Prediction of the height of overburden fractured zone in deep coal mining: case study

• Autorzy: Han Y. , Cheng J. , Huang Q. , Zou D. H. S. , Zhou J. , Huang S. , Long Y.

Identyfikatory

DOI

10.24425/123687

Warianty tytułu

PL

Prognozowanie wysokości strefy spękań w warstwach nadkładu w podziemnych kopalniach węgla: studium przypadku

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the process of coal extraction, a fractured zone is developed in the overburden above the goaf. If the fractured zone is connected with an aquifer, then water inrush may occur. Hence, research and analysis of the height of overburden fractured zone (HOFZ) are of considerable significance. This study focuses on the HOFZ determination in deep coal mining. First, general deformation failure characteristics of overburden were discussed. Second, a new method, numerical simulation by orthogonal design(NSOD), have been proposed to determinate the HOFZ in deep coal mining. Third, the validity of NSOD is verified in the practical application, compared with empiric al formula in Chinese Regulations and in-situ test. These three methods were applied to determine the HOFZ of working face No. 111303 in No. 5 coal mine. The pre dicted HOFZ of NSOD is found to be similar to the result of the in-situ test (8.9% relative error), whereas the HOFZ calculated by the empirical formula has extremely large error (25.7% relative error). Results show that the NSOD can reliably predict the HOFZ in deep coal mining and reduce time and expenses required for in-situ test.

PL

W trakcie prowadzenia wydobycia węgla w warstwie skalnej leżącej ponad zrobami powstaje strefa spękań. Jeśli nieciągłości te związane są z formacjami wodonośnymi, może nastąpić nagły wypływ wód do kopalni. Stąd też waga problemu i konieczność badania wysokości strefy spękań w warstwach nadkładu zalegających nad wyrobiskiem. W pracy tej główny nacisk położono na określenie wysokości strefy spękań warstwy nadkładu zalegającej ponad wyrobiskiem w kopalni podziemnej. W pierwszej części pracy przedstawiono główne charakterystyki powstawania deformacji i pęknięć w warstwach nadkładu. Następnie zaproponowano nową metodę symulacji numerycznych w układzie ortogonalnym i jej wykorzystanie do określania wysokości strefy spękań w warstwach nadkładu w kopalni podziemnej. Następnie powyższą metodę zweryfikowano w praktycznym zastosowaniu, jako poziomy odniesienia wykorzystano odpowiednie wzory empiryczne określone w przepisach obowiązujących w Chinach oraz wyniki pomiarów in-situ. Powyższe trzy metody zastosowane zostały do określenia wysokości strefy spękań w warstwach nadkładu przy prowadzeniu ściany 111303 w kopalni węgla nr 5. Wyniki obliczeń wysokości strefy spękań uzyskane w oparciu o zaproponowaną nową metodę w dużym stopniu pokrywały się z wynikami pomiarów in-situ (błąd względny 8.9%); podczas gdy obliczenia wysokości strefy spękań w oparciu o odpowiednie wzory empiryczne obarczone były dużym błędem (błąd względny 25.7%). Uzyskane wyniki wskazują wiarygodność obliczeń w oparciu o zaproponowaną metodę, co pozwoli na ograniczenie czasu i kosztów związanych z wykonywaniem pomiarów in-situ.

Słowa kluczowe

EN

height of overburden fractured zone; numerical simulation; orthogonal design; in-situ test

PL

wysokość strefy spękań w warstwie nadkładu; symulacje numeryczne; układ ortogonalny; pomiary in-situ

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 63, no. 3
• Strony: 617--631
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Han Y.

• College of Geoscience and Surveying Engineering, China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083, China

autor

Cheng J.

• College of Geoscience and Surveying Engineering, China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083, China

autor

Huang Q.

• College of Geoscience and Surveying Engineering, China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083, China

autor

Zou D. H. S.

• Department of Civil and Resource Engineering, Dalhousie University, Halifax, Canada

autor

Zhou J.

• College of Geoscience and Surveying Engineering, China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083, China

autor

Huang S.

• College of Geoscience and Surveying Engineering, China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083, China

autor

Long Y.

• College of Geoscience and Surveying Engineering, China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083, China

Bibliografia

• [1] Singh M.M., Kendorski F.S., 1983. Strata disturbance prediction for mining beneath surface water and waste impoundments. Proc. 1st Conference on Ground Control in Mining, Uni. West Virginia 20 (1), 76-89.
• [2] Wang G., Huang W., Sun L., et al. 2016. High Drilling Methane Drainage in Fracturing Zones Formed by Water Injection into Boreholes. Archives of Mining Sciences 61 (1), 137-156.
• [3] Miao X.X., Cui X.M., Wang J.A., 2011. The height of fractured water-conducting zone in undermined rock strata. Engineering Geology 120 (1-4), 32-39.
• [4] Zhang J., Shen B., 2004. Coal mining under aquifers in China: a case study. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 41, 629-639.
• [5] Zhang D., Fan G., Ma L., Wang X., 2011. Aquifer protection during longwall mining of shallow coal seams: A case study in the Shendong Coalfield of China. International Journal of Coal Geology 86, 190-196.
• [6] Xu Z., Sun Y., Dong Q., Zhang G., Li S., 2010. Predicting the height of water-flow fractured zone during coal mining under the Xiaolangdi Reservoir. Mining Science and Technology (China) 20, 434-438.
• [7] Peng S.S., Ma W., Zhong W., 1992. Surface subsidence engineering. Society for Mining, Metallurgy, and Exploration.
• [8] Zhou Y., 1991. Evaluating the impact of multiseam mining on recoverable coal reserves in an adjacent seam. Virginia Division of Mineral Resources, Commonwealth of Virginia, Department of Mines. Minerals and Energy, Pub.
• [9] Majdi A., Hassani F.P., Nasiri M.Y., 2012. Prediction of the height of destressed zone above the mined panel roof in longwall coal mining. International Journal of Coal Geology 98, 62-72.
• [10] Ghabraie B., Ren G., Zhang X., Smith J., 2015. Physical modelling of subsidence from sequential extraction of partially overlapping longwall panels and study of substrata movement characteristics. International Journal of Coal Geology 140, 71-83.
• [11] Singh G.S.P., Singh U.K., 2009. A numerical modeling approach for assessment of progressive caving of strata and performance of hydraulic powered support in longwall workings. Computers and Geotechnics 36, 1142-1156.
• [12] Sui W., Hang Y., Ma L., Wu Z., Zhou Y., Long G., Wei, L., 2015. Interactions of overburden failure zones due to multipleseam mining using longwall caving. Bulletin of Engineering Geology and the Environment 74, 1019-1035.
• [13] Xie G.X., Chan, J.C., Yang K., 2009. Investigations into stress shell characteristics of surrounding rock in fully mechanized top-coal caving face. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 46, 172-181.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019)