Surface subsidence and rate of its increaments based on measurements and theory

• Autorzy: Kowalski A.

Warianty tytułu

PL

Obniżenia powierzchni i prędkości ich narastania na podstawie pomiarów i teorii

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper contains an analysis of investigations in to surface subsidence above a mined longwall coal-face. It is based on the results of surveys, in the context of the defined parameters of the Budryk-Knothc theory, comparison of measured and calculated deformation values and the prediction of the rate of the variable subsidence of the surface consequent upon face advance and stoppages, with the use of a new general time function.

PL

Treścią referatu jest analiza wyników geodezyjnych pomiarów deformacji powierzchni zaobserwowanych nad przemieszczającymi się frontami eksploatacyjnymi w Kopalni Węgla Kamiennego Kazimierz-Juliusz ze zmienną prędkością i z przerwami, ich konfrontacja z obliczonymi obniżeniami i prędkościami ich narastania przy zastosowaniu teorii Budryka-Knothego i nowej uogólnionej funkcji czasu zaproponowanej przez autora (wzór 6 i rys. 6). Do prognozowania deformacji powierzchni przyjmuje się dotychczas najczęściej eksploatację prowadzoną w sposób ciągły i ze stałą prędkością. W praktyce przerwy eksploatacyjne są nieuniknione. Są to przerwy wynikające głównie z dni wolnych od pracy (soboty i niedziele oraz inne święta), technologiczne oraz nieprzewidywalne (spowodowane zagrożeniami naturalnymi występującymi w czasie eksploatacji lub awariami urządzeń). Ogólne uwagi dotyczące niekorzystnego wpływu przerw eksploatacyjnych na deformacje górotworu i powierzchni terenu oraz powstawanie uszkodzeń obiektów budowlanych pojawiły się dotychczas sporadycznie w literaturze zagranicznej i polskiej. Pierwsze polskie doświadczenie z wpływu dużych prędkości frontu eksploatacyjnego (v >120 m/miesiąc lub v> 6 m/dobę) na deformacje powierzchni przedstawiono w pracach: Kowalski (1993, 1999), Kwiatek, Kowalski, Jędrzejec (1994), Kwiatek i in. (1997), Dubiński i in. (1999), Kowalski, Jędrzejec (2000). Dotyczyło ono eksploatacji kopalni Staszic prowadzonej ścianami 1002 i 1003 w pokładzie352, z prędkościami do 12,2 m/dobę. Wynikało z niego, że nieregularna prędkość eksploatacji powoduje nieregularność narastania deformacji, wyraźnie zaznaczają się wpływy przerw eksploatacji w prędkości narastania deformacji, występują fluktuacje deformacji w stosunku do wartości średnich. Wyznaczono opóźnienie ujawniania się deformacji powierzchni występujące od chwili wyeksploatowania elementu pokładu. Nie wystąpiło istotne zmniejszenie maksymalnych deformacji nieustalonych w stosunku do ustalonych. Przedmiotem analizy jest eksploatacja z zawałem stropu warstwy przystropowej pokładu 510, kolejno ścianami 255, 256 i 257 (rys. l) w partii złoża, które dotychczas nie było eksploatowane. Górotwór nad pokładem 510 stanowią utwory karbońskie oraz czwartorzęd. Czwartorzęd ma miąższość 30-40 m. Skały karbońskie, ze względu na własności ich deformowania się, można scharakteryzować jako średnio zwięzłe. Rozciągłość pokładu jest w kierunku W-E, upad pokładu wynosi 4-6^{o. Grubość eksploatowanej warstwy wynosiła średnio 3,35 m, głębokość średnio 435 m. Prędkości frontu eksploatacyjnego w dni robocze wynosiły do 3,75 m/dobę. W soboty, niedziele i święta eksploatacji nie prowadzono. Średnie postępy ściany 256 wynosiły 2,3, a ściany 257 - 1,66 m/dobę (we wszystkie dni miesiąca). Postępy frontu ściany 257 w okresie od 6.04 do 11.06.1999 r. (odpowiadającym zagęszczonym pomiarom) przedstawiono na rysunku 5c. Długość ściany 256 wynosiła 160 m, a ściany 257 - 190 m. Linia pomiarowa składa się z 39 punktów rozmieszczonych w przybliżeniu wzdłuż linii prostej w odległościach co około 35 m (rys. l). Na linii tej wykonywano pomiary wysokościowe niwelacją precyzyjną i pomiary długości w następującym zakresie: 29 cykli obniżeń i odkształceń poziomych na całej linii pomiarowej (punkty 301-339), w odstępach od 2 tygodni do 3 miesięcy, 67 cykli obniżeń 12 punktów 317-328, w odstępach jednego dnia od 6.04. do 11.06.1999 r. Na rysunkach 2 i 3 przedstawiono wybrane wyniki pomiarów, obrazujące ustalone (asymptotyczne) obniżenia i odkształcenia poziome wzdłuż linii, dla następujących zakresów eksploatacji: l) po wyeksploatowaniu ścian 255 i 256, 2) spowodowane eksploatacją ściany 257, 3) sumaryczne po wyeksploatowaniu ścian 255-257. Na rysunkach 4 i 5 przedstawiono wykresy obniżeń (wybranych do analizy) dwóch punktów nr 3 16 i 320, usytuowanych w przybliżeniu nad środkami aktywnych powierzchni ścian eksploatacyjnych 256 i 257 (po uwzględnieniu obrzeża eksploatacyjnego). Dni okresowego występowania zmniejszonych prędkości narastania obniżeń odpowiadają dniom przerw w eksploatacji z opóźnieniem 1-3 dni (rys. 5b i 5c). Wyznaczono parametry teorii: współczynnik ksploatacyjny, parametr górotworu, obrzeże eksploatacyjne, przy zastosowaniu metody najmniejszych kwadratów, przez dopasowanie niecek teoretycznych do pomierzonych, a także współczynnik proporcjonalności. Na rysunkach 2 i 3, przedstawiono pomierzone i obliczone obniżenia i odkształcenia poziome wyznaczonych dla parametrów teorii. Z porównania pomierzonych i obliczonych obniżeń i odkształceń poziomych w rejonach nad eksploatacją i jej sąsiedztwie wynika duża ich zgodność jakościowa i ilościowa. Różnice między pomierzonymi i obliczonymi deformacjami występują w rejonach nad calizną, w odległościach większych od 0,2 H. Identyfikując wyznaczone współczynniki czasu z prędkościami eksploatacji, w rejonie linii pomiarowej, stwierdza się ich zależność od prędkości eksploatacji. Wyznaczono parametry nowej uogólnionej funkcji czasu (wzór 6 i rys. 6). Jeśli parametry funkcji czasu wyznaczane są z pomiarów obniżeń, a w toku obliczeń nie uwzględniono obrzeża od strony przemieszczającego się frontu eksploatacyjnego, opoźnienie składa się z czasu przejścia frontu eksploatacyjnego na odcinku obrzeża oraz "właściwego" opóźnienia. Jeśli natomiast uwzględniono to obrzeże odzwierciedla "właściwe" opóźnienie. Wyznaczone opóźnienie zinterpretowano na rysunkach 5b i c. Na rysunku 7 przedstawiono obliczone prędkości obniżeń punktu 320 stosując uogólnioną funkcję (6) dla wyznaczonych parametrów. Najważniejsze wnioski artykułu: wykazano, że dla tych samych warunków geologiczno-górniczych wartość współczynnika czasu c Knothego z równania (5) zależy od prędkości eksploatacji. Wykonane pomiary wykazały wpływ przerw w eksploatacji na kształtowanie się deformacji powierzchni także dla małych prędkości frontu eksploatacyjnego, wynoszących około 50 m/miesiąc. Jeśli przyjmiemy, że czas przejścia wpływów natychmiastowych przez górotwór wynosi około 1-3 dni, to czas przejścia frontu eksploatacyjnego na odcinku obrzeża p wynosi około 28 dni. Stosując uogólnioną funkcję czasu (6) do prognozowania deformacji powierzchni spowodowanych eksploatacją prowadzoną z przerwami prognozuje się deformacje, które zgadzają się z pomiarami. Artykuł został opracowany na podstawie pomiarów wykonanych przez pracowników Działu Mierniczo-Geologicznego K WK Kazimierz-Juliusz Sp. z o.o., pod kierunkiem mierniczego górniczego Jacka Sobczyka, za co składam Wykonawcom uznanie i podziękowanie.}

Słowa kluczowe

EN

rock mass; mining with stoppages; transient surface deformations; description of phenomenon

PL

górotwór; eksploatacja górnicza z przerwami; nieustalone deformacje powierzchni; opis zjawiska

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2001
• Tom: Vol. 46, nr 4
• Strony: 391--406
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., wykr.

Twórcy

autor

Kowalski A.

• Główny Instytut Górnictwa, 40-166 Katowice, Plac Gwarków 1