Zmechanizowane obudowy ścianowe w warunkach zagrożenia wstrząsami górotworu w GZW – stan obecny w ujęciu statystycznym

Coal mining in Upper Silesian Coal Basin (USCB) is conducted in the conditions of frequent mining tremors. The longwall roof support significantly impacts the safety and efficacy of the mining process. The paper presents the assessment of mining tremor hazard, the procedure of designing powered roof supports used in the conditions of tremors, and a method of evaluating supports’ resistance to dynamic overloads. The research was based on analyses carried out by the authors on the data collected during the works carried out by the Department of Extraction Technologies, Rockbursts, and Mining Support. The data was analysed using descriptive statistics.Górnośląskie Zagłębie Węglowe (GZW) prowadzi eksploatację pokładów węgla głównie w warunkach zagrożenia wstrząsami górotworu. Właściwy dobór obudowy do wymienionych warunków jest istotnym czynnikiem bezpiecznej i efektywnej eksploatacji. W publikacji opartej na analizach własnych przeprowadzonych na grupie danych zebranych na podstawie prac zrealizowanych przez Zakład Technologii Eksploatacji, Tąpań i Obudów Górniczych, Głównego Instytutu Górnictwa, przy wykorzystaniu statystyki opisowej, przedstawiono: stopień zagrożenia wstrząsami górotworu, stosowane konstrukcje obudów zmechanizowanych w warunkach zagrożenia wstrząsami górotworu oraz sposób oceny ich podporności na przeciążenia dynamiczne

Case Analysis of Damages to Control Hydraulics of the Leg in the Powered Roof Support Section

The article discusses a case of security hazard in a longwall equipped with a properly selected chock shield support with two legs, technically efficient, introduced to the market and for operation in compliance with the requirements covering Polish hard coal mining. As a cause of the hazard an accidental coincidence was indicated, such as the occurrence of a tremor at an area with unfavourable geometry for the operation of the support section and leg (including the shift of the double-telescopic leg from the 1st to the 2nd hydraulic stage) at the time of the mining process. Immediate safety measures were applied successfully. They were aimed at minimizing the conditions dangerous to the crew. The section was withdrawn and spragged again. As a result, the leg operated in full extension mode of the 1st hydraulic stage, obtaining the required strength and geometry of the section and leg. The presented case study will be additionally supplemented in the future with selected analytical and bench tests

A contribution to the design of powered roof support for operations in a rockburst-hazardous environment

Przedstawiono przykład analizy numerycznej z wykorzystaniem programu ANSYS dotyczącej optymalizacji konstrukcji sekcji zmechanizowanej obudowy ścianowej, przeznaczonej do pracy w warunkach zagrożenia wstrząsami górotworu. Uwzględniając wzrost obciążenia obudowy ze strony górotworu wynikający z występowania wstrząsów, określono miejsca występowania nadmiernych naprężeń w konstrukcji sekcji zmechanizowanej obudowy ścianowej. Wzrost obciążenia obudowy jako następstwo wstrząsów górotworu jest przyczyną występowania nadmiernych naprężeń w konstrukcji sekcji. Ich identyfikacja oraz uwzględnienie w projektowaniu z wykorzystaniem analizy numerycznej przedstawia niniejszy artykuł. Analizę przeprowadzono dla obudowy typu ZRP-15/35-POz produkowanej w Zakładzie Remontowo-Produkcyjnym (ZRP-Bieruń) Polskiej Grupy Górniczej S.A. Wprowadzenie wzmocnień w miejscach występowania zwiększonych naprężeń konstrukcji sekcji obudowy powinno zwiększyć jej bezpieczeństwo pracy w wyrobisku.The paper presents an example of a numerical analysis using ANSYS to optimise the design of powered roof support designed to operate in rock mass tremor hazard conditions. The areas of excessive stress in the structure of powered roof support were identified, taking into account the increase in rock mass loading resulting from tremors. An increase in the load impacting on the support as a result of rock mass tremors is the cause of excessive stresses in the section structure. The paper aims to identify them and to find ways to apply the design using numerical analysis. The analysis was conducted for roof support type ZRP-15/35-POz produced in Repair and Production Plant (ZRP-Bieruń) of Polish Mining Group S.A. (PGG S.A.) The introduction of reinforcements in places of increased stress in the support section structure should increase its operational safety in the excavation

Dynamics of large diameter hydraulic legs under applied test methods

The dynamic characteristics of the hydraulic leg are essential for determining the safe working range of roof supports operating in seams threatened by rock mass tremors. The systematic increase in the support of the hydraulic legs due to deteriorating geological-mining conditions has increased their diameters, which currently exceed 0.32 m for the 1st hydraulic stage. Evaluation of the dynamic properties of the roof support and the hydraulic legs are carried out by the Central Mining Institute through calculation methods as an implementation of the Regulation of the Minister of Energy on occupational safety and health. However, the issue of validating the calculations concerning natural scale studies still needs to be addressed. There are significant limitations in this area due to the technical and metrological capabilities of the testing stations. This paper presents an attempt to evaluate bench testing of a hydraulic leg with 0.32 m of the 1st hydraulic stage diameter for the validation of computational and test methods. Results of previous studies affecting the evaluation of the research methods used are also cited. According to the authors, the optimal and economically justifiable direction is to undertake model tests using numerical analyses and to validate these results, based on the study of models of hydraulic legs that are in use at a reduced scale. The construction of testing stations to ensure adequate dynamic loading for the support of the largest diameter hydraulic legs is currently not economically viable. The problem presented, however, is important given the constantly deteriorating geological-mining conditions and the associated threat of rock mass tremors

Przyczynek do projektowania konstrukcji sekcji zmechanizowanej obudowy ścianowej przeznaczonej do pracy w warunkach zagrożenia wstrząsami górotworu

The paper presents an example of a numerical analysis using ANSYS to optimise the design of powered roof support designed to operate in rock mass tremor hazard conditions. The areas of excessive stress in the structure of powered roof support were identified, taking into account the increase in rock mass loading resulting from tremors. An increase in the load impacting on the support as a result of rock mass tremors is the cause of excessive stresses in the section structure. The paper aims to identify them and to find ways to apply the design using numerical analysis. The analysis was conducted for roof support type ZRP-15/35-POz produced in Repair and Production Plant (ZRP-Bieruń) of Polish Mining Group S.A. (PGG S.A.) The introduction of reinforcements in places of increased stress in the support section structure should increase its operational safety in the excavation.Przedstawiono przykład analizy numerycznej z wykorzystaniem programu ANSYS dotyczącej optymalizacji konstrukcji sekcji zmechanizowanej obudowy ścianowej, przeznaczonej do pracy w warunkach zagrożenia wstrząsami górotworu. Uwzględniając wzrost obciążenia obudowy ze strony górotworu wynikający z występowania wstrząsów, określono miejsca występowania nadmiernych naprężeń w konstrukcji sekcji zmechanizowanej obudowy ścianowej. Wzrost obciążenia obudowy jako następstwo wstrząsów górotworu jest przyczyną występowania nadmiernych naprężeń w konstrukcji sekcji. Ich identyfikacja oraz uwzględnienie w projektowaniu z wykorzystaniem analizy numerycznej przedstawia niniejszy artykuł. Analizę przeprowadzono dla obudowy typu ZRP-15/35-POz produkowanej w Zakładzie Remontowo-Produkcyjnym (ZRP-Bieruń) Polskiej Grupy Górniczej S.A. Wprowadzenie wzmocnień w miejscach występowania zwiększonych naprężeń konstrukcji sekcji obudowy powinno zwiększyć jej bezpieczeństwo pracy w wyrobisk

Computational Fluid Dynamics Simulations for Investigation of the Damage Causes in Safety Elements of Powered Roof Supports—A Case Study

The paper describes a case study of the safety hydraulic system damage in the working of a longwall in a Polish coal mine. The safety elements are a component of the powered roof supports which secure the shield against damage during rock burst incidents. The damage event, which occurred in the hydraulic system during the mining process, caused the uncontrolled lowering of the powered roof support height during the mining process. The uncontrolled lowering of a shield may cause the danger of the loss of the stability along the longwall working in the form of a rock burst and collapses and may represent a serious and immediate danger to the safety and health of employees. Based on the results of the computational fluid dynamics methods (CFD) analysis of the safety elements in the hydraulic system of longwall 2-leg shield, the causes of damage were diagnosed and presented. The CFD and the strength analysis by the finite element method (FEM) were used for numerical modeling. The diagrams and maps of changes of parameters having an impact on the damage mechanism in safety elements of the hydraulic leg were developed based on the results of model tests. The forecasted values of stress distributions in the safety system of the hydraulic leg have made it possible to identify the reasons of the damage causes, verified by real observations

Numerical Simulation of the Impact of Unmined Longwall Panel on the Working Stability of a Longwall Using UDEC 2D—A Case Study

The main goal of the paper is numerical simulation for investigation of damage causes in the working of a longwall located under the unmined longwall panel. The paper presents the results of model-based research on the stability of the roof of a longwall working in a zone subject to cave-in mining, taking into account the influence of mining conditions in the form of an unmined coal seam located 115 m above the exploited seam. It presents the geometry of the rock mass under study, the discretization area of the solution, and gives an overview of the assumptions used to build the numerical model. The authors discuss the results of numerical simulations of the influence of mining phenomena on the formation of roof falls in the longwall. Based on the results of numerical simulations, the process of identifying the size of roof falls in a longwall working (loss of stability) was carried out through their appropriate classification. The case presented and analyzed in this paper occurred in one of Poland’s coal mines