The role of geo-mechanical modelling in solving problems of safety and effectiveness of mining production

• Autorzy: Kidybiński A.

Warianty tytułu

PL

Rola modelowania geomechanicznego w rozwiązywaniu problemów bezpieczeństwa i efektywności produkcji górniczej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

On the basis of the research works executed at the GIG, within the years 1960-2009, and subsequently published, the consecutive development stages of geo-mechanical modelling have been discussed - from the laboratory physical models, built of equivalent materials (in a scale of 1:50 or 1:25), through computer models (in a scale of 1:1) of the Finite Element Method, Boundary Element Method - to numerical models of continuous media (FLAC,), and of Distinct Element Method, including the Bonded Particle Model. In this respect, there have been accounted for the main technical - economic problems of underground mining, the solution of which the conducted research served. Consequently, there have been presented new, unpublished so far research result, marked out on the long numerical BPM model in a scale of 1:1 (with the measurements of vertical section of modelled coal seam, adjacent to the heading of the gallery being driven, of the size of 35 × 3,5 m) - relating to coal and methane outbursts, in the conditions of mining at large depths in the Upper Silesia Coal Basin. Special attention has been focused on the continuous, zonal (9 measuring zones) recording in the model of the variation course of specific physical characteristics of the face-adjacent part of the coal seam, whose recording possibly recording in the coal mine can provide the warning information on an approaching outburst, such as the local variable density of coal, horizontal thrust, and local destruction intensity of coal body (Sliding Fraction). There has also been discussed the role - in the outburst generation - of both free methane flowing across the unmined coal seam, and rapidly released through desorption of methane absorbed in coal. The conclusions concerning both further conducting of the research on models as well as in coal mine, and making use of research results in mining practice have been given.

PL

Na podstawie zrealizowanych w GIG w okresie 1960-2009 r., opublikowanych prac badawczych omówiono krótko kolejne etapy rozwoju modelowania geomechanicznego - od laboratoryjnych modeli fizycznych zbudowanych z materiałów ekwiwalentnych (w skali 1:50 lub 1:25) poprzez modele komputerowe (w skali 1:1) metody elementów skończonych (Finite Element Method), metody elementów brzegowych (Boundary Element Method) - do modeli numerycznych ośrodków ciągłych (FLAC) oraz metody elementów odrębnych (Distinct Element Method) - w tym spoistych modeli cząstkowych (Bonded Particle Model). Podano przy tym główne techniczno-ekonomiczne problemy górnictwa podziemnego, których rozwiązaniu służyły przeprowadzone badania. Następnie przedstawiono nowe, niepublikowane dotychczas wyniki badań na długim modelu numerycznym BPM w skali 1:1 (o wymiarach przekroju pionowego modelowanej calizny węglowej stanowiącej bezpośrednie sąsiedztwo przodka drążonego wyrobiska korytarzowego, wynoszących 35 × 3,5 m) - dotyczące wyrzutów węgla i metanu w warunkach dużych głębokości eksploatacji w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. Szczególnie skupiono uwagę na ciągłej, strefowej (9 stref pomiarowych) rejestracji w modelu zmienności przebiegu specyficznych cech fizycznych przy-przodkowej części pokładu węglowego, których ewentualnie podjęta rejestracja w kopalni może dostarczyć informacji ostrzegawczych o zbliżającym się wyrzucie, takich jak lokalna zmienna gęstość calizny węglowej, parcie poziome oraz lokalna intensywność procesu niszczenia calizny (Sliding Fraction). Omówiono również rolę - w generowaniu wyrzutu - zarówno przepływającego przez caliznę metanu wolnego jak i szybko uwalniającego się przez desorpcję metanu zaabsorbowanego w węglu. Podano wnioski dotyczące zarówno dalszego prowadzenia badań na modelach oraz w kopalni, jak i wykorzystania wyników badań w praktyce górnictwa węglowego.

Słowa kluczowe

EN

modelling; numerical models; equivalent materials; finite element method; boundary element method; distinct element method; bonded particle model; geomechanics

PL

modelowanie; modele numeryczne; materiały ekwiwalentne; metoda elementów skończonych; metoda elementów brzegowych; metoda elementów odrębnych; spoisty model cząstkowy; geomechanika

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 55, no 2
• Strony: 263--278
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Kidybiński A.

• Central Mining Institute, Pl. Gwarków 1, 40-166 Katowice, Poland

Bibliografia

• Borecki M., Biliński A., Kidybiński A., 1962a. Osiadanie stropu i ciśnienie eksploatacyjne przy zwiększonej prędkości wybierania, Przegląd Górniczy, Nr 6.
• Borecki M., Biliński A., Kidybiński A., 1962b. Wpływ prędkości wybierania na zachowanie się górotworu i obudowy, Prace GIG, Seria A, Komunikat Nr 301, WGH Katowice.
• Cundall P.A., 1971. Computer model for simulating progressive large scale movements in blocky rock systems, Proc. Symp. ISRM, vol. 1, Nancy, Francja.
• Drzewiecki J., Makówka J., 1998. Prognozy stanu zdeformowania górotworu w wyniku prowadzenia eksploatacji nowymi systemami na dużej głębokości w LGOM, Mater. Konf. „Tąpania 98”, Prace Naukowe GIG, seria Konferencje, nr 26, Katowice.
• Dubiński J., Kidybiński A., 2005. Geo-mechanical problems of deep coal and metal mines in Poland and associated research works, Journ. of Mines, Metals & Fuels, October 2005.
• ITASCA – PFC2D, 2004. Particle Flow Code in 2 Dimensions, Theory and Background, Minneapolis, USA.
• Kidybiński A., 1961. Zastosowanie modeli do badania zjawisk zachodzących w górotworze podczas prowadzenia eksploatacji, Prace GIG, Seria C, Informator o pracach GIG, Katowice, XII.
• Kidybiński A., 1962. Określenie własności wytrzymałościowych górotworu w drodze wykorzystania obserwacji modelowych, Przegląd Górniczy, Nr 12.
• Kidybiński A., 1976. Problematyka doboru właściwej obudowy wyrobisk korytarzowych w warunkach dużych ciśnień górotworu, Prace Nauk. Inst. Geotechniki Politechn. Wrocławskiej, Seria K, Nr 19-6, Wrocław, s. 167-175.
• Kidybiński A., 1989. Numeryczna metoda projektowania zabezpieczenia chodników węglowych przed uszkodzeniem spowodowanym wstrząsem lub tąpnięciem – wraz z programem na mikrokomputer IBM/PC, Konf. ”Hornika Geomechanika ‘89”, Sbornik Prednasek, vol. II, s. 276-286, Wyd: DT CSVTS, Ostrava.
• Kidybiński A., 1990. Computer-aided analysis of impact loads on roadway supports during rockbursts, In: „Rockbursts – global experiences”, Oxford & IBH Publ. House, New Delhi, p. 203-209.
• Kidybiński A., 1991. Skomputeryzowana metoda projektowania kotwienia w kopalniach węgla, Konf. Nauk.-Techn. ”Doświadczenia w zakresie stosowania obudowy kotwiowej w polskim górnictwie węglowym”, GIG, XI / 1991, Wyd. GIG.
• Kidybiński A., 1997a. Simulation of Roof-Strata Behaviour in Underground Mines and Designing of Rock-Bolting Systems, 1st International Symposium on Mine Simulation via the INTERNET, 2-13th December 1996, CD ROM (A.A. Balkema Editors).
• Kidybiński A., 1997b. Modelowanie niejednorodnej strefy odspojenia skał – jako podstawa projektów kotwienia oraz doboru obudowy podporowej, XX Zimowa Szkoła Mechaniki Górotworu, 3-7.III.1997, Szklarska Poręba, Publ: „Geotechnika Górnicza i Budownictwo Podziemne”, Dolnośl. Wydawnictwo Edukacyjne (DWE), Wrocław, s. 203-224.
• Kidybiński A., 2007. Obciążenie obudowy chodnikowej w trakcie wstrząsu górotworu – wg badań numerycznych modeli cząstkowych, Przegląd Górniczy, 4/2007, s. 9-14).
• Kidybiński A., 2008. Wskaźniki gotowości węgla do wyrzutu – wg badań spoistego modelu cząstkowego (BPM), XV Konf. ”Górnicze Zagrożenia Naturalne”, Kocierz, XI/2008, Prace Nauk. GIG, Kwartalnik GIG „Górnictwo i Środowisko”, nr VII/2008, Wyd. Specj., s. 117-126.
• Kidybiński A., 2009a. Numerical simulation of gas-and-rock outbursts as a method to determine critical values of hazard condition parameters, 33rd Conf. of Safety in Mines Research Institutes (Wisła-Jawornik, 15-18.IX.2009 r.), Prace Naukowe GIG, Quart. ”Mining & Environment”, nr 3/1/2009, s. 131-139, Wyd. GIG.
• Kidybiński A., 2009b. Zmiany gęstości węgla przyprzodkowej strefy pokładu – przed oraz podczas wyrzutu gazu i skał, Kwart. GIG (Górnictwo i Środowisko), nr 2/2009, s. 21-32.
• Kidybiński A., Babcock C.O., 1973. Stress distribution and rock fracture zones in the roof of longwallface in a coal mine, Rock Mechanics Journ. of ISRM, No. 5, p. 1-19, Springer-Verlag.
• Kidybiński A., Fuchs A., Lipa I., 1973. Skomputeryzowana metoda modelowania mechaniki górotworu dla potrzeb górnictwa, Materiały II Krajowej Konferencji Informatyki, Poznań, IV/1973, s. 215-222.
• Kidybiński A., Nierobisz A., 2004. Numeryczne modelowanie dynamiki udaru skał w obudowę, spowodowanego wstrząsem sejsmicznym lub tąpnięciem, Prace Naukowe GIG, Górnictwo i Środowisko (Kwartalnik), nr.4, s. 35-64.
• Kidybiński A., Nierobisz A., 2008. Obudowa kotwiowo-cięgnowa (OK-C) jako alternatywa obudowy ŁP, Przegląd Górniczy, nr 11/12, s. 7-13.
• Makówka J., 2002. Wpływ parametrów płaszczyzn nieciągłości na modelowane numerycznie procesy deformacyjne furty eksploatacyjnej LGOM, Materiały XXV Zimowej Szkoły Mechaniki Górotworu, Wrocław.
• Masny W., 2009. Metoda i wyniki badań przeprowadzonych na modelach numerycznych ośrodków ciągłych (FLAC) stateczności górotworu przy obciążeniach statycznym i dynamicznym, Rozdz. 5 książki pt. „Stateczność górotworu i obudowy przy łącznym obciążeniu statycznym i dynamicznym”, Wyd. GIG, Katowice, s. 174-207.
• Patyńska R., Kidybiński A., 2008. Modelowanie zjawisk gazogeodynamicznych w pokładach jednorodnych i z uskokiem, Górnictwo i Geoinżynieria (Kwartalnik AGH), r. 32, z. 1, s. 273-284.
• Potyondy D.O., Cundall P.A., 2004. A bonded-particle model for rock, Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 41, 8, p. 1329-1364.
• Zienkiewicz O.C., Cheung Y.K., 1968. The Finite Element Method in Structural and Continuum Mechanics, McGraw-Hill, London.