Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Comparison of the effects of anthropogenic seismic events and natural earthquakes on buried infrastructure network components

Rusek Janusz, Słowik Leszek, Tajduś Krzysztof

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2023

|

Vol. 71, nr 6

art. no. e147347

EN

Mining tremors may have an impact on the safety risk of steel pipelines through their effects. It is therefore important to quantify the impact of a high-energy mining tremor in terms of strength. In addition, a comparison of the results obtained with the effect of a seismic tremor can illustrate the scale of such a hazard. Recently, this has been a very frequently raised issue in the area of surface protection against negative mining impacts and the protection of post-mining areas. Ensuring safe use is particularly important for gas transmission elements. This paper presents the results of a comparative analysis of the impact of mining tremors and seismic impacts on a specimen steel pipeline segment. The analyzed pipeline is located in the eastern part of Poland in the area of paraseismic impacts of the LGCD (Legnica-Glogow Copper District) mine. For this purpose, an analytical approach was used to assess the impact of seismic wave propagation on underground linear infrastructure facilities. Accelerogram records for the 02-06-2023 seismic tremor from Turkey and the mining tremor for 11-25-2020 were used. In the case of the design of underground pipelines, the cross-section of the element for which measures describing wall stress and the ovalization of the cross-section are determined is usually considered. In the situation of the influence of seismic wave propagation or so-called permanent ground deformation, the response of the pipeline in the longitudinal direction is analyzed. As a final result, longitudinal strains transferred to the pipeline as a consequence of the propagating seismic wave and mining tremor were determined. The absolute difference between the deformations in the ground and along the length of the pipeline was determined. This type of analysis has not been carried out before and provides new insights into the topic of paraseismic impacts on the scale of their interaction with natural earthquakes. Mining tremor data was obtained from the mine’s seismological department. The seismic tremor data, on the other hand, was downloaded via the publicly available ESM (Engineering Strong- Motion Database).

2

Effect of the entire coal basin flooding on the land surface deformation

Tajduś Krzysztof, Sroka Anton, Dudek Mateusz, Misa Rafał, Hager Stefan, Rusek Janusz

Archives of Mining Sciences

|

2023

|

Vol. 68, no. 3

375--392

EN

This paper presents one of the environmental problems occurring during underground mine closures: according to the underground coal mine closure programme in Germany, the behaviour of the land surface caused by flooding of the entire planned mining area – the Ruhr District – had to be addressed. It was highlighted that water drainage would need to be continuous; otherwise, water levels would rise again in the mining areas, resulting in flooding of currently highly urbanised zones. Based on the variant analysis, it was concluded that the expected uniform ground movements caused by the planned rise in the mining water levels (comprising a part of two concepts – flooding up to the level of –500 m a.s.l. and −600 m a.s.l.), in the RAG Aktiengesellschaft mines, will not result in new mining damage to traditional buildings. The analysis included calculations of the maximum land surface uplift and the most unfavourable deformation factor values on the land surface, important from the point of view of buildings and structures: tilt T, compressive strain ε– and tensile strain ε+. The impact of flooding on potential, discontinuous land surface deformation was also analysed.

3

Ocena odporności dynamicznej stalowego mostu przenośnikowego poddanego oddziaływaniu wstrząsów górniczych

Rusek Janusz, Firek Karol, Słowik Leszek, Tajduś Krzysztof, Rataj Dagmara

Builder

|

2022

|

R.26, nr 4

24--26

PL

W ramach niniejszej pracy zaprezentowano wyniki stosowania autorskiej procedury oceny odporności dynamicznej na wpływ wstrząsów górniczych istniejącego mostu przenośnikowego o konstrukcji stalowej. Obiekt ten stanowi newralgiczny element zespołu obiektów przemysłowych kopalni. Podstawą do sformułowania kryteriów do oceny był wytężeniowy stan graniczny nośności STR podany przez Eurokody oraz instrukcję ITB dotyczącą zastosowania Eurokodów w celu ustalania wartości obciążeń na terenach górniczych. W ramach analiz dokonano również rozeznania intensywności w zakresie dotychczasowych zjawisk sejsmicznych w obszarze lokalizacji przedmiotowego obiektu. Pozwoliło to na przyjęcie krzywej wzorcowego spektrum odpowiedzi, które zastosowano w analizie dynamicznej. Finalnie utworzono prętowo-powłokowy model numeryczny obiektu, dla którego przeprowadzono symulacje od obciążeń przyjmowanych do wymiarowania konstrukcji na etapie projektowania. Tak uzyskane wyniki porównano z rezultatami od kombinacji wyjątkowej uwzględniającej wpływ wstrząsów górniczych. Porównanie to pozwoliło wyodrębnić zapas nośności, w ramach którego dopuszczono możliwość przeniesienia przez konstrukcję efektu wywołanego wstrząsem górniczym. Następnie dla wyodrębnionego zapasu nośności wykalibrowano wartości dopuszczalnych przyspieszeń drgań gruntu w płaszczyźnie poziomej i pionowej. W przedstawianej procedurze oceny tak wyznaczone wartości stanowią miarę odporności dynamicznej analizowanej konstrukcji na wpływy oddziaływań wstrząsów górniczych. W ramach pracy wskazano również, że opracowane podejście pozwala na ocenę wrażliwości poszczególnych elementów konstrukcyjnych na wymuszenie dynamiczne generowane wstrząsem górniczym. Ta dodatkowa informacja może być bardzo przydatna na etapie rozważania sposobu wzmacniania konstrukcji.

EN

This article presents the results of the author's procedure for evaluating the dynamic resistance to mining tremors of the existing steel-structure conveyor bridge. This object is a sensitive component of the mine's industrial plant complex. The basis for formulation of the assessment criteria was the STR ultimate limit state given by the Eurocodes and the ITB guidelines on implementation of Eurocodes for determination of load values in mining terrains. The analyses also included a recognition of the intensity of recent seismic events in the area of the object's location. This made it possible to adopt a curve of the standard response spectrum, which was used in the dynamic analysis. Finally, a bar-shell numerical model of the structure was created, for which simulations were performed with respect to loads adopted for dimensioning of the structure at the design stage. The results obtained in this way were compared with the results from the exceptional combination taking into account the influence of mining tremors. This comparison allowed to separate the load-bearing capacity reserve, within which the possibility of carrying by the structure the effect of mining tremors was permissible. Then the limit values of accelerations of ground vibrations in horizontal and vertical planes were calibrated for the extracted load-bearing capacity reserve. In the presented assessment procedure, the so determined values constitute a measure of dynamic resistance of the analyzed structure to the effects of mining tremors. The paper also indicates that the developed approach makes it possible to assess the sensitivity of individual structural members to the dynamic excitation generated by a mining tremor. This additional information can be very useful at the stage of considering the method of strengthening the structure.

4

Assessment of the behaviour of flysch rock mass during tunnel boring in the primary lining using indicators and limit values of displacements and deformations

Tajduś Antoni, Tajduś Krzysztof

Archives of Mining Sciences

|

2022

|

Vol. 67, no. 2

355--376

EN

The article describes the behaviour of the flysch rock massif (Carpathian flysch) during the drilling of three tunnels in the preliminary lining. These tunnels were excavated in: “Naprawa”, “Laliki”, and “Świnna Poręba”. The distance between these tunnels in a straight line was 50 km to 90 km. The results of the displacement of the contours of these tunnels and their convergence were analysed in detail. These values were compared with the indices used to assess the behaviour of the rock mass in the tunnel environment (Zasławski index and Hoek index) and the adopted limit values of displacements and deformations. On this basis, a critical analysis of the selection of initial supports in the completed tunnels was made, showing errors at the design stage.

5

The land surface deformation caused by the liquidation of the Anna mine by flooding

Dudek Mateusz, Tajduś Krzysztof, Rusek Janusz

Archives of Environmental Protection

|

2022

|

Vol. 48, no. 1

100--108

EN

The most worldwide method of liquidating underground hard coal mines is by spontaneous flooding as the result of the discontinuation of the rock mass drainage. Due to the hydrological reconstruction of the previously disturbed water system by mining operations, the movements of the rock mass with the opposite direction than subsidence appear. These movements are called rock mass uplift. This paper aims to present possible hazards related to land surface objects and the environment, which can appear during the flooding of the underground mine. The issue of proper forecasting of this phenomenon has so far been marginal in world literature. To date, only a few analytical methods have been used to predict the possible effects of surface deformation. Nowadays, the most common analytical method of forecasting surface deformation caused by the liquidation of underground workings by flooding is Sroka’s method. In this paper, the authors have presented analyses of flooding scenarios developed for a Polish mine and their impact on the land surface as well as the environment. The scenarios presented in the manuscript were selected for analysis as the most probable concerning the mine and the future plans of the mining enterprise. The process of flooding coal mines results in several risks for surface objects and underground infrastructure. This is why the uplift caused by the flooding of the mine should be predicted. The resulting uplifting movements can also, apart continuous deformation lead to the creation of much more dangerous phenomena involving discontinuous deformations.

PL

Najbardziej znaną na świecie metodą likwidacji podziemnych kopalń węgla kamiennego jest sa- moistne zatopienie jej w wyniku zaprzestania odwadniania górotworu. W związku z hydrologiczną odbudową zaburzonego wcześniej systemu wodnego przez eksploatację górniczą, pojawiają się ruchy górotworu o kierunku przeciwnym do osiadania. Ruchy nazywane są wypiętrzaniem masywu skalnego. Celem artykułu jest przedsta- wienie możliwych zagrożeń związanych z obiektami budowlanymi zlokalizowanych na powierzchni terenu oraz środowiskiem, jakie mogą wystąpić podczas zatapiania kopalni podziemnej. Kwestia prawidłowego prognozo- wania tego zjawiska była dotychczas w literaturze światowej marginalna. Do tej pory wykorzystano tylko kilka metod analitycznych do przewidywania możliwych skutków deformacji powierzchni ziemi. Obecnie najbardziej docenianą analityczną metodą prognozowania deformacji powierzchni spowodowanych likwidacją podziemnych wyrobisk przez zatapianie jest metoda Sroki. W artykule autorzy przedstawili analizę scenariuszy likwidacji opra- cowanych dla polskiej kopalni i ich wpływu na powierzchnię terenu oraz środowisko. Przedstawione w rękopisie scenariusze zostały wybrane do analizy jako najbardziej prawdopodobne ze względu na działalność kopalni i przy- szłych planów przedsiębiorstwa górniczego. Proces zatapiania kopalń podziemnych powoduje szereg zagrożeń dla obiektów naziemnych i infrastruktury podziemnej. Dlatego należy prognozować wypiętrzenie spowodowane likwidacją kopalni przez zatapianie. Powstające ruchy podnoszące mogą również, poza ciągłą deformacją, prowa- dzić do powstania znacznie groźniejszych zjawisk związanych z deformacjami nieciągłymi.

6

The application of Knothe’s theory for the planning of mining exploitation under the threat of discontinuous deformation of the surface and for the prediction of ground surface movements with rising water levels in the post-mining phase

Sroka Anton, Hager Stefan, Misa Rafał, Tajduś Krzysztof, Dudek Mateusz

Gospodarka Surowcami Mineralnymi

|

2021

|

T. 37, z. 4

199-218

EN

The article presents three German-located case studies based on stochastic methods founded by the theory proposed by Knothe and the development of the ‘Ruhrkohle method’ according to Ehrhardt and Sauer. These solutions are successfully applied to predict mining-induced ground movements. The possibility of forecasting both vertical and horizontal ground movements has been presented in the manuscript, which allowed for optimization mining projects in terms of predicted ground movements. The first example presents the extraction of the Mausegatt seam beneath the district of Moers-Kapellen in the Niederberg mine. Considering, among others, the adaption of the dynamic impact of the underground operations to the mining-induced sensitivity of surface objects, the maximum permissible rate of the face advance has been determined. The second example presents the extraction of coal panel 479 in the Johann seam located directly in the fissure zone of Recklinghausen-North. Also, in this case, the protection of motorway bridge structure (BAB A43/L225) to mining influences has been presented. The Ruhrkohle method was used as a basis for the mathematical model that was developed to calculate the maximum horizontal opening of the fissure zone and the maximum gap development rate. Part of the article is dedicated to ground uplift due to rising mine water levels. Although it is not the main factor causing mining-related damage, such movements in the rock masses should also be predicted. As the example of the Königsborn mine, liquidated by flooding, shows stochastic processes are well suited for predicting ground uplift. The only condition is the introduction of minor adjustments in the model and the use of appropriate parameters.

PL

Artykuł przedstawia trzy studia przypadków zlokalizowane w Niemczech, oparte na metodach stochastycznych, których podstawą jest teoria zaproponowana przez Knothego oraz rozwój „metody Ruhrkohlego” według Ehrhardta i Sauera. Rozwiązania te są z powodzeniem stosowane do przewidywania ruchów górotworu wywołanych wydobyciem surowców. Przedstawiono możliwość prognozowania zarówno pionowych, jak i poziomych ruchów górotworu oraz zaprezentowano możliwości optymalizacji projektów górniczych pod kątem przewidywanych ruchów górotworu. Pierwszy przykład przedstawia wydobycie pokładu Mausegatt pod okręgiem Moers-Kapellen w kopalni Niederberg. Mając na uwadze m.in. dostosowanie dynamicznego wpływu eksploatacji górniczej do wrażliwości obiektów powierzchniowych na wpływy górnicze, określono maksymalne dopuszczalne tempo posuwu przodka. Drugi przykład przedstawia wydobycie ściany 479 z pokładu Johanna leżącego bezpośrednio w strefie nieciągłości Recklinghausen-North i zastosowane zabezpieczenie konstrukcji mostowej autostrady (BAB A43/L225). Metoda Ruhrkohlego została wykorzystana w tym przypadku jako podstawa do modelu matematycznego, który został opracowany do obliczenia maksymalnego poziomego otwarcia strefy nieciągłości i maksymalnego tempa rozwoju szczeliny. Część artykułu poświęcona jest zjawisku wypiętrzania w wyniku podnoszenia się poziomu wód kopalnianych. Pomimo tego, że nie jest to główny czynnik powodujący szkody związane z górnictwem, jednak tego rodzaju ruchy również należy prognozować. Jak pokazuje przykład dawnej kopalni Königsborn, procesy stochastyczne dobrze nadają się do przewidywania wypiętrzenia gruntu, pod warunkiem wprowadzenia niewielkich korekt w modelu i zastosowania odpowiednich parametrów.

7

Direct least squares and derivative-free optimisation techniques for determining mine-induced horizontal ground displacement

Rusek Janusz, Tajduś Krzysztof

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2021

|

Vol. 69, nr 1

art. no. e135840

EN

The paper presents the results of analyses concerning a new approach to approximating trajectory of mining-induced horizontal displacements. Analyses aimed at finding the most effective method of fitting data to the trajectory of mining-induced horizontal displacements. Two variants were made. In the first, the direct least square fitting (DLSF) method was applied based on the minimization of the objective function defined in the form of an algebraic distance. In the second, the effectiveness of differential-free optimization methods (DFO) was verified. As part of this study, the following methods were tested: genetic algorithms (GA), differential evolution (DE) and particle swarm optimization (PSO). The data for the analysis were measurements of on the ground surface caused by the mining progressive work at face no. 698 of the German Prospel-Haniel mine. The results obtained were compared in terms of the fitting quality, the stability of the results and the time needed to carry out the calculations. Finally, it was found that the direct least square fitting (DLSF) approach is the most effective for the analyzed registration data base. In the authors’ opinion, this is dictated by the angular range in which the measurements within a given measuring point oscillated.

8

Analysis of steel industrial portal frame building subjected to loads resulting from land surface uplift following the closure of underground mines

Dudek Mateusz, Rusek Janusz, Tajduś Krzysztof, Słowik Leszek

Archives of Civil Engineering

|

2021

|

Vol. 67, nr 3

283--298

EN

The liquidation of underground mines by the flooding leads to movements of the rock mass and land surface as a result of pressure changes in the flooded zones. The changes resulting from the rising water table caused by the changes in the stress and strain state, as well as the physical and mechanical properties of rock layers, can lead to damage to building structures and environmental changes, such as chemical pollution of the surface water. For this reason, the ability to predict the movements of rock masses generated as a result of mine closure by flooding serves a key function in relation to the protection of the land surface and buildings present thereon. This paper presents an analysis of a steel industrial portal-frame structure under loading generated by the liquidation of a mine by flooding. The authors obtained land surface uplift results for the liquidated mine and used them in a numerical simulation for the example building. Calculations were performed for different cases, and the results were compared to determine whether limit states may be exceeded. A comparison was made between the cases for the design state and for additional loading caused by the uplift of the subsurface layer of the rock mass.

PL

Likwidacja podziemnych kopalń przez zatapianie prowadzi do ruchów górotworu i powierzchni terenu w wyniku zmian ciśnienia w strefach zatapianych. Zmiany wynikające z podniesienia się zwierciadła wody podziemnej, spowodowane zmianami stanu naprężenia i odkształcenia oraz właściwości fizycznych i mechanicznych warstw skał mogą prowadzić do uszkodzeń powierzchniowych obiektów budowlanych oraz zmian środowiskowych, takich jak chemiczne zanieczyszczenie wód przypowierzchniowych. Z tego względu możliwość przewidywania ruchów górotworu powstających w wyniku likwidacji kopalń przez zatapianie pełni kluczową funkcję w odniesieniu do ochrony powierzchni terenu i znajdujących się na nim budynków. W artykule przedstawiono analizę przemysłowej stalowej hali magazynowej pod obciążeniem wynikającym z likwidacji kopalni w wyniku jej zatapiania. Autorzy uzyskali wyniki wypiętrzenia terenu zlikwidowanej kopalni i wykorzystali je w symulacji numerycznej przykładowego budynku. Obliczenia przeprowadzono dla różnych przypadków, a wyniki porównano w celu określenia, czy możliwe jest przekroczenie stanów granicznych. Dokonano porównania pomiędzy stanem projektowym i dla dodatkowego obciążenia spowodowanego wypiętrzeniem przypowierzchniowej warstwy gruntu.

9

A new prediction model of surface subsidence with cauchy distribution in the coal mine of thick topsoil condition

Jiang Yue, Misa Rafał, Tajduś Krzysztof, Sroka Anton, Jiang Yan

Archives of Mining Sciences

|

2020

|

Vol. 65, no. 1

147--158

EN

Coal is the main energy source in China, but its underground mining causes surface subsidence, chich seriously damages the ecological and living environments. How to calculate subsidence accurately is a core issue in evaluating mining damage. At present, the most commonly used method of calculation is the Probability Integral Method (PIM), based on a normal distribution. However, this method has limitations in thick topsoil (thickness > 100 m), in that the extent of the calculated boundary of the subsidence basin is smaller than its real extent, and this has an undoubted impact on the accurate assessment of the extent of mining damage. Therefore, this paper introduces a calculation model for surface subsidence based on a Cauchy distribution for thick topsoil conditions. This not only improves the accuracy of calculation at the subsidence basin boundary, but also provides a universal method for the calculation of surface subsidence.

10

Analytical design of selected geotechnical solutions which protect civil structures from the effects of underground mining

Misa Rafał, Sroka Anton, Tajduś Krzysztof, Dudek Mateusz

Journal of Sustainable Mining

|

2019

|

Vol. 18, iss. 1

1--7

EN

This paper presents the authors' computational methods based on Knothe's theory. The methods enable the estimation of the reduction coefficient for effects which originate from mining operations performed via the application of a longitudinal structure which is sunk in to the ground. It could be, for example, a partition, which as a structural gap fulfils the function of an expansion grout, or via breaking the subsoil continuity (e.g. because of creating a peat-filled ditch or using a natural gap). Demonstrative calculations have been carried out in a few cases, i.a. to protect a structure situated in the vicinity of a planned tunnel. Additionally, some examples of the discontinuity zone which impact the obtained deformation values have been presented. The calculation method has been tested in case studies. The results of the calculations clearly show the positive influence of the applied geotechnical solutions on the minimisation of mining damage.