Deformations of the protection shelf in the "wapno" salt mine, based on model studies

• Autorzy: Kortas G. , Maj A.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amsc-2014-0060

Warianty tytułu

PL

Odkształcenia półki ochronnej w kopalni soli w wapnie na podstawie badań modelowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The catastrophic mine failure resulting from the inrush of water into the Wapno Salt Mine was probably caused by a fracture in the roof protection shelf. The purpose of the present study was to apply the method of the homogenization of the multi-level room-and-pillar structure in the Wapno Salt Mine for 3D+t modelling of the elastic-viscous medium to determine the distribution of stress and strain, and, on that basis, to estimate the geomechanical conditions existing in the roof shelf. This paper presents briefly the spatial development of the salt mine’s structure and the results of the surveying measurements carried out during the salt mine’s operation and after the mine was flooded. Those results constituted a basis for the verification of the introduced homogenization parameters, i.e. the time-dependent changes of the elasticity modulus and the susceptibility to creep at particular salt mine’s levels. A simulated process demonstrated the development of positive values of principle stresses, increasing with time, and of omnidirectional tensile strains. In such conditions, the cracking of the protection shelf body could proceed, also with opening of water flow paths from the dome cap into the salt mine’s workings. This paper presents a new research method, the results of its application, and the obtained distribution of stresses and strains that can be useful for the assessment of water hazard in other salt mines.

PL

Katastrofa górnicza wywołana wdarciem wody do kopalni soli w Wapnie spowodowana była prawdopodobnie pęknięciem ochronnej półki stropowej. Celem tej pracy było zastosowanie metody homogenizacji struktury komorowo-filarowej wielopoziomowej kopalni Wapno do modelowania ośrodka sprężysto-lepkiego 3D+t dla określenia rozkładu naprężeń i odkształceń oraz na tej podstawie oszacowania warunków geomechanicznych w półce stropowej. W pracy przedstawiono krótko rozwój przestrzenny struktury kopalni oraz wyniki przeprowadzonych pomiarów geodezyjnych w czasie działalności kopalni i po jej zatopieniu. Wyniki te były podstawą do weryfikacji wprowadzanych parametrów homogenizacji, tj. zmian w czasie modułu odkształceń i podatności na pełzanie poszczególnych poziomów kopani. Symulowany proces wykazał wykształcanie się rosnących w czasie dodatnich naprężeń głównych oraz wszechstronnych odkształceń rozciągających. W takich warunkach postępować mogło spękanie calizny półki ochronnej, a także otwieranie dróg przepływu wód z zawodnionej czapy wysadu do wyrobisk. W pracy przedstawiono nową metodę badań, jej wyniki i otrzymane rozkłady naprężeń i odkształceń, która może być zastosowana w ocenie zagrożenia wodnego kopalń soli.

Słowa kluczowe

EN

salt dome; model studies; homogenization; protection shelf

PL

wysad solny; badania modelowe; homogenizacja; półka ochronna

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, no. 4
• Strony: 869--886
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., fot., rys., wykr.

Twórcy

autor

Kortas G.

• Strata Mechanics Research Institute of the Polish Academy of Sciences, ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków, Poland

autor

Maj A.

• Strata Mechanics Research Institute of the Polish Academy of Sciences, ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Bailey R.W., 1929. Trans. World Power Conf. Tokyo. p. 1089.
• [2] Dreyer W., 1972. The science of rock mechanics. Part 1. The strength properties of rocks. Series on Rock and Soil Mechanics, Vol. 1, No. 2. Trans. Tech. Publications.
• [3] Filcek H., Walaszczyk J., Tajduś A., 1994. Metody komputerowe w geomechanice górniczej. Śląskie Wydawnictwo Techniczne. Katowice.
• [4] Kortas G., 1979. Ruch górotworu przed wdarciem się wód do wyrobisk kopalni soli w Wapnie. Ochrona Terenów Górniczych, nr 49. Katowice.
• [5] Kortas G., 1997. Zachowanie się górotworu w kopalni soli Solno. Przegląd Górniczy, nr 6.
• [6] Kortas G., 2007. The influence of the form of a salt mine on the displacement of the ground surface. Arch. Min. Sci., Vol. 52, No 1, p. 107-120.
• [7] Kortas G. (red.), 2008. Ruch górotworu w rejonie wysadów solnych, Wyd. IGSMiE PAN. Kraków.
• [8] Kortas G., Maj A., 2005. Evaluation of stresses around an underground reservoir of liquid fuels in unrecognised mining and geological conditions. A.A.Balkema Publishers, Pocc.Int. Symp. ISRM Eurock, Brno.
• [9] Kortas G., Maj A., 2012. Warunki geomechaniczne w caliznach chroniących przed wodami, na przykładzie kopalni soli Kłodawa. Przegląd Górniczy, nr 12.
• [10] Munson D. E., 1997. Constitutive Model of Creep in Rock Salt Applied to Underground Room Closure. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics, Vol. 34, Iss. 2, s. 233-247.
• [11] Munson D.E., Dawson P. R., 1984. Salt Constitutive Modeling using Mechanism Maps. Proc. 1st Conf. on the Mechanical Behavior of Salt, Trans Tech Publications. Clausthal-Zellerfeld. Germany.
• [12] Norton F.H., 1929. The creep of steel at high temperatures. McGraw-Hill. New York.
• [13] Rasała M. (red.), 2014. Dokumentacja geologiczna określająca zagrożenia terenu pogórniczego kopalni soli Wapno w zakresie określenia jego przydatności do zagospodarowania i rewitalizacji. Hydro-Nafta, UAM. (praca niepublikowana).
• [14] Sałustowicz A., Dziunikowski J.L., Hwałek S., 1963. Wytrzymałość górotworu przy eksploatacji złoża solnego komorami poziomymi i pionowymi. Państwowa Rada Górnictwa PAN. SITG. Katowice.
• [15] Spackeler G., 1953. BergbauKunde Leberbrief. Verl. Technik. Berlin.
• [16] Ślizowski J., 2006. Geomechaniczne podstawy projektowania komór magazynowych gazu ziemnego w złożach soli kamiennej. Studia. Rozprawy. Monografie Nr 137.
• [17] Wyd.IGSMiE PAN. Kraków Ślizowski J., Urbańczyk K., 2004. Influence of depth on rock salt effort around the single chamber, Wyd. IGSMiE PAN.Kraków.
• [18] Ślizowski J., Urbańczyk K., 2012. An attempt asses suitability of Middle-Poland salt domes for natural gas storage.Arch. Min. Sci., Vol. 57, No 2, p. 335-349.
• [19] Ślizowski K., Kortas G., 1980. Zagrożenie powierzchni spowodowane eksploatacją wysadów solnych na przykładzie Kopalni Soli im. T. Kościuszki w Wapnie. Ochrona Terenów Górniczych, nr 51.
• [20] Tajduś K., 2013. Numerical simulation of underground mining exploitation influence upon terrain surface. Arch. Min.Sci., Vol. 58, No 3, p. 605-616.