Specific solution of 3D deformation vector in mine subsidence: a case study of the Košice-Bankov abandoned magnesite mine, Slovakia

• Autorzy: Sedlak V. , Hofierka J. , Gallay M. , Kanuk J.

Identyfikatory

DOI

10.24425/122910

Warianty tytułu

PL

Szczegółowe rozwiązanie trójwymiarowego wektora odkształcenia opisującego osiadanie terenu. Studium przypadku: nieczynna kopalnia magnezytu Kosice-Bankov, Słowacja

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Mining activity influence on the environment belongs to the most negative industrial influences. Land subsidence can be a consequence of many geotectonic processes as well as due to anthropogenic interference with rock massif in part or whole landscape. Mine subsidence on the surface can be a result of many deep underground mining activities. The presented study offers the theory to the specific case of the deformation vectors solution in a case of disruption of the data homogeneity of the geodetic network structure in the monitoring station during periodical measurements in mine subsidence. The theory of the specific solution of the deformation vector was developed for the mine subsidence at the Košice-Bankov abandoned magnesite mine near the city of Košice in east Slovakia. The outputs from the deformation survey were implemented into Geographic Information System (GIS) applications to a process of gradual reclamation of whole mining landscape around the magnesite mine. After completion of the mining operations and liquidation of the mine company it was necessary to determine the exact edges of the Košice-Bankov mine subsidence with the zones of residual ground motion in order to implement a comprehensive reclamation of the devastated mining landscape. Requirement of knowledge about stability of the former mine subsidence was necessary for starting the reclamation works. Outputs from the presented specific solutions of the deformation vectors confirmed the multi-year stability of the mine subsidence in the area of interest. Some numerical and graphical results from the deformation vectors survey in the Košice-Bankov abandoned magnesite mine are presented. The obtained results were transformed into GIS for the needs of the self-government of the city of Košice to the implementation of the reclamation works in the Košice-Bankov mining area.

PL

Górnictwo pozostaje tą dziedziną działalności człowieka której wpływ na środowisko naturalne jest najbardziej niekorzystny. Osiadanie terenu może być skutkiem różnorakich procesów tektonicznych, a także działalności człowieka i jej ingerencji w integralność górotworu i krajobrazu w terenie. Osiadanie gruntu na powierzchni ponad kopalnią jest najczęściej skutkiem prowadzonego pod ziemią wydobycia. W pracy tej przedstawiono teorię mającą zastosowanie do szczególnego przypadku rozwiązania wektora odkształcenia w przypadku zaburzenia jednorodności sieci geodezyjnej i braku danych dla stacji monitoringu dokonującej okresowych pomiarów wielkości osiadania. Teoria mająca zastosowanie do szczególnego rozwiązania wektora odkształcenia opracowana została w trakcie badania przypadku nieczynnej kopalni magnezytu Kosice-Bankov, znajdującej się w pobliżu miasta Koszyce, we wschodniej Słowacji. Dane wyjściowe z pomiarów odkształcenia zostały zaimplementowane w aplikacji GIS (Geographic Information System) w celu opracowania programu całościowej rekultywacji terenu wokół dawnej kopalni magnezytu. Po zakończeniu działalności górniczej i likwidacji kopalni konieczne było wyznaczenie dokładnych granic niecki osiadania w rejonie kopalni Kosice-Bankov, wraz ze strefami w których odnotowuje się rezydualne ruchy gruntów, w celu opracowania całościowego projektu rekultywacji terenu zniszczonego przez działalność górniczą. Przed rozpoczęciem prac nad rekultywacją terenu konieczne było uzyskanie wiedzy o stabilności procesu i zakresie osiadania terenu ponad kopalnią. Wyniki uzyskane dzięki zastosowaniu szczegółowego rozwiązania wektora odkształcenia potwierdziły wieloletnią stabilizację procesu osiadania terenu na badanym obszarze. Przedstawiono rezultaty procedur numerycznych i wyniki w postaci graficznej rozwiązania wektora odkształcenia dla nieczynnej kopalni magnezytu Kosice-Bankov. Otrzymane wyniki wprowadzono następnie do bazy GIS na użytek władz lokalnych w mieście Koszyce, by umożliwić rozpoczęcie prac nad skuteczną rekultywacją terenów pogórniczych w rejonie kopalni Koszyce-Bankov.

Słowa kluczowe

EN

mine subsidence; deformation vector; geodetic network; GIS; reclamation

PL

osiadanie terenu; wektor odkształcenia; sieć geodezyjna; GIS; rekultywacja terenu

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 63, no. 2
• Strony: 511--531
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., fot., rys., tab.

Twórcy

autor

Sedlak V.

• Pavol Jozef Šafárik University in Košice, Jesenná 5, 040 01 Košice, Slovakia

autor

Hofierka J.

• Pavol Jozef Šafárik University in Košice, Jesenná 5, 040 01 Košice, Slovakia

autor

Gallay M.

• Pavol Jozef Šafárik University in Košice, Jesenná 5, 040 01 Košice, Slovakia

autor

Kanuk J.

• Pavol Jozef Šafárik University in Košice, Jesenná 5, 040 01 Košice, Slovakia

Bibliografia

• [1] Alehossein H., 2009. Back of envelope mine subsidence estimation. Aust. Geomech. 44 (1), 29-32.
• [2] Bauer R.A., 2006. Mine Subsidence in Illinois: Facts for Homeowners. Illinois State Geological Survey (Ed.), Circular 569. ISGS Publising, Champaign, Illinois. 20 pp.
• [3] Blachowski J., 2016. Application of GIS spatial regression methods in assessment of land subsidence in complicated mining conditions: case study of the Walbrzych coal mine (SW Poland). Nat. Hazard., July 2016, 84 (2), 997-1014.
• [4] Blišťan P., 2003. Project of the geographic information system for Bankov-Košice deposit. In: Sborník vědeckých prací Vysoké Školy Báňské – Technické Univerzity Ostrava, Řada Hornicko-Geologická, XLIX (2), 87-94 (in Slovak).
• [5] Cai J., Wang J., Wu J., Hu C., Grafarend E., Chen J., 2008. Horizontal deformation rate analysis based on multiepoch GPS measurements in Shanghai. J. Surv. Eng. 134 (4), 132-137.
• [6] Can E., Mekik Ç., Kuşçu Ş., Akçın H., 2013. Computation of subsidence parameters resulting from layer movements post-operations of underground mining. J. Struct. Geol. 47 (Febr. 2013), 16-24.
• [7] Christensen R., 2011. General Gauss-Markov models. R. Christensen (ed.), Plane Answers to Complex Questions: The Theory of Linear Models. 4th edn. Springer, New York, 237-266.
• [8] Colorado Geological Survey, 2016. Subsidence-Mine. [online]. Colorado Geological Survey website, [cit. 26.09.2016]. Available at: <http://coloradogeologicalsurvey.org/geologic-hazards/subsidence-mine/>.
• [9] Cui X., Miao X., Wang J., Yang S., Liu H., Hu X., 2000. Improved prediction of differential subsidence caused by underground mining. Int. J. Rock Mech. & Min. Sci. 37 (4), 615-627.
• [10] Díaz-Fernández M.E., Álvarez-Fernández M.I., Álvarez-Vigil A.E., 2010. Computation of influence functions for automatic mine subsidence prediction. Comput. Geosci. 14 (1), 83-103.
• [11] Djamaluddin I., Mitani Z., Esaki T., 2011. Evaluation of ground movement and damage to structures from Chinese coal mining using a new GIS coupling model. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 48 (3), 380-393.
• [12] Donnelly L.J., Reddish D.J., 1994. The development of surface steps during mine subsidence: “Not due to fault reactivation”. Eng. Geol. 34 (3/4), 243-255.
• [13] Gene H., Golub G.H., Van Loan Ch.F., 2013. Matrix Computations. JHU Press, Baltimore.
• [14] Grecula P., Németh Z., Varga I., 1995: Mineral deposits of the Slovak Ore Mountains. Vol.1, Mineralia Slovaca Corporation, Bratislava (in Slovak).
• [15] Groß J., 2004. The general Gauss-Markov model with possibly singular dispersion matrix. Stat. Pap. 45 (3), 311-336.
• [16] Hu L.Y., 2000. Gradual deformation and iterative calibration of Gaussian-related stochastic models. Math. Geol, 32 (1), 87-108.
• [17] Jung H.C., Kim S.W., Jung H.S., Min K.D., Won J.S., 2007. Satellite observation of coal mine subsidence by persistent scatterer analysis. Eng. Geol. 92 (1), 1-13.
• [18] Knothe S., 1984. Forecasting the influence of mining. Śląsk Publishing House, Katowice. (in Polish).
• [19] Koníček P., Souček K., Staš L., Singh R., 2013. Long-hole destress blasting for rockburst control during deep underground coal mining. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 61 (July 2013), 141-153.
• [20] Kratzsch H., 1983. Mine subsidence Engineering. Springer-Verlag GmbH, Heidelberg.
• [21] Lehmann E.L., Romano J.P., 2005. Testing Statistical Hypotheses. 3rd edn. Springer, New York.
• [22] Li P.X., Tan Z.X., Deng K.Z., 2011. Calculation of maximum ground movement and deformation caused by mining. Trans. Nonferr. Met. Soc. China 21, 562-569.
• [23] Lindgren F., Ruel H., Lindström J., 2011. An explicit link between Gaussian fields and Gaussian Markov random fields: the stochastic partial differential equation approach. J. R. N.A. Soc./B N.A. Meth. 73 (4), 423-498.
• [24] Lü W.C., Cheng S.G., Yang H.S., Liu D.P., 2008. Application of GPS technology to build a mine-subsidence observation station. J. China Univ. Min. Technol. 8 (3), 377-380.
• [25] Marschalko M., Fuka M., Treslin L., 2008. Measurements by the method of precise inclinometry on locality affected by mining activity. Arch. Min. Sci. 53 (3), 397-414.
• [26] Ng A.H., Ge L., Zhang K., Chang H.C., Li X., Rizos C., Omura M., 2011. Deformation mapping in three dimensions for underground mining using InSAR – Southern highland coalfield in New South Wales, Australia. Int. J. Remote Sens. 32 (22), 7227-7256.
• [27] Pinto G. et al., 2016. Subsidence. [online]. Illinois Department of Natural Resources website, [cit. 30.05.2016]. Available at: <https://www.dnr.illinois.gov/mines/AML/Pages/Subsidence.aspx>.
• [28] Reddish D.J., Whittaker B.N., 1989. Subsidence: Occurrence, Prediction and Control. Elsevier, Amsterdam.
• [29] Sedlák V., 1998. Measurement and prediction of land subsidence above longwall coal mines, Slovakia. W.J. Borchers (ed.), Land Subsidence/Case Studies and Current Research. U.S. Geological Survey, Belmont, 257-263.
• [30] Sedlák V., 2004. Possibilities at modelling surface movements in GIS in the Košice depression, Slovakia. RMZ – Mater. Geoenviron. 51 (4), 2127-2133.
• [31] Strzałkowski P., Scigala R., 2005. The example of linear discontinuous deformations caused by underground extraction. Trans. VŠB – Tech. Univ. Ostrava, Civil Eng., Ser. V (2), 193-198.
• [32] Wright P., Stow R., 1999. Detecting mine subsidence from space. Int. J. Remote Sens. 20 (6), 1183-1188.
• [33] Yang K.M., Xiao J.B., Duan M.T., Pang B., Wang, Y.B., Wang R., 2009. Geo-deformation information extraction and GIS analysis on important buildings by underground mine subsidence. In: Proceedings of the Inter. Conf. on Information Engineering and Computer Science – ICIECS 2009. IEEE (Ed.), Wuhan, 4 pp.
• [34] Yang K.M, Ma J.T., Pang B., Wang Y.B., Wang R., Duan M.T., 2012. 3D visual technology of geo-deformation disasters induced by mine subsidence based on ArcGIS engine. Key Eng. Mater. 500, 428-436.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018)