Analiza numeryczna dynamicznego oddziaływania wstrząsów górotworu na wyrobisko korytarzowe w zależności od położenia płaszczyzny pękania w ognisku wstrząsu

• Autorzy: Stec K. , Masny W.

Warianty tytułu

EN

Numerical analysis of dynamic influence of rock mass seismic tremors on a heading according to the location of the cracking plane in the tremor focus

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Uzyskiwanie dodatkowych informacji o procesach destrukcji górotworu naruszonego eksploatacją górniczą jest niezwykle istotne dla potencjalnej oceny zagrożenia tąpaniami w strefach o dużej aktywności sejsmicznej. Artykuł przedstawia wyniki modelowania dynamicznego oddziaływania wstrząsów górotworu na wyrobisko korytarzowe występujących w czasie eksploatacji ściany 3 w kopalni „Bobrek-Centrum”. Przy wykorzystaniu programu FLAC 2D został opracowany model górotworu, w którym do opisu sygnałów dynamicznych wykorzystano pomiary prędkości drgań cząstek górotworu PPV wykonane na stanowiskach znajdujących się w wyrobiskach przyścianowych ściany 3 (dowierzchnia badawcza 3 i 4). Analizowano wstrząsy górotworu o ścinającym mechanizmie ognisk i różnej orientacji płaszczyzny pękania, w efekcie których zarejestrowane maksymalne prędkości drgań cząstek górotworu od 0,007 m/s do 0,049 m/s, wywołały niewielkie zmiany obrazu stref zniszczonych wokół wyrobiska korytarzowego, małe przyrosty konwergencji pionowej i poziomej oraz małe zmiany wartości naprężeń zredukowanych w kształtowniku odrzwi obudowy podporowej. Ogólnie stwierdzono, że najsilniejsze oddziaływanie na wyrobisko górnicze miały sygnały dynamiczne przyłożone do płaszczyzny pękania położonej pod małym kątem względem stropu wyrobiska górniczego a mniejsze wpływy uzyskano przy zbliżonym do pionowego położeniu płaszczyzny pękania w ognisku.

EN

Getting additional information about the processes of destruction of the rock mass disturbed by mining extraction is extremely essential for the potential assessment of the rockburst hazard in zones with high seismic activity. The article presents the results of dynamic modelling of the influence of rock mass tremors on a heading occurring during the exploitation of longwall 3 in the “Bobrek-Centrum” mine. Using the FLAC 2D programme, a rock mass model has been worked out, in which for the description of dynamic impulses the measurements of rock mass particle vibration velocity PPV, carried out in the gate roads of longwall 3 (exploratory raise 3 and 4), were used. Rock mass tremors with shearing focus mechanism and different orientation of the cracking plane were analysed. As a result, the recorded maximum rock mass particle vibration velocities from 0.007 m/s to 0.049 m/s caused slight changes of the image of damaged zones around the heading, small increases in the vertical and horizontal convergence and small changes of values of reduced stresses in the frame section of the yielding arch support. Generally it has been found that the strongest influence on the mine working had the dynamic impulses applied to the cracking plane at a small angle towards the roof of the mine working, and smaller influences were obtained at a close to the vertical position of the cracking plane in the focus.

Słowa kluczowe

PL

wstrząs górotworu; mechanizm ogniska; modelowanie numeryczne

EN

rock mass seismic tremor; focus mechanism; numerical modelling

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Górnictwa
• Czasopismo: Przegląd Górniczy
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 68, nr 7
• Strony: 48--56
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz.

Twórcy

autor

Stec K.

• Główny Instytut Górnictwa, Katowice

autor

Masny W.

• Główny Instytut Górnictwa, Katowice

Bibliografia

• 1. Aki K., Richards P. G.: Quantitative Seismology – Theory and Methods, W. H. Frejman & Co., vol. 1, 2, San Francisco, 1980.
• 2. Ben-Menahem A., Singh S. J.: Seismic Waves and Sources, SpringerVerlag, New York, 1981.
• 3. Bukowska M., Kidybiński A.: Wpływ czynników naturalnych masywu skalnego na jego wytrzymałość określaną metodami penetrometryczną i laboratoryjną. Prace Naukowe GIG, seria Górnictwo i Środowisko nr 1, 2002, s. 35÷46.
• 4. Bukowska M.: Prognozowanie skłonności do tąpań górotworu metodą wskaźnikowej oceny geologiczno-geomechanicznej w warunkach Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Prace Naukowe GIG nr 866, 2005, s. 88÷95.
• 5. FLAC v.6.0: User’s Guide. Itasca Consulting Group, Minneapolis, USA, 2008.
• 6. Genis M., Gercek H.: A numerical study of seismic damage to deep underground openings. ISRM 2003 - Technology Roadmap for Rock Mechanics, South African Institute of Mining and Metallurgy, vol. 3, 2003, s. 51÷355.
• 7. Gercek H., Genis M.: Effect of anisotropic in situ stresses on the stability of underground opening. Proc. of the 9th Int. Congress on Rock Mechanics, ISRM Rotterdam, Balkema, vol. 1, 1999, s. 367÷370.
• 8. Kalamaras G. S., Bieniawski Z. T.: A Rock Mass Strength Concept for Coal Seams Incorporating the Effect of Time. Proc. of 8th ISRM Congress, Tokio, 1995.
• 9. Majcherczyk T., Tajduś A.: Numeryczny model dynamicznego obciążenia obudowy kotwiowej. Prace Naukowe GIG, seria konferencje nr 1, 1995, s. 7÷28.
• 10. Masny W.: Dynamiczne oddziaływanie wstrząsów górotworu na obudowę wyrobisk korytarzowych. Praca doktorska, GIG Katowice, 2010, [niepublik.].
• 11. Masny W., Walentek A.: Numerical Analysis of Dynamic Impact of Rock Mass Tremors on Mine Roadways Support. 30th International Conference on Ground Control in Mining. USA, Morgantown, July 2011, 2011, s. 192÷200.
• 12. Mutke G.: Charakterystyka drgań wywołanych wstrząsami górniczymi w odległościach bliskich źródła sejsmicznego w aspekcie oceny zagrożenia tąpnięciem. Prace Naukowe GIG nr 87, 2007.
• 13. Mutke G.: Ocena stopnia potencjalnego zagrożenia stateczności wyrobisk trzyścianowych poddanych oddziaływaniu wstrząsów górotworu. Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna „Górnicze Zagrożenia Naturalne”, Prace Naukowe GIG, Kwartalnik Górnictwo i Środowisko, nr 4/2/2011, 2011, s. 327÷335.
• 14. Pilecki Z., Mutke G.: Oddziaływanie wstrząsu górniczego w strefie bliskiego pola falowego na wyrobisko górnicze – analiza numeryczna. X Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna Tąpania 2003 nt. Problemy koncentracji eksploatacji w warunkach zagrożenia tąpaniami i metanem. Wyd. GIG Katowice, 2003, s. 223÷232.
• 15. Pilecki Z.: Dynamic analysis of mining tremor impact on excavation FLAC. Symp on Numerical Modeling in Geomechanics. Detournay& Hart (eds) Rotterdam, AA. Balkema, 1999, s. 397÷400.
• 16. PN-H-93441-1:2004:. Kształtowniki stalowe walcowane na gorąco dla górnictwa – Część 1: Ogólne wymagania i badania, Polskie Normy2004.
• 17. Prusek S.: Metody prognozowania deformacji chodników przyścianowych w strefach wpływu eksploatacji z zawałem stropu. Prace Naukowe GIG nr 874, s. 2008.
• 18. Stec K.: Metody wyznaczania mechanizmu ognisk wstrząsów, Prace Naukowe GIG Górnictwo i Środowisko Nr 4/1, Katowice, 2009, s. 223÷236.
• 19. Stec K.: Characteristics of Seismic Activity of the Upper Silesian Coal Basin in Poland. Geophysical Journal International, Blackwell Publishing Ltd, vol. 168, 2007, s 757÷768.
• 20. Stec K.: Informatywność metody określenia mechanizmu ognisk wstrząsów w przybliżeniu procesów destrukcji górotworu, Prace Naukowe GIG Górnictwo i Środowisko nr 4/2/2011, 2011, s. 439÷540.
• 21. Szuścik W., Kuczyński J.: Wytrzymałość materiałów. Mechanika modelu ciała odkształcalnego i ciała rzeczywistego – Część 1. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 1998.
• 22. Tajduś K.: Określanie wartości parametrów odkształceniowych górotworu uwarstwionego w rejonie wpływów eksploatacji górniczej. Praca doktorska, AGH, Kraków, (niepublik.), 2008.
• 23. Walentek A.: Oddziaływanie frontu eksploatacji na zasięg strefy spękań wokół chodników przyścianowych. Prace Naukowe GIG, Kwartalnik Nr 2/1, 2010, s. 315÷329.
• 24. Wiejacz P.: Badania mechanizmów wstrząsów górniczych w Polsce, w: Badania geofizyczne w kopalniach, praca zbiorowa pod red. J. Dubińskiego, Z. Pileckiego, W. M. Zuberka, Wydawnictwo IGSMiE, Kraków, 2001, s. 25÷33.
• 25. Zipf R. K.: Numerical Modeling Procedures for Practical Coal Mine Design. Proc. of the 41st U.S. Rock Mechanics Symposium, Golden, Colorado, 2006, s. 1÷11.
• 26. Zipf R. K.: Failure mechanics of multiple-seam mining interactions. Proc.: New Technology for Ground Control in Multiple-seam Mining, Mark C.&Tuchman R.J. (ed.), NIOSH, Pittsburgh, USA, 2007, s. 73÷88.

Uwagi

PL

Niniejszy artykuł jest wynikiem projektu badawczego własnego MNiSW 3608/B/T02/2010/38 realizowanego w Głównym Instytucie Górnictwa w latach 2010-2013.