Numerical simulation of subsidence caused by roadway system

• Autorzy: Polanin Piotr , Kowalski Andrzej , Walentek Andrzej

Identyfikatory

DOI

10.24425/ams.2019.128690

Warianty tytułu

PL

Symulacja numeryczna deformacji powierzchni spowodowanych eksploatacją chodnikową

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Exploitation of hard coal seams by roadway system is applied by two coal mines in southern Poland in Upper Silesian Basin. It is a secondary mining exploitation carries out in safety pillars of urban areas and shafts within mining areas of closed coal mines. Roadway system is the excavation process of gateways which are made in parallel order leaving coal pillars between them. An optimal width of coal pillar makes roadway stable and reduces subsidence of terrain surface. The article presents results of subsidence simulation caused by partial extraction using empirical and numerical methods on the example of one exploitation field of “Siltech” coal mine. The asymptotic state of subsidence was considered after mining ceased in the study area. In order to simulate of subsidence, numerical model of rock mass and model of Knothe-Budryk theory were calibrated. Simulation of vertical displacements in numerical method was carried out using RS3 program by Rocscience based on finite element method. The assumption was made that model of rock mass is transversely isotropic medium, in which panels were designed according to order of extraction of coal seams. The results of empirical and numerical methods were compared with measured values of subsidence at benchmarks along drawn lines (subsidence profiles).

PL

Eksploatacja złoża węgla kamiennego systemem chodnikowym jest stosowana w Polsce w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym przez dwie kopalnie. Jest to eksploatacja wtórna prowadzona na obszarach górniczych zlikwidowanych kopalń w filarach ochronnych szybów i zabudowy powierzchni. Proces technologiczny polega na drążeniu równoległych do siebie chodników w granicach pól eksploatacyjnych. Pomiędzy wyrobiskami pozostawiane są filary węglowe o odpowiedniej szerokości w celu zapewnienia ich stateczność i minimalizacji deformacji powierzchni terenu. W artykule przedstawiono wyniki symulacji obniżeń terenu spowodowanych eksploatacją częściową przy wykorzystaniu metody empirycznej i modelowania numerycznego na przykładzie jednego pola eksploatacyjnego kopalni „Siltech”. Analiza obejmowała asymptotyczny stan deformacji terenu po zakończonej eksploatacji w tym rejonie. W celu odwzorowania obniżeń terenu wykonano kalibrację numerycznego modelu górotworu i teorii Knothego-Budryka. Symulację obniżeń powierzchni terenu metodą numeryczną (MES) wykonano programem RS3 firmy Rocscience. Założono, że model górotworu jest ośrodkiem transwersalnie izotropowym, w którym odtworzono eksploatację systemem chodnikowym zgodnie z kolejnością wybierania pokładów. Dla wytypowanych punktów obserwacyjnych tworzących ciąg linii porównano obliczone obniżenia metodą empiryczna i numeryczną z wartościami zmierzonymi w terenie.

Słowa kluczowe

EN

mining; roadway system; numerical modelling; back analysis

PL

eksploatacja górnicza; system chodnikowy; modelowanie numeryczne; analiza wsteczna

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 64, no. 2
• Strony: 385--397
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Polanin Piotr

• Central Mining Institute, Department of Surface and Structures Protection, 1 Gwarków Sq., 40-166 Katowice, Poland

autor

Kowalski Andrzej

• Central Mining Institute, Department of Surface and Structures Protection, 1 Gwarków Sq., 40-166 Katowice, Poland

autor

Walentek Andrzej

• Central Mining Institute, Department of Extracion Technologies, Rockburst and Mining Support, 1 Gwarków Sq., 40-166 Katowice, Poland

Bibliografia

• [1] Berry D., Sales T., 1962. An elastic treatment of ground movement due to mining – III three dimensional problem, transversely isotropic ground. J. Mech. Phys. Solids. 10, 1, 73-83.
• [2] Gandhe A., Venkateswarlu V., Gupta R.N., 2005. Extraction of Coal Under a Surface Water Body – a Strata Control Investigation. Rock Mechanics and Rock Engineering 38, 5, 399-410.
• [3] Gruchlik P., Kowalski A., Rajwa S., Walentek A., 2014. Modelling of rock mass and surface deformation caused by roadway mining in light of geodetic observations. 15. Geokinematischer Tag des Institutes für Markscheidewesen und Geodäsie an der Technischen Universität Bergakademie, Freiberg, 107-116.
• [4] Hazine H.I., 1977. A study of the development of surface strains produced by mining. Thesis, University of Nottingham, UK.
• [5] Knothe S., 1958. Ochrona powierzchni przy częściowej eksploatacji pokładu pasami (Surface protection by partial extraction of coal seam with stripes). Archives of Mining Sciences 3.
• [6] Knothe S., 1984. Prognozowanie wpływów eksploatacji górniczej (Prediction of mining influences), Katowice.
• [7] Kowalski A., Walentek A., 2013. Wpływ eksploatacji częściowej, w tym chodnikami, na deformacje powierzchni (Influence of partial extraction on surface deformation including gateway system). Sbornik referatu Mezinarodni konferencje „Geodezie a Dulni merictvi 2013, XX konference SDMG, Milin, Czechy, 2-4.10.2013, 105-116.
• [8] Kowalski A., 2015. Deformacje powierzchni w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym (Surface deformation in Upper Silesian Coal Basin). Monograph, Central Mining Institute, Katowice, 112-118.
• [9] Kowalski A., Polanin P., Walentek A., 2017. Surface subsidence caused by roadway mining as partial extraction in hard coal mining industry. Polish Mining Review 10, 9-20.
• [10] McNabb K.E., 1987. Three dimensional numerical modeling of surface subsidence induced by underground mining. Technical Report, No. 146, Australia.
• [11] Missavage R. J., Chugh Y. P., Roscetti T., 1986. Subsidence prediction in shallow room and pillar mines. International Journal of Mining and Geological Engineering 4, 1, 39-46.
• [12] Popiołek E., Ostrowski J., 1981. Próba ustalenia głównych przyczyn rozbieżności prognozowanych i obserwowanych poeksploatacyjnych wskaźników deformacji (Attempt at estabilishing main causes of divergences between forecast and observed mining deformation indices). Ochrona terenów górniczych (Protection of mining areas), 3-9.
• [13] Saxena N. C., 1991. Subsidence Management in Jharia Coalfield, India – A Concept. Land Subsidence, Proceedings of the Fourth International Symposium on Land Subsidence, May 1991. IAHS Publ. 200, 181-193.
• [14] Shaojie Ch., Hailong W., Huaiyuan W., Weijia G., Xiushan L, 2016. Strip Coal Pillar Design Based on Estimated Surface Subsidence in Eastern China. Rock Mechanics and Rock Engineering 49 (9), 3829-3838.
• [15] Singh R.P., Yadav R.N., 1995: Subsidence due to coal mining in India. Land Subsidence (Proceedings of the Fifth International Symposium on Land Subsidence, The Hague, October 1995). IAHS Publ. 234.
• [16] Tajduś K., 2007. Numerical determination of underground mining influence on surface by finite element method. Polish Mining Review 5, Katowice, 36-42.
• [17] Tajduś K., 2009. New method for determining the elastic parameters of rock mass layers in the region of underground mining influence. International Journal of Rock Mechanics & Mining Science, Elsevier 46, 8, 1296-1305.
• [18] Tajduś K., Misa R., Sroka A., 2012. Eksploatacja częściowa pokładów węgla ze szczególnym uwzględnieniem stabilności filarów i ochrony powierzchni (Partial exploitation of coal seams with particular emphasis on the stability of coal pillars and surface protection). Górnictwo i Geologia (Mining and Geology) 7/1, 211-226.
• [19] Tajduś K., 2013. Numerical simulation of underground mining exploitation influence upon terrain surface. Archives of Mining Sciences 58, 3, 605-616.
• [20] Wesołowski M., 2013. Zastosowanie liniowego ośrodka transwersalnie izotropowego do modelowania deformacji terenu górniczego (The use of the linear transversely isotropic medium to the modelling of the deformation of the mining area). Monograph, Silesian University of Technology, Gliwice.
• [21] Wesołowski M., 2014. Possibilities of applying numerical models for the description of deformation of the mining area surface, Polish Mining Review 4, 15-22.
• [22] Whittaker B.N., Reddish D.J., 1989. Subsidence: Occurrence, Prediction and Control. Developments in Geotechnical Engineering 56, Amsterdam, Netherlands, Elsevier Science, 69-71.
• [23] Zhang J., Sun Q., Zhou N., Haiqiang J., Germain D., 2016. Research and application of roadway backfill coal mining technology in western coal mining area. Arabian Journal of Geosciences 9, 558.