Geomechanical factors affecting the installation and stability of a surface goaf well at a deep UK coal mine

• Autorzy: Whittles D. N. , Lowndes L. S. , Kingman S. W. , Yates C. , Jobling S.

Warianty tytułu

PL

Czynniki geomechaniczne mające wpływ na instalację i stabilność otworów biegnących od wyrobiska na powierzchnię w podziemnej kopalni węgla w Zjednoczonym Królestwie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper describes a three dimensional computational modelling study undertaken to investigate the effects that the geomechanical stress and strain fields produced by deep longwall mining operations may have on the installation and long term stability of a vertical, surface to goaf, gas drainage well installed within a deep UK coal mine. The modelling programme consisted of the investigation of two modelling scenarios. The first scenario represented the installation of the well, close to the face line of an active longwall coal face, during the early production life of the panel. The second scenario represented the installation of the well at a position behind the coal face, and over the goaf, once the panel had retreated some distance back ftom the face start line. An analytical method to predict the influence that the developed shear strains within the rock mass may have on the subsequent stability of the well casing has been developed and its derivation given. From an analysis of the results produced by these geomechanical models it was concluded that the well was influenced by the geomechanical behaviour of the longwall panel at two distinct stages, namely, during the installation of the well and during the subsequent stages ofthe retreat of the panel. The geomechanical models predicted that during the installation phase, the surface goaf wells would encounter broken ground at heights of between 30 to 75 metres above the worked horizon. It was found that the long term stability of the well was significantly influenced by the position of the well in relation to the face line at the time of installation. The modelling showed that a well installed close to an active longwall face during the early development phases of a panel would experience significantly more strain and hence potential predicted damage during subsequent panel extraction than a well installed behind the face line directly over the goaf. The results of the modelling aided in the design of the well by allowing the correct depth of installation of the well casing to be determined.

PL

Praca ta opisuje badania trójwymiarowego modelu podjęte w celu określenia oddziaływania pola naprężenia i odkształcenia geomechanicznego powstałego w trakcie operacji wybierania ścianowego pod ziemią na instalację i długoterminową stabilność otworu odprowadzającego gazy ciągnącego się od zrobów aż na powierzchnię zainstalowanego w jednej z brytyjskich głębokich kopalni węgla. Program modelowania uwzględniał dwa scenariusze. Pierwszy z nich przedstawiał instalację otworu w pobliżu linii przodka ściany, w trakcie wczesnych etapów wybierania pola. Drugi scenariusz obejmuje instalację otworu w lokalizacji za przodkiem ściany i ponad zrobami po wybraniu określonej części pola w stosunku do linii początkowej. Opracowano metodę analityczną przewidywania wpływu powstałych w skale naprężeń ścinających na stabilność rur okładzinowych w otworze, przedstawiono sposób wyprowadzania metody. Na podstawie analizy wyników uzyskanych drogą modelowania wyciągnięto wniosek że na stabilność otworu wpływają zachowania geomechaniczne wybieranego pola w dwóch różnych etapach: w trakcie instalacji otworu i w trakcie wybierania w kierunku od pola (cofania się ściany). Na podstawie modeli geomechanicznych przewiduje się że na etapie instalacji otwory od zrobów do powierzchni napotkają pęknięcia gruntu na wysokościach 30 a 77 m powyżej poziomu prac. Stwierdzono że długotrwała stabilność otworu w dużym stopniu zależy od jego położenia w stosunku do linii przodka w momencie instalacji otworu. Badania modelowe wykazały że otwór zainstalowany w pobliżu linii czynnego przodka ściany w początkowym okresie wybierania pola poddany jest znacznie większym naprężeniom i co za tym idzie rośnie ryzyko uszkodzenia w trakcie dalszego wybierania pola niż w przypadku otworu zainstalowanego za linią przodka, nad zrobami. Wyniki modelowania wspomagały projektowanie otworu, pozwalając na określenie odpowiedniej głębokości zainstalowania rur okładzinowych.

Słowa kluczowe

EN

goaf wells; three-dimensional modelling; gas drainage

PL

otwory prowadzące do zrobów na powierzchnię; modelowanie trójwymiarowe; odprowadzenia gazu

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 51, no 2
• Strony: 197--230
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Whittles D. N.

autor

Lowndes L. S.

autor

Kingman S. W.

autor

Yates C.

autor

Jobling S.

• Nottingham Mining And Minerals Centre, University of Nottingham, Nottingham, Ng7 2rd,

Bibliografia

• Creedy, D.P., Saghafi, A., Lama, R., 1997. Gas Control in Underground Coal Mining" IEA Coal Research.
• Anon. 1995. ECSC, Final Report "Lateral Stress Relief for Long wall Access and Trunk Roadways" (Ref 7220-AB/834k, 1995).
• Anon. 2004. ECSC, Final Report "Improved Roadways and Face End Support Techniques" (Ref 7220/PR115, 2004).
• Itasca Consulting Group Inc., "FLAC Version 4 Users manual", Itasca, Consulting Group, Inc., Minneapolis, 2000.
• Truman, R., 1990. A Finite Element Analysis fro the Establishment of Stress development in Coal Mined Caved Waste" Mining Science and Technology, No. 10, p. 247-252.
• Thin, I.G.T., Pine, R.J., Trueman, R., 1993. "Numerical modelling as an aid to the determination of the stress distribution in the goaf due to longwall coal mining" Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr., Vol. 30, p. 1403-1409.
• Yavuz, H., 2004. "An Estimation Method for Cover Pressure Re-Establishment Distance and Pressure Distribution in the Goaf of Longwall Coal Mines". Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr. Vol. 41, p. 193 to 205.
• Bull, J.W., 2003. "Numerical Analysis and Modelling in Geomechanics" Spoon Press.
• British Standard 1387:1985 "Specification for Screwed and Socketed Steel Tubes and Tubulars and for Plain End Steel Tubes Suitable for Welding or for Screwing to BS 21 pipe Threads".