Case studies and analysis of mine shafts incidents in Europe

International audienceEntry to mine workings is normally gained by means of vertical shafts or horizontal or inclined tunnels called adits. Other mining objects such as fan drifts and wheel pits are often associated with mine shafts. Such mining objects may or may not have been filled, wholly or partially, or otherwise sealed to prevent entry when the mine was abandoned. Nowadays mine entries are usually adequately protected on abandonment to prevent accidental ingress. Many earlier mine entries remain open, however, and may pose a threat to human safety. Within the framework of MISSTER (Mine shafts: improving security and new tools for the evaluation of risks), a European RFCS project (Research Fund for Coal and Steel), a selection of representative cases of mine shafts incidents was reviewed. This work was carried out by INERIS (France), GEOCONTROL (Spain), University of Nottingham and Mine Rescue Service Ltd (United Kingdom), Central Mining Institute and KWSA (Poland). The experience accumulated through this work will allow a fuller determination of risk scenarios associated with mine shafts

Factors influencing the formation of roof fall in longwalls with caving

Występujące w ścianach utrudnienia w utrzymaniu stropu, takie jak opady czy też obwały, negatywnie wpływają na wyniki ekonomiczne kopalń oraz pogarszają bezpieczeństwo pracy załogi górniczej. W artykule przedstawiono wybrane wyniki dotychczas prowadzonych badań w zakresie opadów i obwałów, występujących w ścianach prowadzonych z zawałem stropu w kopalniach polskich i zagranicznych. Podano wyniki badań ankietowych przeprowadzonych w polskich kopalniach węgla kamiennego, a dotyczących określenia przyczyn powstawania pogorszonych warunków utrzymania stropu w ścianach zawałowych. Badania ankietowe pozwoliły na określenie głównych czynników geologicznych, górniczych oraz technicznych, decydujących o stateczności skał stropowych w ścianach.Roof instabilities occurring in the longwalls, such as roof falls, have a negative effect on the economic performance of mines and deteriorate significantly the safety of miners. This paper presents the selected results of studies on roof falls, occurring in the longwalls with natural roof caving in Polish and foreign mines. The results of a survey on the causes of worse roof conditions occurring in the longwalls, conducted in Polish coal mines were presented. The survey allowed to determine the main geological, mining and technical factors which influence the stability of the roof in longwalls

Zmiany pola przekroju poprzecznego chodników przyścianowych ścian zawałowych przewietrzanych sposobami na "U" oraz na "Y"

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)

Poprawa zarządzania przedsiębiorstwem wydobywczym warunkiem podniesienia efektywności produkcji węgla kamiennego

The paper contains considerations regarding the possible impact of changing the approach to the management of mining enterprises on the improvement of their efficiency. The definitions of management, efficiency (along with its basic measures, such as productivity and profitabil-ity) and rationality of management were presented in the introduction. Next, the role of the three determinants of effective production in a mining enterprise were presented, including: reliable identification of resources, assessment of their necessity, rules for organizing ongoing works and implementation of production planning methods aimed at minimizing the costs of operations. The practical implementation of the defined determinants is presented on the ex-ample of four basic functions of process management, such as organizing, planning, leading and controlling. The special role of the process approach to cost management in the lifecycle of each longwall working while adopting a rational reduction of operating costs in mining enterprises is underlined.Artykuł zawiera rozważania dotyczące możliwego wpływu zmiany podejścia do zarządzania przedsiębiorstwami górniczymi na poprawę ich efektywności. Na wstępie przedstawiono definicje zarządzania, efektywności (wraz z podstawowymi miernikami, takimi jak wydajność i rentowność) oraz racjonalność zarządzania. Następnie przedstawiono rolę trzech czynników determinujących efektywną produkcję w przedsiębiorstwie wydobywczym, w tym: rzetelną identyfikację zasobów, ocenę ich konieczności, zasady organizacji prowadzonych prac oraz wdrożenie metod planowania produkcji mających na celu minimalizację kosztów operacyjnych. Praktyczna implementacja zdefiniowanych determinant została przedstawiona na przykładzie czterech podstawowych funkcji zarządzania procesami, takich jak organizowanie, planowanie, prowadzenie i kontrolowanie. Podkreślono szczególną rolę podejścia procesowego do zarządzania kosztami w cyklu życia każdej ściany, przy jednoczesnym przyjęciu racjonalnej redukcji kosztów operacyjnych w przedsiębiorstwach wydobywczych

The study of mechanical parameters of highly-foamed phenol-formaldehyde foam

W artykule przedstawiono wyniki badań wytrzymałościowych wysokospienionej piany fenolowo-formaldehydowej. Badania laboratoryjne i symulacje komputerowe prowadzono dwukierunkowo. W pierwszym etapie określano charakterystykę sztywnościową piany w warunkach jednoosiowego ściskania. Pozwoliło to na określenie parametrów materiału przyjmowanych do dalszych analiz. W drugim etapie w stanowisku badawczym i w symulacjach komputerowych przyjęto schemat obciążenia odwzorowujący pracę piany w przypadku typowego jej zastosowania – wypełniania pustek. W celu przeprowadzenia badań laboratoryjnych drugiego etapu zbudowano przyrząd do badań próbek w warunkach jednoosiowego ściskania w płaskim stanie odkształcenia. Przyrząd, w postaci sztywnej sześciennej skrzyni, umożliwia obciążanie w kierunku pionowym próbek, a przy tym całkowicie uniemożliwia zmianę jednego i jednokierunkowo drugiego z wymiarów poprzecznych próbki.This paper presents the results of strength tests of highly-foamed phenol-formaldehyde foam. Laboratory tests and computer simulations were carried out in two directions. In the first stage the stiffness characteristics of the foam were measured under uniaxial compression. This allowed to determine the material parameters adopted for further analysis. In the second stage in a test stand and by computer simulations the load on foam was assumed as for a typical foam in its application – filling cavities. In order to carry out laboratory tests of the second stage, a special test stand was created for the samples under uniaxial compression in the plane strain. The device, in the form of a rigid, cube-shaped box allowed to load the samples in the vertical position, completely prohibiting the change of dimension in one direction, and in other direction the second of diagonal dimensions of the sample

Numerical modeling of the rock mass around an excavation exposed to mining-induced pressure

W artykule przedstawiono próbę odwzorowania za pomocą modelowania numerycznego, zachowania się górotworu wokół wyrobiska przyścianowego znajdującego się w strefie oddziaływania przesuwającego się frontu eksploatacyjnego. Próby te zostały przeprowadzone w oparciu o wybrane wyniki dołowych pomiarów konwergencji chodników przyścianowych w kopalniach węgla kamiennego.This paper presents results from numerical modeling of the rock mass around an excavation which is exposed to different mining-induced pressure. The numerical modeling was based on the in-situ measurement in the longwall tailgates. The measurements were carried out in the Polish hard coal mines

Tests of grain degradation of the selected filling materials for shafts closure

Artykuł dotyczy zagadnienia doboru materiałów zasypowych do likwidowanych szybów górniczych. Materiały te charakteryzować się powinny określonymi własnościami, zapewniającymi bezpieczeństwo zarówno podczas, jak i po zakończeniu procesu likwidacji szybu. Jedną z takich własności jest wodoprzepuszczalność, na którą wpływ ma skład ziarnowy danego materiału. W artykule przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych oraz dołowych, których celem była ocena zmian składu ziarnowego żużla stalowniczego i granitu. Dokonano oceny degradacji ziarnowej tych materiałów z uwagi na ich zrzut do likwidowanego szybu Żeromski w ZG „Piekary”. Przedstawiono degradację ziarnową dla dwóch głębokości zrzutu do szybu, tj. 190 m i i 303 m. Artykuł przedstawia również wyniki obliczeń numerycznych przeprowadzonych za pomocą programu PFC3D, których celem była ocena zmian składu ziarnowego żużla i granitu, dla większych głębokości zrzutu do likwidowanego szybu (do 1000 m).This paper presents the issue of filling material selection used for mine shafts closure. These filling materials should be characterized by certain properties that provide security both during and after the shaft closure. One such property is the water permeability which is affected by the grain size distribution of the material. The paper presents the results of laboratory and underground tests of filling materials, whose aim was to assess the changes in grain size composition of metallurgical slag and granite. An assessment of grain degradation was made due to the dropping into the shaft “Żeromski” in “Piekary” colliery. The tests were performed in the active part of the shaft over its length up to a depth of 190 and 303 m. This paper also presents the results of numerical calculations performed by the use of PFC3D, whose aim was to assess the changes in grain composition of metallurgical slag and granite for larger heights of dropping to the shaft (up to 1000 m)

Kluczowe zadania nauki w zakresie poprawy efektywności wydobycia węgla kamiennego w Polsce

The article presents an array of specific issues regarding the employed technology and operational efficiency of mining activities, which could and should become the subject of conducted scientific research. Given the circumstances of strong market competition and increasing requirements concerning environmental conditions, both in terms of conducted mining activities and produced coal quality parameters, it is imperative to develop and implement innovative solutions regarding the employed production technology, the safety of work conducted under the conditions of increasing natural hazards, as well as the mining enterprise management systems that enable its effective functioning. The article content pertains to the last group of issues in the most detailed way, particularly in terms of the possibility for rational conducted operation cost reduction.W artykule przedstawiono szereg wybranych zagadnień dotyczących technologii oraz efektywności prowadzenia działalności górniczej, które mogą i powinny stać się przedmiotem prowadzonych badań naukowych. W warunkach silnej konkurencji rynkowej oraz zwiększających się wymogów, dotyczących uwarunkowań środowiskowych, zarówno w zakresie prowadzenia działalności górniczej, jak i parametrów jakościowych produkowanego węgla, niezbędne jest opracowywanie i wdrażanie innowacyjnych rozwiązań dotyczących stosowanych technologii wydobycia, bezpieczeństwa robót prowadzonych w warunkach zwiększających się zagrożeń naturalnych, a także systemów zarządzania przedsiębiorstwem górniczym, pozwalających na jego efektywne funkcjonowanie. W treści artykułu do tej ostatniej grupy zagadnień odniesiono się najbardziej szczegółowo, zwłaszcza w zakresie możliwości racjonalnego obniżania kosztów prowadzonej eksploatacji

The extraction of longwall panel located under goafs in the conditions of varying thickness of abandoned coal in the bottom layer

W artykule przedstawiono proces doboru obudowy dla ściany 124 prowadzonej bezpośrednio pod zrobami zawałowymi warstwy przystropowej pokładu 510 na KWK „Mysłowice-Wesoła”. Następnie zaprezentowano trudności w jej prowadzeniu, w szczególności te wynikające ze znacznej zmienności grubości warstwy przyspągowej, w której prowadzona była ściana 124. Dodatkowe trudności wynikały zarówno z niewłaściwej współpracy obudowy zmechanizowanej z górotworem, jak i nadmiernego zużycia niektórych elementów kompleksu ścianowego.This paper presents the process of powered support selection for the longwall 124, located under goafs of top layer seam no. 510, „Mysłowice-Wesoła” hard coal mine. Furthermore, the difficulties particularly due to the considerable variability of the thickness of the bottom layer which the wall 124 extracted, have been presented. Additional difficulties occurred as the result of improper co-operation of the powered support with the rockmass as well as excessive wear of some elements of the longwall complex