Evaluation of rockburst hazard under abandoned mine workings

• Autorzy: Chlebowski D. , Burtan Z. , Zorychta A.

Identyfikatory

DOI

10.24425/123691

Warianty tytułu

PL

Ocena możliwości wystąpienia tąpnięcia pod zrobami eksploatacji dokonanej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Recalling the body of experience gathered in the collieries of the Upper Silesian Coal Basin, the increased risk of seismicity and rockburst occurrences in confined conditions including the exploitation of remnants were identified. This study investigates geomechanical aspects of longwall mining in the areas affected by old excavations aimed at relaxation of a multi-bed deposits within a thick coal seam or a group of seams. It is assumed that high-energy seismicity is another factor determining the rockburst hazard alongside the state of stress. A case study is recalled, describing a colliery where mining-induced seismic activity of a de-stressed coal seam remained at the level comparable to or higher than it was experienced in the de-stressed seam operations. An analytical model was used to study the stress state and potential loss of structural continuity of an undisturbed rock body surrounding the longwall panel being mined beneath or over the abandoned workings. Recalling the developed model of the system involving nonlinear functions demonstrating the existence of abandoned mine workings within the rock strata, computer simulations were performed to evaluate the rockburst hazards along the face area. Discussions of results are based on observations of immediate roof convergence and the vertical stress concentration factor at the longwall face zone. Computational data of the modelled mining situations demonstrates that despite using the de-stressing method of mining, the occurrence of events impacting on mine working beneath and over abandoned workings cannot be precluded. Here the scale of rockburst hazards is determined by local mining and geological conditions, such as the type and extent of abandoned workings, their age and vertical distance between them and the coal seam currently mined.

PL

Nawiązując do doświadczeń kopalń GZW potwierdzających ogólną tezę o intensyfikacji skali przejawów zagrożenia sejsmicznego i tąpaniami, jakie towarzyszy działalności wydobywczej w warunkach skrępowanych występowaniem zaszłości eksploatacyjnych, w artykule odniesiono się do geomechanicznych aspektów eksploatacji ścianowej w rejonach oddziaływania obszarów zrobów, będących m. in. skutkiem dokonań górniczych ukierunkowanych na odprężenie złoża wielopokładowego w ramach wiązki pokładów lub warstw pokładu grubego. Wychodząc z założenia, że obok stanu naprężeń o wielkości zagrożenia tąpaniami decyduje sejsmiczność wysokoenergetyczna, podano przykład jednej z kopalń węgla kamiennego, gdzie parametry aktywności indukowanej eksploatacją pokładu odprężonego kształtowały się na poziomie porównywalnym i wyższym w stosunku do eksploatacji odprężającej. W oparciu o analityczną metodę określania stanu przemieszczenia i naprężenia w otoczeniu elementów ścianowego systemu eksploatacji zaprezentowano rezultaty badań modelowych w zakresie wpływu zrobów na zachowanie się – pod kątem warunków ewentualnej utraty ciągłości struktury – przyprzodkowej partii calizny w pokładzie wybieranym pod/nad zaszłością. Na podstawie opracowanego modelu systemu, w tym indywidualnych funkcji nieliniowych demonstrujących istnienie zrobów w górotworze zrealizowano symulacje komputerowe mające na celu ocenę możliwości wystąpienia tąpnięcia na wybiegu frontu. Dyskusję wyników prowadzono na podstawie obserwacji kształtowania się zmian wielkości ugięcia stropu bezpośredniego oraz współczynnika koncentracji pionowej składowej stanu naprężenia w czole ściany. Dla modelowanych, przykładowych sytuacji górniczych rezultaty obliczeń potwierdziły, iż pomimo występowania efektu odprężenia nie można wykluczyć zdarzenia ze skutkami w wyrobiskach pod/nad zrobami eksploatacji zaszłej, przy czym o wielkości zagrożenia decydują lokalne uwarunkowania geologiczno-górnicze, w tym między innymi rodzaj i rozpiętość zrobów, ich wiek oraz odległość pionowa między zaszłością i pokładem eksploatowanym.

Słowa kluczowe

EN

mining remnants; confined conditions; rock mass de-stressing; rockburst hazard

PL

zaszłości eksploatacyjne; warunki skrępowane; eksploatacja odprężająca; zagrożenie tąpaniami

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 63, no. 3
• Strony: 687--699
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Chlebowski D.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining and Geoengineering

autor

Burtan Z.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining and Geoengineering

autor

Zorychta A.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining and Geoengineering

Bibliografia

• [1] Bańka P., Chmiela A., Menéndez Fernández M., Fernández Muñiz Z., Bernardo Sánchez A., 2017. Predicting changes in induced seismicity on the basis of estimated rock mass energy states. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 95.
• [2] Baryakh A.A., Gegin A.S., 1997. Stability assessment of interchamber pillars. Journal of Mining Science 33, 1.
• [3] Borland Software Corporation, 2002. Developer’s Guide – Borland Delphi 7 for Windows.
• [4] Bukowska M., 2002. Geomechaniczne własności skał w aspekcie zagrożenia tąpaniami. Archives of Mining Sciences 47, 2.
• [5] Chlebowski D., Burtan Z., Zorychta A., 2004. Skrępowane warunki geologiczno-górnicze istotnym czynnikiem wpływającym na wielkość zagrożenia tąpaniami w polskim górnictwie węgla kamiennego. Materiały konferencyjne “Mining and geology after joining the European Union”. Demänovská Dolina (Słowacja).
• [6] Chlebowski D., Burtan Z., 2007. Poziom zagrożenia sejsmicznego w kopalniach węgla kamiennego a prowadzenie eksploatacji w warunkach skrępowanych. Czasopismo naukowo-techniczne Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa, nr 9/440/2007. Wydawnictwo Centrum Elektryfikacji i Automatyzacji Górnictwa EMAG.
• [7] Chlebowski D., 2013. Analityczne modelowanie eksploatacji skrępowanej w aspekcie identyfikacji stref zagrożonych tąpaniami. Rozprawy-Monografie, nr 290. Wydawnictwo AGH.
• [8] Goszcz A., 2004. Wybrane problemy zagrożenia sejsmicznego i zagrożenia tąpaniami kopalniach podziemnych. Biblioteka Szkoły Podziemnej Eksploatacji Złóż. Wydawnictwo Nauka i Technika.
• [9] KHW S.A., 2014. Kompleksowy projekt eksploatacji pokładów zagrożonych tąpaniami na lata 2014-2017. Katowicki Holding Węglowy S.A. Kopalnia Węgla Kamiennego „W”, Katowice (materiały niepublikowane).
• [10] Kidybiński A., 1982. Podstawy geotechniki kopalnianej. Wydawnictwo Śląsk.
• [11] Kłeczek Z., Małoszewski J., Parysiewicz S., Zorychta A., 1987. Geomechaniczne kryteria zagrożeń tąpaniami przy eksploatacji pokładów węgla kamiennego. Prace GIG, seria dodatkowa.
• [12] Lin’kov M.A., 2001. On the theory of pillar design. Journal of Mining Science 37, 1.
• [13] Mirek A., Kowalczyk Z., Frej A., 2016. Zagrożenie sejsmiczne w odprężonym pokładzie 510 w KHW S.A. KWK Mysłowice-Wesoła. Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie, nr 1 (257)/2016. Wydawnictwo WUG.
• [14] Mróz Z., Nawrocki P., 1989. Deformation and stability of an elasto-plastic softening pillar. Rock Mechanics and Rock Engineering 22.
• [15] Sałustowicz A., 1968. Zarys mechaniki górotworu. Wydawnictwo Śląsk.
• [16] Trott M., 2006. The mathematica guidebook for symbolics, numerics, programming. Springer Science + Business Media Inc.
• [17] Zorychta A. (Ed.), 2003. Geomechaniczne modele górotworu tąpiącego. Biblioteka Szkoły Eksploatacji Podziemnej, seria z perlikiem, nr 7. Wydawnictwo Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN.
• [18] Zorychta A., Kłeczek Z., Cyrul T., 1986. A failure criterion for coal seam at longwall mining. The 27th US Sympodium on Rock Mechanics (USRMS). American Rock Mechanics Association.

Uwagi

PL

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