Numerical estimation of effectiveness of fault zones protection in longwall

Abstract

Prowadzenie wyrobisk eksploatacyjnych w rejonie zaburzeń tektonicznych wiąże się z koniecznością odpowiedniego dostosowania technologii eksploatacji, a także z podejmowaniem działań profilaktycznych polegających na prowadzeniu wzmacniania i zabezpieczania przed frontem ściany. Działania te mają na celu zapewnienie ciągłości procesu wydobywczego oraz bezpieczeństwa pracy. Prowadzenie eksploatacji w trudnych warunkach geologiczno-górniczych narzuca konieczność poszukiwania coraz skuteczniejszych metod zabezpieczających. W niniejszym artykule przedstawiono, w oparciu o przeprowadzoną analizę numeryczną, ocenę skuteczności zastosowania kotwienia oraz środków iniekcyjnych dla zabezpieczenia stref uskokowych w wyboiskach eksploatacyjnych. W tym celu przeprowadzono symulacje numeryczne z wykorzystaniem programu Metody Różnic Skończonych FLAC zarówno w płaskim stanie odkształcenia (FLAC 2D), jak i przy użyciu modeli przestrzennych (FLAC 3D). Obliczenia numeryczne przeprowadzono dla rzeczywistych warunków występujących w jednej z kopalń węgla kamiennego.

The occurrence of geological dislocation, faulting in particular, has always caused serious difficulty in mining. Running the exploitation headings in the area of tectonic dislocations forces the appropriate adjustment of the exploitation technology, as well as undertaking preventive actions based on making the strengthening and protection against the front of the longwall. In the protection used, two groups of the methods can be distinguished. The first one is the protection of fault zones and side wall rocks by means of conventional methods. The second group consists of the methods that give consideration to the use of bolting and injection agents. On the grounds of the presented numerical calculations done for the conditions close to the ones occurring in wall 2 in the mine X, the effectiveness of the used solutions was tested. The particularly clear influence of the use of bolting and chemical agents is seen on the grounds of the analyses of the displacements for the three alternatives of the calculations without strengthening, with the use of bolts and with the use of injection agents. In the three-dimensional simulations done, the role of bolting was presented in order to keep the stability of the roof while moving the section of mechanized lining. The numerical calculations were done to confirm the effectiveness of the strengthening of roof rocks by means of bolting. The series of numerical calculations allows the statement that the bolting together with the injection of chemical agents, in particularly difficult conditions, can be an effective alternative for conventional methods of the protection of fault zones.