Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Stateczność wyrobiska korytarzowego drążonego w strefie uskokowej w świetle badań kopalnianych i numerycznych

Małkowski P., Ostrowski Ł., Bachanek P.

Przegląd Górniczy

|

2018

|

T. 74, nr 2

17--27

PL

Na długości wyrobiska korytarzowego często dochodzi do zmian warunków górniczo-geologicznych, a jedną z przyczyn zaistniałych zmian jest obecność nierozpoznanej wcześniej strefy uskokowej. Doświadczenia pokazują, że jest to jeden z głównych czynników wpływających na problemy z utrzymaniem stateczności wyrobiska korytarzowego. Największym problemem przy ocenie wpływu strefy uskokowej na obciążenia obudowy jest ocena zasięgu strefy osłabienia (spękania) górotworu, jak i ilościowej oceny spadku właściwości mechanicznych skał. Według światowych badań strefa może wynosić od 1-2 metrów lub sięgać aż do czterokrotnej wartości wysokości zrzutu danego uskoku. Ponieważ w rejonie Górnośląskiego Zagłębia Węglowego zjawisko występowania małych uskoków na wybiegu wyrobiska jest bardzo powszechne, w artykule przedstawiono wpływ strefy uskokowej na stateczność chodnika podścianowego D-2 w kopalni KWK „Borynia- Zofiówka-Jastrzębie”. Wpływ ten przedstawiono na podstawie pomiarów dołowych konwergencji wyrobiska oraz za pomocą metod numerycznych. Wykonane badania pokazały, że dla celów inżynierskich można to zadanie wykonać za pomocą modelu płaskiego. Odpowiednie odwzorowanie uskoku modelem sprężysto-plastycznym z 20-procentowym osłabieniem pozwoliło otrzymać wyniki obliczeń numerycznych charakteryzujące się dużą zgodnością z wynikami pomiarów konwergencji wyrobiska w warunkach in situ. Stwierdzono, że zasięg zniszczenia górotworu w pionie sięga w stropie do wysokości dwóch zrzutów uskoku, w spągu do 3 zrzutów uskoku, a w ociosach do dwukrotnej wartości zrzutu uskoku. Na jego zasięg wpływa przede wszystkim wytrzymałość warstw skalnych znajdujących się poza strefą uskokową, a nachylenie sprawia, że strefa uplastycznienia jest niesymetryczna. Konwergencja chodnika o prawidłowo dobranej obudowie, znajdującego się w strefie uskoku nawet o małym 5-metrowym zrzucie jest 3,5–4,5-krotnie większa niż na odcinkach niezaburzonych tektonicznie. Najistotniejsze jest przy tym wypiętrzanie spągu, które może lokalnie dochodzić do 1,8 m, co zawsze będzie sprawiać problemy z utrzymaniem stateczności wyrobiska korytarzowego na odcinku z osłabionymi i przesuniętymi względem siebie warstwami skalnymi.

EN

There are many cases where geological and mining conditions change along the mining roadway. The primary unknown throw fault zones are often the reason of the problems for mining engineers. Based on experience, this is one of the main factor influences on mining workings stability. The key problem is to determine the range of the weaken zone in the vicinity of a fault zone which affects the load on a designed support. The worldwide research has shown that the range can be 1-2 m or reaches even 4-fold of the fault throw. As the small throw fault zones are very common in the conditions of Upper Silesia Coal Basin, this paper presents the research of fault zone influence on the roadway stability. The results of the numerical calculations are shown and in situ convergence measurements carried out in the maingate D-2 in the “Borynia-Zofiówka- Jastrzębie” coal mine as well. The proper modelling – elastic-plastic model with 20% weakening of rock mass properties – provided good accuracy between the calculations and measurements. Based on the results of research, it may be concluded that the rock mass displacements around roadway section within a fault zone reach: in the roof - two times the throw of the fault, in the floor - three times the throw, and horizontally nearly up to two times the width of the modelled fault zone. The convergence of the working, even whether the support has been designed properly, in the case of a 5-meter throw of the fault will be 3.5-4.5 higher than for the section of the roadway unaffected by the fault zone. A floor heaving which can reached even 1.8 m, is the most important for mining practice. It will always cause problems with the roadway maintenance, as the rock mass is strongly disturbed in such a zone and the rock beds are dislocated.

2

Studium niezawodności konstrukcji obudowy i stateczności wyrobisk korytarzowych w kopalniach węgla kamiennego z uwzględnieniem niepewności informacji

Duży S.

Zeszyty Naukowe. Górnictwo / Politechnika Śląska

|

2007

|

z. 277

1-221

PL

Prowadzenie eksploatacji górniczej powoduje konieczność wykonania szeregu wyrobisk korytarzowych udostępniających i przygotowawczych, do projektowania których wykorzystuje się wiele danych określanych z pewną dokładnością. W takiej sytuacji obiektywne oszacowanie bezpieczeństwa konstrukcji wyrobisk górniczych możliwe jest jedynie przy założeniu probabilistycznego modelu analizy jej niezawodności. Dla realizacji tego celu opracowano metodykę szacowania niezawodności i bezpieczeństwa konstrukcji wyrobisk korytarzowych, uwzględniającą specyfikę projektowania górniczego. Przeprowadzono badania nad zmiennością warunków geologiczne-górniczych oraz jakością wykonania wyrobiska i jego obudowy. Badania te przeprowadzono w 250 wyrobiskach przygotowawczych zlokalizowanych w losowo wybranych 22 rejonach obszarów górniczych kopalń węgla kamiennego w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. Badania przestrzennej, losowej zmienności wytrzymałościowych i odkształceniowych skał w masywie przeprowadzono z punktu widzenia następujących zagadnień: - kształtowanie się wytrzymałości na ściskanie i modułu sprężystości skały budującej tę samą warstwę w świetle badań laboratoryjnych i in situ, - kształtowanie się wytrzymałości na ściskanie i modułu sprężystości skały budującej tę samą warstwę zalegającą na większym obszarze oraz na różnej głębokości, - kształtowanie się wytrzymałości na ściskanie i modułu sprężystości masywu skalnego w obrębie profilu charakterystycznego wyrobiska. Z przeprowadzonych badań wynika, że górotwór w obrębie analizowanego obszaru, mimo braku zaburzeń, charakteryzuje się pod względem własności wytrzymałościowych dużą zmiennością. Własności odkształceniowe w ramach poszczególnych warstw i obszarów wykazują mniejszą zmienność. Analiza statystyczna własności wytrzymałościowych i odkształceniowych skał w masywie wykazała, że wytrzymałość na ściskanie oraz moduł sprężystości górotworu można traktować jako zmienne losowe o normalnym rozkładzie prawdopodobieństwa. Podstawowe znaczenie dla bezpieczeństwa konstrukcji budowlanych mają elementy i materiały stosowane do jej wykonania. Przeprowadzono pomiary podstawowych wymiarów przekroju poprzecznego najczęściej stosowanych w budownictwie podziemnym kształtowników V25 i V29, długości oraz promieni łuków odrzwiowych. Pomiary przeprowadzono na losowo wybranych kilkudziesięciu elementach obudowy, znajdujących się na składzie materiałów w kopalni i przygotowywanych do transportu do przodków drążonych wyrobisk korytarzowych. Wykorzystując pomiary poszczególnych gabarytów przekroju poprzecznego kształtownika, określono ich rozkłady statystyczne. Badania dokładności wykonania wyrobisk korytarzowych i ich obudowy wykonywane były w warunkach dołowych w kilkunastu przodkach drążonych wyrobisk korytarzowych. Pomiary i makroskopowa ocena jakości wykonania wyrobiska i obudowy były wykonywane w bezpośrednim sąsiedztwie czoła przodka, tak aby można było opracować obraz jakości jego wykonania bez uwzględnienia skutków oddziaływania deformującego się górotworu. Wszystkie uzyskane w trakcie badań pomiary i obserwacje makroskopowe zostały poddane analizie wraz z określeniem rozkładów statystycznych. Pozwoliły one również na określenie typowego obrazu wykonywanego w kopalni węgla kamiennego wyrobiska korytarzowego. Analizę niezawodności i bezpieczeństwa konstrukcji wyrobisk korytarzowych przeprowadzono opierając się na metodach deterministycznej i probabilistycznej. W metodach deterministycznych miernikiem niezawodności konstrukcji jest współczynnik bezpieczeństwa. Na podstawie przeprowadzonych obliczeń, wykorzystując różne metody (analityczne, empiryczne, numeryczne) stwierdzono, że tylko w przypadku około 1% wszystkich analizowanych wyrobisk nie jest spełniony podstawowy warunek bezpieczeństwa konstrukcji (współczynnik bezpieczeństwa powyżej 1,0), ale w około 43% nie jest spełniony warunek bezpieczeństwa zalecany dla wyrobisk podziemnych (współczynnik bezpieczeństwa powyżej 1,5). Wykorzystując metody probabilistyczne, jako miernik niezawodności konstrukcji przyjęto prawdopodobieństwo utraty stateczności wyrobiska korytarzowego. Przeprowadzona w ramach pracy analiza wykazała, że zastosowana w wyrobiskach obudowa charakteryzowała się zmiennym prawdopodobieństwem wystąpienia utraty stateczności. W celu weryfikacji rozważań przedstawionych w pracy przeprowadzono obserwacje zachowania się analizowanych wyrobisk korytarzowych, które wykazały, że wyrobisko górnicze, aby mogło bezpiecznie spełniać swoje funkcje technologiczne, powinno zostać sklasyfikowane do I, II lub Ul klasy. Aby już na etapie projektowania wyrobiska podnieść klasę warunków utrzymania stateczności wyrobiska korytarzowego, konieczne jest zwiększenie zapasu bezpieczeństwa konstrukcji, które można uzyskać dzięki wprowadzeniu współczynników korekcyjnych, zwiększających wymaganą nośność obudowy, zależnych od klasy warunków utrzymania stateczności wyrobiska, współczynnika zmienności obciążenia obudowy oraz współczynnika zmienności nośności konstrukcji obudowy. Analizę niezawodności i bezpieczeństwa konstrukcji analizowanych wyrobisk korytarzowych przeprowadzono metodami symulacyjną Monte Carlo, wykorzystującą do obliczeń obciążenia obudowy metodę opartą na hipotezie ośrodka złożonego, a nośność obudowy określoną metodą numeryczną zweryfikowaną o wyniki badań laboratoryjnych, oraz opracowaną w pracy analityczno-empiryczną metodą szacowania niezawodności i bezpieczeństwa konstrukcji wyrobisk korytarzowych. Na podstawie przeprowadzonych obliczeń porównawczych stwierdzono, że obie zastosowane metody obliczeniowe dały wyniki różniące się od siebie nie więcej niż 5%. Wskazuje to na przydatność opracowanej metody w praktyce projektowej, a uzyskana zgodność wyników obliczeń przy wykorzystaniu opracowanej metodyki z wynikami obserwacji dołowych dowodzi prawdziwości postawionej w pracy tezy.

EN

Mining exploitation creates the need to make a series of first driving and preparatory headings, designing which, many data determined with certain accuracy, are used. In this situation heading construction safety evaluation is possible only with assuming the probabilistic analysis model of its reliability. A heading reliability and safety evaluation method undertaking mining design specifics was compiled to realise this goal. Research on geological-mining condition changeability and heading and its support making quality have been made. Research has been made in 250 preparatory headings in 22, randomly chosen colliery mining regions in the Upper Silesian Mining Area. Spatial and random rock in massive strength and deformation changeability research, were conducted from the point of view of the following factors: - forming of compression strength and Young modulus of the rock that elevates the same layer in reference to laboratory research and in situ, - forming of compression strength and Young modulus of the rock that elevates the same layer which desposits of strata on a greater area and on different depth, - forming of compression strength and Young's modulus of the rock massive in the range of the heading characteristic profile. Research shows that rock strata in the range of the analyzed region, despite no disturbance, is characterized by large changeability in reference to its strength factors. Deformation factors in the face of certain layers and regions show smaller changeability. A static analysis of rock in massive strength and deformation factors has shown that rock strata compression strength and Young's modulus can be treated as random variables of normal probability distribution. Elements and making materials have the basic influence on building construction safety. Measurements of cross-section basic sizes are generally used in building underground shapes V25 and V29, lengths and radiuses of timber set arches. Measurements have been made in several random support elements, which are placed on the material depot in the mine and ready to transport to the faces of driven headings. Using the measurements of certain shape cross-section gabarits, their statistical distribution was defined. Heading and their support accuracy measurements have been made in underground conditions in over a dozen driven headings. Measurements and macroscopic evaluation of heading and support quality were made in the direct neighborhood of the face in a way that it was possible to compile a making quality view without undertaking the effects of deforming action of rock strata. Ali macroscopic measurements and observations were analyzed with statistic distribution definition. It made defining a typical view of headings in collieries possible. Heading construction safety and reliability analysis was made with the probabilistic and deterministic method. In the deterministic methods, the construction reliability measure is the safety factor. On the basis of the calculations, based on different methods (analytic, empirical, numerical) it was stated that only in about 1% of the analyzed headings, the construction safety condition was not fulfilled (safety factor over 1.0), but in about 43% the recommended safety condition for underground headings is not fulfilled (safety factor over 1,5). Using probabilistic methods, the heading stability loss probability was adopted as a measure of construction reliability. The executed analysis has shown that the supports used in headings were characterized by a changing probability of stability loss occurrence. To verify the deliberation, a behavior observation of the analyzed headings, which have shown that an excavation, to safely fulfill its technological duties, should be classified to class II III, or I has been executed. To boost the heading reliability maintenance conditions class, boosting the construction safety reserve, which can be obtained by inducting correction factors, which increase the required support load capacity dependent on the heading reliability maintenance conditions class, support load changeability factor and heading load capacity changeability factor, is necessary, on the designing level. The construction reliability and safety analysis in the analyzed headings was executed with the Monte Carlo simulative method, using it to calculate support load with the complex medium equation hypothesis, and the support load capacity was defined using hę numerical method verified with laboratory research results and compiled with the analytical-empirical method of heading safety and reliability evaluation. On the basis of the comparative calculations, it can be stated that both methods have given different results, which differ from each other by no more then 5%. It shows that the compiled method will be useful in designing practice, and the obtained compatibility of the calculation results, using the compiled method with the underground observation results, proves the genuineness of the stated thesis.

3

Ocena stateczności wyrobisk korytarzowych w kopalniach Górnośląskiego Zagłębia Węglowego

Duży S.

Górnictwo i Geologia

|

2007

|

T. 2, z. 3

17-29

PL

Na podstawie przeprowadzonych obserwacji w ponad 200 wyrobiskach przygotowawczych w kopalniach węgla kamiennego przedstawiono zachowanie się wyrobisk przygotowawczych w zależności od prawdopodobieństwa utraty stateczności. Opierając się na uzyskanych wynikach, wskazano główne czynniki decydujące o niezawodności konstrukcji obudowy i bezpieczeństwie wyrobisk. Zaproponowano sposoby uwzględniania już na etapie projektowania wyrobisk działań zmierzających do poprawy niezawodności konstrukcji obudowy i bezpieczeństwa wyrobisk korytarzowych w kopalniach węgla kamiennego. Do osiągnięcia tego celu wykorzystano podstawy teorii niezawodności i bezpieczeństwa konstrukcji budowli podziemnych.

EN

On the basis of observations in over 200 preparatory headings in collieries, the behaviour of preparatory headings, depending on stability loss probability, has been presented. On the basis of the results, the main factors deciding about the support construction reliability and heading safety, have been shown. Measures of including, on the heading designing phase, the actions which increase support construction reliability and heading safety in collieries, have been presented. To accomplish this goal the basics of the underground construction reliability and safety theory have been used.