Jak drewno pomaga utrzymać sklepienie kopalni?
Kaszt to podpora stropu w kopalni, zbudowana z drewnianych belek układanych warstwami na krzyż. Taki stos przejmuje nacisk skał i pomaga zabezpieczać podziemne wyrobisko. Z daleka przypomina wieżę z klocków, jednak jego działanie zależy od układu drewna. W kopalniach soli niektóre konstrukcje przetrwały setki lat... Co sprawia, że nadal możemy je oglądać?
Kaszt – najważniejsze informacje
- Kaszt to stos podporowy, który zabezpiecza strop wyrobiska górniczego.
- Drewniane elementy układa się warstwami na krzyż.
- W układzie dwóch belek na dwóch powstają cztery obszary kontaktu między warstwami.
- Wnętrze kasztu może pozostać puste albo zostać wypełnione materiałem skalnym.
- Powierzchnia styku belek wpływa na sztywność i nośność podpory.
- Drewniany stos może się odkształcać, nadal przenosząc obciążenie.
- Najstarsze pnie w podporach komory Boczaniec ścięto około 1545 roku.
- Zasolenie sprzyja zachowaniu drewna, ale kontakt z korodującym żelazem może przyspieszać jego niszczenie.
Co to jest kaszt i do czego służy w kopalni?
Kaszt, nazywany także stosem podporowym, stanowi jeden z rodzajów obudowy górniczej. Podpiera strop, czyli skały znajdujące się nad wyrobiskiem. Jego podstawa opiera się na spągu – tak górnicy określają dolną powierzchnię wyrobiska.
W odróżnieniu od pojedynczego stojaka kaszt zajmuje większą powierzchnię i tworzy przestrzenną konstrukcję, której zadaniem jest podparcie skał nad zabezpieczanym miejscem. Jego wygląd bywa mylący... za prostą formą kryją się zasady mechaniki.
Jak wygląda drewniana podpora stropu?
Wyobraź sobie dwie belki leżące równolegle. Na nich spoczywa następna para, obrócona o ćwierć obrotu. Kolejne warstwy powtarzają ten układ, aż powstaje stos przypominający ażurową skrzynię. Istnieją też konstrukcje z większą liczbą belek w warstwie.
Do budowy wykorzystuje się okrąglaki lub kantówki, czyli drewno o obrobionym, zwykle kwadratowym albo prostokątnym przekroju. Nie każdy kaszt wygląda więc identycznie... Możesz zobaczyć masywną podporę z pni albo stos równych belek.
Wymiary nie są dowolne. Badania pełnowymiarowych podpór wykazały, że wzrost ich wysokości prowadził do spadku zdolności przenoszenia obciążeń.
Dlaczego belki kasztu układa się na krzyż?
Krzyżujące się warstwy tworzą miejsca podparcia, przez które obciążenie jest przekazywane w dół. Dzięki takiemu układowi pojedyncze belki stają się częścią wspólnej podpory. W najprostszym układzie dwóch belek na dwóch powstają cztery obszary kontaktu między sąsiednimi warstwami. Znaczenie ma powierzchnia styku drewna. Większy kontakt pomiędzy warstwami może zwiększać sztywność i nośność kasztu. Dwie podobne wieże mogą zachowywać się inaczej... Sama ilość drewna nie wystarcza do oceny ich wytrzymałości.
Kaszty puste i wypełnione – czym się różnią?
Pusty kaszt ma wolną przestrzeń wewnątrz drewnianego obrysu. Określenie „pusty” nie oznacza więc, że niczego nie podpiera... Obciążenie przenosi jego drewniana konstrukcja, dobrana do warunków panujących w wyrobisku.
W drugim wariancie wnętrze wypełnia materiał skalny, np. skała płonna, która nie stanowi użytecznej kopaliny. Z zewnątrz oba stosy mogą przypominać podobne skrzynie, jednak zawartość ich środka jest inna, co warto sprawdzić podczas oglądania zdjęcia. Dobór wypełnienia i sposobu wykonania należy do projektu zabezpieczenia wyrobiska.
Jak drewniana konstrukcja przenosi nacisk skał?
Nacisk ze stropu trafia na górę kasztu, a następnie przez kolejne warstwy drewna jest przekazywany na podłoże. W miejscach styku belki są ściskane. W typowym kaszcie z poziomych belek obciążenie działa przede wszystkim poprzecznie do włókien drewna.
Czy podpora musi pozostawać zupełnie nieruchoma? Nie. Drewno może się zgniatać, a stos zmniejszać swoją wysokość, nadal stawiając opór obciążeniu. Zależność między odkształceniem a przenoszoną siłą badano na pełnowymiarowych konstrukcjach. Nie jest ona jednakowa podczas całego ściskania.
Widoczne osiadanie nie pozwala samo w sobie ustalić, ile obciążenia może jeszcze przenieść podpora bez utraty swojej stateczności. Nie ma też jednej wartości udźwigu dla każdego kasztu. Oprócz właściwości drewna liczy się geometria konstrukcji, a zachowanie podpory w kopalni może różnić się od wyniku laboratoryjnego.
Dlaczego drewno w kopalni soli potrafi przetrwać setki lat?
Wielicka kopalnia dostarcza niezwykłych przykładów trwałości drewna. W komorze Boczaniec najstarsze pnie wykorzystane w podporach ścięto około 1545 roku. Niektóre miały nawet 70 cm średnicy. Na drewnie zachowały się ślady pożaru z 1697 roku... Dawne zabezpieczenie jest więc również zapisem historii podziemi.
Drewno stopniowo nasyca się solą. Badania próbek z Wieliczki, liczących od około 50 do 400 lat, potwierdziły, że wysokie zasolenie sprzyjało zachowaniu jego struktury.
Jest jednak zastrzeżenie. Kontakt z żelazem może pogarszać stan zasolonego drewna, ponieważ produkty korozji metalu wnikają w materiał i przyspieszają jego niszczenie. Sama obecność soli nie gwarantuje zatem, że każda belka zachowa się równie dobrze przez kolejne stulecia, niezależnie od otoczenia.
W drewnianym stosie liczy się każdy punkt podparcia
Patrząc na kaszt, warto zwrócić uwagę na proporcje całej konstrukcji i miejsca zetknięcia belek. To właśnie tam zwykły stos drewna staje się podporą przenoszącą obciążenie. Jego pozorna prostota bywa myląca... Zmiana układu może zmienić zachowanie całości pod naciskiem. A zabytkowe konstrukcje Wieliczki pokazują dodatkowo, że materiał znany od stuleci potrafi przetrwać w szczególnym środowisku niezwykle długo. Ich wiek jest fascynującą ciekawostką, lecz nie zastępuje oceny stanu technicznego.
Pytania o kaszty i drewniane podpory w kopalni
Jak nazywa się drewniana podpora stropu w kopalni?
Podpora z drewnianych elementów układanych warstwami na krzyż to kaszt, nazywany też stosem podporowym. Nie każda drewniana podpora jest kasztem.
Z czego buduje się kaszt górniczy?
Drewniane kaszty buduje się z okrąglaków lub kantówek układanych w kolejne, krzyżujące się warstwy.
Dlaczego kaszt ma belki ułożone na krzyż?
Krzyżujące się warstwy tworzą obszary kontaktu, przez które nacisk jest przekazywany w dół. Powierzchnia tego styku wpływa na wytrzymałość konstrukcji.
Czym wypełnia się kaszty w kopalni?
Wnętrze kasztu można wypełnić materiałem skalnym, np. skałą płonną, choć stosuje się także konstrukcje puste.
Czy drewniany kaszt może się odkształcać?
Tak, drewniany kaszt może zmniejszać wysokość pod naciskiem i nadal przenosić obciążenie. Jego stan wymaga jednak oceny technicznej.
Dlaczego drewniane podpory w Wieliczce przetrwały setki lat?
Wysokie zasolenie sprzyjało zachowaniu struktury drewna, choć kontakt z korodującym żelazem może przyspieszać jego niszczenie.
Źródła:
- Elementy składowe obudów stosowanych w podziemnych wyrobiskach górniczych, https://zpe.gov.pl/a/elementy-skladowe-obudow-stosowanych-w-podziemnych-wyrobiskach-gorniczych/D2HvR36i0
- Factors Affecting Strength and Stability of Wood Cribbing, https://stacks.cdc.gov/view/cdc/10486
- Bureau of Mines – Design Methods to Enhance the Capacity, Stiffness, and Timber Utilization of Wood Cribs, https://stacks.cdc.gov/view/cdc/10088
- Jak wygląda rusztowanie w kopalni? Komora Boczaniec i dawne podpory stropu, https://www.kopalnia.pl/kopalnia-wiedzy/jak-wyglada-rusztowanie-w-kopalni-komora-boczaniec-i-dawne-podpory-stropu-pypw
- H. Wróblewska, Z. Owczarzak – Z badań nad składem chemicznym obiektów drewnianych z kopalni soli w Wieliczce, https://www.drewno-wood.pl/pdf-173724-95279?filename=Z-badan-nad-skladem-chemi.pdf
Sprawdź też inne artykuły o konstrukcjach, zabytkach i codziennych ciekawostkach:
Dodaj komentarz