Pomiary konwergencji jako podstawa analizy numerycznej zmian jakości górotworu i parametrów kryterium wytrzymałościowego Hoeka-Browna wynikających z eksploatacji ścianowej

In the longwall exploitation system, the main gates are subject of the most intensive movements of the rock mass, where the proximity of the excavation front is a key factor. The paper presents the results of a research on the constants mb and s of Hoek-Brown failure criterion for the rocks surrounding the gallery: shale, sandy shale, coal and medium-grained sandstone, in relation to the distance to longwall face. The research comprised numerical modeling based on convergence monitoring records. The convergence measurements were carried out on three stations in a selected maingate in a coal mine from Upper Silesia Coal Basin near Jastrzębie-Zdrój, concurrently with changing distance to the longwall face. The measu-red were the width, the height and the heave of the floor of the gate. The measurements showed that the convergence at the longwall-maingate crossing was 1.5-3 times greater than in the locations much further from the longwall face. It was demonstrated that this effect was due to continuously changing properties of the rock-mass surrounding the gallery that can be expressed as decreasing empirical parameters mb i sof Hoek-Brown’s criterion. These parameters are decreasing exponentially together with the distance to the longwall face The consistency between the theoretical and factual curve varies between 70% to 98%. The change of each of the parameters can be described by general equation P = a· exp(–b·d), where a, b are constants, and d is the distance to the excavation face. The authors highlight that during the me-asurements period the horizontal stress was 1.45 to 1.61 times greater than the concurrent vertical stress. The so high horizontal stress causes heave of unsupported gallery floor which is commonly observed in the mines in Silesia.Chodniki przyścianowe w systemie eksploatacji ścianowej są najbardziej narażone na intensywne przemieszczenia skał. Wraz ze zmianą położenia frontu eksploatacji skały przechodzą wolno w stan zniszczenia, coraz bardziej przemieszczając się do środka wyłomu. Aby można było skutecznie prze-widywać konwergencję wyrobisk przyścianowych należy właściwie określić właściwości skał w fazie pozniszczeniowej. Wybierając warunek wytrzymałościowy Hoeka-Browna – stałe mb i s, zależne od wskaźnika jakości górotworu RMR lub wskaźnika GSI.W artykule wyznaczono spadek parametrów pozniszczeniowych skał budujących górotwór w rejonie omawianego wyrobiska – łupków ilastych, łupków piaszczystych, węgli i piaskowców średnioziarnistych – w zależności od odległości od frontu ściany. W tym celu wykonano symulacje numeryczne, wykorzystując wyniki pomiarów konwergencji. Pomiary konwergencji wykonano w wyrobisku przyścianowym jednej z kopalń węgla GZW w rejonie Jastrzębia na trzech bazach pomiarowych wraz ze zmieniającą się odległościąbaz pomiarowych od czoła ściany. Badania obejmowały wyznaczenie szerokości, wysokości i wypiętrzenia spągu chodnika. Pomiary wykazały, że konwergencja na skrzyżowaniu ściana – chodnik osiąga wartość1,5-3-krotnie większą, niż dla przypadku, gdy front eksploatacji znajduje się w znacznej odległości od baz pomiarowych. Stwierdzono, że przyczyną takiego stanu rzeczy jest stale zmieniająca się jakość górotworu, która skutkuje obniżeniem parametrów empirycznych warunku wytrzymałościowego Hoek’a-Browna mbi s skał występujących w otoczeniu wyrobiska. Parametry te maleją eksponencjalnie wraz ze zbliżaniem sięfrontu ściany, a zgodność pomiędzy krzywą rzeczywistą a teoretyczną dla występujących przemieszczeńwyrobiska waha się od 70% do 98%. Zmianę dowolnego z powyższych parametrów P można opisaćfunkcją o ogólnym równaniu: P = a exp(–bd), gdzie a i b to stałe, a d to odległość od frontu ściany.Na uwagę zasługuje również analiza naprężeń poziomych w górotworze, jakie musiały wystąpićpodczas prowadzenia pomiarów, które są 1,45-1,61 razy większe od występujących wówczas naprężeńpionowych. Tak duże naprężenia poziome mają istotny wpływ na wartości wypiętrzania nieobudowanego spągu, co znajduje potwierdzenie podczas prowadzenia prac górniczych w kopalniach JSW