The studies on the results of periodical stopping of the exploitation front in the seams of mineral coal with the use of surveying methods

• Autorzy: Popiołek E. , Ostrowski J. , Sopata P. , Wójcik A.

Warianty tytułu

PL

Badania skutków okresowych zatrzymań frontu eksploatacji w pokładach węgla kmiennego z wykorzystaniem metod geodezyjnych

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Badania wpływu przestojów frontów ścianowych na przebieg przemieszczeń pionowych i deformacji powierzchni terenu zrealizowano w oparciu o pomiary geodezyjne przeprowadzone w dwóch rejonach eksploatacji pokładowego złoża węgla kamiennego. Pierwszy rejon wybrano nad eksploatacją ściany 104 (pokład 308) w obszarze górniczym kopalni "Wesoła", drugi natomiast - nad eksploatacją ściany 719 (pokład 207) w obszarze górniczym kopalni "Ziemowit". W obu przypadkach była to eksploatacja pierwszego pokładu prowadzona ścianowym systemem zawałowym z dużym postępem frontu osiągającym wartość do 12 m/dobę. Badania prowadzono wykorzystując specjalnie zastabilizowane linie obserwacyjne: W1 (Kopalnia "Wesoła") i Zl (Kopalnia "Ziemowit") - rys. 2 i 3. Współrzędne płaskie punktów obserwowanych wyznaczano przy zastosowaniu techniki satelitarnej GPS. Zakres pomiarów geodezyjnych obejmował wyznaczanie wysokości punktów oraz długości baz pomiarowych. Pomiary te wykonywano równocześnie tzw. metodą trzech statywów z wymuszonym centrowaniem z wykorzystaniem tachimetru elektronicznego. Obserwacje objęły cały okres wpływów górniczych, przy czym w okresie występowania najintensywniejszych wpływów pomiary realizowane były w cyklu dobowym (łącznie w obu rejonach przeprowadzono 77 serii pomiarowych). Zrealizowany zakres pomiarów linii, obserwacyjnych umożliwił wyznaczanie wartości podstawowych wskaźników deformacji oraz ich zmian szczególnie w okresach zatrzymań frontów eksploatacji i ponownych ich uruchomień. Już wstępna analiza wykazała, że skutki każdego z przestojów frontu eksploatacyjnego pod względem jakościowym okazały się zbliżone. Wskazuje to na podobną reakcję górotworu na nieciągłe prowadzenie frontów eksploatacji w obu rejonach bawczych. W celu ilościowego opisu wpływu przestojów frontu eksploatacji na przebieg obniżeń terenu sporządzono wykresy obniżeń w czasie wybranych punktów linii obserwacyjnych (rys. 4 i 11). Wyraźnie widoczne są charakterystyczne "wypłaszczenia" wykresów po zatrzymaniu frontu eksploatacji złoża i ponowne przyspieszenie obniżeń po ponownym jego uruchomieniu. Efekt nierównomierności przebiegu obniżeń punktów w czasie najbardziej widoczny jest w analizie przyrostów obniżeń w jednodobowych interwałach czasu, na co pozwoliły przeprowadzone pomiary geodezyjne. Celem przeprowadzenia dokładniejszej analizy wyżej opisanego efektu sporządzono wykresy przyrostów obniżeń w czasie rys. 6, 7 i 16) dla trzech reprezentatywnych punktów linii W l i Z l. Na tych wykresach obserwuje się podobny efekt spowolnienia procesu narastania obniżeń po upływie doby od zatrzymania frontu eksploatacji oraz jego przyspieszenia po upływie doby od ponownego rozpoczęcia urabiania. Wyniki wykoanych w tym okresie obserwacji bezspornie wykazały, że górotwór reaguje bardzo szybko na wszelkie zaburzenia ciągłości eksploatacji, co nie potwierdziło wcześniejszych poglądów tygodniowego bądź nawet dłuższego czasu takiej reakcji. W aspekcie ilościowym zauważyć można, że zmiany przyrostów obniżeń punktów zależą zarówno od czasu trwania przerwy eksploatacyjnej, jak też od odległości krawędzi eksploatacji od obserwowanego punktu w trakcie przestoju. Dobowy przyrost obniżeń w rejonie I zmniejszał się maksymalne z wartości około 20 mm/dobę przy postępującym froncie do 3 -5 mm/dobę po jego zatrzymaniu. Większe różnice obserwowano w rejonie II, w którym dobowy przyrost obniżeń po zatrzymaniu frontu eksploatacji, zmniejszał się maksymalne z wartości około 35 mm/dobę do 5-7 nm/dobę. Analiza obserwowanych odkształceń poziomych czasie (rys. 8 i 13) w obu rejonach badań prowadzi do spostrzeżenia, iż w efekcie zatrzymania i ponownego umchomienia frontu eksploatacji, występują zaburzenia tych przebiegów polegające na zminach dobowych przyrostów odkształceń baz pomiarowych. Dla dokładniejszej analizy tego zjawiska sporządzono dla wszystkich odcinków linii pomiarowych Wl i ZI wykresy przyrostów odkształceń poziomych w czasie (przykładowo dla boku 1-2 rys. 9 i dla boku 21 -213 rys. 14). Na wykresach obserwuje się efekt wahania przyrostów odkształceń poziomych w interwałach czasowych nie przekraczającch 2-3 doby (czasami nawet jednej doby) od zatrzymania lub ponownego uruchomienia frontu eksploatacji. Zmiany polegają na tym, że każda baza pomiarowa, w czasie obejmującym przerwę eksploatacyjną oraz okres ponownego uruchamiania frontu eksploatacyjnego, podlega niewielkiemu ściskaniu lub rozciąganiu, niezależnie o tego, czy w tych okresach znajduje się w fazie odkształceń rozciągających czy ścikających. Na podstawie analizy wartości zmian odkształceń poziomych można stwierdzić, że fluktuacje spowodowane przerwami eksploatacyjnymi nie zaburzają zasadniczo generalnego trendu zmian tego wskaźnika deformacji. Szczegółową analizę. utrudniał fakt występowania niewielkich wartości dobowych przyrostów dkształceń poziomych, mieszczących się w większości przypadków w granicach dokładności ich rejestracji. Podsumowując przeprowadzone badania należy stwierdzić, że pozwoliły one po raz pierwszy na uzyskanie jednoznacznego obrazu wpływu przestojów ścianowych frontów eksploatacji na przebieg procesu deformacji powierzchni terenu. Generalnie należy stwierdzić, że nieregularne prowadzenie eksploatacji górniczej (w szczególności jej zatrzymania i ponowne umchomienia) w dużo większym niż dotychczas przypuszczano stopniu zaburzają przebieg procesu deformacji górotworu i powierzchni terenu. Po zatrzymaniu frontu eksploatacji zaobserwowano znaczny spadek dobowych przyrostów obniżeń (do 20% wartości maksymalnych), Efekt zatrzymania frontu ujawniał się już po jednej dobie od momentu zatrzymania eksploatacji i trwał 2-3 doby. Po ponownym uruchomieniu frontu eksploatacji również po okresie jednej doby następował szybki przyrost obniżeń dobowych i po 2-3 dniach osiągał wartości obserwowane przy ciągłym przebiegu frontu. Reakcja na przestoje frontów eksploatacji w obserwowanych odkształceniach poziomych jest podobna do obserwowanych obniżeń, następuje ona jednak później, rozpoczyna się drugiego dnia od zatrzymania frontu i trwa około 3 doby. Natomiast reakcja na ponowne uruchomienie frontu trwała około 4 doby (do osiągnięcia maksymalnych przyrostów odkształceń poziomych dla pełnego biegu frontu). Istotnym spostrzeżeniem jest wykazanie, że wpływ przestojów frontu eksploatacji występuje tym wyraźniej, im większa jest prędkość frontu eksploatacji. Załączone w pracy tabele i wykresy stanowią ilościową dokumentację badanego procesu deformacji powierzchni terenu.

EN

Based on surveying in mines "Wesoła" and "Ziemowit" the influence of the breaks in exploitation fronts on vertical translocations and horizontal deformations of the area surface was made. A very quick manifestation of the results of stopping and restarting the exploitation front within 24 hours for subsidence and 48 hours for horizontal deformations and the high intensity of this impact were found. These results manifest with very big changes in the increases of traslocations and horizontal deformations per day. They diminish with the stopping of the front till 10-30% of maximum values and then, after its restarting grow to maximum values within 1-2 days. Significantly greater irregularity of the course of the process of the rock mass deformation was observed. The results of the observations showed that discontinuous mining exploitation could unfavourably effect the buildings and the development of the area increasing the risk of damage. Presented in the paper results of the survey can be used as source material for the verification of existing views on this issue.

Słowa kluczowe

PL

wpływ eksploatacji; prędkość eksploatacji; przestoje frontów; obniżenia i deformacje terenu

EN

exploitation rate; influence of exploitation; stoppage of the exploitation front; land subsidence and deformation

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2003
• Tom: Vol. 48, nr 2
• Strony: 155--195
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Popiołek E.

• Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska, Akademia Górniczo-Hutnicza, 30-059 Kraków, al. Mickiewicza 30

autor

Ostrowski J.

• Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska, Akademia Górniczo-Hutnicza, 30-059 Kraków, al. Mickiewicza 30

autor

Sopata P.

• Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska, Akademia Górniczo-Hutnicza, 30-059 Kraków, al. Mickiewicza 30

autor

Wójcik A.

• Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska, Akademia Górniczo-Hutnicza, 30-059 Kraków, al. Mickiewicza 30

Bibliografia

• [1] Dokumentacja geologiczna Kopalni Węgla Kamiennego „Wesoła”.
• [2] Dokumentacja geologiczna Kopalni Węgla Kamiennego „Ziemowit”.
• [3] Drzęźla B., 1996: Wpływ prędkości wybierania (postojów ścian) w świetle przyjętych modeli teoretycznych. Materiały Szkoły Eksploatacji Podziemnej 1996, PAN-AGH, Kraków.
• [4] Dżegniuk B., Sroka A., 1978: Prędkość postępu frontu eksploatacji górniczej a proces deformacji górotworu na powierzchni. Materiały na Konferencję n.t. „Wpływ prędkości eksploatacji na ochronę obiektów i powierzchni”. PAN, Katowice.
• [5] Hejmanowski R., 1997: Optymalizacja prędkości eksploatacji górniczej i przerw eksploatacyjnych - oprogramowanie komputerowe. Konf. Nauk.-Techn.: IV Dni miernictwa górniczego i ochrony terenów górniczych, Rytro.
• [6] Hoffmann H., 1950: Beitrag zur Analyse der Gcbirgsbewegungcn. Mitt. a.d. Markscheidewesen, 57, Jahresheft, s. 24-38.
• [7] Knothe S., 1975: Prędkość posuwu frontu eksploatacyjnego. Poradnik Górnika t. 2, Wyd. Śląsk, Katowice, s. 1554-1556.
• [8] Knothe S., 1984: Prognozowanie wpływów eksploatacji górniczej. Wyd. Śląsk, Katowice.
• [9] Kowalski A., 1993: Deformacje terenu powstałe w wyniku szybkiej eksploatacji górniczej. Nowe doświadczenia. Konf. Nauk.-Techn.: II Dni miernictwa górniczego i ochrony terenów górniczych, Ustroń-Jaszowiec.
• [10] Kowalski A., 1995:Dcformation powierzchni nad szybko postępującym frontem eksploatacyjnym na podstawie badań na kopalni Staszic. Prace Naukowe GIG, seria Konferencje nr 3. Ochrona powierzchni i obiektów budowlanych przed szkodami górniczymi, Katowice.
• [11] Kratzsch H., 1994: Geringc Bergschaden durch langsamen Abbau? Das Markscheidewesen 101, Heft 1, 1994.
• [12] Lippmann W., 1974: Ausgcwachlte Faelle aus der Bergschadenpraxis. Mitt. a. D. Markscheidewesen 81, Heft 1, s. 133-142.
• [13] Marbach G., 1939: Der Abbau unter dem Hydrievwerk Nordstem. Gelsentcirchen. Ekspertyza (niepubl.).
• [14] Nelson A., 1964: Ground movementsdue to mining. Canadian Mining Journal, s. 69-73.
• [15] Sroka A., 1993: Dynamika eksploatacji górniczej z punktu widzenia szkód górniczych. Konf, CPPGSME PAN, Szczyrk.
• [16] Sroka A., 1995: Przerwy w eksploatacji wyrobisk ścianowych - ich znaczenie z punktu widzenia szkód górniczych. Konf. nauk.-techn.: III Dni miernictwa górniczego i ochrony terenów górniczych, Ustroń-Zawodzic.
• [17] Sroka A., 1999: Dynamika eksploatacji górniczej z punktu widzenia szkód górniczych. Rozprawa habilitacyjna. Studia, Rozprawy, Monografie z. 58, IGSMiE PAN, Kraków.
• [18] Zych J., 2002: Wpływ dużego postępu frontu i przerw w eksploatacji na prędkość i przyspieszenie osiadania powierzchni terenu. XXV Zimowa Szkoła Mechaniki Górotworu, s. 789-802, Zakopane.