The influence of the form of a salt mine on the displacement of the ground surface

• Autorzy: Kortas G.

Warianty tytułu

PL

Wpły formy kopalni soli na przemieszczenia powierzchni

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Relations between form structure of multi-level, room and pillar salt mine and ground surface displacement distribution were found on the base of numerical model researches. It was noticed that the displacement distribution depends on structure slenderness which influences rock mass conditions of equilibrium and volumetric strains. For a mininig field represented by 2D + t model relations between though surface in vertical cross-section and aerial convergence of all chambers were defined. The 2D + t viscous-elastic model of the rock mass were applied in FEM model researches.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań modelowych przeprowadzonych dla określenia związków formy kopalni soli z przemieszczeniami na powierzchni terenu. Badania przeprowadzono w oparciu o symulacje komputerowe zachowania się ośrodka sprężysto-lepkiego z potęgowym prawem pełzania. Kopalnię odwzorowuje w tym modelu modularnymi strukturami, w których zachowane są stałe wymiary komór, filarów i półek, natomiast różnicuje się liczbę poziomów i komór tworzących poziom. Parametrem geometrycznym formy takich struktur jest ich smukłość A, wyrażająca stosunek wymiaru pionowego kopalni do wymiaru poziomego. Symulacje zachowania się modelu w czasie przeprowadzono metodą numeryczną przy zastosowaniu MES. Wyznaczano przemieszczenia na wszystkich ścianach komór oraz na linii odpowiadającej w modelu 2D + t powierzchni terenu. Badania przeprowadzono kodem metody elementów skończonych COSMOS/M. Zachowano przemieszczeniowe warunki brzegowe i litostatyczny stanu naprężeń pierwotnych jako warunek początkowy. Przykład modelu geometrycznego MES przedstawiono na rys. I, a formy badanych struktur pokazano na rys. 4. Zachowanie się struktury charakteryzują przemieszczenia ścian komór. Określa się je konwergencją względną poziomą C;" pionową C;h i konwergencją powierzchniową poszczególnych komór C;sh lub wielkością [...] wyrażającą konwergencję powierzchniową kopalni. W tablicy I i na rys. 2 i 3 pokazuje się zbieżność wartości <:K jednoszeregowych struktur poziomych i pionowych i zróżnicowanie odpowiadających im profili niecek osiadań. Z zasady zachowania masy wynika, że w nieściśliwym ośrodku względna powierzchnia obniżeń profilu niecki <:N = PNIPK - gdzie PK jest powierzchnią komór - równa się względnej konwergencji powierzchniowej <:K (rozdz. 3). Wskaźnikiem ruchu górotworu w bliskim otoczeniu komór jest względny przyrost powierzchni /;s na brzegu zewnętrznym struktury. Wraz z przybliżaniem brzegu struktury do wyrobisk <:s ---> <:K' Z oddalaniem się od wyrobisk, brzeg struktury dąży do zewnętrznych krawędzi modelu, a <:s ---> <:N' W ściśliwym górotworze solnym o module ściśliwości C stosunek <:NgK= a określa odkształcalność ośrodka, a < l. Wartość a zmniejsza się ze wzrostem smukłości struktury. Zależność od smukłości ). względnych konwergencji powierzchniowych komór <:K i względnych powierzchni profilu niecki <:N badano dla dwóch wartości modułu ściśliwości 1,25GPa i l2,5GPa. Wyniki przedstawiono na rys. 5 i 6. Ze spadkiem). funkcja a(A) dąży do l. Związek powierzchni niecki i konwergencji komór w pierwszym przybliżeniu aproksymować można funkcją logarytmiczną funkcją (2), w której współczynnik p zależy od ściśliwości ośrodka. Ze wzrostem smukłości A rośnie udział przemieszczeń poziomych i następuje spadek przemieszczeń pionowych (rys. 8). W strukturach o wybitnie horyzontalnych (o małej smukłości) przemieszczenia poziome powstają przy dominacji ruchu górotworu w kierunku pionowym, w strukturach wybitnie wertykalnych (o dużej smukłości), przemieszczenia pionowe powstają przy dominacji poziomego ruchu górotworu (rys. 9). Reasumując stwierdzono, że podstawowym parametrem niecki jest jej objętość, a w przestrzeni 2D - powierzchnia obniżeń, wyrazić ją można przez wielkość względną, czyli stosunek jej do objętości wyrobisk. Parametrem charakteryzującym związek konwergencji z osiadaniami powierzchni jest parametr a, który jest miarą odkształceń objętościowych w górotworze. Związek konwergencji z osiadaniami wyraża funkcja logarytmiczna (2). Przyczyną zróżnicowania zachowania się powierzchni terenu są odmienne warunki równowagi wynikające z formy kopalni.

Słowa kluczowe

EN

ground surface displacements; subsidence trough; convergence; salt mine; elastic-viscous body; FEM

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 52, no 1
• Strony: 107--120
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kortas G.

• Strata Mechanics Research Institute of Polish Academy of Sciences; Ul. Reymonta 27, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• Bekendam R.F. et al., 2000. Prediction of time - dependent subsidence, 8th World Salt Symposium, Elsevier Amsterdam.
• Breunese J.N. et al., 2003. Observation and prediction of the relation between salt creep and land subsidence in solution mining, Tech. Conf. SMRI Chester, UK.
• Brouard B., Berest P., 1999. A tentative classification of salt according to their creep properties, Ecole Politech. Lab. de Mines des Solides France.
• Cole Ralph, 2002. Geo-mechanical analysis of pressure limits for thin bedded salt caverns, Tech. Conf. SMRI Banff, Canada.
• Filcek H., Tajduś A., Walaszczyk J., 1994, Metody komputerowe w geomechanice górniczej (Computer methods in geomechanics), Śląskie Wyd.Tech. Katowice 1994, p. 104-108, 223-229.
• Kortas G., 2001, Konwergencja jako miara zaciskania wyrobisk komorowych, (Convergence as the measure of room closure), Przegląd Górniczy, no. 6/2001.
• Kortas G., 2004. Ruch górotworu i powierzchni w otoczeniu zabytkowych kopalń soli, (The rock mass movement In surroundings of monumental salt mines), IGSMiE PAN, Kraków 2004, p. 46-136.
• Kortas G., 2006a. Distributions of Convergence in a Modular Structure Projecting a Multi-Level Salt Mine, Archiwum Górnictwa, 2006 in press.
• Kortas G., 2006b, Unusual Rock Mass Movement Caused by Solution Mining of Salt Dome, GeokinematisheTag, Procc. of Conf. Freiberg V/2006.
• Kortas G., M a j A., 2005. Estimation of stresses around underground petroleum storage in hardly recognized geological and mining conditions in salt dome, A.A.Balkema Publishers, Pocc.Int.Symp. ISRM Eurock, p. 269-274.