Optymalizacja grubości łaty węglowej pozostawionej w stropie wyrobiska ścianowego z uwagi na zawodnienie skał stropowych

• Autorzy: Małkowski P. , Ulaszek A. , Ostrowski Ł.

Warianty tytułu

EN

Optimization of roof coal thickness in the roof of longwall face as a result of water inflow into roof rocks

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki obliczeń numerycznych stanu naprężenia i odkształcenia wokół wyrobiska ścianowego znajdującego się w otoczeniu słabych skał karbońskich. Pokazano efekt pozostawiania w stropie łaty węgla dla ograniczania deformacji skał stropowych. Analizę wykonano dla skał suchych oraz zawodnionych. W celu ilościowej oceny zmian właściwości mechanicznych skał karbońskich na skutek działania wody dla piaskowca i iłowca przeprowadzono badania laboratoryjne. Wykonano je dla warstw łaziskich pochodzących ze wschodniego rejonu Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Badania objęły wyznaczenie wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie, modułu sprężystości podłużnej oraz rozmakalności. Stwierdzono ok. 30-procentowy spadek wytrzymałości piaskowców oraz 80-procentowy spadek wytrzymałości iłowców oraz rozpad iłowców już po trzech godzinach kontaktu z wodą. Obniżenie parametrów wytrzymałościowo-odkształceniowych skał w obliczeniach numerycznych pokazało, że technologia pozostawiania w stropie łaty węgla podczas prowadzenia eksploatacji ścianowej jest zasadna dla utrzymania stateczności wyrobiska. Przeprowadzona analiza udowodniła, że obliczenia numeryczne mogą być podstawą doboru grubości łaty. Niezbędnym warunkiem skuteczności takich obliczeń jest dobre rozpoznanie właściwości skał, które stanowią otoczenie wyrobiska oraz precyzyjna dyskretyzacja modelu numerycznego.

EN

This paper presents the results of numerical calculations relating to the state of stress and strain around the longwall face surrounded by weak carboniferous rocks. The efficiency of a coal roof for decreasing roof rock deformation has been shown. The analysis was carried out for both wet and dry rocks. Laboratory investigations were carried out in order to assess the quantitative change of mechanical rock properties treated with water. The Laziskie strata from the eastern part of the Silesian Coal Basin was tested. Compressive strength, Young modulus and slakeability tests were used for this investigations. 30% decrease in compressive strength of sandstones and 8O% decrease in strength of claystones was observed. Claystones decayed in water after three hours. Lowering the strength-and-strain properties of rocks in numerical models showed that the roof coal technology in longwall exploitation system is essential to ensure longwall face stability. The results of the numerical analysis can be used as a basis for the selection of roof coal thickness in longwall mining. A factor necessary to obtain the effectiveness of such calculations is a good recognition of the properties of rocks which surround the excavation, and the distinct numerical model discretization.

Słowa kluczowe

PL

eksploatacja z łatą węgla; obliczenia MES; badania laboratoryjne; wpływ wody na wytrzymałość skał

EN

exploitation with a roof coal; FEM calculations; laboratory investigations; water influence on the rock strength

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Górnictwa
• Czasopismo: Przegląd Górniczy
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 70, nr 3
• Strony: 48--57
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Małkowski P.

• AGH w Krakowie

autor

Ulaszek A.

• AGH w Krakowie

autor

Ostrowski Ł.

• AGH w Krakowie

Bibliografia

• 1. Bukowska M. i inni: Kompleksowa metoda oceny skłonności do tąpań górotworu w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. Główny Instytut Górnictwa. Katowice 2009.
• 2. Bukowska M.: Skłonność górotworu do tąpań — geologiczne i geomechaniczne metody badań. Główny Instytut Górnictwa. Katowice 2012.
• 3. Butra J.: Eksploatacja złoża rud miedzi w warunkach zagrożenia tąpaniami i zawałami. Wydawnictwo KGHM Cuprum, Wrocław 2010.
• 4. Cała M., Flisiak J., Tajduś A.: Mechanizm współpracy kotwi z górotworem o zróżnicowanej budowie. Biblioteka Szkoły Eksploatacji Podziemnej, Seria z Lampką Górniczą nr 8, Kraków 2001.
• 5. Dochez S., Laouafa F., Franck C., Guedon S., Martineau F., Bost M., D'Amato J.: Influence of water on rock discontinuities and stability of rock mass. Procedia Earth and Planetary Science, no 7, 2013, s. 219-222.
• 6. Erguler Z.A., Ulusay R.: Water-inducted variations in mechanical properties of clay-bearing rocks. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, no 46, 2009 s. 355-370.
• 7. Goszcz A.: Elementy mechaniki skał oraz tąpania w polskich kopalniach węgla i miedzi. Biblioteka Szkoły Eksploatacji Podziemnej, seria z Lampką Górniczą nr 2, IGSMiE PAN, Kraków 1999.
• 8. Kabiesz J.: Zmiana własności wytrzymałościowych skał karbońskich pod wpływem ich nawilgocenia. „Bezpieczeństwo Pracy" 1988, nr 4, s. 23-25.
• 9. Li D., Yuen Wong L.N., Liu G., Zhang X.: Influence of water content and anisotropy on the strength and deformability of low porosity meta- sedimentary rocks under triaxial compression. Engineering Geology nr 126, 2012, s. 46-66.
• 10. Majcherczyk T., Cała M.: Badania procesów geomechanicznych wywołanych podziemną działalnością górniczą. „Przegląd Górniczy" 2009, nr 5-6, s. 34-37.
• 11. Małkowski P.: Wykorzystanie badań laboratoryjnych i kopalnianych do określenia stałych warunków Hoeka — Browna. „Przegląd Górniczy" 2010, nr 11, str. 46-52.
• 12. Masuda K.: Effects of water on rock strength in a brittle regime. Journal of Structural Geology nr 23, 2001, s. 1653-1657.
• 13. Sanetra U., Szedel D.: Wskaźnik zwięzłości i różnych grup i typów petrograficznych węgli kamiennych GZW. „Przegląd Górniczy" 2006, nr 3, s. 33-38.
• 14. Seedsman R. W.: The development and application of a logical framework for specifying roof and rib support/reinforcement in Australian underground mines. Seventh International Symposium: Rockbolting and Rock Mechanics, AIMS 2012, 30-31.05.2012, Aachen 2012, s. 153-162.
• 15. Siedlecka A., Krysowska M.: Badania nad genezą i rozprzestrzenianiem piaskowców karniowickich w północnym obrzeżeniu Rowu Krzeszowickiego. Rocznik Polskiego Towarzystwa Geologicznego, t. XXXII, z. 3, Kraków 1962.
• 16. Tajduś K., Tajduś A.: Określenie wartości parametrów odkształceniowych górotworu poddanego wpływom eksploatacji górniczej na przykładzie KWK „Ziemowit". „Przegląd Górniczy" 2010, nr 7-8, s. 1-6.
• 17. Torok A., Vasarhelyi B.: The influence of fabric and water content on selected rock mechanical parameters of travertine, examples from Hungary. Engineering Geology no 115, 2010, s. 237-245.
• 18. Vasarhelyi B., Van P.: Influence of water content on the strength of rock. Engineering Geology no 84, 2006, s.70-74.