Wpływ warunków górniczych na stan naprężenia

Transkrypt

1 XV WARSZTATY GÓRNICZE 4-6 czerwca 2012r. Czarna k. Ustrzyk Dolnych - Bóbrka Wpływ warunków górniczych na stan naprężenia i przemieszczenia wokół wyrobisk korytarzowych Tadeusz Majcherczyk Zbigniew Niedbalski Wydział Górnictwa i Geoinżynierii Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki

2 Charakterystyka problemu Eksploatacja pokładów węgla wiąże się z ciągłymi zmianami sytuacji górniczej. Zmiany te są wynikiem między innymi: wykonywania kolejnych wyrobisk przy jednoczesnej likwidacji innych; wybierania kolejnych parceli (zwykle systemem ścianowym z zawałem stropu); eksploatacją pokładów niżej leżących; pozostawianiem filarów i resztek; występującymi zjawiskami dynamicznymi. Uwzględniając powyższe, analiza stanu naprężenia i przemieszczenia przy rozwiązywaniu konkretnego zagadnienia geomechanicznego, powinna uwzględniać historię zachodzących zmian w rejonie objętym analizą. Treść prezentacji: Analiza stanu naprężenia i przemieszczenia wokół wyrobisk przyścianowych z uwzględnieniem szeregu zmian warunków górniczych, jakie występowały w górotworze przed wykonaniem wyrobisk oraz w trakcie ich użytkowania. Wyniki analizy oparto na obliczeniach numerycznych w programie Phase2.

3 Kryterium zniszczenia Hoeka-Browna ' 1 ' 3 ci m b ' 3 ci s a 1 i 3 efektywne naprężenie maksymalne i minimalne przy zniszczeniu, [MPa], m b wartość stałej Hoeka Browna dla masywu skalnego, s i a stałe, wyznaczane w oparciu o właściwości górotworu, [ - ], ci wytrzymałość jednoosiowa próbki skalnej na ściskanie, [MPa]. m b m i GSI 100 exp 28 14D m i GSI D stała dla nienaruszonej skały zależna od jej rodzaju, wyznaczana na podstawie badań laboratoryjnych (ewentualnie danych tabelarycznych), wskaźnik jakości górotworu (Geological Strength Index), współczynnik zruszenia górotworu (D=0 dla urabiania kombajnem). Dla wartości parametru GSI > 25 s exp 1 1 GSI /15 3 a e e 20/ GSI D 2 6 Dla wartości parametru GSI < 25 s 0 GSI a

4 Charakterystyka chodnika C-5 w pokładzie 401/1 Harmonogram zmian sytuacji górniczej: etap I - wykonano chodnik C-5 w pokładzie 363, etap II - wybrano ścianę C-4 w pokładzie 363 i zlikwidowano chodnik C-5 w tym pokładzie, etap III - wykonano chodnik C-5 w pokładzie 401/1, etap IV - wybrano ścianę C-5 w pokładzie 401/1. pokład 363 strefa zawału w pokładzie 363 Parametry przyjęte do obliczeń numerycznych pokład 401/1 strefa zawału w pokładzie 401/1 Rodzaj skały Ciężar objętościowy [kn/m 3 ] Moduł Younga E [MPa] Współczynnik Poissona Wytrzymałość na ściskanie c [MPa] Stała Hoeka- Browna m b Stała Hoeka- Browna s chodnik C-5 węgiel 12, ,30 11,8 0,883 0,0007 iłowiec - strop 24, ,26 54,95 0,982 0,0022 mułowiec 25, ,23 102,28 1,604 0,067 piaskowiec 24, ,21 96,35 3,355 0,0117 zroby 20, ,40 5,0 0,40 0,0002 pas podsadzkowy 20, ,35 10,0 0,80 0,0005 iłowiec - spąg 25, ,26 69,52 0,704 0,0013

5 Chodnik C-5 w pokładzie 401/1 etap II wybranie ściany w pokładzie 363 Naprężenia pionowe Przemieszczenia całkowite

6 Chodnik C-5 w pokładzie 401/1 etap IV wybranie ściany C-5 w pokładzie 401/1 Naprężenia pionowe Przemieszczenia całkowite

7 Charakterystyka chodnika N-4 w pokładzie 330/2 Harmonogram zmian sytuacji górniczej: etap I sytuacja wyjściowa przed prowadzeniem robót w analizowanym rejonie; etap II powstanie zrobów w pokładzie 326/1 w wyniku wybrania ścian N-10 i N-12; etap III powstanie zrobów w pokładzie 329/1, 329/1-2 w wyniku wybrania ściany N-8; etap IV powstanie zrobów w pokładzie 329/1, 329/1-2 w wyniku wybrania ściany D-8a etap V wykonanie chodnika N-4 w pokładzie 330/2; etap VI przejście frontu ściany 2N-0 w pokładzie 328/1 na analizowany chodnik N-4 w pokładzie 330/2; etap VII przesuniecie się frontu ściany N-4 pokład 330/2 do analizowanego przekroju. Parametry przyjęte do obliczeń numerycznych Rodzaj skały węgiel pokł. 328/1, 330/2 węgiel pokład 329/1, 329/1-2 iłowiec strop i spąg pokł. 328/1, 329/1, 329/1-2 iłowiec zapiaszczony strop pokładu 330/2 Ciężar objętościowy [kn/m 3 ] Moduł Younga E [MPa] Współczynnik Poissona Wytrzymałość na ściskanie c [MPa] Stała Hoeka- Browna m b Stała Hoeka- Browna s 12, ,30 13,00 0,892 0, , ,29 20,6 0,910 0, , ,28 44,5 0,982 0, , ,26 51,6 1,341 0,0039 piaskowiec 25, ,22 71,5 2,806 0,0067 zroby 20, ,40 4,00 0,275 0,0002 chodnik N-4 - etap V

8 Chodnik N-4 w pokładzie 330/2 zmiany największego naprężenia głównego w poszczególnych etapach Naprężenie 1 - etap III Naprężenie 1 - etap IV Naprężenie 1 - etap VI

9 Chodnik N-4 w pokładzie 330/2 zmiany przemieszczenia w poszczególnych etapach Przemieszczenie całkowite etap III Przemieszczenie całkowite etap IV Przemieszczenie całkowite etap VI

10 Podsumowanie Obliczenia numeryczne umożliwiają poprawne określenie zmian zachodzących w górotworze na poszczególnych etapach prowadzenia robót górniczych. W zależności od rozważanego problemu czy właściwości górotworu, możliwe jest zastosowanie modelu płaskiego lub przestrzennego oraz przyjęcie właściwości warstw skalnych jako sprężystych lub sprężysto-plastycznych. Bardzo ważne znaczenie w obliczeniach numerycznych ma sposób przyjmowania parametrów do modelu. Najkorzystniejsze jest określenie tych parametrów na podstawie badań laboratoryjnych czy kopalnianych poszczególnych warstw skalnych. Przypadek chodnika C-5 w pokładzie 401/1 analizowany za pomocą płaskiego modelu przy założeniu sprężysto-plastycznych właściwości skał wskazuje, że eksploatacja dokonana powyżej oddziałuje na rejon wyrobiska jeszcze przed jego wykonaniem. Po wykonaniu wyrobiska, a w szczególności po wybraniu ściany wzdłuż chodnika C-5 występuje znaczna koncentracja naprężeń w pewnym oddaleniu od konturu wyrobiska oraz przemieszczenia rzędu 0,5 m. Rejon poddanego analizie chodnika N-4 w pokładzie 330/2, znajdował się w bardziej skomplikowanych warunkach górniczych tak przed jego wykonaniem, jak i w trakcie jego użytkowania. Obliczony model sprężysty w płaskim stanie odkształcenia dla tej sytuacji wskazuje, że jeszcze przed wykonaniem chodnika N-4 wystąpi pewien wzrost naprężeń głównych w wyniku pozostawienia resztki w pokładzie wyżej leżącym. Podczas użytkowania wyrobiska przewidziano znaczący wzrost naprężeń w wyniku przejścia frontu ściany powyżej pozostawionych resztek.