Numeryczna symulacja procesu zapadliskowego w warunkach geologicznych i górniczych niecki bytomskiej na terenie pogórniczym płytkiej eksploatacji złóż rud metali

• Autorzy: Krawiec K. , Pilecki Z.

Warianty tytułu

EN

Numerical simulation of a sinkhole-forming process under geological and mining conditions of the Bytom syncline in the area of shallow mining of metal ore deposits

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono sposób symulacji numerycznej procesu zapadliskowego w warunkach geologicznych i górniczych niecki bytomskiej na obszarze Górnego Śląska. Teren ten był przedmiotem intensywnej płytkiej eksploatacji złóż rud metali do lat osiemdziesiątych XX w. oraz nadal podlega wpływom głębokiej eksploatacji pokładów węgla. Do tej pory w niektórych rejonach występują zapadliska aktywizowane głównie intensywnymi opadami atmosferycznymi, wiosennymi roztopami pokrywy śnieżnej lub eksploatacją pokładów węgla. Przedstawiona symulacja numeryczna rozwoju strefy zniszczenia w stropie pustki składa się z czterech podstawowych etapów od redystrybucji naprężenia w wyniku wytworzenia pustki do ujawnienia się zapadliska na powierzchni terenu. Charakterystycznym i nowym rozwiązaniem jest sposób deklaracji w symulacji numerycznej kształtu strefy zniszczenia w stropie pustki i kryteriów jej propagacji ku powierzchni terenu. W symulacji procesu zapadliskowego przyjęto, że rozwój zniszczenia zachodzi wewnątrz strefy naprężenia rozciągającego i niewielkiego naprężenia ściskającego w polu naprężenia pionowego. Maksymalny zasięg strefy zniszczenia jest określony przez kształt pola naprężenia pionowego przy założeniu braku wytrzymałości na rozciąganie ośrodka. Wykonane symulacje dla budowy i właściwości górotworu charakterystycznego dla rejonu silnie zagrożonego potwierdzają możliwość wystąpienia zapadliska na powierzchni terenu. Symulacje przeprowadzono w ośrodku ciągłym sprężysto-plastycznym z osłabieniem za pomocą programu FLAC 2D v. 7.0.

EN

This work presents the methodology of a numerical simulation of the sinkhole-forming process under geological and mining conditions of the Bytom syncline in the Upper Silesian Coal Basin. Intensive, shallow mining of metal ore deposits was carried out until the 1980s in that area, which is still influenced by the deep exploitation of hard coal seams. Sinkholes still occur in this region and are activated mainly due to intense precipitation, the spring thaw of snow or the mining of hard coal. The presented numerical simulation of the development of the sinkhole-forming process in the void roof is composed of four basic stages, from stress redistribution as a result of void formation to the appearance of a sinkhole on the surface of the terrain. The distinctive new solution presented in this work is based on the methodology of determination, by numerical modeling, of the shape of the damage zone in the void roof and the criteria of its propagation to the surface of the terrain. Development of the damage zone, in simulations of the sinkhole-forming process, occurs within the zone of tensile and small compressive stress in the vertical stress field. The maximum extent and shape of the damage zone is determined by the shape of the vertical stress field in the void roof, assuming lack of tensile strength in the rock mass. Simulations performed under the conditions of the rock mass structure and properties characteristic for the highly endangered region confirm the possibility of sinkholes occurring on the terrain surface. Simulations were carried out in the elastic-plastic weakening medium using FLAC 2D v. 7.0.

Słowa kluczowe

PL

modelowanie numeryczne; zapadlisko; sklepienie naprężenia; eksploatacja rud metali; Górnośląskie Zagłębie Węglowe

EN

numerical modelling; shallow exploitation of metal ore deposits; sinkhole process; arch stress; Upper Silesian District

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Technika Poszukiwań Geologicznych
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 51, nr 1
• Strony: 47--60
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Krawiec K.

autor

Pilecki Z.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ul. J. Wybickiego 7, 31-261 Kraków

Bibliografia

• [1.] BARLA G., BOSHKOV S., PARISEAU W., 1980 — Numerical modeling of block caving at the Grace Mine. Geomechanics applications in underground hardrock mining, Turyn, Włochy, s. 241–256.
• [2.] CAŁA M., JARCZYK M., POSTAWA J., 2004 — Numeryczna analiza możliwości utraty stateczności wyrobisk zlokalizowanych na niewielkiej głębokości. Górnictwo i Geoinżynieria, R. 28, z. 4/1, s. 69–78.
• [3.] CAUDRON M., EMERIAULT F., KASTNER R., AL HEIB, M., 2006 — Collapse of underground cavities and soil – structure interactions: Experimental and numerical models. Proc. of the 1st Euro-Mediterranean Symposium on Advances in Geomaterials and Structures, Hammamed, Tunisia, s. 311–316.
• [4.] FLORES H., KARZULOVIC A., 2002 — Geotechnical guidelines for a transition from open pit to underground mining. Report to International Caving Study (niepublikowane).
• [5.] HOEK E., 2007 — Practical rock engineering, http://www.rockscience.com.
• [6.] HOEK E., DIEDERICHSM. S., 2006—Empirical estimation of rock massmodulus. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 43, s. 203–215.
• [7.] LLOYD P.W., MOHAMMAD N., REDDISH D.J., 1997 — Surface subsidence prediction techniques for UK coalfields – an innovate numerical modeling approach. Proc. of 15th Mining Congress of Turkey, Red. Guyaguler T., Ersayn S., Bilgen S., Ankara, Turcja, May 6–9, s. 111–124.
• [8.] LORIG L., 2000 — The Role of Numerical Modelling in Assessing Cavability. Itasca Consulting Group, Inc., Report to the International Caving Study, ICG00-099-3-16, October 22–25 (niepublikowane).
• [9.] LORIG L., BOARD M., POTYONDY D., COETEE M., 1995—Numerical modeling of caving using continuum and micro-mechanical models. Proc. of CAMI’95 Canadian Conference on Computer Applications in the Mining Industry, Montreal, Qebec, Kanada, October 22–25, 1995, s. 416–424.
• [10.] PALMA R., AGARWAL R., 1973 —A study of the cavability of primary ore at the El Teniente Mine. Technical Report from Colombia University, New York, (niepublikowane).
• [11.] PIERCE M., LORIG L., 1998 — FLAC3D Analysis of Cavability of the Northparkes E26 Lift 2 Orebody. Itasca Consulting Group, Inc., Report to Northparkes Mines, Parkes, NSW, Australia, November 1998 (niepublikowane).
• [12.] PIERCE M., YOUNG P., REYES-MONTES J., PETTITT W., 2006 — Six Monthly Technical Report, Caving Mechanics, Sub-Project No. 4.2: Research and Methodology Improvement and Sub-Project 4.3, Case Study Application. Itasca Consulting Group, Inc., Report to Mass Mining Technology Project, 2004–2007, ICG06-2292-1-Tasks 2-3-14, March.
• [13.] PILECKI Z., 2002 — Model geotechniczny górotworu dla potrzeb budowy tunelu drogowego w utworach fliszu karpackiego. Publ. Inst. Geophys. Pol. Acad. Sc. M-24 (340), s. 383–396.
• [14.] POPIOŁEK E., PILECKI Z., 2005 — Ocena przydatności do zabudowy terenów zagrożonych deformacjami nieciągłymi za pomocą metod geofizycznych. Wyd. IGSMiE PAN, Kraków.
• [15.] RECH W., LORIG L., 1992—Predictive numerical stress analysis of panel caving at the Henderson Mine. Proc. of MASSMIN’92, SAIMM, Johannesburg, s. 55–62.
• [16.] SAINSBURY B.L., PIERCE M., MAS IVARS D., 2008—Simulation of rock mass strength anisotropy and scale effects using a Ubiquitous Joint Rock Mass (UJRM) model. Proc. of the 1st International FLAC/DEM Symposium on Numerical Modeling, August 25–27, Minneapolis, USA.
• [17.] SAINSBURY B.L., SAINSBURY D.P., PIERCE M.E., 2011 — A historical review of the development of numerical cave. Proc. of the 2nd International FLAC/DEM Symposium on Numerical Modeling, February 14–16, Melbourne, Australia.
• [18.] SAŁUSTOWICZ A., 1955 — Mechanika górotworu. Bytom, Wyd. Górniczo-Hutnicze.
• [19.] THARP T.M., 1995 — Design against collapse of karst caverns. Karst Geohazards: Engineering and Environmental Problems in Karst Terrane, Red. B. F. Beck, Wyd. Balkema, Rotterdam, s. 397–406.
• [20.] VYAZMENSKY A., ELMO D., STEAD D., RANCE J., 2007 — Combined finite-discrete element modeling of surface subsidence associated with block caving mining. Proc. of 1st Canada-U.S. Rock Mechanics Symposium, May 27–31, 2007, Vancouver, Canada, s. 467–475.