An innovative solution to counteract convergence of shaft lining in rock salt strata

• Autorzy: Kamiński Paweł , Czaja Piotr

Identyfikatory

DOI

10.24425/ams.2019.128693

Warianty tytułu

PL

Konwergencja ociosów szybów w górotworze solnym – innowacyjna metoda przeciwdziałania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This work presents an innovative shaft-lining solution which, in accordance with a patent of the Republic of Poland, allows successive, periodic leaching of excess rock salt migrating to the shaft opening. As is commonly known, all workings in rock salt strata are exposed to an increased convergence of sidewalls, making it very difficult to use shafts properly. Rocks migrating towards the shaft opening cause very high stress on the shaft liner. As a result, if the lining does not show substantial deformability, it fails. Lining failure due to insufficient deformability has been extensively described in the literature. Also, throughout the history of mining construction, a number of solutions have been proposed for different types of lining-deformability enhancement. For instance, the KGHM mining corporation applied a deformable steel lining – a solution used in the mining construction of galleries – along a 155-m-long section of the SW-4 shaft with diameters of 7,5 m that passes through a rock salt strata. At KGHM, the SW-4 shaft passes through a rock salt strata along a section of 155 m, in which a deformable enclosed steel lining was made. After several years, the convergence of shaft sidewalls stabilised at a rate of 0.5 mm/day. This enormous activity of the rock mass made it necessary to reconstruct the entire shaft section after only four years. According to further predictions, it will be necessary to reconstruct this section at least four times by 2045. This paper discusses in short form the underlying weaknesses of the technology in question. As a solution to the problems mentioned above, the authors of this work present a very simple design of a shaft lining, called the tubing-aggregate lining, which utilises the leachability of salt rock massifs. The essential part of the lining is a layer of coarse aggregate set between the salt rock sidewall and the inner column of the tubing lining. One the one hand, coarse aggregate supports the salt rock sidewall and is highly deformable due to its compressibility, but on the other hand it allows water or low saturated brine to migrate and dissolve salt rock sidewalls. This paper presents the first stage of works on this subject. Patent No. PL 223831 B had been granted before these works commenced.

PL

Praca niniejsza prezentuje innowacyjne rozwiązanie obudowy szybu, która zgodnie z patentem RP umożliwia sukcesywne okresowe ługowanie nadmiaru soli migrującej w światło szybu. Powszechnie wiadomo, że każde wyrobisko górnicze w górotworze solnym narażone jest na zwiększoną konwergencję ociosów, co w przypadku szybów jest dużym utrudnieniem prawidłowego ich wykorzystywania. Migracja skał w światło szybu powoduję bardzo wysokie obciążenie deformacyjne obudowy. Jeżeli ta nie ma zdolności do znaczącego odkształcania się to ulega zniszczeniu. Literatura fachowa dysponuje wieloma opisami zniszczenia obudowy zbyt mało podatnej. W historii budownictwa górniczego zaproponowano też kilka rozwiązań w postaci różnego rodzaju upodatnienia obudowy. Przykładowo, przenosząc z budownictwa górniczego wyrobisk korytarzowych konstrukcję obudowy stalowej podatnej w KGHM w szybie SW-4 na odcinku o długości 155 m, przechodzącym przez górotwór solny, zastosowano podatną obudowę stalową zamkniętą. Konwergencja ociosów szybowych w tym przypadku po kilku latach ustabilizowała się na poziomie 0,5 mm/dobę. Efektem tak wielkiej aktywności górotworu była konieczność przebudowy całego odcinka szybu już po 3 latach. Dalsze prognozy przewidują, że do roku 2045 konieczna będzie jeszcze co najmniej 4 krotna przebudowa tego odcinka. W pracy przedstawiono zasadnicze słabości tego rozwiązania technicznego. W odpowiedzi na tego typu przypadki Autorzy niniejszej pracy prezentują bardzo prostą konstrukcje obudowy zwanej obudową „tubingowo-kruszywową”, która wykorzystuje zdolność górotworu solnego do procesu ługowania. Istotą tej obudowy jest warstwa kruszywa gruboziarnistego, umieszczona pomiędzy ociosem solnym i wewnętrzna kolumną obudowy tubingowej. Kruszywo gruboziarniste z jednej strony podpiera ocios solny z możliwością znacznego odkształcania się bo jest ściśliwe, ale z drugiej strony pozwala na migrację wody słodkiej, która będzie oddziaływać na ociosy solne rozpuszczającje. Niniejsza praca poprzedzona przyznanym patentem nr PL 223831 B, prezentuje pierwszy etap prac nad tym zagadnieniem. Etapem drugim były badania intensywności ługowania i możliwości zastosowania tego rozwiązania w budownictwie szybowym. Etapem finalnym winien być odcinek badawczy szybu w górotworze solnym z obudową pozwalającą na okresowe ługowanie calizny solnej.

Słowa kluczowe

EN

shaft lining; convergence of workings; rock salt strata; rock salt formation; geomechanics

PL

obudowa szybów; konwergencja wyrobisk; górotwór solny; geomechanika górotworu solnego

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 64, no. 2
• Strony: 429--445
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kamiński Paweł

• AGH University of Science and Technology, al.Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Czaja Piotr

• AGH University of Science and Technology, al.Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Bieniasz J., Wojnar W., 2007. Zarys historii pomiarów i wyniki obserwacji zjawiska konwergencji wyrobisk w pokładowych złożach soli [Measurements and results of observations of convergence in salt-deposit workings – a historic outline]. Gospodarka Surowcami Mineralnymi 23 (z. spec.), 133-142.
• [2] Bieniasz J., Wojnar W., Sadowski A., Wrzostek J., 2011. Zaciskanie wyrobisk na dużych głębokościach w górotworze solnym. (Convergence of large depth mining excavations In salt rock formation). Geologia 37, 2 (207-214).
• [3] Chudek M., Kleta H., Wojtusiak A., Chudek M.D., 2009. Obudowa szybów w warunkach znacznych ciśnień deformacyjnych górotworu [Shaft linings in conditions of high deformation pressures from rock masses. Górnictwo i Geoinżynieria 33 (3/1), 87-90.
• [4] Czaja P., Kamiński P., 2016. Sposób regulacji obciążenia obudowy szybowej i obudowa szybowa na odcinkach przechodzących przez skały podatne na ługowanie [Method of adjusting shaft-lining loads and shaft linings along sections passing through leachable rocks] Description of Patent No. PL 223831 B1, Bulletin of the Patent Office of the Republic of Poland, published on 30 November 2016 WUP.
• [5] Fabich S., Morawiec P., Soroko K., Szlązak M., 2016. Problemy z utrzymaniem obudowy powłokowej w interwale soli kamiennej szybu SW-4 kopalni ZG „Polkowice-Sieroszowice” [Problems with maintaining the layer lining in the salt rock interval of the SW-4 shaft at the ZG “Polkowice-Sieroszowice” Mine]. Przegląd Górniczy 72 (3), 65-74.
• [6] Kamiński P., 2018. Konstrukcja obudowy szybowej i sposób regulacji obciążenia na odcinkach przechodzących przez górotwór solny [Design of the shaft lining and a method of adjusting loads along sections passing through salt rock formations], (Doctoral dissertation, AGH Main Library), Kraków, (unpublished).
• [7] Kortas G., 2010a. Szyb bez obudowy w górotworze solnym [Shafts in salt rock massifs without linings]. [in]: Potencjał gospodarczy polskiego górnictwa solnego – stan obecny i perspektywy rozwoju [The economic potential of Polish salt mining – present status and future prospects] , XV Międzynarodowe Sympozjum Solne „Quo Vadis Sal” [The “Quo Vadis Sal” 15th International Salt Symposium], Świeradów Zdrój, 21-22 October 2010.
• [8] Kortas G., 2010. Szyb z obudową w górotworze solnym – wstępne badania modelowe [Shafts with in salt rock massif lining – preliminary model studies]. Górnictwo i Geoinżynieria 34 (2), 395-403.
• [9] Kortas G., Szewczyk, J., Toboła T., 2004. Ruch górotworu i powierzchni w otoczeniu zabytkowych kopalń soli [Rock mass and surface movements in the surroundings of old mine salts], Kraków: Wydawnictwo Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN.
• [10] Maj A., 2009. Opracowanie modeli konwergencji wyrobisk w podziemnych kopalniach soli [Development of convergence models for workings in underground salt mines]. Kraków: AGH, (doctoral dissertation, AGH Main Library).
• [11] Reichl C., Schatz M., Zsak G., 2018. World Mining Data 33, Minerals Production. Vienna.
• [12] Jankowska I., Kwaśniak M., 2015. Rola dokładności wyznaczania konwergencji wyrobisk w aspekcie zagospodarowania pustek poeksploatacyjnych w kopalniach soli [Role of accuracy in determining the convergence of workings with regard to managing post-excavation spaces in salt mines]. Faculty of Geodesy and Cartography, Warsaw University of Technology: ttps://www.google.com/search?q=Opracowanie+modeli+konwergencji+wyrobisk+w+podziemnych+&ie=utf-8&oe=utf-8&client=firefox-b.