Wpływ wielkości resztki calizny na sytuację geomechaniczną i bezpieczeństwo w polu eksploatacyjnym na podstawie modelowania numerycznego
1
Wroclaw University of Science and Technology, Poland
Autor do korespondencji
Karolina Anna Adach-Pawelus
Wroclaw University of Science and Technology, Wybrzeze Wyspianskiego 27, 50-370, Wrocław, Poland
Wroclaw University of Science and Technology, Wybrzeze Wyspianskiego 27, 50-370, Wrocław, Poland
Mining Science 2025;32:47-63
SŁOWA KLUCZOWE
DZIEDZINY
Technologia eksploatacji podziemnej i odkrywkowej złóżProjektowanie i budowa kopalń oraz budownictwo podziemneGeomechanika górnicza i geotechnika
STRESZCZENIE
Istotnym problemem związanym z polskim górnictwem podziemnym jest prowadzenie eksploatacji na coraz większych głębokościach, w trudnych warunkach geologiczno-górniczych, w tym w obszarach oddziaływania resztek złoża. Dotyczy to zarówno podziemnych kopalń węgla kamiennego jak i rud miedzi. Głównym celem artykułu jest zbadanie, w jaki sposób resztki złoża o różnych wielkościach wpływają na sytuację geomechaniczną w polu eksploatacyjnym. W artykule przeprowadzono symulacje numeryczne dla pola eksploatowanego systemem komorowo-filarowym, w którym pozostawiono nienaruszone reszki złoża o szerokościach 10 m, 20 m, 40 m, 60 m, 100 m i 200 m. Wyniki analiz numerycznych wskazują, że wielkość pozostawionej resztki złoża ma znaczący wpływ na rozkład naprężeń oraz stateczność górotworu w polu eksploatacyjnym. Wraz ze zmniejszaniem szerokości resztki naprężenia pionowe (σy) zarówno wewnątrz resztki, jak i w jej otoczeniu wzrastają, osiągając bardzo wysokie wartości dla wąskich resztek. W przeciwieństwie do naprężeń pionowych (σy), współczynnik wytrzymałości (Sf) maleje wraz ze zmniejszaniem szerokości resztki. Symulacje wykazały również, że pozostawienie dużej resztki calizny w formie filara stabilizującego poprawia stateczność stropu w polu eksploatacyjnym. Jednak w przypadku resztek o znacznej szerokości, w warstwach stropu nad krawędzią resztki od strony zrobów, może powstać strefa niestabilna, skutkująca wystąpieniem nagłego pęknięcia i zniszczenia sztywnych warstw stropowych na krawędzi resztki. Przy niesprzyjających warunkach może doprowadzić to do wystąpienia zjawiska dynamicznego. Uzyskane w niniejszym artykule wyniki mogą zostać wykorzystane do poprawy bezpieczeństwa i zwiększenia efektywności eksploatacji złóż rud miedzi.
REFERENCJE (37)
1.
ADACH-PAWELUS K., 2018, The influence of the geology of ore remnant on its behaviour in the mining field. [In:] Science and Technologies in Geology, Exploration and Mining 1.3, Exploration and Mining, Proceedings of the 18th International Multidisciplinary Scientific GeoConference, Albena, Bulgaria, 2–8 July 2018; Curran Associates, Inc., New York, USA, 18, 1–10.
2.
ADACH-PAWELUS K., BUTRA J., PAWELUS D., 2017, An attempt at evaluation of the remnant influence on the occurrence of seismic phenomena in a room-and-pillar mining system with roof deflection, Stud. Geotech. et Mech., 39 (2), 3–16, doi.org/10.1515/sgem-2017-0011.
3.
ADACH-PAWELUS K., PAWELUS D., 2021, Application of hydraulic backfill for rockburst preven-tion in the mining field with remnant in the Polish underground copper mines, Energies, 14, 13, 1–18, doi.org/10.3390/en14133869.
4.
ADACH-PAWELUS K., PAWELUS D., 2021, Influence of driving direction on the stability of a group of headings located in a field of high horizontal stresses in the Polish underground copper mines, Energies, 14 (8), 1–13, doi.org/10.3390/en14185955.
5.
BLACHOWSKI J., ELLEFMO S., 2012, Numerical Modelling of Rock Mass Deformation in Sublevel Caving Mining System, Acta Geodyn. Geomater., 9, 3 (167), 379–388.
6.
BURTAN Z., CHLEBOWSKI D., 2022, The effect of mining remnants on elastic strain energy arising in the tremor-inducing layer, Energies, 15, 1–18, doi.org/10.3390/en15166031.
7.
DURRHEIM R.J., HAILE A., ROBERTS M.K.C., SCHWEITZER J.K., SPOTTISWOODE S.M., KLOKOW J.W., 1998, Violent failure of a remnant in a deep South African gold mine, Tectono-physics, 289.
8.
FENG G., WANG P., 2020, Simulation of recovery of upper remnant coal pillar while mining the ultra-close lower panel using longwall top coal caving, Int. J. Min. Sci. Technol., 30, 55–61.
9.
KUDEŁKO J., BODLAK M., 2020, Evaluation significance of differences between the geotechnical parameters of the lithological rocks roof layers, above mining excavation, Mining Science, 27, 183–197.
10.
LENHARDT W.A., 1992, Seismicity associated with deep-level mining at Western Deep Levels Lim-ited, Journ. South Afr. Inst. Min. Metall., 92, 5, 113–120.
11.
LENHARDT W.A. HAGAN T.O., 1990, Observations and possible mechanisms of pillar associated seismicity at great depth, [In:] SAIMM, Johannesburg, South Africa, Symposium Series S10, Pro-ceedings of the International Deep Mining Conference, Mbabane, Swaziland, 10–12 September 1990, South African Institute of Mining and Metallurgy, Johannesburg, South Africa, 1183–1194.
12.
MALEKI H., 2017, Coal pillar mechanics of violent failure in U.S. Mines, Int. J. Min. Sci. Technol., 27, 387–392.
13.
ORTLEPP W.D., 2000, Observation of mining-induced faults in an intact rock mass at depth, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 37, 23–436, https://doi:10.1016/S1365-1609....
14.
PAWELUS D., BUTRA J., 2024, Numerical methods as an aid in the selection of roof bolting systems for access excavations located at different depths in the LGCB Mines, Appl. Sci., 14, 7052, https://doi.org/.
16.
PAŹDZIORA J., 2019, KGHM Polska Miedź S.A. – Monographic outline 1960–2020, Cuprum. Sci. Tech. J. Ore. Min., 4, 5–28 (in Polish).
17.
PENG J., WAN-Cheng Z., 2012, Dynamic-static coupling analysis on rockburst mechanism in jointed rock mass, J. Cent. South Univ., 19, 3285–3290.
20.
RYBAK J., KHAYRUTDINOV M., KUZIEV D., KONGAR-SYURYUN Ch., BABYR V.N., 2022, Prediction of the geomechanical state of the rock mass when mining salt deposits with stowing, Journal of Mining Institute, 1–10, https://doi.org/10.37190/msc21....
21.
SALUSTOWICZ A., 2019, Outline of Rock Mass Mechanics, AGH Science and Technology Press, Krakow, Poland.
22.
SINGH A.K., SINGH R., MAITI J., KUMAR R., MANDAL P., 2011, Assessment of mining induced stress development over coal pillars during depillaring, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 48, 805–818.
23.
SINGH N., 2005, The influence of pillars on the Merensky Reef horizon on stoping operations on the underlying UG2 Reef horizon, Journ. South Afr. Inst. Min. Metall., 105.
24.
SINGH N., KATAKA A.M., MILEVA A., SELLERS E., 2006, Remnant Mining in South African Gold Mines, Deep and High Stress Mining.
25.
SKRZYPKOWSKI K., ZAGÓRSKI K., ZAGÓRSKA A., APEL D., WANG J., XU H., GUO L., 2022, Choice of the Arch Yielding Support for the Preparatory Roadway Located near the Fault, Ener-gies, 15, doi: 10.3390/en15103774.
26.
SPOTTISWOODE S.M., DRUMMOND M., 2014, Pillar behaviour and seismicity in platinum mines, Journ. South Afr. Inst. Min. Metall., 114, 801–809.
27.
SZURGACZ D., BRODNY J., 2020, Adapting the Powered Roof Support to Diverse Mining and Geological Conditions, Energies, 13 (2), 405, https://doi.org/10.3390/en1302....
28.
WAGNER H., 2019, Deep Mining: A Rock Engineering Challenge, Journal of Rock Mechanics and Rock Engineering, 52 (4), doi: 10.1007/s00603-019-01799-4.
29.
WANG J., APEL D., YU P., HALL R., WEI Ch., SEPEHRI M., 2020, Numerical modeling for rock-bursts: A state-of-the-art review, Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 13 (9), doi: 10.1016/j.jrmge.2020.09.011.
30.
WANG J., APEL D., DYCZKO A., WALENTEK A., PRUSEK S., XU H., WEI Ch., 2022, Analysis of the damage mechanism of strainbursts by a global-local modeling approach, Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 14 (3), doi: 10.1016/j.jrmge.2022.01.009.
31.
WANG J., APEL D., XU H., WEI Ch., 2022, Evaluation of the performance of yielding rockbolts during rockbursts using numerical modeling method, International Journal of Coal Science and Technology, 9 (1), doi: 10.1007/s40789-022-00537-6.
32.
WANG X., GUAN K., YANG T., LIU X., 2021, Instability mechanism of pillar burst in asymmetric mining based on cusp catastrophe model, Rock Mech. Rock Eng., 54, 1463–1479.
33.
WATSON B.P., ROBERTS M.K.C., NKWANA M.M., KUIJPERS J., VAN ASWEGEN L., 2007, The stress–strain behavior of in-slope pillars in the Bushveld Platinum deposits in South Africa, J. S. Af. Inst. Min. Metall., 107 (3), 187-194.
34.
XIAOJUN F., QIMING Z., MUHAMMAD A., 2020, 3D modelling of the strength effect of backfill-rock on controlling rockburst risk: a case study, Arab. Journ. of Geosci., 13 (128), doi: 10.1007/s12517-020-5088-3.
35.
XU H., APEL D., WANG J., WEI Ch., SKRZYPKOWSKI K., 2022, Investigation and Stability As-sessment of Three Sill Pillar Recovery Schemes in a Hard Rock Mine, Energies, 15, doi: 10.3390/en15103797.
36.
ZHANG Z., DENG M., WANG X., YU W., ZHANG F., DAO V.D., 2020, Field and numerical inves-tigations on the lower coal seam entry failure analysis under the remnant pillar, Engineering Fail-ure Analysis, 115, doi.org/10.1016/j.engfailanal.2020.104638.
37.
ZHU D., TU S., 2017, Mechanisms of support failure induced by repeated mining under gobs created by two-seam room mining and prevention measures, Engineering Failure Analysis, 82, 161–178, https://.doi.org/10.1016/j.eng....
| eISSN: | 2353-5423 |
| ISSN: | 2300-9586 |
Przetwarzamy dane osobowe zbierane podczas odwiedzania serwisu. Realizacja funkcji pozyskiwania informacji o użytkownikach i ich zachowaniu odbywa się poprzez dobrowolnie wprowadzone w formularzach informacje oraz zapisywanie w urządzeniach końcowych plików cookies (tzw. ciasteczka). Dane, w tym pliki cookies, wykorzystywane są w celu realizacji usług, zapewnienia wygodnego korzystania ze strony oraz w celu monitorowania ruchu zgodnie z Polityką prywatności. Dane są także zbierane i przetwarzane przez narzędzie Google Analytics (więcej).
Możesz zmienić ustawienia cookies w swojej przeglądarce. Ograniczenie stosowania plików cookies w konfiguracji przeglądarki może wpłynąć na niektóre funkcjonalności dostępne na stronie.
Możesz zmienić ustawienia cookies w swojej przeglądarce. Ograniczenie stosowania plików cookies w konfiguracji przeglądarki może wpłynąć na niektóre funkcjonalności dostępne na stronie.
