Stability of Deep Underground Mine Drift through Complex Geology Conditions in Quang Ninh Coal Area

• Autorzy: Dang Van Kien , Vo Trong Hung , Do Ngoc Anh , Do Ngoc Thai , Dao Van Chi

Identyfikatory

DOI

10.29227/IM-2020-02-27

Warianty tytułu

PL

Stabilność wyrobisk w głębokiej kopalni podziemnej drążonych w złożonych warunkach geologicznych w zagłębiu węgla kamiennego Quang Ninh

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The stability of deep underground mine drifts is pivotal to sustainable, safe mining in underground coal mines. The main objective of this research is to determine the stability and drifting safety issues in 500-m-deep deep underground mine drift through complex geology in the Quang Ninh coal area. The laboratory experimentation and field measurements were used to analyze the large deformations and failure characteristics of the surrounding rock, the influence factors of safe excavation and stability of deep underground mine drift, and to study the stability control countermeasures. This study also shows the main factors influencing the stability and drifting safety include complex geology zones, high in situ stress, poor mechanical properties and engineering performance of the argillaceous rock mass. According to the field study, the groutability of cement-matrix materials in the argillaceous rock in the complex geology zones were extremely poor, and deformations and failure of the surrounding rock were characterized by dramatic initial deformation, high long-term creep rate, obviously asymmetric deformations and failure, the rebound of roof displacements, overall loosened deformations of deep surrounding rock on a large scale, and high sensitivity to engineering disturbance and water immersion. Various geo-hazards occurred during the underground mine drift excavation, including roof collapse, groundwater inrush. Control techniques are proposed and should be adopted to ensure drifting safety and to control the stability of deep underground mine drift through complex geology zones, including choice of reasonable drift shape, reasonable support type, steel sets, regional strata reinforcement technique such as ground surface pre-grouting, primary enhanced control measures, grouting reinforcement technique, and secondary enclosed support measures for long-term stability, which are critical for ensuring the sustainable development of the underground coal mine.

PL

Stabilność sztolni w głębokiej podziemnej kopalni ma kluczowe znaczenie dla zrównoważonego i bezpiecznego wydobycia w podziemnych kopalniach węgla. Głównym celem tych badań jest określenie zagadnień ze stabilnością i bezpieczeństwem wyrobisk w głębokiej na 500 m podziemnej kopalni drążonej przez złożoną geologię w zagłębiu węgla Quang Ninh. Doświadczenia laboratoryjne i pomiary terenowe posłużyły do analizy dużych odkształceń i charakterystyk zniszczenia otaczającej skały, czynników wpływających na bezpieczne wydobycie i stabilność sztolni oraz do zbadania środków zaradczych kontroli stabilności. Badanie to pokazuje również, że główne czynniki wpływające na stabilność i bezpieczeństwo wyrobisk obejmują złożone strefy geologiczne, wysokie naprężenia, słabe właściwości mechaniczne i parametry inżynieryjne górotworu ilastego. Zgodnie z badaniami terenowymi, fugowalność materiałów osnowy cementowej w skale ilastej w złożonych strefach geologicznych była wyjątkowo słaba, a odkształcenia i uszkodzenia otaczającej skały były następstwem dramatycznego odkształcenia początkowego, wysokiej długoterminowej szybkości pełzania, oczywiście asymetrycznej. odkształcenia i uszkodzenia, odbicia przemieszczeń stropu, ogólne poluzowane odkształcenia głęboko otaczającej skały na dużą skalę oraz duża wrażliwość na zakłócenia inżynieryjne i zanurzenie w wodzie. Podczas wykonywania sztolni w kopalniach podziemnych występowały różne zagrożenia geologiczne, w tym zawalenie się stropu, napływ wód gruntowych. Proponowane są techniki kontrolne, które należy przyjąć, aby zapewnić bezpieczeństwo procesu drążenia i kontrolować stabilność wyrobisk przechodzących przez złożone strefy geologiczne, w tym wybór rozsądnego kształtu wyrobiska, rozsądnego typu podpory, zestawów stalowych, regionalnych technik wzmacniania warstw, takich jak wstępna powierzchnia gruntu, podstawowe wzmocnione środki kontroli, technika zbrojenia spoinowania i dodatkowe zamknięte środki wspierające dla długoterminowej stabilności, które są kluczowe dla zapewnienia zrównoważonego rozwoju podziemnej kopalni węgla.

Słowa kluczowe

EN

deep underground drift; argillaceous rock; complex geology; underground coal mine; drift excavation; drift deformation; grouting; stability

PL

głębokie podziemne sztolnie; skały ilaste; złożona geologia; podziemna kopalnia węgla; wykopy sztolniowe; deformacja dryfu; fugowanie; stabilność

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2020
• Tom: no. 2, vol. 1
• Strony: 221--230
• Opis fizyczny: Bibliogr. 39 poz., tab., zdj.

Twórcy

autor

Dang Van Kien

• Hanoi University of Mining and Geology, Hanoi, Vietnam

autor

Vo Trong Hung

• Hanoi University of Mining and Geology, Hanoi, Vietnam

autor

Do Ngoc Anh

• Hanoi University of Mining and Geology, Hanoi, Vietnam

autor

Do Ngoc Thai

• Hanoi University of Mining and Geology, Hanoi, Vietnam

autor

Dao Van Chi

• Hanoi University of Mining and Geology, Hanoi, Vietnam

Bibliografia

• 1. Institute of Science and Technology- Vinacomin - 2015, Final Report Topic: Research, develop standards and inspection procedures for rock support in undergound mining in Quang Ninh area.
• 2. Tran Tuan Minh.Research on choosing reasonable and flexible steel-resistant structures for basic stone kilns in thick seams and steep slopes, applied to Uong Bi-Quang Ninh coal area . Ministry-level project B2018.MDA.
• 3. Do Quang Dai, Le Tien Anh – Student class K59 of Underground and Mining Construction Department. Study on solution of reinforcing furnace line in weak rocky soil containing high pressure water in the mine mine, the company of thorns coal company - Vinacomin. The 32nd sudent scientific research topic, Hanoi University of Mining and Geology (HUMG), Ha Noi-2019.
• 4. Report of project: Proposing a plan to deal with unstable furnace conditions, fast deformation, large basement due to complex geotechnical conditions in main wells, sub-wells of +15 ÷ -160, the kiln road along seam -50, -160 seam 11 at the project of Cai Da quarry - Suoi Lai mineral - Hon Gai coal company - TKV.
• 5. E. Hoek, P.K. Kaiser, W.F. Bawden, Support of underground excavation in hard rock. Rotterdam, Balkema, 1995.
• 6. K. Terzaghi, Rock defects and loads on drift supports. Introduction to drift geology, in: Rock drifting with steel
• 7. Supports, (eds. R. V. Proctor and T. L. White), 1946, pp. 5- 153.
• 8. Yang, W.; Lin, B.Q.; Qu, Y.A.; Li, Z.W.; Zhai, C.; Jia, L.L.; Zhao, W.Q. Stress evolution with time and space during mining of a coal seam. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2011, 48, 1145–1152.
• 9. Wang, L.; Cheng, Y. Drainage and utilization of Chinese coal mine methane with a coal-methane Co-exploitation Model: Analysis and Projections. Resour. Policy 2012, 37, 315–321.
• 10. State Administration of Work Safety of China. Available online: www.Chinasafety.gov.cn (accessed on 15 October 2015).
• 11. Liu, Q.S.; Zhang, W.; Lu, X.L.; Fu, J.J. Safety monitoring and stability analysis of large-scale roadway in fault fracture zone. Chin. J. Rock Mech. Eng. 2010, 29, 1954–1962.
• 12. Liao, Q.L.; Hou, Z.S.; He, X.D.; Dong, W.L.; Xiao, Q.B. Monitoring and analysis on the deformation of tunnel surrounding rock affected by fault. Hydrogeol. Eng. Geol. 2005, 32, 102–107.
• 13. Hao, Y.H.; Azzam, R. The plastic zones and displacements around underground openings in rock masses containing a fault. Tunn. Undergr. Space Technol. 2005, 20, 49–61.
• 14. Schubert, W.; Riedmüller, G. Influence of faults on tunnelling. Felsbau 1997, 15, 483–488.
• 15. Jeon, S.; Kim, J.; Seo, Y.; Hong, C. Effect of a fault and weak plane on the stability of a tunnel in rock—A scaled model test and numerical analysis. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2004, 41, 658–663.
• 16. Russo, M.; Germani, G.; Amberg, W. Design and construction of large tunnel through active faults: A recent application. In Proceedings of the International Conference of Tunnelling and Underground Space Use, Istanbul, Turkey, 16–18 October 2002.
• 17. Lei, J.; Bai, M.Z.; Xu, Z.Y.; Zhang, A.J.; Huo, Y.H.; Wang, P.C. In-situ test on construction effect with freezing method for fault-crossing fragmentation zone in metro tunnel. Chin. J. Rock Mech. Eng. 2008, 27, 1492–1498.
• 18. Zhang, N.; Xu, X.L.; Chen, Z.F.; Wang, C. Geological guarantee and construction controlling technique of main roadway crossing fault zone with 435-m fall. Chin. J. Rock Mech. Eng. 2008, 27, 3292–3297.
• 19. Gao, Y.; Liu, D.; Zhang, X.; He, M. Analysis and Optimization of Entry Stability in Underground Longwall Mining. Sustainability 2017, 9, 2079.
• 20. Zhang, Z.; Shimada, H.; Sasaoka, T.; Hamanaka, A. Stability control of retained goaf-side gateroad under different roof conditions in deep underground y type longwall mining. Sustainability 2017, 9, 1671.
• 21. Qian, D.; Zhang, N.; Shimada, H.; Wang, C.; Sasaoka, T.; Zhang, N. Stability of goaf-side entry driving in 800-m-deep island longwall coal face in underground coal mine. Arab. J. Geosci. 2016, 9, 1–28.
• 22. Qian, D.; Zhang, N.; Zhang, M.; Shimada, H.; Cao, P.; Chen, Y.; Wen, K.; Yang, S.; Zhang, N. Application and evaluation of ground surface pre-grouting reinforcement for 800-m-deep underground opening through large fault zones. Arab. J. Geosci. 2017, 10, 1–20.
• 23. Wang, C.; Wang, Y.; Lu, S. Deformation behaviour of roadways in soft rocks in underground coal mines and principles for stability control. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2010, 37, 937–946.
• 24. Fabre, G.; Pellet, F. Creep and time-dependent damage in argillaceous rocks. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2006, 43, 950–960.
• 25. Blümling, P.; Bernier, F.; Lebon, P.; Martin, C.D. The excavation damaged zone in clay formations time-dependent behaviour and influence on performance assessment. Phys. Chem. Earth 2007, 32, 588–599.
• 26. Liu, Q.S.; Kang, Y.S.; Bai, Y.Q. Research on supporting method for deep rock roadway with broken and soft surrounding rock in Guqiao Coal Mine. Rock Soil Mech. 2011, 32, 3097–3104.
• 27. Yuan, L.; Xue, J.H.; Liu, Q.S.; Liu, B. Surrounding rock stability control theory and support technique in deep rock roadway for coal mine. J. China Coal Soc. 2011, 36, 535–543.
• 28. Liu, Q.S.; Gao, W.; Yuan, L. Surrounding Rock Stability Control Theory and Support Technique in Deep Rock Roadway for Coal Mine and Application; Science Press: Beijing, China, 2010; pp. 77–82, 257–258. ISBN 978-7-03-026333-9. (In Chinese)
• 29. Qian, D. Countermeasures for Stability Control of Deep Underground Openings through Fault Zones in Argillaceous Rock. Ph.D. Dissertation, Kyushu University, Fukuoka, Japan, 2015.
• 30. Mánica, M.; Gens, A.; Vaunat, J.; Ruiz, D.F. A time-dependent anisotropic model for argillaceous rocks. Application to an underground excavation in Callovo-Oxfordian claystone. Comput. Geotech. 2017, 85, 341–350.
• 31. Wang, L.L.; Bornert, M.; Yang, D.S.; Héripré, E.; Chanchole, S.; Halphen, B.; Pouya, A.; Caldemaison, D. Microstructural insight into the nonlinear swelling of argillaceous rocks. Eng. Geol. 2015, 193, 435–444.
• 32. Wang, L.L.; Yang, R.W.; Chanchole, S.; Zhang, G.Q. The time-dependent swelling of argillaceous rock under resaturated conditions. Appl. Clay Sci. 2017, 146, 186–194.
• 33. Guan, X.M.; Zhong, Q.F. Research on the Performance of Micro-fine Cement-based Grouting Material and Its Engineering Application. Saf. Coal Mines 2013, 44, 142–145.
• 34. Zhao, Y.; Li, G.; Xu, X.; Yu, X. Transient process control technology for argillaceous roadway with water seepage. Disaster Adv. 2013, 6, 44–54.
• 35. Li, G.; Jiang, Z.; Lv, C.; Chao, H.; Gui, C.; Li, M. Instability mechanism and control technology of soft rock roadway affected by mining and high confined water. Int. J. Min. Sci. Technol. 2015, 25, 573–580.
• 36. Vergara, M.R.; Triantafyllidis, T. Influence of water content on the mechanical properties of an argillaceous swelling rock. Rock Mech. Rock Eng. 2016, 49, 1–14.
• 37. Yang, R.S.; Li, Y.L.; Guo, D.M.; Yao, L.; Yang, T.M.; Li, T.T. Failure mechanism and control technology of water-immersed roadway in high-stress and soft rock in a deep mine. Int. J. Min. Sci. Technol. 2017, 27, 245–252.
• 38. Guo, H.; Yuan, L.; Shen, B.T.; Qu, Q.D.; Xue, J.H. Mining-induced strata stress changes, fractures and gas flow dynamics in multi-seam longwall mining. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2012, 54, 129–139.
• 39. Ngo Doan Hao, Dang Van Kien, Do Ngoc Thai. Report of project: Research and application of grouting method to improve the stability of the drifts in Nam Than Coal Company – Ha Noi. 2020.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).