Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Study on control of dynamic disaster induced by high-level ETHR fracture by ground fracturing

Liang Yanbo, Cheng Yuanfang, Han Zhongying, Yan Chuanliang, Liu Zhenhai, Zhang Xiufeng, Wang Chao

Acta Geophysica

|

2023

|

Vol. 71, no. 3

1273--1287

EN

Fracture of high-level extra thick and hard roof (ETHR) above the coal seam is the main reason for the frequent occurrence of mine dynamic disasters such as mine earthquake and rock burst. In order to address this problem, the ground fracturing technology was proposed in this paper to presplit the high-level roof. The FLAC numerical model was established to study the dynamic response of the ETHR before and after fracturing. The simulation results show that: The existence of hydraulic fracture can effectively reduce the first breaking span of ETHR, and slow down the stress and elastic deformation energy concentration of coal and rock mass on both sides of goaf. In order to ensure the economical and effective opening of prefabricated cracks, the comprehensive influence of tensile stress zone and induced stress between cracks should be fully considered in the design of crack spacing. Finally, the field test of hydraulic fracturing was carried out in 63up06 working face in Dongtan coal mine in China. The results of microseismic monitoring showed that there were only 4 strong mine earthquake events of magnitude 2.0 that happened in the first 400 m of excavation, compared with the adjacent working face, the number of large energy mining earthquake events decreased significantly. It showed that the ground fracturing effectively controlled the high and thick strata and verified the feasibility of the ground fracturing technology. The research results can provide some guidance for the treatment of mine earthquake and rock burst in similar working face.

2

Energy distribution law of coal–rock combined body under confining pressure effect

Chen Guangbo, Zhang Jing, Li Yuan, Liu Fengxu, Li Tan, Zhang Guohua

Acta Geophysica

|

2023

|

Vol. 71, no. 4

1831--1843

EN

Coal measure strata are composed of many kinds of rock layers with different properties, and the energy accumulation ability of each rock layer is different, which causes the uneven distribution of energy. In order to explore the accumulation layer of rock burst energy in coal–rock system, based on the structural characteristics and mechanical properties of coal and rock, the mechanical model of coal–rock combined body was constructed, and the calculation formula of energy distribution of coal–rock combined body was deduced. The axial compression tests of coal–rock combined body under five confining pressures (0, 5, 10, 15 and 20 MPa) were designed and carried out. The results show that: 1) Under five confining pressures, the average compressive strength of the specimens was 18.74 MPa, 20.75 MPa, 24.68 MPa, 28.02 MPa and 32.05 MPa, respectively. With the increase in confining pressure, the compressive strength also increased linearly; 2) Under the five confining pressures, the pre-peak accumulated energy of the specimens was 0.106 kJ, 0.244 kJ, 0.591 kJ, 0.758 kJ and 1.602 kJ. With the continuous increase in the confining pressure, the pre-peak accumulated energy increased exponentially; 3) With the increase in confining pressure, the coal component accumulation energy increased exponentially, followed by 0.069 kJ, 0.182 kJ, 0.440 kJ, 0.630 kJ and 1.419 kJ, and the proportion of coal component accumulation energy was 65.14%, 71.63%, 76.72%, 82.89% and 87.07%, respectively, which were all greater than 50%. Combined bodies accumulated more energy under loading conditions, most of which were accumulated on coal components, and coal components were the main carriers of energy accumulation, which played a leading role in the destruction of combined bodies; 4) The energy distribution test method was discussed and analyzed. The energy distribution test method of coal–rock combined body based on single specimen method could effectively avoid the influence of size effect and coal–rock individual difference on energy accumulation. At the same time, the test time was shortened, the test workload was reduced, and the calculation accuracy was improved; 5) The rationality and reliability of the two methods for direct and indirect determination of coal–rock component energy were demonstrated. The error rates of the two methods were 2.936%, 1.846%, 3.125%, 3.412% and 0.862%, which were less than 5%. The error had little effect on the test results. The research results have reference significance for exploring the key strata of rock burst energy accumulation and the precise prevention and control of rock burst.

3

Studies on the performance of impact resistant structure of hydraulic support in fully mechanized mining face under rock burst

Zhang Qiang, Zhang Runxin

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2022

|

Vol. 60 nr 4

649--658

EN

In order to solve the support problem of a fully mechanized coal face under rock burst and with the goal of safe and efficient coal mining, the present study hasenvisaged a hexagon periodic arrangement energy absorption structure. Based on the shell theory, the mechanical model of the impact resistant structure and hydraulic support was constructed using the finite element method. The mechanical properties of the hydraulic support under a full impact and a partial load impact of the roof were analysed, and the impact resistant structure was designed to prove the reliability of the structure. The results showed that the anti-impact structure reduced the stress and stress fluctuation of the column and effectively reduced the shape variable of the weak link of the hydraulic support. Furthermore, a delay in the time was observed, when the pressure of the hydraulic cylinder reached the yield strength, and there was a gain in the time for the opening of the large flow safety valve. Especially, under the action of partial load, the column did not bend, and the hydraulic cylinder was in the elastic range. Our results can provide new insights in the support of rock burst working face, which is of great significance concerning safety in the coal mining.

4

Experimental study on deformation and damage evolution of a mining roadway with weak layer rock under compression-shear load

Song Yimin, Ren He, Xu Hailiang, An Dong

Archives of Mining Sciences

|

2021

|

Vol. 66, no. 3

351--368

EN

The structure and load characteristics of the roadway are simplified, and the experimental model of the roadway deformation and damage under compression-shear load is established. The experimental data acquisition system is built with a CCD camera. The digital speckle correlation method is used to calculate the image data of the experimental model. The correspondence between the evolution law of the deformation field, the interlayer displacement and deformation evolution are analysed, including the dynamic characteristic of the roadway surrounding the rock. Research results indicate: (1) The damage peak load of the weak layer structure shows a decreasing trend as the interlayer shear stress increases. As the initially applied shear stress increases, the value of interlayer sliding displacement increases, and the dynamic characteristics become more apparent. (2) In the sub-instability phase of the loading curve, when the surrounding rock slides along the layers under compression-shear load, the stress is re-distributed and transmitted to the deep part of the surrounding rock. Then the surrounding rock of the roadway forms the characteristic of alternating change, between tension to compression. (3) According to the state of dynamic and static mechanics, the deformation evolution of the roadway before the peak load belongs to the static process. Zonal fracturing is part of the transition phase from the static process to the slow dynamic process, and the rockburst damage is a high-speed dynamic process. (4) Under the compression-shear load, due to the weak layer structure of the coal and rock mass, the local fracture, damage, instability and sliding of the surrounding rock of the roadway are the mechanical causes of rockburst. (5) Even if the coal and rock mass does not have the condition of impact tendency, under stress load of the horizontal direction, distribution of large shear stress is formed between layers, and the dynamic damage of the rockburst may occur.

5

Experimental and theoretical study on the dynamic ejection process of a rock burst under a static load

Zheng Weiyu

Archives of Mining Sciences

|

2021

|

Vol. 66, no. 1

43--56

EN

As the duration of a rock burst is very short and the roadway is seriously damaged after the disaster, it is difficult to observe its characteristics. In order to obtain the dynamic characteristics of a rock burst, a modified uniaxial compression experiment, combined with a high-speed camera system is carried out and the process of a rock burst caused by a static load is simulated. Some significant results are obtained: 1) The velocity of ejected particles is between 2 m/s and 4 m/s. 2) The ratio of elastic energy to plastic energy is about five. 3) The duration from integrity to failure is between 20 ms and 40 ms. Furthermore, by analyzing the stress field in the sample with a numerical method and crack propagation model, the following conclusions can be made: 1) The kinetic energy of the ejected particles comes from the elastic energy released by itself. 2) The ratio of kinetic energy to elastic energy is between 6% and 15%. This can help understand the source and transfer of energy in a rock burst quantitatively.

6

A Proposal of Rock Burst Control Measures at the Coalface No. 1 4064 at the Mining Plant 1, in OKD, A. S. Czech Republic

Zubicek Václav, Hudecek Vlastimil, Kubica Milan

Inżynieria Mineralna

|

2020

|

no. 1, vol. 1

105--112

EN

The paper describes a proposal of rock burst control measures for excavation and mining of the area the Coalface No. 1 4064, which is located in the 1st mining block of the Mining Plant 1, locality Karviná. It is an area that has been left in place as a protective area for safety reasons due to the high risk of rock bursts, and it is bordered on both sides by old workings. The aim of the proposal is to extract the retained area by using rock burst control measures to reduce this risk. As a measure, extensive disintegration of the rock massif in the overlying rocks of the seam by blasting works was chosen, both in driving mine workings and in mining of the coalface. The article describes the methods and scope of implementation of active and passive rock burst control measures in standard situations and in the case of detection of an unfavourable stress level.

PL

W pracy opisano propozycję sposobu kontroli tąpań skał w obszarze górniczym wydobycia w ścianie nr 1 4064, która znajduje się w 1. bloku wydobywczym Zakładu Górniczego nr 1, miejscowość Karwina. Jest to obszar, który pozostawiono jako filar ochronny ze względów bezpieczeństwa z uwagi na na wysokie ryzyko przemieszczania się skał, po obu stronach graniczących ze starymi wyrobiskami. Celem opracowania jest zbadanie obszaru filara za pomocą środków do kontroli tąpania. W artykule opisano metody i zakres wdrażania aktywnych i pasywnych środków kontroli tąpania w skałach w standardowych sytuacjach oraz w przypadku wykrycia niekorzystnego poziomu stresu. Jako sposób wybrano rozległy obszar masywu skalnego gdzie obserwuje się ruchy górotworu wywołane przez roboty strzałowe. W artykule opisano metody i zakres realizacji aktywnych i pasywnych środków kontroli tąpania w warunkach standardowych oraz w przypadku wykrycia niekorzystnego poziomu naprężeń.

7

Powered support in dynamic load conditions - numerical analysis

Masny Wojciech

Archives of Mining Sciences

|

2020

|

Vol. 65, no. 3

453--468

EN

Tremors occur randomly in terms of time, energy as well as the location of their focus. The present state of knowledge and technology does not allow for the precise prediction of these values. Therefore, it is extremely important to correctly select a powered roof support for specific geological and mining conditions, especially in the case of areas where dynamic phenomena are often registered. This article presents information on rock burst hazard associated with the occurrence of rock mass tremors and their influence on a powered roof support. Furthermore, protection methods of a powered roof support against the negative effects of dynamic phenomena are discussed. As a result of an analysis the methodology, to determine the impact of dynamic phenomena on the powered roof support in given geological and mining conditions is presented.

8

KGHM : ziemia się trzęsie…

Maksymowicz A.

Przegląd Geologiczny

|

2017

|

Vol. 65, nr 1

21--22

EN

The rock burst that occurred on November 29, 2016, in the "Rudna” copper mine has had tragic consequences. Eight miners were killed in the heavy machinery compartment located in the safest area of the safety pillar. This is not the first accident of its kind. It was caused by the collapse of the overlying anhydrite layer that is approximately 200 m thick in this region. The mining operation is based on the room and pillar system that results in stress accumulation within the anhydrite layer, which, at some time, causes a rock burst. The best method to prevent this phenomenon is the use of backfill. The entire mined surface of a deposit is greater than 100 square kilometres. Such amounts of sands are not stored within the mines. It is therefore necessary to carry out operations to adapt more than 1 billion tonnes of tailings accumulated in the "Żelazny Most” reservoir to the needs of backfilling of mine workings. The widespread use of hardened backfill should prevent such great rock bursts in copper mines.

9

The influence of normal fault on initial state of stress in rock mass

Tajduś A., Cała M., Tajduś K.

Studia Geotechnica et Mechanica

|

2016

|

Vol. 38, nr 1

109--120

EN

Determination of original state of stress in rock mass is a very difficult task for rock mechanics. Yet, original state of stress in rock mass has fundamental influence on secondary state of stress, which occurs in the vicinity of mining headings. This, in turn, is the cause of the occurrence of a number of mining hazards, i.e., seismic events, rock bursts, gas and rock outbursts, falls of roof. From experience, it is known that original state of stress depends a lot on tectonic disturbances, i.e., faults and folds. In the area of faults, a great number of seismic events occur, often of high energies. These seismic events, in many cases, are the cause of rock bursts and damage to the constructions located inside the rock mass and on the surface of the ground. To estimate the influence of fault existence on the disturbance of original state of stress in rock mass, numerical calculations were done by means of Finite Element Method. In the calculations, it was tried to determine the influence of different factors on state of stress, which occurs in the vicinity of a normal fault, i.e., the influence of normal fault inclination, deformability of rock mass, values of friction coefficient on the fault contact. Critical value of friction coefficient was also determined, when mutual dislocation of rock mass part separated by a fault is impossible. The obtained results enabled formulation of a number of conclusions, which are important in the context of seismic events and rock bursts in the area of faults.

10

Zagrożenia tąpaniami w polskim górnictwie w latach 1980-2015

Rawicki Z., Stępień A., Rożek E., Błaszczyk A.

Przegląd Górniczy

|

2016

|

T. 72, nr 4

38--47

PL

Zagrożenie tąpaniami należy od wielu lat do najniebezpieczniejszych zagrożeń naturalnych, występujących w polskim górnictwie. Wielkość tego zagrożenia uzależniona jest od warunków prowadzenia działalności górniczej - zarówno naturalnych, jak głębokość zalegania złoża czy występowanie zaburzeń geologicznych, a także górniczych - wynikających z dokonanej wcześniej eksploatacji, zastosowanej technologii lub koordynacji robót. W latach 2014-2015 zagrożenie tąpaniami występowało w 22 z 30 czynnych kopalń węgla kamiennego oraz we wszystkich trzech kopalniach rud miedzi, a wspomnieć należy również o aktywności sejsmicznej generowanej odkrywkową eksploatacją węgla brunatnego. O tym, że jest to nadal zagrożenie realne, świadczy występowanie w latach 2013 - 2015 tąpnięć, w wyniku których pracownicy zatrudnieni pod ziemią ulegli wypadkom, w tym śmiertelnym. W artykule przedstawiono dane statystyczne dotyczące rejestrowanych w latach 1980-2015 wysokoenergetycznych zjawisk sejsmicznych, zaistniałych tąpnięć oraz towarzyszących im wypadków, w korespondencji z uzyskanym wydobyciem. Omówiono wykorzystywane w podziemnych zakładach górniczych metody oceny stanu zagrożenia tąpaniami, jak również stosowane środki profilaktyki aktywnej i pasywnej, obejmującej już fazę projektowania eksploatacji górniczej lub poprzez działania organizacyjne stosowane w fazie prowadzenia eksploatacji. Integralną część artykułu stanowi opis niektórych działań organów nadzoru górniczego w celu ograniczenia zagrożenia tąpaniami w zakładach górniczych. Przedstawiono wnioski zespołu doradczo-opiniodawczego powołanego przez Prezesa Wyższego Urzędu Górniczego do analizy niektórych zagadnień związanych ze wstrząsem o energii 4x109 J i tąpnięciem, zaistniałym w dniu 18 kwietnia 2015 r. w KHW S.A. KWK „Wujek" w Katowicach Ruch „Śląsk". We wnioskach artykułu przedstawiono podstawowe kierunki działań zmierzających do dalszej poprawy w zakresie rozpoznania i zwalczania zagrożenia tąpaniami w przyszłości.

EN

For many years rock burst hazard has been among the most dangerous natural hazards encountered in Polish mining industry. This hazard's size depends on the conditions in which mining operations take place - may they be natural, like the deposit's depth or existing geological fault, or mining-related - resulting from previous extraction, technology used or the coordination of works. In 2014 rock burst hazard occurred in 22 out of 30 active hard coal mines and in all three copper ore mines. The fact that this is still a real threat is evidenced by the rock bursts that occurred between 2013 and 2015 and resulted in accidents, including fatal ones among underground workers. This paper presents statistical data of high-energy seismic tremors, rock bursts and accidents accompanying them in relation to the level of extraction recorded between 1980 and 2015. It discusses the methods for assessing rock burst hazard used in underground mines as well as active and passive preventive measures applied either in the design phase of mining operations, or used as organizational actions in the extraction phase. An integral part of the paper is the description of some of the mining supervision authorities' actions that have been taken in order to reduce the risk of rock burst hazard in mines. Furthermore, it presents the conclusions of the advisory-consultative panel appointed by the President of the State Mining Authority to examine certain issues related to the high-energy tremor of 4x109 J magnitude and the rock burst which occurred on 18 April 2015 in KHW SA „Wujek" hard coal mine in Katowice. This paper concludes with the description of the basic lines of action to be taken for further improvement of the identification of and prevention from rock burst hazard in the future.

11

Results of the verification of the statistical distribution model of microseismicity emission characteristics

Cianciara A.

Archives of Mining Sciences

|

2016

|

Vol. 61, no. 3

489--496

EN

The paper presents the results of research aimed at verifying the hypothesis that the Weibull distribution is an appropriate statistical distribution model of microseismicity emission characteristics, namely: energy of phenomena and inter-event time. It is understood that the emission under consideration is induced by the natural rock mass fracturing. Because the recorded emission contain noise, therefore, it is subjected to an appropriate filtering. The study has been conducted using the method of statistical verification of null hypothesis that the Weibull distribution fits the empirical cumulative distribution function. As the model describing the cumulative distribution function is given in an analytical form, its verification may be performed using the Kolmogorov-Smirnov goodness-of-fit test. Interpretations by means of probabilistic methods require specifying the correct model describing the statistical distribution of data. Because in these methods measurement data are not used directly, but their statistical distributions, e.g., in the method based on the hazard analysis, or in that that uses maximum value statistics.

PL

Problematyka oceny stopnia zagrożenia tąpaniami jest niezwykle ważnym zagadnieniem i do tej pory nie w pełni rozwiązanym. Wstrząsy występują głównie w rejonach zrobów (Cianciara & Cianciara, 2006). Mogą również występować na wybiegu ściany, na skutek uginania się stropu (Marcak, 2012), obserwuje się wówczas wzmożoną aktywność pękania górotworu, co jest przyczyną powstawania emisji sejsmicznej. W pracy przedstawiono wyniki badań mających na celu weryfikację hipotezy, że rozkład Weibull’a stanowi właściwy model opisujący rozkłady statystyczne cech emisji sejsmoakustycznej, a mianowicie: energii zjawisk, odstępów czasu między zjawiskami. Przyjmuje się, że emisja, będąca przedmiotem rozważań, wywołana jest naturalnym pękaniem górotworu. Jednak w praktyce rejestrowana emisja, oprócz zjawisk związanych z pękaniem, może zawierać zakłócenia. Dlatego, na potrzebę badania modelu, jest ona poddawana odpowiednim zabiegom celem usunięcia tych zakłóceń. Badanie prowadzone jest metodą statystycznej weryfikacji hipotezy zerowej o zgodności dystrybuant (rozkładów) empirycznych z dystrybuantą zadaną a priori w formie rozkładu Weibull’a. Ponieważ model opisujący dystrybuantę hipotetyczną jest zadany w formie analitycznej, dlatego jego weryfikację można prowadzić stosując test λ Kołmogorowa. Interpretacje prowadzone metodami probabilistycznymi wymagają określenia właściwego modelu opisującego rozkład statystyczny danych pomiarowych. Ponieważ w metodach tych nie wykorzystuje się bezpośrednio danych pomiarowych, lecz ich rozkłady statystyczne, np. w metodzie opartej na analizie hazardu, czy też wykorzystującej statystyki wartości maksymalnych. W trakcie badań stwierdzono, że w około 95% badanych przypadków nie było podstaw do odrzucenia hipotezy zerowej o zgodności rozkładów empirycznych z modelem w formie rozkładu Weibull`a.

12

Hydraulic fracturing technology in rock burst hazard controlling

Karkocha W.

Mining Science

|

2015

|

Vol. 22, Special Issue 2

15--21

EN

All methods of rock burst hazard evaluation and control are classified as rock burst prevention. The prevention methods can be divided in two general categories – the passive (non-active) and active ones. Active methods of rock burst prevention focus generally on reducing of stress level in the area of its concentration through controlled tremors and rock bursts by blasting works. Among the active methods the hydraulic fracturing can be noted. Traditional hydraulic fracturing techniques generally form main hydraulic cracks. However, when we combine hydraulic fracturing with blasting we might obtain much better results. For example, the hydraulic crack range becomes wider than by using only conventional methods. In coal seams it is possible to increase permeability which makes gas drainage to be more effective. It is because water shockwaves and bubble pulsations induced by the explosion, cause a high strain rate in the rock mass surrounding the bore hole. When hydraulic fracturing is used, a micro seismic event takes place. This is why micro seismic technologies are used to monitor the range of hydraulic fracturing process. This article is only mentioning the issue which in the Author opinion, deserves more attention.

13

New criteria to assess seismic and rock burst hazard in coal mines

Mutke G., Dubiński J., Lurka A.

Archives of Mining Sciences

|

2015

|

Vol. 60, no. 3

743--760

EN

The paper presents new criteria of seismic and rock burst hazard assessment in Polish hard coal mines where longwall mining system is common practice. The presented criteria are based on the results of continuous recording of seismic events and analysis of selected seismological parameters: spatial location of seismic event in relation to mining workings, seismic energy, seismic energy release per unit coal face advance, b-value of Gutenberg-Richter law, seismic energy index EI, seismic moment M0, weighted value of peak particle velocity PPVW. These parameters are determined in a moving daily time windows or time windows with fixed number of seismic tremors. Time changes of these parameters are then compared with mean value estimated in the analyzed area. This is the basis to indicate the zones of high seismic and rock burst hazard in specific moment in time during mining process. Additionally, the zones of high seismic and rock burst hazard are determined by utilization of passive seismic tomography method. All the calculated seismic parameters in moving time windows are used to quantify seismic and rock burst hazard by four level scales. In practice, assessment of seismic and rock burst hazard is used to make daily decision about using rock burst prevention activities and correction of further exploitation of monitored coal panel.

PL

Zagrożenie sejsmiczne i związane z nim genetycznie zagrożenie tąpnięciem w dalszym ciągu należą do najgroźniejszych zagrożeń naturalnych występujących w polskich kopalniach węgla kamiennego. W ostatnich latach w kopalniach Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (GZW) rocznie rejestrowano 1000÷1500 wstrząsów o energii sejsmicznej Es ≥ 1•105J (magnituda lokalna ML ≥ 1.7), a najsilniejsze z nich osiągały energię Es = 4 •109J (ML = 4.1). W latach 1991-2010 odnotowano w GZW 101 tąpnięć, z których około 66% miało miejsce w wyrobiskach chodnikowych, powodując ich uszkodzenia lub całkowite zniszczenie, a w niektórych przypadkach również wypadki śmiertelne. Przedstawiono podstawowe parametry sejsmologiczne stosowane w kraju i w świecie do oceny zagrożenia sejsmicznego. Opisano podstawowe zasady metody kompleksowej oceny stanu zagrożenia tąpnięciem, w skład której wchodzi metoda sejsmologiczna bieżącej (pomiarowej) oceny stanu zagrożenia. Od wielu lat, wraz z ciągłym rozwojem bazy aparaturowej i możliwości w zakresie cyfrowej rejestracji sejsmogramów oraz przetwarzania i interpretacji danych pomiarowych wzrasta znaczenie metod sejsmicznych, które są dzisiaj powszechnie stosowane w polskich kopalniach zagrożonych tąpaniami. Ciągła obserwacja zjawisk sejsmicznych indukowanych w trakcie rozwoju procesu eksploatacji pokładów węgla umożliwiła, w oparciu o zgromadzoną bazę danych, opracowywanie nowych kryteriów zagrożenia sejsmicznego oraz zagrożenia tąpnięciem, które winny wyraźnie poprawić efektywność metody sejsmologii górniczej. W artykule przedstawiono nowe kryteria oceny stanu bieżącego zagrożenia tąpaniami zaproponowane do stosowania w polskich kopalniach węgla kamiennego, które prowadzą eksploatację systemem ścianowym. Kryteria te są oparte na wynikach ciągłej rejestracji sejsmologicznej, połączonej z bieżącą analizą zarejestrowanych wstrząsów i obliczaniem wybranych parametrów sejsmologicznych. Parametry te to położenie ognisk wstrząsów w stosunku do wyrobisk eksploatacyjnych, energia sejsmiczna wstrząsów, suma energii sejsmicznej wyzwolona na każde 5m postępu ściany eksploatacyjnej, wartość wagowanego parametru amplitudy prędkości drgań PPVW, moment sejsmiczny M0, indeks energii EI oraz parametr b rozkładu wstrząsów według relacji Gutenberga-Richtera. Wartości powyższych parametrów są określane dla każdej doby lub w przesuwających się co dobę oknach czasowych lub oknach zawierających określoną liczbę wstrząsów, a następnie porównywane, raz na dobę, z ich wartościami średnimi wyznaczonymi dla obserwowanego rejonu eksploatacji lub z opracowanymi wartościami kryterialnymi. W ten sposób wyznaczane są, dla danego momentu czasu, strefy w których możne wystąpić potencjalnie wysokie zagrożenie sejsmiczne i zagrożenie tąpaniami. Ponadto, w strefach o podwyższonym naprężeniu oraz w strefach o skomplikowanej sytuacji górniczo-geologicznej, charakteryzujących się zaszłościami starej eksploatacji oraz zaburzeniami geologicznycmi, wykonywane są dodatkowo doraźne obliczenia pola prędkości fal sejsmicznych z wykorzystaniem metody tomografii pasywnej. Należy podkreślić, że wszystkie obliczane wartości powyższych parametrów są skwantyfikowane i określają wartości kryterialne w czterostopniowej skali oceny stanu zagrożenia sejsmicznego i zagrożenia tąpnięciem (tabela 2). Stopnie zagrożenia zostały skwantyfikowane w oparciu wyniki pomiarów sejsmologicznych wykonywanych na bieżąco w sposób ciągły i są wyrażone w formie kryteriów empirycznych, opracowanych na podstawie analizy dużego zbioru danych sejsmicznych oraz obserwacji makroskopowych w wyrobiskach górniczych. Należy podkreślić, że w czasie występowania wysokich stanów zagrożenia sejsmicznego lub zagrożenia tąpnięciem, opracowana metoda pozwala wyznaczyć obszary o podwyższonym stanie zagrożenia, umożliwiając zaprojektowanie i zastosowanie odpowiedniej w miejscu i czasie profilaktyki tąpaniowej. Ważnym aspektem w ocenie stanu zagrożenia sejsmicznego i tąpaniami jest problem ciągłego przemieszczania się stref zagrożenia (stref podwyższonych naprężeń) w czasie prowadzonej eksploatacji. Dla uchwycenia nie tylko miejsc potencjalnego zagrożenia, ale również określenia w jakim momencie czasu pojawia się strefa potencjalnego zagrożenia, zaproponowano analizę parametrów kryterialnych w przesuwających się oknach czasowych z dobowym raportowaniem wyników. W artykule przedstawiono dotychczasowe kryteria oceny stanu zagrożenia tąpnięciem – tabela 1 (Barański i in., 2007), stosowane aktualnie przez większość kopalń w polskim górnictwie węglowym. Kryteria te w części przypadków nie prowadziły do zadawalających i w pełni wiarygodnych wskazań, ze względu na małą liczbę analizowanych parametrów sejsmologicznych oraz brak sekwencyjnej analizy ich zmian w czasie prowadzonej eksploatacji. Wady te uwzględnia nowe podejście metodyczne do oceny stanu zagrożenia. Nowe kryteria oceny stanu zagrożenia sejsmicznego i zagrożenia tąpnięciem przedstawiono w tabeli 2. Zakwalifikowanie do określonego stanu zagrożenia wymaga spełnienia wartości kryterialnych przez więcej niż połowę parametrów sejsmicznych, przypisanych do określonego stanu zagrożenia i rodzaju wyrobiska. Skuteczność przedstawionych nowych kryteriów oceny stanu sejsmicznego i zagrożenia tąpnięciem, opartych o sekwencyjną analizę wybranych parametrów kryterialnych w przemieszczających się co dobę oknach czasowych, została pokazana na przykładach obliczeniowych rzeczywistych sytuacji pomiarowych uzyskanych podczas eksploatacji pokładu węgla 510 ścianą nr. 6 oraz pokładu 503 ścianą nr. 3 w KWK Bobrek-Centrum. Przeprowadzono dyskusję opracowanych kryteriów dowodząc, że stosowanie do oceny stanu zagrożenia tąpaniami różnych parametrów wstrząsów jest niezbędne, aby na bieżąco obserwować to zagrożenie w zależności od różnych mechanizmów wstrząsów i dla różnych sytuacji górniczo-geologicznych. Analiza jednego parametru kryterialnego może często doprowadzić do błędnych wniosków i niskiej wiarygodności wykonanej oceny stanu zagrożenia. Z tej przyczyny w najnowszej wersji metody sejsmologicznej zaproponowanej do stosowania w polskich kopalniach węgla kamiennego, uwzględniono pięć niezależnych parametrów sejsmologicznych opisanych w tabeli 2.

14

Rock bursts as a main hazard in coal-mines in Poland

Brodny J.

Górnictwo i Geologia

|

2009

|

T. 4, z. 1

5-12

EN

Rock bursts are one of the fundamental hazards in coal-mining in Poland. They are the primary source of dynamic loads casing mining support. The consequences of their occurrence can be tragic. A mining support that protects a staffs working environment is extremely exposed to the consequences of rock bursts. In the paper, an analysis was presented of outburst mechanism and necessary conditions of outburst occurrence. The analysis was conducted on the basis of the results obtained from research position. The mechanism of outburst and the results obtained properly reflect the actual conditions. This article presents statistical data concerning rock bursts occurrence from the last 24 years, and their consequences. The analysis of this data indicates how important problem this phenomenon presents. In its introduction, has also been presented to the current legal interpretation regarding the dynamic phenomena occurring in rock mass.

PL

Tąpania to jedno z podstawowych zagrożeń w górnictwie węglowym w Polsce. Tąpnięcia są podstawowym źródłem obciążeń dynamicznych obudowy górniczej. Skutki ich występowania bywają bardzo tragiczne. Szczególnie narażona na ich działanie jest obudowa górnicza. W artykule została przedstawiona analiza mechanizmu tąpnięcia oraz warunków koniecznych do jego wystąpienia. Analiza została przeprowadzona na podstawie wyników uzyskanych z badań stanowiskowych. Przedstawiony mechanizm tąpnięcia oraz uzyskane wyniki poprawnie odzwierciedlają warunki rzeczywiste. W pracy przedstawione zostały także dane odnośnie do skutków tąpań na przestrzeni ostatnich 24 lat. Analiza tych danych potwierdza, jak ważnym problemem są tąpania. We wstępie przedstawiona została także aktualna wykładnia prawna odnośnie do zjawisk dynamicznych zachodzących w górotworze.

15

Sposób analizy przyczyn i konsekwencji występowania zagrożenia tąpaniami na przykładzie kopalni CSA

Makówka J., Kabiesz J.

Górnictwo i Geoinżynieria

|

2008

|

R. 32, z. 1

191-198

PL

W artykule przedstawiono sposób analizy możliwych źródeł zagrożenia tąpaniami podczas planowanej eksploatacji potencjalnie zagrożonej tąpaniami części pokładu węgla kamiennego. Obok analizy rozkładu ciśnienia pionowego w pokładzie dokonano obliczeń stanu deformacji trzech wybranych warstw w stropie, określono prawdopodobną maksymalną energię wstrząsu sejsmicznego mogącego zaistnieć w trakcie eksploatacji oraz obliczono gęstość strumienia energii sejsmicznej docierającej do pokładu. Na tej podstawie opracowano projekt profilaktyki tąpaniowej.

EN

In the paper a method of possible rock bursts risk sources analysis during potentially endangered seam exploitation has been presented. Beside stress distribution in seam plane, deformation state in three roof horizons has been calculated, probable maximum seismic tremor energy during exploitation has been determined and seismic energy stream density reaching seam has been calculated. On that case, rock burst prevention scheme has been formulated.

16

Podobieństwo wydzielania się metanu w następstwie zaistniałych wyrzutów gazów i skał oraz po tąpnięciach w kopalniach Górnośląskiego Zagłębia Węglowego

Frączek R.

Wiadomości Górnicze

|

2007

|

Vol. 58, nr 3

145-155

PL

Na podstawie kilku wyrzutów gazów i skał oraz wstrząsów górniczych w kopalniach Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, autor dokonał próby określenia: okresu, strumienia i ilości wydzielonego metanu. Stwierdzono, że ilość wydzielonego gazu opisuje efektywnie zależność potęgowa, natomiast wartość początkową strumienia gazu opisuje zależność logarytmiczna. Ponadto stwierdzono, że istotny wpływ na ilość i strumień wydzielonego gazu ma metanonośność pokładu węgla. Z analizowanych przykładów wynika, że przypadek wyrzutu gazów i skał w kopalni .Zofiówka. (2005 r.) nastąpił w rezultacie działania gwałtownego wydzielania się gazu z górotworu. Z uwagi na mniej gwałtowny charakter wydzielania się gazu w czasie wyrzutu w kopalni .Pniówek. (2002 r.), sprowokowanego robotami strzałowymi, ten wyrzut należy przypisać działaniom sił górotworu i zawartego gazu w górotworze.

EN

On the basis of seevral gas and rocks outbursts and mining quakes in the mine of Upper Silesian Coalfield, the author performed an attempt to determine: time span, streams and volume of emitted methane. It has been determined that the volume of emitted methane is effectively described by involuation dependence whereas initial value of the gas stream is described by logarithmic dependence. Besides it has been stated the gassiness of coal seam has an essentila impact upon the volume and stream of emitted gas. It results from the analysed examples that the case of gas and rocks outburst in "Zofiówka" mine (2005) took place following the occurrence of a sudden emission of gas from the strata. Because of less sudden character of gas emission during gas outburst in "Pniówek" mine (2002), provoced by shot-firing works, this outburst can be attributed to the forces of the strata and the gas comprised in the strata.

17

Analysys of the rock bursts consequence for arch tunnel support

Horyl P., Hlavackova M.

Zeszyty Naukowe Katedry Mechaniki Stosowanej / Politechnika Śląska

|

2004

|

z. 25

65-68

EN

One of the main safety problems of coal mines in the Czech part of the Upper Silesian Coal Basin are rockbursts. Their strong effect occur first of all in gateroads. To understand the mechanisms of damage the behavior of roadway steel arch support under dynamic loading was mathematically modelled. Numerical solution was done by program ANSYS with bilinear material properties of steel. Different shape and size of steel arches were modelled and inverse analysis of loading impulse was done. For investigating of strain and kinetic energy in course of dynamic response the macro in APDL language of ANSYS has been developed. Results of modelling including influence of contact quality between support and rock are discussed.

PL

Jednym z głównych problemów w kopalniach węglowych w Czechach są tąpnięcia górotworów. Ich efekty są najwidoczniejsze i najsilniejsze w chodnikach transportowych. W celu zrozumienia mechanizmu zniszczeń, łukowa stalówka obudowa podtrzymująca, została poddana dynamicznym obciążeniom i zamodelowana matematycznie. Obliczenia numeryczne zostały przeprowadzone w programie ANSYS z bilinearnymi własnościami materiałowymi stali. Zamodelowano różne rodzaje kształtów i wymiarów łuków, a następnie przeprowadzono odwrotną analizę obciążenia impulsowego. W pracy przedstawiono i omówiono wyniki uzyskane z badań modelowych dotyczących wypływu jakości styku pomiędzy podporą i skałą.

18

Monitoring procesu pękania skał węglowych poprzez pomiar emisji fal elektromagnetycznych (EME)

Linming D., Xueqiu H., Kołodziejczyk P., Jendruś R.

Zeszyty Naukowe. Górnictwo / Politechnika Śląska

|

2003

|

z. 258

149-155

PL

Emisja fal elektromagnetycznych (EME) towarzyszy procesowi tworzenia się pęknięć i niszczenia skał węglowych. Sygnały EME mają różną intensywność w otoczeniu ściany wydobywczej. Im gwałtowniejsze pęknięcia skały węglowej, tym zarejestrowany sygnał EME jest ostrzejszy i wyraźniejszy. Wywołana emisja fal elektromagnetycznych (EME) przedstawiona została jako liniowe zmiany wartości amplitudy, a proces obserwacji -zapis, prowadzony był przed i po zjawisku pękania - niszczenia materiału węglowego. Pomiarem objęto - czas trwania pęknięcia - niszczenia skały węglowej, oraz sam moment jej zniszczenia. Technika pomiaru emisji fal elektromagnetycznych może stanowić jeden z elementów prognozowania i przewidywania miejsc zniszczenia materiału węglowego w postaci tąpnięcia typu naprężeniowego lub zawału w wyrobisku górniczym.

EN

The electromagnetic emission (EME) takes places with the deformation and failure of coal. The on-the-spot observation shows that EME signals vary in different positions around the workface the higher the coal stress gets, the more vehement the deformation and failure is, and the sharper the EME signal. Induced from the observation is the EME variation rule before and after rock burst, standing shot, or explosion-induced rock burst. Therefore, the monitoring technique of rock burst by electromagnetic emission is established.

19

Mathematical model of ventilation process interrupted by a rock burst

Dziurzyński W., Krach A.

Archives of Mining Sciences

|

2002

|

Vol. 47, nr 3

333-346

EN

In this articlc prescnted are considerations regarding thc impact of shock or rock burst on performancc of mine ventilation networks. A practical approach being applied to control such venti-lation systems is to usc a mcthod of forecasting of the vcnting (aeration) process of mine ventilation network, with application of computer simulation of thc occurring phenomena. The new issue that has not been taken into consideration until now in application of forecasting method of the air and methane mixture's spreading in mine excavation network, is a mathematic description of phenomena caused by rock burst, as well as impact of a sudden inflow of methane on the air and methane mixture's spreading and methane concentration distribution. Presented here is a mathematical model, with consideration of a phenomenon called after-blow, as well as transportation of the air and methane mixture after the shock or rock burst.

PL

W artykule przedstawiono rozważania związane z wpływem tąpnięcia górotworu na rozpływ mieszaniny powietrza i metanu w sieci wentylacyjnej kopalni. W kopalniach gazowych tąpaniom towarzyszy silny wypływ lub wyrzut metanu (Budryk 1952). Można tu wyróżnić następujące zjawiska związane z emisją metanu: - wydzielanie się metanu wolnego i sorbowanego z okruchów zniszczonego pokładu węgla i przemieszczonego do wyrobiska, - filtracyjny przepływ metanu do wyrobiska przez nowo formowaną w procesie reologicznym strefą odprężenia i przez górotwór poza tą strefą. Stosowaną w praktyce metodą kontroli systemu wentylacji jest zastosowanie prognozowania procesu przewietrzania kopalnianej sieci wentylacyjnej z wykorzystaniem komputerowej symulacji zachodzących zjawisk. Nowym zagadnieniem, dotychczas nie uwzględnianym przy stosowaniu tej metody, jest prognozowanie rozpływów mieszaniny powietrza i metanu w sieci wyrobisk po wystąpieniu tąpnięcia górotworu. Proces wentylacyjny, który realizuje się w takim systemie ma charakter bardzo złożony, przy czym rozpatrujemy proces składający się z powiązanych ze sobą zjawisk, takich jak dopływ znacznej ilości metanu w krótkim czasie wywołany tąpnięciem górotworu oraz transport przepływającej mieszaniny powietrza i metanu w złożonej sieci wentylacyjnej. Rozważania teoretyczne poparte obserwacjami praktycznymi (Parysiewicz 1966) pozwalają na wyróżnienie zjawiska rozchodzenia się w sieci wentylacyjnej fali ciśnienia i prędkości, wywołanej gwałtownym zmniejszeniem się objętości strefy tąpnięcia (tzw. podmuch). W tym okresie istotne znaczenie mają procesy narastania ciśnienia, a strefa podwyższonego stężenia metanu ogranicza się tylko do rejonu wstrząsu lub tąpnięcia. Następnie, po ustaniu wstrząsu lub tąpnięcia górotworu, rozważa się przepływ mieszaniny powietrza i metanu w wyrobiskach górniczych. W tym okresie istotne znaczenie mają procesy emisji oraz transportu metanu w sieci wyrobisk, przy czym pojawiają się znaczne wartości depresji naturalnej, mającej wpływ na kierunki przepływu mieszaniny. W związku z powyższym w artykule przedstawiono matematyczny model zjawisk wywołanych tąpnięciem, zachodzących w sieci wentylacyjnej. Wyróżniono zjawiska: * podmuchu, który opisano układem równań ciągłości, ruchu i stanu mieszaniny dla płynu nieściśliwego dla strefy tąpnięcia (7), (8), (9), i dla pozostałych wyrobisk (10), (11), (12)., * przepływ mieszaniny powietrza i metanu w wyrobiskach po zakończeniu wstrząsu tub tąpnięcia, który opisano układem równań ciągłości, ruchu i stanu mieszaniny dla płynu nieściśliwego i stanu ustalonego (24), (26), (32), (39), * zmiany stężenia metanu w wyrobiskach wywołane dopływem metanu oraz transportu wzdłuż dróg wentylacyjnych, gdzie uwzględniono: - dopływ metanu wywołany tąpnięciem, - w równaniu transportu metanu wzdłuż wyrobiska poza strefą tąpnięcia uwzględniono zjawisko dyfuzji. Przedstawiony matematyczny model zostanie wykorzystany w dalszych pracach prowadzących do opracowania profesjonalnego programu komputerowego do symulacji rozpatrywanych zjawisk.

20

Wpływ czynników geotechnicznych na zagrożenie tąpaniami w kopalniach LGOM

Zorychta A.

Cuprum : czasopismo naukowo-techniczne górnictwa rud

|

2001

|

nr 18

27-51

PL

Aktualnie problem kształtowania się zagrożenia wstrząsowego i tąpaniowego ma w kopalniach LGOM priorytetowe znaczenie. Zawarte w pracy rozważania dotyczyły: — genezy tąpnięć; rozpatrzono trzy mechanizmy tych zjawisk: tąpnięcie wskutek przeskoku, wskutek utraty nośności oraz tąpnięcie wywołane eksplozywnym zniszczeniem, - wpływu wstrząsów na kształtowanie się zagrożenia tąpaniami wykazując między innymi, że ubiegłoroczne dwa wstrząsy o energii rzędu 10(9) [J] nie były zjawiskami przypadkowymi, - wpływu parametrów systemu eksploatacji (szerokości otwarcia, sposobu likwidacji zrobów, odległości warstwy wstrząsogennej) na wielkość energii odkształcenia postaciowego, a w konsekwencji na możliwość występowania wstrząsów, - wpływu skokowego przyrostu konwergencji wywołanej wstrząsem na możliwość wystąpienia tąpnięcia wskutek eksplozywnego zniszczenia. Zawarte w pracy rozważania pozwoliły na sformułowanie zarówno poznawczych, jak i aplikacyjnych wniosków dotyczących zagrożenia tąpaniami i wstrząsami w kopalniach LGOM.

EN

Seismic activity of rock mass which has been registered in Lower Silesia (LGOM) copper mines is regarded as a result of mining process. The paper presents: - origin of rock bursts considering three mechanisms of this phenomenon: rock burst as a jump like loss of stability, rock burst as a loss of seam bearing capacity and rock burst as an explosive fracture, - influence of mining tremors on rock burst hazard, - influence of mining system parameters on elastic energy distributions and on possibility of mining tremors existence, - influence of jump like increase of roof displacements on explosive fracture hazard. The obtained results have given the base to formulate some cognitive conclusions concerning geomechanical conditions of rock bursts in copper mines.