Wykorzystanie MES do prognozowania przemieszczeń terenu wywołanych eksploatacją górniczą

• Autorzy: Warchala E. , Szostak-Chrzanowski A. , Stefanek P.

Warianty tytułu

The use of the finite element method in predicting surface subsidence due to underground mining

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Podziemna eksploatacja górnicza wywołuje w górotworze zmiany pól przemieszczeń i naprężeń. W przypadku prowadzenia podziemnej eksploatacji w pobliżu zbiorników odpadów poflotacyjnych niezmiernie ważne jest wyznaczenie zakresu osiadania górotworu pod fundamentami podstawy zapór ziemnych otaczających te zbiorniki. Dokładność rozwiązania MES jest głównie zależna od jakości danych geomechanicznych charakteryzujących poszczególne geologiczne warstwy górotworu oraz regiony górotworu, w których prowadzona jest eksploatacja. Jeżeli wartości osiadań na powierzchni obliczone przy zastosowaniu MES i pomierzone niwelacją geodezyjną nie są zgodne, wtedy wartości modułów Younga charakteryzujących regiony eksploatacji są korygowane. W niniejszym artykule została przedstawiona opracowana metoda analizy MES deformacji górotworu dla kopalni podziemnej w celu określenia wpływu eksploatacji górniczej na przemieszczenia powierzchni terenu w rejonie filara ochronnego zapory zachodniej zbiornika odpadów poflotacyjnych (Obiektu Unieszkodliwiania Odpadów Wydobywczych – OUOW) Żelazny Most. W badanym obszarze prowadzona była eksploatacja górnicza systemem komorowo-filarowym z ugięciem stropu (R-UO) w latach 2008–2016 oraz planowana jest podobna na lata 2017–2019 systemem komorowo-filarowym z podsadzką hydrauliczną ze względu na zwiększenie miąższości złoża.

EN

Underground mining extraction causes the displacement and changes of stress fields in the surrounding rock mass. The determination of the changes is extremely important when the mining activity takes place in the proximity of post-flotation tailing ponds, which may affect the stability of the tailing dams. The deterministic modeling based on principles of continuum mechanics with the use of numerical methods, e.g. finite element method (FEM) should be used in all problems of predicting rock mass displacements and changes of stress field, particularly in cases of complex geology and complex mining methods. The accuracy of FEM solutions depends mainly on the quality of geomechanical parameters of the geological strata. The parameters, e.g. young modulus of elasticity, may require verification through a comparison with measured surface deformations using geodetic methods. This paper presents application of FEM in predicting effects of underground mining on the surface displacements in the area of the KGHM safety pillar of the tailing pond of the OUOW Żelazny Most. The area has been affected by room and pillar mining with roof bending in the years 2008-2016 and will be further exposed to room-and-pillar extraction with hydraulic filling in the years 2017–2019.

Słowa kluczowe

PL

metoda elementów skończonych; eksploatacja górnicza; deformacje górotworu; obniżenia terenu

EN

finite elements method; mining extraction; rock mass deformation; surface subsidence

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2017
• Tom: nr 99
• Strony: 171--183
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Warchala E.

• KGHM Cuprum Sp. zo.o. Centrum Badawczo-Rozwojowe, Zakład Geodezji

autor

Szostak-Chrzanowski A.

• Politechnika Wrocławska, Wrocław

autor

Stefanek P.

• KGHM Polska Miedź S.A. Oddział Zakład Hydrotechniczny, Rudna

Bibliografia

• 1. Bieniawski, Z.T. 1984. Rock Mechanics Design and Tunneling. Balkema.
• 2. Chrzanowski i in. 1997 – Chrzanowski, A., Monahan, C., Roulston, B. i Szostak-Chrzanowski, A. 1997. Integrated Monitoring and Modeling of Ground Subsidence in Potash Mines. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. Vol. 34, No. 3/4, s. 621.
• 3. KGHM Polska Miedź S.A., 2007. Monografia KGHM Polska Miedź S.A., Praca zbiorowa, Lubin.
• 4. Knothe, S. 1984. Prognozowanie Wpływów Eksploatacji Górniczej. Publisher Śląsk.
• 5. Stefanek, P. i Romaniuk, D. 2015. Zastosowanie monitoringu geotechnicznego i środowiskowego na obiekcie unieszkodliwiania odpadów wydobywczych Żelazny Most. Inżynieria morska i geotechnika nr 3, s. 376–381.
• 6. Pawelus, D. 2013. Ocena stateczności wyrobisk korytarzowych w rejonie szybu R-XI z wykorzystaniem sprężysto- -plastycznego modelu górotworu i kryterium Coulomba-Mohra. Cuprum: czasopismo naukowo-techniczne górnictwa rud nr 4, s. 21–40.
• 7. Pytel, W. 2003. Ocena wpływu bliskiej eksploatacji na stan naprężeń i odkształceń w obudowach szybów kopalń LGOM. Część II. Ocena wpływu eksploatacji na stan naprężeń i odkształceń w obudowie szybowej na podstawie modelowania numerycznego. Rudy i Metale Nieżelazne R. 48, nr 1, 18–28.
• 8. Szostak-Chrzanowski, A. i Chrzanowski, A. 2010. Introduction to Modeling of Rock Strata Deformation. ISBN 978-1-55131-143-2, Published by UNB, 225 s.
• 9. Szostak-Chrzanowski i in. 2013 – Szostak-Chrzanowski, A., Chrzanowski, A., i Warchala, E. 2013. Modeling of Stress Distribution due to Mining Operation in Previously Disturbed Rock Mass, Proceedings of XII Conference on Mining Surveying and Surface Protection in Mining Areas, Brenna, Poland, 12–14 June, s. 538–546.
• 10. Szostak-Chrzanowski i in. 2014 – Szostak-Chrzanowski, A., Chrzanowski, A., i Warchala, E. 2014. Effects of Geological Faults on the Rock Mass Deformation in Open Pit Mines, Schriftenreihe des Institutes fur Markscheidewesen und Geodasie an der Technischen Universitat Bergakademie Freiberg, 14-th Geomatischer Tag, Freiberg, Germany.
• 11. Tajduś, K. 2009. Określenie wartości parametrów odkształceniowych górotworu uwarstwionego w rejonie wpływów eksploatacji górniczej. Rozprawa doktorska. Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków.
• 12. Walaszczyk, J. i Wiewiórka, D. 2010. Wykorzystanie pomiarów geodezyjnych do identyfikacji cyfrowych modeli górotworu. Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie nr 4 23–27.
• 13. Warchala i in. 2016 – Warchala, E., Szostak-Chrzanowski, A. i Blachowski, J. 2016. Zintegrowana analiza MES stateczności zapory zachodniej OUOW w warunkach dokonanej i planowanej eksploatacji górniczej. Praca niepublikowana, KGHM CUPRUM Sp. z o.o. Centrum Badawczo-Rozwojowe.
• 14. Warchala, E. i Szostak-Chrzanowski, A. 2015. Integrated Analysis of Rock Mass Deformation within Shaft Protective Pillar. Mining Sciene Vol. 22.
• 15. Warchala, E., Szostak-Chrzanowski, A. 2016. Analiza deformacji górotworu w filarach ochronnych szybów górniczych. Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii Politechniki Wrocławskiej, Wrocław.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).