Vliv svorníkové výztuže na deformační chování okolního horninového masivu

Petr Dvorský

Doctoral thesis

Rockbolt reinforcement effect on deformation behaviour of the surrounding rock massif

Abstract:

Doktorská disertační práce se zabývá problematikou svorníkové výztuže a jejího optimálního použití v uhelných dolech ve východní části karvinské dílčí pánve. Práce svým zaměřením navazuje na projekt Institutu čistých technologií těžby a užití energetických surovin reg. Č. ED2.1.00/03.0082 (CZ.1.05/2.1.00/03.0082) podporovaný Operačním programem Výzkum a vývoj pro Inovace, financovaný ze strukturálních fondů EU a ze státního rozpočtu ČR z jehož podporou byla vytvořena. Práce je rozdělena do tří hlavních celků. Pro uvedení do problematiky je v prvních kapitolách stručně popsána geneze využívání svorníkové výztuže, přístupu k jejímu projektování a v neposlední řadě monitorování důlních děl za účelem sledování a kontroly údajů a předpokladu projektu v geologických podmínkách české části hornoslezské pánve. S ohledem na lokalizaci analyzované oblasti ve východní části karvinské dílčí pánve, jsou zde podrobněji popsány geologické a strukturně-tektonické poměry v karvinské dílčí pánvi. Stěžejní kapitoly obsahuje druhá část práce. Věnuje se především využití matematického modelování napěťového a deformačního stavu v okolí důlního díla pomocí MKP a inverzní analýze provedené na zpracovaných geomechanických modelech na lokalitách v oblasti východní části karvinské dílčí pánve. Je zde popsána metodika tvorby geomechanických a matematických modelů pro následnou inverzní analýzu s využitím naměřených dat. Pozornost pak byla věnována práci s inverzními modely, kdy byly modifikovány přetvárné a částečně pevnostní vlastnosti částí masivu, tak aby výsledné modelové chování bylo v souladu s výsledky měření a pozorování. Jsou zde diskutovány možnosti vyjádření účinků svorníkové výztuže pomocí modifikovaných pevnostních a přetvárných parametrů a zároveň možnosti kvantifikace vlivu svorníkové výztuže na horninový masiv na straně jedné a zpřesnění následného řešení stability dlouhých důlních děl jak z hlediska dimenzování výztuže, tak i očekávaných deformačních projevů, na straně druhé. Tato diskuze je podložena nejen řadou zpracovaných účelových map, geomechanických řezů, shromážděnou prvotní dokumentací z provedených deformačních měření, ale také konfrontací s výsledky matematických a inverzních modelů. V závěrečné kapitole jsou shrnuty výsledky inverzní analýzy zpracované na reprezentativním souboru modelů s využitím podkladů o deformačních projevech chodeb vyztužených svorníkovou výztuží v karvinské dílčí pánvi, konkrétně na Dole ČSM. Vzhledem k dlouhodobému výhledu těžby, kdy se za současných technicko ekonomických poměrů předpokládá dvacetiletá exploatace uhlí, je v této kapitole věnována pozornost rovněž možnostem modelování dalších případů aplikace svorníkové výztuže v perspektivních lokalitách karvínské dílčí pánve a to i s ohledem na zajištění vyššího stupně bezpečnosti a efektivnosti důlního provozu při budoucí těžbě v OKD.

Abstract:

Doctoral Dissertation Thesis deals with the bolt reinforcement and its optimal application in coal mines in the eastern part of the Karvina subbasin (Upper Silesian Basin). This work follows with its focus on project of the Institute clean technology of mining and use of energy resources reg. No. ED2.1.00/03.0082 (CZ.1.05/2.1.00/03.0082) supported by the Operational Programme Research and Development for Innovation, funded by EU Structural Funds and the czech republic state budget, with its support was created. This work is divided into three main units. For introduction into problems is in the first chapter briefly described genesis of the use bolt reinforcement, approach to its design and not least monitoring mining works (gateroads), in order to monitor and control of project provided data under geological conditions in the Czech part of Upper Silesian Coal Basin. With regard to the location of the analyzed area in the eastern part of of the Karvina subbasin are described in more detail geological and structural-tectonic conditions in the Karviná subbasin. The key chapters contains the second part. It is dedicated mainly utilization of mathematical modeling of the stress and strain state in the vicinity of the mine workings (gateroads) by FEM and inverse analysis carried out on processed geomechanical models, on sites in the eastern part of the Karvina subbasin. It describes the methodology of geomechanical and mathematical models for the subsequent inverse analysis by using of the measured data. Consideration was given to work with inverse models, which were partially modified by deformation and strength properties of massif parts so that the final model behavior was in accordance with the results of measurements and observations. They are discussed here possibilities of expression the effects of bolt reinforcement by using modified strength and deformation parameters as well as the possibility to quantify the impact of bolt reinforcement on the rock mass on the one hand and refinement of subsequent solving of long gateroads stability both in terms of design reinforcement, as well as the expected signs of deformation, on the other. This discussion is not only supported by a number of thematic maps processed, geomechanical sections, assembled primary documentation of executed deformation measurements, as well as confrontation with the results of mathematical and inverse models. The concluding chapter summarizes the results of inverse analysis, based on a representative set of models, by using data of deformation expressions, measured in gateroads reinforced with rock bolts in the Karvina subbasin, specifically on the CSM Mine. Due to the long-term extraction, when the current technical and economical conditions expected twenty-year exploitation of coal, is also in this chapter given attention to the possibilities of modeling of other cases of bolt reinforcement applications in perspective locations Karviná subbasin and also with a view to ensuring a higher degree of safety and effectiveness during future mining operation in the OKD (Ostrava-Karvina Mining District).

Keywords

hornoslezská pánev, svorníková výztuž, karvinská dílčí pánev, matematické modelování napěťového a deformačního stavu, geomechanický model, MKP, inverzní analýza

Keywords

Upper Silesian Basin, Rock Bolt Reinforcement, Karvina Subbasin, mathematical modeling of the Stress and Strain State, geomechanical Model, FEM, inverse Analysis

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 28. 8. 2012

Thesis defence

• Date of defence: 6. 12. 2013
• Supervisor: Richard Šňupárek
• Reader: Juraj Ďurove, Vladislav Horák, Vlastimil Hudeček

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta stavební

Doctoral programme / field:
Stavební inženýrství / Geotechnika