The use of fly ash for filling the shallow underground ore mine works on the example of the mine reclamation area in Piekary Śląskie

• Autorzy: Strozik G.

Identyfikatory

DOI

10.24425/118637

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie popiołów lotnych do wypełniania płytkich wyrobisk porudnych na przykładzie rekultywacji terenu pogórniczego w Piekarach Śląskich

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In city limits of Piekary Śląskie exist areas of intensively mined shallow deposits of metal ores, in the vicinity of the roof of Triassic carbonate rocks. These terrains constitute degraded areas, which development must be preceded by rehabilitation works. Degradation of the land has been contributed by substantial amount of shafts and mine workings, resulted from open cast and underground operations. Underground workings maintaining beneath weak, fractured, and eroded roof layer of Triassic and Quaternary sediments are strongly vulnerable to roof rocks collapsing and self-filling by loose overburden material. The latter leads to development of discontinuous deformations of the ground surface, which frequently take a form of sinkholes. Probability of roof collapse and self-filling of underground cavities may be assessed on the basis of the height of collapsed and fractured zones, in relation with the thickness of hard rock roof and soft overburden. Janusz-Jarosz model of cavings formation in shallow underground voids has been used to analyse the influence of the degree of filling and type of fill material on the height of collapsed and fractured rocks zones, which develop over collapsed rest of the void volume, where also the effect of the compressibility of the fill material has been considered. The analysis focused on three filling technologies of voids with fly ash from hard coal combustion: pneumatic filling with fresh dry fly ash, pressurized filling with humid fly ash from ash ponds, and hydraulic filling of fresh fly ash – water binding mixtures. Results obtained from the analysis demonstrate that the best conditions for effective filling of the voids and elimination of deformation occurrence on the ground surface provide the use of fly ash – water mixtures.

PL

Na terenie Piekar Śląskich występują obszary, na których prowadzono eksploatację płytkich złóż rud metali, zalegających w pobliżu stropu warstw triasu. Są to tereny zdegradowane, między innymi na skutek występowania nieciągłych deformacji powierzchni terenu powodowanych przez nagromadzenie dużej liczby szybów oraz intensywną eksploatację rud metali, zarówno odkrywkową, jak i podziemną. Wyrobiska podziemne utrzymywane pod słabymi, spękanymi i zerodowanymi skałami tworzącymi strop warstw triasowych charakteryzują się podatnością na zawał skał stropowych i samopodsadzenie luźnymi utworami nadkładu, będącymi częstą przyczyną powstawania deformacji nieciągłych powierzchni terenu. Prawdopodobieństwo zawału stropu i samozasypania pustki podziemnej można określić dokonując oszacowania wysokości stref zawału i spękań, a następnie ich porównania z miąższością wapiennych skał stropowych i luźnego nadkładu czwartorzędowego. Opierając się na modelu Janusza–Jarosza przeprowadzono analizę wpływu stopnia wypełnienia pustki podziemnej i rodzaju materiału wypełniającego na wysokość stref zawału i spękań powstających w wyniku opadu skał stropowych do niewypełnionej części objętości pustki oraz obniżenia stropu pustki wynikającego ze ściśliwości materiału wypełniającego. W analizie wzięto pod uwagę trzy technologie wypełnienia pustek za pomocą popiołów lotnych ze spalania węgla kamiennego, tj. pneumatyczne wypełnianie pustek suchymi popiołami lotnymi, ciśnieniowe wypełnianie pustek popiołami w stanie wilgotnym, pobranymi ze składowisk odpadów oraz hydrauliczne wypełnianie pustek mieszaninami popiołowo-wodnymi sporządzonymi z popiołów świeżych, wykazujących właściwości wiążące. Przeprowadzone analizy wykazały, że najlepsze rezultaty zapewnia zastosowanie mieszanin popiołowo-wodnych.

Słowa kluczowe

EN

post-mining area; filling of underground voids; use of fly ash; discontinuous ground deformation

PL

teren zdegradowany; teren pogórniczy; wypełnianie pustek podziemnych; zastosowanie popiołów lotnych; deformacja nieciągła; powierzchnia terenu

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 34, z. 1
• Strony: 139--154
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Strozik G.

• Technical University of Silesia, Faculty of Mining & Geology, Gliwice, Poland

Bibliografia

• [1] Chudek, M. 2010. Rock Mechanics with fundamentals of environment protection on mining and post-mining areas. Gliwice: Wyd. Pol. Śl. 2010, 500 p. (in Polish).
• [2] Dziewański et al. eds. 2005 – Dziewański, J., Małolepszy, J., Pilecki, Z. and Stryczek, S. eds. 2005. Optimization of composition of slug-alkaline injection slurries used in underground mining (monography). Kraków: Wyd. IGSMiE PAN, 147 pp. (in Polish).
• [3] Gruchot et al. 2014 – Gruchot, A., Madej, A. and Koś, K. 2014. Usability of fly ash for filtration barriers. Warsaw Univ. of Life Sci. – SGGW Land Reclamation 46(2), pp. 115–123.
• [4] Evans, D.W. and Whysner, K. 2017. Beneficial Re-use of CCR for Site Closures using Mining Reclamation Technology. World of Coal Ash Conference. Lexington, KY, 9–11 May, 2017. [Online] Available at: http://flyash.info [Accessed: 11 August 2017].
• [5] Map 1912 – Karte des Oberschlesischen Erzbergbaues, No. 16 Scharley, herausgegeben vom Königlichen Oberbergamt zu Breslau im Jahre. 1912.
• [6] Maciaszek, J. 2010. Contemporary use of historical mining maps. Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie 185(1), pp. 19–25 (in Polish).
• [7] Molenda, D. 1963. Ore mining on the area of Śląsko-Krakowskie mineral beds until the half of XVI Century. Wrocław–Warszawa–Kraków: Zakład Narodowy im. Ossolińskich, Wyd. PAN, 190 pp. (in Polish).
• [8] Pilecki, Z., Popiołek, Z. 2000. The influence of ore exploitation on surface sinkholes danger and its detection by geophysical methods. Studia, Rozprawy, Monografie 84, Kraków: Wyd. IGSMiE PAN, 74 pp. (in Polish).
• [9] Pilecki, Z. 2009. Methodology for A-1 motorway basement treatment effectiveness improvement by means of geophysical methods in the areas of metal ores shallow mining threatened with the sinkhole occurrence in the Upper Silesia. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 25(3), pp. 319–331 (in Polish).
• [10] Pilecki, Z. i Popiołek, E. 2010. Geodetic and geophysical survey of sinkhole occurrence hazard Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie 190(6), pp. 34–39 (in Polish).
• [11] Plewa, F. and Mysłek, Z. 2001. Utilization of industrial waste in technologies of underground mining. Gliwice: Wyd. Politechniki Śląskiej, 225 pp. (in Polish).
• [12] Plewa et al. 2011 – Plewa, F., Popczyk, M. and Pierzyna, P. 2011 Use of materials containing power generation waste for liquidation of sinkholes induced by mining operations waste. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 14(2), pp. 325–334 (in Polish).
• [13] PN-G-11011:1998 Mining – Materials for solidifying backfill and filling of cavings – requirements and tests.
• [14] Popiołek et al 2005 – Popiołek, E., Pilecki, Z., Ostrowski, J., Fajklewicz, Z., Kotyrba, A., Mutke, G., Stewarski, E., Wróbel, A., Chojnacki, J., Ortyl, Ł., Radomiński, J., Siata, R. and Wójcik, A. 2005. Assessment of areas threatened with discontinuous deformations of suitability for building development by means of geophysical methods. Kraków: Wyd. IGSMiE PAN, 149 pp. (in Polish).
• [15] Popiołek, E. 2009. Protection of mining areas. Kraków: Wyd. AGH, p. 297 (in Polish).
• [16] Pszonka, J. 2007: Characteristics of the sinkhole threat in the Bytom basin in the areas of historical metal ore mining in the light of geological and mining conditions [In:] Mat. Symp. Warsztaty 2007 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie. Kraków: Wyd. IGSMiE PAN, pp. 117–136 (in Polish).
• [17] Sear L. ed. 2011. The Properties and Use of Coal Fly Ash. London: Thomas Telford Publishing, 261 pp.
• [18] Sha, S., Pal, K.R. 2012. Compressibility Behaviour of Soil and Fly Ash Used in Successive Layers. Emerging Trends in Geotechnical Engineering 17, pp. 2659–2670.
• [19] Sharma et al. 2015 – Sharma, L., Kumar, S. and Sanjeev N. 2015. Effect of Bearing Capacity of Strip Footing on Reinforced Double Layer Soil System with Fly ash Stabilized Clayey Soil. Int. Journal of Engineering Research and Applications 5(8), pp. 10–16.
• [20] Shen et al. 2017 – Shen B., Poulsen, B., Xun L., Qin, J., Thiruvenkatachiru, R. and Yi, D. 2017. Remediation and Monitoring of Abandoned Mines. International Journal of Mining Science and Technology 27, pp. 803-811.
• [21] Strozik, G. and Jendruś, R. 2017. Footsteps of ore mining on Księża Góra and Kocie Górki in Piekary Śląskie. Przyroda Górnego Śląska 88, pp. 4–7 (in Polish).
• [22] Strozik, G. and Jendruś, R. 2016. Assessment of geotechnical and geophysical conditions in the ground of parcels 900/9, 902/9, 904/35. 906/35 i 908/35 located by Podmiejska street in Piekary Śląskie, including historical mining aspects. Katowice: GeoProjekt Śląsk, 26 pp. (in Polish).
• [23] Strozik et al. 2016 – Strozik, G., Jendruś, R., Manowska, A. and Popczyk, M. 2016. Mine Subsidence as a Post-Mining Effect In Uppers Silesia Coal Basin. Pol. J. Environ. Stud. 25(2), pp. 777–785.
• [24] Stryczek, S. and, Gonet, A. 2000. Geoengineering Studia, Rozprawy, Monografie 71, Kraków: Wyd. IGSMiE PAN, 153 pp. (in Polish).
• [25] Strzałkowski, P. and Preidl, W. 2016. Selected mining monuments in Tarnowskie Góry. Budownictwo Górnicze i Tunelowe 4, pp. 19–26 (in Polish).

Uwagi

PL

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