa klipa, - neka fiktivna masa klipa.

(5.10.a)

Fiktivna masa (mf) određuje se eksperimentalnim putem, a prema ruskim izvorima iznosi: mf mf mf mf

= 0,204 – za kameni ugalj, = 0,234 – za zamrznuto tlo, = 0,204 – za suvu glinu i = 0,262 – za zidove od opeke.

Potrošnja sabijenog vazduha – predstavlja ukupan utrošeni vazduh pri kretanju klipa napred (q1) i pri kretanju klipa nazad (q2), prema obrascu:

Q   q1  q2  n, m3/min

Pri čemu je: gde su:

(5.11)

q1  k1 psr Sk Lk , (m3) ; q2  k2 psr Sk Lk , m3 k1, k2

- koef. koji izimaju u obzir gubitke vazduha pri radnom i praznom hodu klipa. Vrednost ovih koef. iznosi: k1= 0,7; k2= 0,5.

Sila potiska – u toku rada neophodno je određenom silom vršiti potiskivanje otkopnog čekića u pravcu prodiranja dleta. Veličina ove sile može se približo proračunati po obrascu Kučerova, koji glasi: 77

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

R gde je:

Sd

psr 2Sk  Sd  , daN. 4

(5.12)

- površina rukohvata otkopnog čekiča, cm2.

5.1.3. MEHANIZOVANO KOPANJE

Kada se radi kopanje većih količina stenskog materijala i na većim površinama,

rad na kopanju može se organizovati specijalno konstruisanim mašinama. Takve mašine poznate su pod nazivima: buldozeri, bageri, skreperi i sl. mašine, i predviđene su isključivo za rad na kopanju u slabom i nevezanom stenskom materijalu. Ovakve mašine predviđene su za kopanje na površini terena, a za rad pod zemljom samo izuzetno. Za rad pod zemljom primena im je ograničena na velike profile podzemnih prostorija, kao što je slučaj sa tunelima i podzemnim objektima specijalne namene. 5.2. RADOVI NA REZANJU

Proces rezanja stena, ugljeva i drugih materijala, dolazi kao posledica kretanja zuba duž stenske mase i otkidanja komadića stene odgovarajućim sečivima. Da bi se proces rezanja ostvario, neophodno je da se na sečivo (zub) deluje odre|enom silom, koja omogućava da se zub utisne u stensku masu. Pored toga, neophodno je za sečivo stvoriti mogućnost translatornog ili rotacionog kretanja. Takvo kretanje ostvaruje se uz pomoć odgovarajućeg beskonačnog ozubljenog lanca, ili nazubljenog bubnja, konusa i sl. konstrukcije. Proces rezanja je cikličnog kretanja, neravnomeran, i izvodi se u prekidima. Na mestu kontakta sečiva sa stenskom masom javljaju se veoma visoka kontaktna naprezanja, stena se na tom mestu drobi u sitne komadiće, a ispred sečiva stvara jedno jedro. Kretanjem sečiva u pravcu izrade reza, ovo jedro se povećava po svojim razmerama, a unutrašnji naponi se povećavaju. Daljim kretanjem zuba, jedro nije u mogućnosti da se širi, što je posledica povećanih napona, ispred zuba dolazi do smicanja manjih komada stena i pada sile rezanja, kako je to prikazano na slici 5.7 - sektor I, II i III. Ova odlamanja omogućila su veću površinu kontakta između sečiva zuba i stene, povećanje jedra i uvećanu silu rezanja. Daljim kretanjem dolazi do odvaljivanja većeg komada stene, što odgovara sektoru IV sa slike 5.7. Ova etapa rezanja ima karakter ”eksplozije”, s obzirom na to se da komadići stenske mase razležu na sve strane, jedro se razara i obrazuje ”oblak” prašine. Sila rezanja u tom momentu pada na nulu, opisani ciklus se zatvara i novi počinje ispočetka. U procesu razaranja dolazi do drobljenja stene u male komadiće i pojave pukotina, za šta se troši odgovarajuća energija. Utrošena energija prikazana je na slici 5.7.a šrafiranom površinom. Na slici se vidi da se energija troši samo za razaranje iznad linije k-k’, međutim istraživanja koja je izvršio A.G.Frolov, pokazala su da se energija troši i nešto niže ispod linije k-k’, što se vidi na slici 5.7.b. 78

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Slika 5.7. Šema razaranja uglja rezanjem 5.2.1. SREDSTVA ZA IZVOĐENJE REZANJA

Pri izradi podzemnih prostorija operacije podsecanje i zasecanje spadaju u pomoćne radove, a izvode se s ciljem stvaranja većeg broja slobodnih površina. Izrada horizontalnog reza naziva se podsecanje, za razliku od radova na izradi vertikalnog reza – zasecanje. Mašine koje služe za izradu zaseka i podseka nazivaju se sekačice. Ove mašine se koriste za stene sa koeficijentom čvrstoće f 8. Na sliici 5.8 prikazano je jedno čelo u uglju, sa zasekom i podsekom.

Slika 5.8. Prikaz zaseka i podseka sa rasporedom minskih bušotina, 1- zasek, 2- podsek

Konstrukcije sekačica zasnovane su na principu rada beskonačnog lanca, smeštenog u posebnom žljebu nosača lanca. Ugrađeni zubi u lancu postavljeni su u više redova, kako bi se postigla dovoljna širina reza i sprečilo zaglavljivanje lanca prilikom rada. U zavisnosti od žilavosti i abrazivnosti stenskog materijala, zubi ugrađeni u lancu su različitog oblika. Pošto se zubi kao elementi za rezanje najbrže troše, oni se mogu lako izmeniti i nabaviti. U hodnicima i blago nagnutim prostorijama, obično se koriste mašine osposobljene za izradu vertikalnog ili samo horizontalnog reza. U prvom slučaju, mašine se nazivaju zasekačice, a u drugom slučaju podsekčice. Danas se na tržištu mogu naši i takve konstrukcije sekačica koje su u mogućnosti da izrađuju i vertikalni i horizontalni rez. Takve mašine nazivaju se univerzalnim sekačicama. Na sliici 5.9 prikazana je jedna univerzalna sekačica sa šemom rada.

79

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Univerzalna sekčica – sastoji se od vođice (2) po kojoj se kreće nosač ozubljenog lanca, a koji je spojen sa pogonskim motorom (v.sl.5.9). Svi ovi delovi smešteni su na dva stuba koji omogućavaju pomeranje vođice. Stubovi su učvršćeni na postolje koje je postavljeno na gusenice ili na vagonetske točkove. Vođica nosača lanca pomoću ozubljenog prstena i pružnog prenosa može se obrtati za 180o, što omogućava postavljanje nosača lanca u bilo koji položaj. Ovakav manevar omogućava izradu zaseka i podseka istom mašinom, što joj obezbeđuje univerzalnost.

Slika 5.9. Univerzalna sekačica sa šemom rada: a. 1- stubovi, 2- vođice, 3- pogonski motor, 4- nosač ozubljenog lanca, 5- gusenice, 6- regulacioni uređaj, 7- stabilizator mašine, b. faze zasecanja

Izrada zaseka ili podseka sastoji se u sledećim fazama rada: za izradu npr. bočnog zaseka u hodniku, mašina se tako postavi uz bok da se vrhom vođice upravi do krovine prostorije i zategne vreteno (7). Zatim se lanac stavi u pogon i nosač se pomoću ručice postepeno pomera po vođicama dok ne zauzme krajnji položaj i zaseče sektor I. Posle ove faze nosač lanca pomera se naniže, čime se ozubljeni lanac prisiljava da izreže rez u obliku kružnog isečka, što čini fazu II. Povlačenjem nosača lanca nazad iseca se i preostali deo reza, što odgovara fazi III, čime je završena izrada zaseka. Šema rada prikazana je na slici 5.9.b. Na isti način izradi se podsek, s tom razlikom što se u ovom slučaju mašina postavi na sredini prostorije, sa lancem u horizontalnom položaju. Dubina reza kod ovih mašina iznosi od 1,5-2,5 m, što sve zavisi od težine i konstrukcije mašine. Za pogon sekačica koristi se sabijeni vazduh ili električna energija. 80

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

5.2.2. VRSTA ZUBA I NJIHOV GEOMETRIJSKI OBLIK

Elemenat kojim se ostvaruje proces razaranja u fazi rezanja - naziva se zub. Najčešće je zub ugrađen u beskonačni lanac, koji se pokreće motorom odgovarajuće snage. Po svom obliku i konstruktivnim elementima, zubi mogu biti veoma različiti. Oblik i dimenzije isključivo zavise od karakteristika stenskog materijala i otpora koji pruža stenska masa razaranju. Zub predstavlja potrošni materijal u procesu rezanja, pa se mora udovolji određenim zahtevima, a to su: - da ima odgovarajuću čvrstoću kako prilikom rezanja ne bi bio brzo oštećen, - da zub ima jednostavnu konstrukciju, - da se može brzo i lako zameniti, - pri konstrukciji zuba čije je telo ojačano tvrdom legurom, spoj između tvrde legure i tela zuba treba da bude čvrst i da oneomogući odvajanje. Prema svom položaju i načinu na koji se vrši razaranje stenskog materijala, zubi se mogu podeliti na: radijalne i tangencijalne. Na slici 5.10 dat je prikaz oblika i rasporeda zuba na radnom organu.

Slika 5.10. Oblik i raspored zuba na radnom organu za rezanje i glodanje, a. izgled i položaj radijalnog zuba, b. izgled i položaj tangencijalnog zuba

Svi zubi, bez obzira da li spadaju u grupu radijalnih ili tangencijalnih, imaju osnovne elemente: usadnik i krunu. Na slici 5.11 dati su konstruktivni elementi zuba. Kruna zuba – obično je ojačana pločicom od tvrde legure, sa zadatkom da se smanji habanje sečiva krune zuba i na taj način produži vek korišćenja. Kod krune razlikujemo sledeće elemente: prednju stranu zuba (K), zadnju stranu zuba (L), bokove (M) i sečivo (N). Od posebne važnosti za svaki zub su konstruktivni uglovi, kojih u ovom slučaju ima više. Ugao oštrenja ( ) – predstavlja ugao koji zaklapa prednja i zadnja strana zuba. Ukoliko je ovaj ugao manji, sečivo zuba je oštrije, pa je i čvrstoća zuba manja. Ovaj ugao je u granicama između 65 o i 90o, a najčešće se koriste uglovi između 75o i 80o. Kao zaključak se može izvući, da što je ugalj ili neki drugi stenski materijal čvršći i žilaviji, ugao oštrenja sečiva zuba treba da bude veći. Zadnji ugao ( ) – predstavlja ugao koji zaklapa zadnja strana krune zuba (L) i smičuća ravan D-D. Za male uglove , zadnja strana krune se veoma brzo haba, 81

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

što osim oštećenja krune zuba, ima kao posledicu i povećanje otpora pri rezanju, što se ispoljava većim trenjem sečiva zuba i povećanim silama rezanja. Sa povećanjem ugla  dolazi do slabljenja krune zuba. Kod radijalnih zuba ovaj ugao nije veći od 20 o (sl. 5.11).

Slika 5.11. Elementi i konstruktivni parametri zuba, 1- usadnik, 2- glava zuba, 3- pločica od tvrde legure, h- dubina reza

Prednji ugao ( ) – nalazi se između prednje strane zuba (K) i vertikale na smičuću ravan D-D, koja prolazi kroz sam vrh sečiva (sl.5.11). Za ovaj ugao mogu postojati tri slučaja: jednak nuli ( = 0); može biti pozitivan (  0) ili negativan (  0), (sl.5.12). Kada je ugao pozitivan, njegova vrednost iznosi od 5-13o, pa se primenjuje za razaranje mekih i slabih stena i ugljeva. Pri rezanju u čvrstim stenama, ovaj ugao treba da bude negativan, ali da ne bude manji od 25o. Ugao rezanja ( ) – predstavlja ugao koji zaklapa prednja strana zuba (K) i smičuća ravan D–D (sl.5.11). Kada je ugao rezanja najmanji, stena i ugalj će pružati najmanji otpor rezanju. Za sredine koje pružaju male otpore rezanju, vrednost ovog ugla se kreće od 60-65o, međutim za veće otpore, obično ugao rezanja ima vrednost od 77-85o. Treba imati u vidu da se sa povećanjem ugla rezanja povećavaju otpori rezanju i utrošak energije. Napred opisani uglovi nazivaju se glavni uglovi zuba i međusobno su vezani sledećom zavisnošću:       90o ;      ;   90  .

(5.13)

Slika 5.12. Oblici glave zuba u odnosu na prednji ugao, a. nulta, b. pozitivna, c. negativna 82

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Bočni ugao ( ) – ima zadatak da smanji trenje bokova zuba u procesu rezanja. Vrednost ovog ugla obično se kreće od 4-12o. Pri radu mašine, nosač lanca (ozubljeni lanac ili neki drugi element) kreće se jednom brzinom (vp), a brzina rezanja odvija se nekom brzinom (vr), tako da stvarna površina rezanja nije ravan D-D, već nova ravan B-B (sl.5.11), koja je prema ravni D-D pomerena za ugao . Ovaj ugao može se proračunati po obrascu: v   arctg p . (5.14) vr Iz tog razloga, stvarni radni uglovi zuba se razlikuju od konstruktivnih, upravo za ugao , tako da se može napisati: r     ; r     ; r     . (5.15)

Kod svakog zuba, u konstruktivnom smislu, treba još razlikovati: dužinu krune (l), dužinu usadnika (lx), širinu sečiva (bk), debljinu usadnika (b), širinu usadnika (a), rastojanje vrha sečiva od ose usadnika (ltk). Svi nabrojani parametri prikazani su na slici 5.13.

Slika 5.13. Konstruktivni parametri zuba

Jedan od važnih konstruktivnih delova sekačica je nosač ozubljenog lanca, koji predstavlja osnovni deo mašine koji je namenjen rezanju i izradi reza. Dužina ovih nosača kreće se od 1,5-2,5 m, širine oko 0,3 m i visine oko 0,08-0,15 m. Da ne bi došlo do zaglavljivanja nosača lanca pri izradi reza (izradom zaseka ili podseka), širina reza mora biti znatno veća od debljine nosača, što se postiže određenim rasporedom zuba. Ugrađeni zubi u ozubljenom lancu su u obliku lepeze, i imaju širi zahvat od debljine nosača lanca, što garantuje kretanje nosača lanca po rezu bez zaglavljivanja. 5.3. RADOVI NA GLODANJU

Rudarska operacija glodanje, sastoji se u neprekidnom otkidanju delova stenskog materijala iz prirodne strukture stenske mase odgovarajućim mehanizovanim alatom. Glodanje se primenjuje kada se želi razaranje veće mase stenskog materijala, 83

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

što je slučaj kada se mehanizovano rade podzemne prostorije i izvode radovi na otkopavanju rude. Da bi se mehanizovali radovi na glodanju pod zemljom, za ovu svrhu konstruisane su posebne mašine. Ove mašine imaju zadatak da istovremeno sa operacijom glodanja, obavljaju i funkciju uklanjanja razorenog materijala. Iz tih razloga, s obzirom na to da ove mašine istovremeno obavljaju najmanje dve funkcije, nazivaju se kombinovanim mašinama. Kombinovane mašine, na osnovu tehnološkog procesa kome su namenjene, dele se na probojne i otkopne kombinovane mšine. Probojne kombinovane mašine se koriste za mehanizovanu izradu podzemnih prostorija, a otkopne kombinovane mašine za otkopavanje rudne mase. Kombinovane mašine probojnog tipa služe za različite uslove rada, različite veličine prostorija i različite položaje prostorija u prostoru. Različiti tipovi i konstrukcije ovih mašina, učinili su neophodnim da se izvrši njihovo grupisanje i to prema: oblastima primene, načinu razaranja čela radilišta, načinu rada radnog organa, prema vrsti prostorije koja se izrađuje itd. Prema vrsti stenskog masiva – probojne mašine se izrađuju za rad u: slabim stenama sa f5;čvrstim stenama f= 68; veoma čvrstim i abrazivnim stenama f  8. Prema načinu obrade čela radilišta, probojne mašine dele se na mašine sa selektivnim radom (PK-3, AM-50 i sl. mašine) i mašine koje obrđuju čitavu površinu čela (Fulfeiser, PK-6 i sl. mašine). Probojne mašine iz prve grupe omogućuju izradu jamskih prostorija različitih oblika i dimenzija, kao i selektivan rad na glodanju. Kod probojnih mašina iz druge grupe, veličina i oblik jamske prostorije određuju se prema dimenzijama i obliku radnog elementa. Prema položaju u prostoru, probojne jamske mašine mogu se podeliti na: mašine za izradu horizontalnih i blago nagnutih podzemnih prostorija i mašine za izradu strmih i vertikalnih podzemnih prostorija. Prema konstruktivnom obliku radnog organa, probojne mašine mogu se podeliti na mašine sa: ozubljenim lancima, ozubljenim diskovima (bubnjevima), ozubljenim krunama i ozubljenim rotorima. Probojne mašine prema konstrukciji i načinu rada radnog organa mogu se podeliti u sledeće grupe: - rotacione, - lančano-lučne i bubnjasto-lučne i - rotaciono-lučne. Rotacione probojne mašine – opremljene su sa jednim ili više rotora, čiji radni organ odgovara prečniku prostorije koja se izrađuje. Ove mašine obuhvataju više različitih konstrukcija, prilagođenih izradi podzemnih prostorija, koje mogu biti: kružnog, eleptičnog i potkovičastog oblika poprečnog preseka. Lančano-lučne probojne mašine – imaju jedan ili više čeličnih nosača, bubnjeva ili diskova, u koje je ugrađeno više beskonačnih lanaca opremljenih zubima za 84

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

rezanje. Nosači lanca imaju mogućnost horizontalnog ili vertikalnog pomeranja u određenim granicama, pa je time izrada veličine prostorije definisana. Prilikom kružnog kretanja lanca, zubi iz stenskog masiva otkidaju manje komade stene, čime se ostvaruje proces glodanja. Stalni kontakt zuba sa stenom obezbeđuje se horizontalnim ili vertikalnim manevrima nosača lanca. Rotaciono-lučne probojne mašine – Na vrhu katarke smešten je rotor malog prečnika. Katarka ima mogućnost lučnog pomeranja u svim pravcima. Način uklanjanja otkopanog materijala sa čela prostorije moguće je ostvariti sa više različitih konstrukcija mašina. Uklanjanje otkopanog materijala u najvećoj meri zavisi od konstrukcije i načina rada radnog organa koji obavlja proces glodanja. Najčešći sistemi uklanjanja otkopanog materijala ispred mašine su: sistem sa zgrtalima, sistem sa koficama i sistem sa grabuljama. Alat za razaranje – prema izgledu i načinu razaranja, može se podeliti u dve osnovne grupe: zube i valjke. Na slici 5.14 dat je izgled alata za rezanje.

Slika 5.14. Izgled alata za razaranje. a. zubi za razaranje, b. valjkasti oblici

Z u b i – se primenjuju za kopanje u stenama sa koeficijentom čvrstoće do 8 i abrazivnosti do 15 mg. V a lj c i mogu biti u obliku diskova ili nazubljenih valjaka i konusa, primenjuju se za rad u stenama sa koeficijentom čvrstoće od 6-18 i abrazivnosti 35-45 mg. U tvrdim i abrazivnim stenama za razaranje se koriste valjci sa bradavicama od tvrde legure. Energija – najčešći vid energije koja se koristi za pogon probojnih mašina je električna energija. Pogon elektromotora ostvaruje se naizmeničnom strujom napona 380, 600 i više volti. Za pokretanje radnih elemenata i u druge pomo}ne svrhe, sve više se koriste hidraulični motori, koji u odnosu na elektromotore imaju određene prednosti: manje su osetljivi na preopterećenja, lakše se vrši regulisanje brzine i dr. 85

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Podela prema velčini poprečnog profila – Probojne mašine se mogu podeliti u sledeće grupe: - mašine za izradu prostorija veličine od 4 -16 m2, - mašine za izradu prostorija veličine od 9 - 30 m2 i - mašine za izradu prostorija veličine preko 30 m2. Za izradu jamskih prostorija primenjuju se uglavnom mašine koje izrađuju prostorije od 4,0 -16,0 m2. Oblast primene – probojnih kombinovanih mašina zavisi od mnogih činilaca, među kojima je i minimalna dužina jamske prostorije. Opravdanost primene jedne mašine najčešće se zasniva na ekonomskim parametrima vezanim za cenu iskopa 1 m3 stenske mase. Upoređivanjem troškova izrade po 1 m3 iskopa stenske mase za razlčite tehnologije usvaja se optimalna tehnologija. Veoma često ekonomski momenti nisu presudni, pa se kao merilo uzimaju i neki drugi elementi, kao što su: humanizacija rada, brzina izrade, stabilnost prostorije, uštede u materijalu i dr. Ukupni troškovi iskopa 1 m3 stenskog materijala probojnim mašinama mogu se proračunati po obrascu: T = Tp + Ta + Tmd + Te + Tm + Tr + Tro + Ti , din/m3 gde su:

Tp Ta Tm

(5.16)

3

- lični dohoci zaposlenih, din/m , - troškovi amortizacije, din/m3, - troškovi montaže i demonta`e, din/m3,

d

Te Tm Tr Tro Ti

- troškovi energije, din/m3, - troškovi materijala, din/m3, - troškovi režije radili{ta, din/m3, - režijski troškovi pogona, din/m3, - troškovi pripreme gradilišta, din/m3.

Za neke od probojnih kombinovanih mašina ruske proizvodnje, a na bazi prethodnih kriterijuma, proračunate su minimalne dužine horizontalnih i blagonagnutih prostorija. Rezultati takvih istraživanja, za neke od probojnih mašina, prikazani su u tabeli 5.2. Navedeni rezultati ukazuju za koje je dužine ekonomično organizovati rad uz pomoć probojnih kombinovanih mašina, a za koje se mora koristiti miniranje. Ispod minimalnih dužina prostorija, rad treba organizovati uz pomoć tehnologije miniranja. Tip probojne mašine 4PU PK-3M PK-9R GPK KSO KN-5N

Površina popr. preseka, m2 4,0 – 8,2 5,3 – 12,0 7,0 – 16,0 4,0 –15,0 5,0 – 8,2 5,0 – 13,0

Nagib prostorije, (o)  10  10 6  10 6  35

86

Min. brzina izrade, m/smeni 3,3 3,3 3,5 4,0 6,0 4,0

Tabela 5.2. Min. dužina prostorije, m 150,0 150,0 150,0 200,0 380,0 120,0

S. Trajković stenama

Geotehnički radovi u

Prema svetskim iskustvima ekonomski isplativa je izrada prostorija mašinama, ako su dužine preko 400 m za laku grupu mašina, a kod težih mašina dužine preko 600 m.

87