An investigation of subsidence effect on waste dump stability in Soma-Eynez coal field, Turkey

• Autorzy: Onargan T. , Kose H. , Pamukcu C. , Kincal C.

Warianty tytułu

PL

Badanie skutków osiadania na stabilność hałd w zagłębiu węglowym Soma-Eynez w Turcji

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This research paper deals with an area of subsidence monitored in association with sliding waste dump in Soma-Eynez colliery that is located in westen Turkey. Soma lignite basin is a predominant lignite source that accounts for one third of the total coal production of Turkey. In our case, the initial subsidence was observed after a heavy rain in December, 1992 and took the form of a collapse beneath a Road surface on the west side of the permit area. Subsidences continued in the field until the underground coal mining activity was ceased in 1998. Besides, putting the situation in a more complicated nature, landslide occurred within the spoil tip which is located at the very east of the subsidence field, and the spoil tip material moved to the west covering top of the northeastern boundary of subsidence areas. In this case, a complex geomorphological landform arose which is called the "subsidence + landslide influence zone". The accurate position of this boundary was crucial to find out the active influence angle. Pertaining to the determination of the subsidence boundary, three different methods were employed and the obtained results were correlated with each other. In the initial method, the possible contact plane in the area was drawn by means of mapping of the subsidence fractures since it was very important to distinguish the morphology that was affected from the movements of masses. The second method was the measurement method of movement magnitude on caliper bars. While no movement was observed on some caliper bars, motion was recorded at some others. Thus, the northeastern boundary of the subsidence area could be embedded between active and inactive caliper bars. In the latter technique, stability analysis utilizing the related software was conducted. The horizontal distance (x-distance of sliding material toward the west direction) could be identified by changing the values of groundwater level, spoil tip angle and the height of spoil tip on relevant computer software. The total combination of 80 analyses were performed at bench heights of 50, 40 and 20 m for the spoil tip comprising slopes of 37,5%, 40%, 42,5% and 60%. As a result of these analyses, maximum and minimum x-distances were determined as 600 m and 510 m, respectively. Provided that the ground point (horizontal distance of 510 meters) obtained from the stability analysis is considered in association with the coal production limits underground, the active break angle is obtained nearly 34°. In case the horizontal distance is prospected as 600 m, the value of the active break angle seems to exceed 40°. In his situation, the possible contact plane in the area, which was covered with the landslide material belonging to the spoil tip could be drawn near the point of 510 meters because this distance tends to yield a much coherent break angle with the afore mentioned literature survey. Moreover, landslide is proven to have occurred by the flow of spoil tip material over plastic grayishgreen clay belonging to the P1 formation. Having defeated the fricitional force at the contact of waste and clay, the marl-limestone blocks slid in the western direction at an angle of 13° in which the slide plane looks more linear than the shape of a bowl.

PL

Artykuł przedstawia badania wielkości strefy osiadania monitorowanej w związku z osunięciem się składowiska (hałdy) w kopalni Soma-Eynez w zachodniej części Turcji. Zagłębie lignitów w Soma-Eynez jest głównym źródłem lignitu w Turcji, stanowiąc jedną trzecią całkowitej produkcji węgla w tym kraju. W naszym przypadku początkowe osiadanie gruntu zaobserwowano po większych deszczach w grudniu 1992 roku. Proces osiadania przyjął formę załamania pod powierzchnia drogi w zachodniej części terenu użytkowanego przez kopalnię. Osiadanie na tym terenie postępowało nadal, a w 1998 zaprzestano w tym regionie podziemnej działalności górniczej. Sytuacja dodatkowo skomplikowała się gdy nastąpiło osunięcie wierzchołka hałdy zlokalizowanej we wschodnim krańcu niecki osiadania a osuwający się materiał hałdy przemieścił się w kierunku zachodnim, zajmując północno-zachodnią granicę strefy osiadania. W tym miejscu powstały niezwykle złożone formacje geomorfologiczne, określane jako strefa osiadania i wpływów osuwisk. Precyzyjne określenie granicy tej strefy miało pierwszorzędne znaczenie dla znalezienia efektywnego kąta wpływu eksploatacji. W celu określenia granic strefy osiadania zastosowano cztery wzajemnie skorelowane metody. W metodzie początkowej rysuje się możliwą płaszczyznę kontaktu poprzez rzutowanie załamań powstałych wskutek osiadania, ponieważ należy wyróżnić formacje które zostały naruszone przez ruchy górotworu. Druga metoda polega na pomiarach wielkości przemieszczeń dokonywanych za pomocą taśm mierniczych. W niektórych przypadkach nie notowano żadnych przemieszczeń na jednym przymiarze, za to notowano je na pozostałych. W ten sposób północno-wschodnia granica strefy osiadania może zawierać się pomiędzy aktywnymi i nieaktywnymi przymiarami. W trzeciej metodzie położenie pęknięć powstałych wskutek osiadania definiuje się w oparciu o metody sejsmiczne stosowane w geofizyce. Następnie łączy się wszystkie punkty krańcowe zdefiniowanych pęknięć i oblicza efektywny kata pękania (w tym przypadku jest to 34o). W ramach obliczeń przeprowadzanych tą metodą dokonano także analizy stabilności z użyciem specjalistycznego oprogramowania. Odległość pozioma (x - odległość w kierunku poziomym osuwającego się materiału przemieszczającego się w kierunku zachodnim) określić można poprzez zmianę takich parametrów jak: poziom wód gruntowych, kąt zsypu i wysokość wierzchołka hałdy w programie komputerowym. Łącznie przeprowadzono 80 analiz dla poszczególnych wysokości ławy: 59, 40 i 20 m od wierzchołka hałdy, dla nachylenia: 37.5%, 42.5% i 60%. W wyniku badań obliczono maksymalne i minimalne odległości (x = 600 m i x = 510 m). Zakładając, że punkt terenu określony współrzędną poziomą x = 510 m uzyskany w wyniki analizy stabilności zostanie przeanalizowany z uwzględnieniem limitów wydobycia węgla pod ziemią, to otrzymujemy kąt wpływu eksploatacji 34o. W przypadku gdy rozważana odległość w kierunku poziomym wyniesie 600 m, wartość kąta wpływu przekraczać będzie 40o. W tym przypadku możliwa płaszczyzna kontaktu w tym regionie, pokryta przez materiał przemieszczającej się hałdy, zbliży się do punktu x = 510 m. Odległość ta jest parametrem który znacznie lepiej przybliża kąt wpływu eksploatacji niże uprzednio wymienione metody, cytowane w literaturze przedmiotu. Ponadto, wykazano, że osunięcie terenu odbyło się poprzez płynięcie materiału wierzchołka hałdy po plastycznym podłożu z szaro-zielonej gliny, należącej do formacji P1. Po pokonaniu sił tarcia w strefie kontaktowej pomiędzy materiałem hałdy a gliną, bloki marglowe i wapienne przesuwać się będą w kierunku zachodnim pod kątem 13°, a płaszczyzna zsypu okaże się bardziej liniowa niż kształt niecki.

Słowa kluczowe

EN

subsidence; landslide; underground excavation; coal; geophysics; slope stability

PL

osiadanie; osuwisko terenu; górnictwo podziemne; węgiel; geofizyka; stabilizacja zbocza

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 54, no 4
• Strony: 687--707
• Opis fizyczny: Bibliogr. 44 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Onargan T.

autor

Kose H.

autor

Pamukcu C.

autor

Kincal C.

• Dokuz Eylul University, Dept. of Mining Engineering, 35160, Buca - Izmir/Turkey

Bibliografia

• Aksoy C.O., Köse H., Onargan T., Koca, Y., Heasley K.,2004. Estimation of limit angle using laminated displacement discontinuity analysis in the Soma coal field, western Turkey. IJRM 41, Elsevier, 547-556.
• Aksoy C.O., 2002. Numerical modeling for the recovery of protecting pillars in Soma district. Ph.D. Thesis, Dokuz Eylul Univ. Graduate Sch. of Nat. and Appl. Sci., Turkey, 97-101.
• Arni P., 1942. The geological report about Soma Lignite. The General Directorate of Mineral Research and Exploration Report. No.1360.
• ASTM (Am. Soc. Testing Mater.), 1990. Annual book of ASTM Standards – soil and rock. Geosynthetics. ASTM Publ., Section 4, Construction, Vol. 04.08.
• Bell F.G., Culshaw M.G., Moorlock B.S.P., Cripps J.C., 1992. Subsidence and ground movements in chalk. Bulletin of the International Association of Engineering Geology, No: 45, 75-82, Paris.
• Biron C., Arıoğlu E., 1983. Design of supports in mines. John Wiley & Sons, New York, USA.
• Bishop A.W., 1955. The use of the slip circle in the stability analyses of slopes. Geotechnique, 5, 7-17.
• Brinkmann R., 1970. The geology of Soma Mountains. The General Directorate of Mineral Research and Exploration Report.
• Cetin A., 1980. The geology of the lignite bearing Neogene area. The General Directorate of Mineral Research and Exploration Report.
• Darici M., Sevinçoğlu N., Tan T., 1985. Manisa-Soma Lignite Basin - the report of Tarhala sector. The General Directorate of Mineral Research and Exploration Report.
• Dejean M.J., Martin F., 1973. Amplitude of subsidence of underground openings subject to the influence of mining adjacent and below. Proc. Of Symp. On Subsidence in Mines, Wollongong, Australia. 4/1, 4-5.
• Frankham B., Mould G., 1980. Mining subsidence in NSW-recent developments. Proceedings of the Aust. IMM Conference, May, New Zealand, 23-25.
• Gencer Z., 1997. Briquetting and practice in Turkey. Coal Technology and Use Seminar IV. Istanbul.
• Göktunalı K., 1959. The geology of Soma-Eynez vicinity. The General Directorate of Mineral Research and Exploration Report.
• Gürsoy M.E., Ertürk I., 1989. The geological report of Soma-Eynez (No.PRT.1216) area. The General Directorate of Mineral Research and Exploration Report.
• Gürsoy M.E., Sevincoglu N., 1992. The salaried drill studies made for TKİ in Manisa-Soma-Isiklar Sector in 1990-1991. The General Directorate of Mineral Research and Exploration Report (unpublished).
• Gürsoy M.E., Ünal D., Tan T., Sun S., Karahan Ç., Aydın H., Ertürk I., Gündüz, Ö., 1993. Aegean Region Directorate of Mineral Research and Exploration Coal Inventory. E.3. 182, (unpublished).
• Hayr K., 1955a. The study including scale of 1/10000 map. The General Directorate of Mineral Research and Exploration Report. No.3016.
• Hayr K., 1955b. The geology of Eynez vicinity. The General Directorate of Mineral Research and Exploration Report. No.2485.
• Hayr K., 1955c. The geology of Soma-Deniş-Evciler vicinity. The General Directorate of Mineral Research and Exploration Report. No. 2459.
• Hazine H.I., 1977. A study of the development of surface strains produced by mining subsidence. Master of Philosophy Thesis, University of Nottingham.
• Holla L., 1985. Mining subsidence in New South Wales. 1st Surface subsidence prediction in the southern coalfi eld. Dept. of Mineral Resources, Australia, 110-113.
• Horsfield D.W., Stacey P.F., Stokes A.W., 1990. Spoil pile stability in the Canadian prairic coal mine region. Mine Planning and Equipment Selection, Balkema, Rotterdam, 385-392.
• Howell R.C., 1979. Proposed coal pillaring procedure using concrete containing coal refuse. AIME Transactions, 266, 6-8.
• Inaner H., Nakoman E., 1993. Lignite deposits of the Western Turkey. 6th Congress of the Geology of Aegean. Bulletin of the Geological Society of Greece. Vol. XXVIII, No.2, 493-505.
• Inaner H., Nakoman E. 1997. Turkish lignite deposits. from Gayer R., Pesek J. (eds), 1997. European Coal Geology and Technology, Geological Society Special Publication, No: 125, 77-99.
• Janbu N., 1954. Application of composite slip circles for stability analysis. Proc. of European Conf. on Stability of Earth Slopes, Stockholm, 3, 43-49.
• Kleinsorge H., 1941. The geology of Manisa-Soma Basin. The General Directorate of Mineral Research and Exploration Report. No.5.
• Köse H., Onargan T., 1991. Ground control and subsidence at underground mines (In Turkish), D.E.U. Publication Number. 215, 50, Izmir-Turkey.
• Köse H., Onargan T., Koca M.Y 1999. Technical report over the determination of production boundaries of Hustas Coal Mine (in Turkish). Dokuz Eylul Univ. Eng. Fac., Izmir, Turkey.
• Leonards G.A. (ed), 1962. Foundation engineering. Mc Graw-Hill Book Inc., 136.
• National Coal Board, 1975. Subsidence Engineering Handbook. London.
• Nebert K., 1960. The geology of Bakırcay-Soma region. The General Directorate of Mineral Research and Exploration Report. (unpublished).
• Nebert K., 1978. Lignite bearing Soma Neogene region, western Anatolia. The General Directorate of Mineral Research and Exploration Review. Issue 90, 20-70.
• Nieto A.S., Stump D., Russell D.G., 1983. A mechanism for sinkhole development above brine cavities in the Windsor-Detroit area. 6th Intern. Symp. On Salt, Intern. Salt Institute, 351-367.
• Okagbue C.O., 1987. Stability of waste spoils in an area of strip-mine geological and geotechnical considerations. Earth Surface and Landforms 12, 289-300.
• Orchard R.J., 1957. Prediction of the magnitude of surface movements. Colliery Engineer, 34, 455-462.
• Perz F., 1957. A new method of expressing the mathematical relationship governing the formation of subsidence troughs above mine workings. Proc. Of European Congress on Ground Movement, University of Leeds.
• Pöttgens J.E., 1979. Ground movements by coal mining in the Netherlands. International Engineering Foundation Conferences, Pensacola Beach. American Society of Civil Engineers, 267-282.
• Sovinc I., Haas W., Ribicic M., 1982. Prediction and evaluation of subsidence above a thick coal seam. Proc. Of Intnl. Conference Numerical Models in Geomechanics. Rotterdam: Balkema.
• Stead D., Singh R., 1989. Loosewall stability in United Kingdom surface coal mines. Canadian Geotechnical Journal, 26, 235-245.
• Ulusay R., Doyuran V., 1993. Characteristics of a multiple retrogressive failure in a coal mine in southwest Turkey. Engineering Geology 36, 79-89.
• Wagner H., Schumann H.R., 1991. Surface effect of total coal seam extractions by underground mining methods. Journal of SAIMM, 91, 221-231.
• Zilavy B., 1968. Volvy Poddolovania. Nakladatelstvo Bratislava.