Opracowanie modelu konwergencji wyrobisk w podziemnych kopalniach soli

Abstract

The research is devoted to the study of the convergence model which is designed for the description of the phenomenon of the convergence of workings in underground salt mines. The physical basis of the model is the constitutive relation for a viscous-elastic medium with the Norton-Bailey power creep law developed in the USA and Western Europe in connection with the building of underground hydrocarbon storages and radioactive waste repositories. In this research, on the basis of numerical calculations using the finite element method, a series of model properties determining the functional relations between convergence and the shape and depth of workings, both the elastic and viscous features of the rock mass, including creep compliance, have been revealed. The relationship between convergence and rock mass heterogeneity, the impact of temperature and filling a working with liquids of various density, as well as the impact of adjacent workings – with the use of 2D and 3D modelling – have also been presented. The research contains a wide review of used methods and instruments for surveying of convergence in Polish salt mines, the assessment of the accuracy and frequency of convergence surveys. The elaborated model has been used for the interpretation of survey results, including Sieroszowice salt mine. A recommended manner of establishing survey station, calculation method, and the revealing of the viscous characteristics of salt rock mass with the use of long-term surveys which can be used for engineering work, as well as to forecast the convergence of workings and rock mass movement have been presented. The guidelines for further convergence measurements and the interpretation of results obtained basing on the convergence model, have been formulated.

Praca poświęcona jest opracowaniu modelu konwergencji, który służy opisowi zjawiska zaciskania wyrobisk w podziemnych kopalniach soli. Podstawą fizyczną modelu jest związek konstytutywny dla ośrodka sprężysto-lepkiego z potęgowym prawem pełzania Nortona-Baileya, rozwinięty w USA i Europie Zachodniej w związku z budową podziemnych magazynów węglowodorów i składowisk odpadów promieniotwórczych. Na podstawie obliczeń numerycznych w wykorzystaniem metody elementów skończonych w pracy wyłoniono szereg własności modelu określających funkcyjne zależności konwergencji od kształtu i głębokości wyrobiska, właściwości sprężystych i lepkich górotworu, w tym podatności na pełzanie. Przedstawiono zależność konwergencji od niejednorodności górotworu, wpływu temperatury i wypełnienia wyrobiska cieczami o różnej gęstości, a także wpływu sąsiednich wyrobisk – z zastosowaniem modelowania 2D i 3D. Praca zawiera szeroki przegląd stosowanych geodezyjnych metod i przyrządów do pomiaru konwergencji w polskich kopalniach soli, oszacowanie dokładności i częstotliwości wykonywania pomiarów konwergencji. Opracowany model wykorzystany został do interpretacji wyników pomiarów geodezyjnych, w tym w kopalni soli w Sieroszowicach. Przedstawiono zalecany sposób zakładania stacji pomiarowej, metodę obliczania i wyłaniania właściwości lepkich górotworu solnego z wykorzystaniem wieloletnich pomiarów geodezyjnych, które mogą być wykorzystane pracach inżynierskich, a także do prognozowania zaciskania wyrobisk i ruchu górotworu. Sformułowano wytyczne dotyczące dalszego prowadzenia pomiarów konwergencji i interpretacji wyników w oparciu o model konwergencji.