Changes in cross-sectional area of gateroads in longwalls with roof caving, ventilated with "U" and "Y" systems

Content: In the paper results of measurements of underground gateroad deformations are presented. The measurements were conducted in seven collieries in the Upper Silesian Coal Basin. Altogether 28 gateroads were analysed:12 longwalls with "Y" and 4 longwalls with "U" ventilation system. Based on results of measurements, changes in cross-sectional area of gateroads were calculated and then referred to their original dimensions (when they were developed). Values of cross-sectional area of gateroads In front of and behind the longwall face are presented. Differences in deformation of gateroads in longwalls with the "U" ventilation system, surrounded by unmined coal, and/or goaf on one side were determined. Changes in cross-sectional area of reused gateroads, and newly driven ones (with a coal pillar separating the goaf from the working), were estimated. For gateroads of the longwalls with "Y" ventilation system their deformations at a distance of 200 metres behind the longwall face was determined. For selected gateroads their convergence was calculated with numerical modeling and a method developed at GIG. Calculations were made with Phase2 software based on the finite element method (FEM). Accuracy of forecasted gateroad deformations were assessed through comparing them with the results of underground measurements.

W Polsce w roku 2012 czynnych było 31 kopalń, a wydobycie węgla kamiennego wyniosło 79,2 mln ton. W 21 kopalniach prowadzono eksploatację w pokładach metanowych, podczas której stwierdzono wydzielanie się metanu do wyrobisk górniczych. Z pokładów metanowych wydobyto łącznie 59,4 mln ton, co stanowi 75% całego wydobycia w roku 2012 (Krause & Sebastian, 2013). Dla zapewnienia bezpiecznej eksploatacji w pokładach metanowych niezwykle istotnym jest zachowanie odpowiednich gabarytów chodników przyścianowych. W polskich kopalniach węgla kamiennego dominują dwa sposoby przewietrzania ścian na "U" z odprowadzaniem powietrza zużytego po caliźnie węglowej oraz na "Y", kiedy to powietrze zużyte odprowadzane jest wzdłuż zrobów za frontem ściany. W przypadku sposobu przewietrzania na "U" (szacuje się że tym sposobem przewietrzanych jest około 75% wszystkich ścian), jednym z kluczowych czynników wpływających na bezpieczeństwo eksploatacji, jest zachowanie odpo- wiedniego pola przekroju poprzecznego chodnika wentylacyjnego. Stosując sposób przewietrzania na "Y", znacznie korzystniejszy z uwagi na zagrożenie metanowe, niezwykle istotne z kolei jest utrzymanie zadawalających gabarytów jednego z chodników za frontem eksploatacji. W artykule przedstawiono wyniki pomiarów deformacji chodników przyścianowych, przeprowadzonych w siedmiu kopalniach węgla kamiennego, które znajdują się w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. Pomiary deformacji przeprowadzono w 12 ścianach przewietrzanych sposobem na "Y" oraz w 4 ścianach przewietrzanych sposobem na "U". Łącznie przebadano 28 chodników. W punkcie 2 publikacji przedstawiono podstawowe informacje dotyczące badanych chodników, takie jak: głębokość zalegania, nachylenie pokładu węgla, wytrzymałość na ściskanie skał stropowych, spągowych oraz węgla, wysokość, długość oraz postęp dobowy ściany, jak również otoczenie wyrobiska – tablica 1. Opisano metodykę wykonywania pomiarów, a następnie w tablicach 2 i 3 zestawiono wyniki dla wszystkich badanych chodników, podając między innymi wysokość i szerokość danego wyrobiska oraz różnice pomiędzy początkową wartością pola przekroju poprzecznego a wartością wynikającą z pomiarów w rejonie wlotu do ściany (w przypadku ścian przewietrzanych sposobem na "U") lub około 200 m za czołem ściany (w przypadku ścian przewietrzany sposobem na "Y"). Na rysunkach 3 i 4 przedstawiono pełne przebiegi zaciskania pionowego i poziomego dla wybranych trzech chodników likwidowanych za czołem ścian oraz trzech chodników utrzymywanych za frontem eksploatacji. Średnie procentowe wartości zmniejszenia się pola przekrojów poprzecznych wszystkich badanych chodników przyścianowych, w rejonie wlotów do ścian oraz za frontem eksploatacji, przedstawiono na rysunku 5. W punkcie 3 opisano prognozowanie deformacji chodników z wykorzystaniem modelowania numerycznego Dla przeprowadzenia obliczeń numerycznych wykorzystano program Phase2, bazujący na metodzie elementów skończonych. Scharakteryzowano metodę prognozy zaciskania chodników przyścianowych z wykorzystaniem tego programu, w której jednym z elementów jest zmiana parametrów mbz i sz w kryterium wytrzymałościowym Hoek’a-Browna, w zależności od odległości frontu eksploatacji. Dla wybranych chodników przyścianowych przygotowano modele górotworu w postaci tarczy o szerokości i wysokości 70 m Modele przygotowano w oparciu o rzeczywiste profile skał otaczających rozpatrywane wyrobiska. Przykłady tych modeli przedstawiono na rysunku 6, zaś na rysunkach 7-9 przedstawiono wybrane wyniki obliczeń numerycznych w postaci map przemieszczeń górotworu wokół wyrobisk. Dokonano oceny dokładności obliczeń numerycznych poprzez porównanie obliczonych wartości pola przekroju poprzecznego chodników, jakie wynikały z prognozy oraz z pomiarów dołowych (Tabl. 4).