Supporting a Mine Working with a Shelter in Various Mining and Geological Conditions

• Autorzy: Krukovskyi Oleksandr , Krukovska Viktoriia

Identyfikatory

DOI

10.29227/IM-2023-01-05

Warianty tytułu

PL

Wspomaganie kopalni pracującej ze schronem w różnych warunkach górniczych i geologicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Shelters are used to protect miners from exposure to harmful gases and for the work of rescuers. Such shelters are built in a niche adjacent to the mine working. The purpose of this work is a numerical study of the stress state of a coal-rock massif with a mine working and a shelter, their stability in various mining and geological conditions and with various supporting schemes. Numerical simulation of the stress state of a coal-rock massif with a mine working and a shelter was performed; their stability was studied in various mining and geological conditions and with various supporting schemes. It is shown that, over time, near-contour rocks are unloaded from rock pressure, and an area of increased difference of the stress tensor compo-nents expands around the mine working and the shelter. This leads to cracks formation of varying degrees of intensity. When the mine working with the shelter is driven at a shallow depth in hard rocks, the basic scheme, which consists mainly of metal frames and a reinforced concrete barrier, is sufficient for their supporting. If the host rocks are weaker, the stability of the mine working and the shelter is broken and it is necessary to strengthen their supporting with rock bolts. In the bolted area, the rocks are in triaxial compression conditions, a rock-bolts arch is formed above the mine working and the shelter, which pre-vents the displacement of the roof rocks into the mine working and increases its stability. With an increase in the depth of min-ing operations, the stability of the mine working decreases; the inelastic deformation zone in the mine walls grows; the load on the support increases. For the rock-bolts arch formed in the mine roof, supports are required in the walls of the mine working and the shelter. For this purpose, side rock bolts are installed. The use of an appropriate supporting scheme leads to a de-crease of the area of inelastic deformation zone by 2.5 times and the area of the zone unloaded from rock pressure by 2.6 times. Thus, such schemes for supporting the mine working and the shelter are selected, which ensure their stability in the considered mining and geological conditions.

PL

Schrony służą do ochrony górników przed narażeniem na szkodliwe gazy oraz do pracy ratowników. Schrony takie budowane są w niszy przylegającej do wyrobiska kopalnianego. Celem pracy jest numeryczne badanie stanu naprężeń masywu węglowo-skalnego z wyrobiskiem i osłoną, jego stateczności w rożnych warunkach górniczo-geologicznych i przy rożnych układach obudowy. Wykonano symulację numeryczną stanu naprężeń masywu węglowo-skalnego z wyrobiskiem i schronem. Badano ich stabilność w rożnych warunkach górniczych i geologicznych oraz przy rożnych schematach podparcia. Pokazano, że w miarę upływu czasu skały przykonturowe odciążają się od naporu skał, a wokół wyrobiska i schronu rozszerza się obszar zwiększonej różnicy składowych tensora naprężeń. Prowadzi to do powstawania pęknięć o rożnym stopniu intensywności. Gdy kopalnia współpracująca ze schronem jest prowadzona na płytkiej głębokości w twardych skałach, do ich podparcia wystarcza podstawowy schemat, składający się głownie z metalowych ram i bariery żelbetowej. Jeżeli skały macierzyste są słabsze, stabilność wyrobiska kopalnianego i osłony jest zerwana i konieczne jest wzmocnienie ich podparcia kotwami skalnymi. W rejonie kotwionym skały znajdują się w stanie trójosiowego ściskania, nad wyrobiskiem i schronem tworzy się łuk kotwowy, co zapobiega przemieszczaniu się skał stropowych do wyrobiska i zwiększa jego stateczność. Wraz ze wzrostem głębokości eksploatacji zmniejsza się stabilność wyrobiska górniczego, powiększa się strefa odkształceń niesprężystych w ścianach kopalni, obciążenie podpory wzrasta. Dla łuku kotwiowego formowanego w stropie kopalni wymagane są podpory w ścianach wyrobiska i schronu. W tym celu montowane są boczne kotwy skalne. Zastosowanie odpowiedniego schematu podparcia prowadzi do 2,5-krotnego zmniejszenia powierzchni strefy odkształceń niesprężystych oraz 2,6-krotnej powierzchni strefy odciążonej od parcia skał. W związku z tym dobierane są takie schematy obudowy wyrobiska i osłony, które zapewniają ich stabilność w rozważanych warunkach górniczo-geologicznych.

Słowa kluczowe

EN

mine workings stability; mining safety; numerical simulation; rock deformation; shelters; supporting of mine workings

PL

stateczność wyrobisk górniczych; bezpieczeństwo górnicze; symulacje numeryczne; deformacje skał; osłony; obudowy wyrobisk górniczych

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2023
• Tom: no. 1
• Strony: 45--52
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys.

Twórcy

autor

Krukovskyi Oleksandr

• Institute of Geotechnical Mechanics named by N. Poljakov of National Academy of Sciences of Ukraine, Dnipro, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0002-2659-5095

autor

Krukovska Viktoriia

• Institute of Geotechnical Mechanics named by N. Poljakov of National Academy of Sciences of Ukraine, Dnipro, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0002-7817-4022

Bibliografia

• 1. Mineev, S.P., Belikov, I.B., Mogilchenko, A.N., Chekmezov, V.M., Sergeev, Y.N., 2019. Ground of parameters of rescue chamber for underground workers in the Dobropolskaya mine. Geo-Technical Mechanics, 149. 150–159 (in Russian). https://doi.org/10.15407/geotm2019.149.150.
• 2. Minieiev, S.P., Belikov, I.B., 2019. Methodology for estimating the parameters of the deposition of the rescue camera in coal mine. Geo-Technical Mechanics, 144, 126–136 (in Russian). https://doi.org/10.15407/geotm2019.144.126.
• 3. Ministry of Coal Industry of Ukraine, 2004. System of self-defense of miners. General requirements. JUU 10.1.00174102-002-2004 (in Ukrainian).
• 4. Ministry of Coal Industry of Ukraine, 2007. Stationary rescue mines shelters. General technical requirements. JUU 10.1.202020852.002:2006 (in Ukrainian).
• 5. Shen, B., 2014. Coal Mine Roadway Stability in Soft Rock: A Case Study. Rock Mechanics and Rock Engineering, 47, 2225–2238, https://doi.org/10.1007/s00603-013-0528-y.
• 6. Tan, X., Chen, W.Z., Liu, H.Y., Andrew, H.C., Tian, H.M., Meng, X.J., Wang, F.Q., Deng, X.L., 2017. A combined supporting system based on foamed concrete and U-shaped steel for underground coal mine roadways undergoing large deformations. Tunnelling and Underground Space Technology, 68, 196–210. https://doi.org/10.1016/j.tust.2017.05.023.
• 7. Krukovskyi, O.P., 2011. Modelling changes of stress-strain state of solid edge during the distance of working face of mine workings. Problems of computational mechanics and strength of structures, 17, 175–181 (in Russian).
• 8. Krukovskyi, O., Krukovska, V., Vynohradov, Y., Dyomin, V., 2021. Application of roof bolting to reduce water inflow into mine workings during the crossing of tectonic faults. E3S Web of Conferences 280, 01006. https://doi. org/10.1051/e3sconf/202128001006.
• 9. Zienkiewicz, O.C., Taylor, R.L., Zhu, J.Z., 2013. The Finite Element Method: Its Basis and Fundamentals, Butterworth- Heinemann.
• 10. de Borst, R., Crisfield, M.A., Remmers, J.J.C., Verhoosel, C.V., 2012. Non-linear finite element analysis of solids and structures, John Wiley & Sons.
• 11. Tan, C.H., 2016. Difference solution of passive bolts reinforcement around a circular opening in elastoplastic rock mass. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 81, 28–38. https://doi.org/10.1016/j. ijrmms.2015.11.001.
• 12. Labuz, J.F., Zang, A., 2012. Mohr-Coulomb Failure Criterion. Rock Mechanics and Rock Engineering, 45, 975–979. https://doi.org/10.1007/s00603-012-0281-7.
• 13. Wang, H.-C., Zhao, W.-H., Sun, D.-S., Guo, B.-B., 2012. Mohr-Coulomb yield criterion in rock plastic mechanics. Chinese Journal of Geophysics, 55, 733–741. https://doi.org/10.1002/cjg2.1767.
• 14. Ho, D.-A., Bost, M., Rajot, J.-P., 2019. Numerical study of the bolt-grout interface for fully grouted rockbolt under different confining conditions. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 119, 168–179. https:// doi.org/10.1016/j.ijrmms.2019.04.017.
• 15. Krykovskyi, O., Krykovska, V., Skipochka, S., 2021. Interaction of Rock-Bolt Supports While Weak Rock Reinforcing by Means of Injection Rock Bolts. Mining of Mineral Deposits, 15, 8–14. https://doi.org/10.33271/mining15.04.008.
• 16. Chen, J., Li, D., 2022. Numerical simulation of fully encapsulated rock bolts with a tri-linear constitutive relation. Tunnelling and Underground Space Technology, 120, 104265. https://doi.org/10.1016/j.tust.2021.104265.
• 17. Krukovskyi, O., Krukovska, V., 2019. Numerical simulation of the stress state of the layered gas-bearing rocks in the bottom of mine working. E3S Web of Conferences 109, 00043. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201910900043.
• 18. Moussaei, N., Sharifzadeh, M., Sahriar, K., Khosravi, M.H., 2019. A new classification of failure mechanisms at tunnels in stratified rock masses through physical and numerical modeling. Tunnelling and Underground Space Technology, 91, 103017. https://doi.org/10.1016/j.tust.2019.103017.
• 19. Li, C.C., 2017. Numerical study of the bolt-grout interface for fully grouted rockbolt under different confining conditions. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 9, 396–414. https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2017.04.002.
• 20. Tran, T.M., Do, N.T., Dang, T.T., Nguyen, D.P., Vo, T.H., 2021. Stabilization of Deep Roadways in Weak Rocks Using the System of Two-level Rock Bolts. Inżynieria Mineralna, 2, 157–166. https://doi.org/10.29227/IM-2021-02-13.
• 21. Skipochka, S., Krukovskyi, O., Serhiienko, S., Krasovskyi, I., 2019. Non-destructive testing of rock bolt fastening as an element of monitoring the state of mine workings. Mining of Mineral Deposits, 13(1), 16–23. https://doi. org/10.33271/mining13.01.016.
• 22. Małkowski, P., Niedbalski, Z., Bednarek, Ł., 2021. Automatic Monitoring System Designed for Controlling the Stability of Underground Excavation. Inżynieria Mineralna, 2, 15–29. https://doi.org/10.29227/IM-2021-02-02.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu „Społeczna odpowiedzialność nauki” - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023)