Deformation characteristics of a technological pillar in the chamber-pillar mining system

• Autorzy: Grzebyk W. , Stolecki L.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amsc-2014-0023

Warianty tytułu

PL

Charakterystyka deformacyjna filara technologicznego w komorowo-filarowym systemie eksploatacji

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the suitability of the new measurement techniques for monitoring deformations of the technological pillars and fragments of the face in underground mining. The conducted observations concerned the mined pillar located in the lead of mining field G-3/4 of Rudna mine (mine belongs to KGHM Polska Miedź S.A.) in a situation of constant progress of mining works in its direction. The observations conducted underground provided results demonstrating the suitability of the applied observation techniques in this area. The obtained measurement data directly describe the volumetric changes which form the basis for assessing the stress of the rock formation. This issue is well recognised based on the tests on rock samples. Further studies should concern the transfer of these experiences to the results of in situ observations.

PL

W komorowo-filarowych systemach eksploatacji jednym z podstawowych zagadnień do rozpoznania jest właściwy dobór wymiarów filarów technologicznych i ich kształt. W danych warunkach geologiczno- górniczych filary te powinny zapewniać oczekiwaną efektywność procesu eksploatacyjnego przy zachowaniu maksimum bezpieczeństwa tego procesu i pracujących załóg górniczych. Wynikająca z wymiarów filarów i parametrów wytrzymałościowych ośrodka skalnego ich sztywność w istotny sposób wpływa na stan zagrożenia tąpaniami i zawałami. Do ograniczenia tego zagrożenia dąży się między innymi poprzez zachowanie wymaganej podporności filarów przy doprowadzaniu ich do stanu wytrzymałości pozniszczeniowej (resztkowej). Podstawą doboru wymiarów filarów technologicznych są głównie wyniki badań laboratoryjnych na próbkach skalnych (Lis & Kijewski, 1987, 2007; Lis et al., 1997; Kijewski et al., 2007) oraz rezultaty modelowania numerycznego (Pytel, 2002; Flisiak et al., 2003). W praktyce, w dużej mierze, na podstawie dołowych obserwacji procesu deformacji filarów dokonuje się korekty ich wymiarów. Różnice pomiędzy wynikami badań na próbkach skalnych a rzeczywistym przebiegiem deformacji filarów wynikają z ograniczonych warunków eksperymentu laboratoryjnego oraz tzw. efektu skali. Z tego też względu bardzo cenne są wszelkiego rodzaju próby określenia procesu deformacji filarów technologicznych w warunkach in situ. W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczących rozpoznania reakcji filara technologicznego podanego wpływom ciśnienia eksploatacyjnego. Do wyznaczenia charakterystyki deformacyjnej filara wykorzystano dwie nowe metody pomiarowe zapewniające dużą czułość i dokładność pomiaru oraz quasi ciągły charakter rejestracji. Pierwsza z technik polega na pomiarze zmian ciśnienia oleju w specjalnych sondach pomiarowych umieszczonych w poziomych otworach wiertniczych wykonanych w części dolomitowej i piaskowcowej filara. Druga metoda pomiarowa realizowała pomiar zmian nachylenia specjalnego repera zastabilizowanego w filarze (Rys. 3). Obserwacjom podlegał filar usytuowany na wyprzedzeniu frontu eksploatacyjnego w sytuacji ciągłego postępu robót wybierkowych w jego kierunku. W takiej lokalizacji filara, postępujący wzrost obciążenia na filar znajdował swoje odzwierciedlenie w mierzonych zmianach ciśnienia oleju w sondzie i zmianach nachylenia wspomnianego repera. Obserwację filara technologicznego rozpoczęto w drugiej połowie listopada 2011 r., w sytuacji kiedy front robót wybierkowych był oddalony od niego o ok. 250 m, natomiast linia likwidacji - o ok. 390 m (Rys. 1). Na koniec okresu sprawozdawczego, odległości te wynosiły odpowiednio: dla frontu - 60 m, dla likwidacji - 265 m. Przeprowadzony eksperyment pozwolił wydzielić w zachodzących zmianach ciśnienia oleju poszczególne fazy jego wzrostu i spadku, które bardzo dobrze mogą być objaśnione przez zmiany objętościowe ośrodka skalnego, obserwowane w badaniach na próbkach skalnych. Występujący, gwałtowny spadek ciśnienia oleju, który wystąpił z chwilą zbliżenia się frontu eksploatacyjnego na odległość 65 m od stanowiska pomiarowego, można uznać za przejście filara w stan pozniszczeniowy (Rys. 10). Stwierdzono także, iż zachodzące zmiany ciśnienia oleju są dobrze skorelowane z rejestrowanym przebiegiem zmian nachylenia, które świadczy o wyciskaniu filara od spągu w kierunku wyrobiska (Rys. 5). Przeprowadzone w warunkach dołowych obserwacje dostarczyły wyniki świadczące o przydatności zastosowanych technik pomiarowych do śledzenia przebiegu deformacji filarów technologicznych. Uzyskane dane pomiarowe wprost opisują zmiany objętościowe, które są podstawą oceny wytężenia ośrodka skalnego. Zagadnienie to jest dobrze rozpoznane z badań na próbkach skalnych i kwestią dalszych badań jest przeniesienie tych doświadczeń na wyniki obserwacji obiektowych. Z oczywistych względów zapoczątkowane badania wymagają dalszego rozwinięcia poprzez poszerzenie zakresu prowadzonych obserwacji. Powyższe odnosi się do pojedynczego filara jak i danego rejonu obejmującego kilka wybranych filarów czy fragmentów calizny. Uzyskane wyniki dowodzą, że dalsze rozwinięcie i doskonalenie przedmiotowych badań może stanowić właściwą drogę do opracowania metody oceny wytężenia ośrodka skalnego (filarów, fragmentów calizny) w warunkach kopalnianych.

Słowa kluczowe

EN

chamber-pillar mining system; pillars’ deformation; volumetric deformations; pressure probes; inclinometric measurements

PL

komorowo-filarowy system eksploatacji; deformacja filarów; odkształcenia objętościowe; sonda ciśnieniowa; pomiary inklinometryczne

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, no. 2
• Strony: 323--335
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Grzebyk W.

• KGHM Cuprum Sp. z o.o. Centrum Badawczo-Rozwojowe, ul. Gen. Wł. Sikorskiego 2-8, 53-659 Wrocław, Poland

autor

Stolecki L.

• KGHM Cuprum Sp. z o.o. Centrum Badawczo-Rozwojowe, ul. Gen. Wł. Sikorskiego 2-8, 53-659 Wrocław, Poland

Bibliografia

• [1] Brace W.F., Pauling B.W. (Jr), Schulz C., 1966. Dilatancy in the fracture of crystalline rocks. J. Geophys. Res., Vol. 71, 3939-3953.
• [2] Flisiak J., Cała M., Tajduś A., 2003. Numerical modelling of pillar-chamber mining system. Conference Materials XXVI ZSMG.
• [3] Grzebyk W., Stolecki L., 2012. New measurement methods for the assessment of the condition of the rock formation in the aspect of the bounce and breakdown threat observed in LGOM mines. Conference Materials for the Second International Copper Ore Mining Congress, Lubin, p.187-106.
• [4] Grzebyk W., Stolecki L., 2012. Determination of deformation of technological pillars and fragments of the face with the use of new measurement methods. Unpublished paper, KGHM Cuprum, Wrocław.
• [5] Kijewski P., Lis J., Pytel W., 2007. Impact of scale on the strength of rock salt. Scientific Papers of the Geotechnics and Hydrotechnique Institute, Pol. Wr., Vol. 76/ No 42, p. 325-332.
• [6] Kwaśniewski M., 1986. Dilatancy as a symptom of rock destruction. Part I. Physical nature of the dilatancy phenomenon. Mining Journal, No 2, p. 42-49.
• [7] Kwaśniewski M., 1992. Nature of the hollow space in rocks, microcracking and volumetric deformation process preceding the brittle destruction in the compression stress field. Materials of Third Mining Geophysics School, Wadowice.
• [8] Kwaśniewski M., 2007. Rock behaviour in the conditions of actual tri-axial compression - volumetric deformation and dilatancy. Arch. Min. Sci., Vol. 52, No 3, p. 409-435.
• [9] Lis J., Kijewski P., 1987. Impact of the speed of deformation of rock models on their behaviour under pre- and post- -destruction state. Scientific Papers AGH, Mining, 129, Kraków, p. 191-197.
• [10] Lis J., Kijewski P., 2007. Studies of the strength and deformation properties of the rocks from LGOM mines under tri- -axial stress conditions. Cz N-T Cuprum, No 4, p. 17-40.
• [11] Lis J., Kijewski P., Fabich S., 1997. Strength and deformation properties of rock formations of the pillars in pre- and post- -destruction state under symmetric and asymmetric load conditions. Non-ferrous ores and metals, No 3, p. 100-106.
• [12] Pytel W., 2002. Plate model of roof-pillar-floor interaction and its application in the mechanics of rock mass, Scientific Papers Pol. Śl., Gliwice.
• [13] Takahashi M., 1984. Fundamental Study of Mechanical Characteristics of Rocks under Combined Stress Conditions. Pf. D. Thesis, Hokkaido University, Sapporo.