Szczegóły artykułu:

Autor(zy):
dr hab. inż. Piotr Małkowski; mgr inż. Artur Ulaszek; mgr inż. Łukasz Ostrowski
Tytuł:

Optymalizacja grubości łaty węglowej pozostawionej w stropie wyrobiska ścianowego z uwagi na zawodnienie skał stropowych

Title:

Optimization of roof coal thickness in the roof of longwall face as a result of water inflow into roof rocks

Streszczenie:
W artykule przedstawiono wyniki obliczeń numerycznych stanu naprężenia i odkształcenia wokół wyrobiska ścianowego znajdującego się w otoczeniu słabych skał karbońskich. Pokazano efekt pozostawiania w stropie łaty węgla dla ograniczania deformacji skał stropowych. Analizę wykonano dla skał suchych oraz zawodnionych. W celu ilościowej oceny zmian właściwości mechanicznych skał karbońskich na skutek działania wody dla piaskowca i iłowca przeprowadzono badania laboratoryjne. Wykonano je dla warstw łaziskich pochodzących ze wschodniego rejonu Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Badania objęły wyznaczenie wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie, modułu sprężystości podłużnej oraz rozmakalności. Stwierdzono ok. 30-procentowy spadek wytrzymałości piaskowców oraz 80-procentowy spadek wytrzymałości iłowców oraz rozpad iłowców już po trzech godzinach kontaktu z wodą. Obniżenie parametrów wytrzymałościowo-odkształceniowych skał w obliczeniach numerycznych pokazało, że technologia pozostawiania w stropie łaty węgla podczas prowadzenia eksploatacji ścianowej jest zasadna dla utrzymania stateczności wyrobiska. Przeprowadzona analiza udowodniła, że obliczenia numeryczne mogą być podstawą doboru grubości łaty. Niezbędnym warunkiem skuteczności takich obliczeń jest dobre rozpoznanie właściwości skał, które stanowią otoczenie wyrobiska oraz precyzyjna dyskretyzacja modelu numerycznego
Abstract:
This paper presents the results of numerical calculations relating to the state of stress and strain around the longwall face surrounded by weak carboniferous rocks. The efficiency of a coal roof for decreasing roof rock deformation has been shown. The analysis was carried out for both wet and dry rocks. Laboratory investigations were carried out in order to assess the quantitative change of mechanical rock properties treated with water. The Laziskie strata from the eastern part of the Silesian Coal Basin was tested. Compressive strength, Young modulus and slakeability tests were used for this investigations. 30% decrease in compressive strength of sandstones and 80% decrease in strength of claystones was observed. Claystones decayed in water after three hours. Lowering the strength-and-strain properties of rocks in numerical models showed that the roof coal technology in longwall exploitation system is essential to ensure longwall face stability. The results of the numerical analysis can be used as a basis for the selection of roof coal thickness in longwall mining. A factor necessary to obtain the effectiveness of such calculations is a good recognition of the properties of rocks which surround the excavation, and the distinct numerical model discretization
Słowa kluczowe:
eksploatacja z łatą węgla, obliczenia MES, badania laboratoryjne, wpływ wody na wytrzymałość skał.
Keywords:
exploitation with a roof coal, FEM calculations, laboratory investigations, the water influence on the rock strength