|
Wpływ formy kopalni soli na przemieszczenia powierzchni |
|
|
|
|
Wpływ formy kopalni soli na przemieszczenia powierzchni Autor: G. Kortas
W pracy przedstawiono wyniki badań modelowych przeprowadzonych dla określenia związków
formy kopalni soli z przemieszczeniami na powierzchni terenu. Badania przeprowadzono w oparciu
o symulacje komputerowe zachowania się ośrodka sprężysto-lepkiego z potęgowym prawem pełzania.
Kopalnię odwzorowuje w tym modelu modularnymi strukturami, w których zachowane są stałe wymiary
komór, fi larów i półek, natomiast różnicuje się liczbę poziomów i komór tworzących poziom. Parametrem
geometrycznym formy takich struktur jest ich smukłość λ, wyrażająca stosunek wymiaru pionowego
kopalni do wymiaru poziomego.
Symulacje zachowania się modelu w czasie przeprowadzono metodą numeryczną przy zastosowaniu
MES. Wyznaczano przemieszczenia na wszystkich ścianach komór oraz na linii odpowiadającej w modelu
2D + t powierzchni terenu. Badania przeprowadzono kodem metody elementów skończonych COSMOS/M.
Zachowano przemieszczeniowe warunki brzegowe i litostatyczny stanu naprężeń pierwotnych jako warunek
początkowy. Przykład modelu geometrycznego MES przedstawiono na rys. 1, a formy badanych
struktur pokazano na rys. 4.
Zachowanie się struktury charakteryzują przemieszczenia ścian komór. Określa się je konwergencją
względną poziomą ξs, pionową ξh i konwergencją powierzchniową poszczególnych komór ξsh lub wielkością
ξK = Σiξsh wyrażającą konwergencję powierzchniową kopalni. W tablicy 1 i na rys. 2 i 3 pokazuje
się zbieżność wartości ξK jednoszeregowych struktur poziomych i pionowych i zróżnicowanie odpowiadających
im profi li niecek osiadań.
Z zasady zachowania masy wynika, że w nieściśliwym ośrodku względna powierzchnia obniżeń
profi lu niecki ξN = PN /PK – gdzie PK jest powierzchnią komór – równa się względnej konwergencji
powierzchniowej ξK (rozdz. 3). Wskaźnikiem ruchu górotworu w bliskim otoczeniu komór jest względny
przyrost powierzchni ξS na brzegu zewnętrznym struktury. Wraz z przybliżaniem brzegu struktury
do wyrobisk ξS → ξK. Z oddalaniem się od wyrobisk, brzeg struktury dąży do zewnętrznych krawędzi
modelu, a ξS → ξN.
W ściśliwym górotworze solnym o module ściśliwości C stosunek ξN /ξK = α określa odkształcalność
ośrodka, α < 1. Wartość α zmniejsza się ze wzrostem smukłości struktury. Zależność od smukłości λ
względnych konwergencji powierzchniowych komór ξK i względnych powierzchni profi lu niecki ξN
badano dla dwóch wartości modułu ściśliwości 1,25GPa i 12,5GPa. Wyniki przedstawiono na rys. 5 i 6.
Ze spadkiem λ funkcja α(λ) dąży do 1. Związek powierzchni niecki i konwergencji komór w pierwszym
przybliżeniu aproksymować można funkcją logarytmiczną funkcją (2), w której współczynnik β zależy
od ściśliwości ośrodka.
Ze wzrostem smukłości λ rośnie udział przemieszczeń poziomych i następuje spadek przemieszczeń
pionowych (rys. 8). W strukturach o wybitnie horyzontalnych (o małej smukłości) przemieszczenia
poziome powstają przy dominacji ruchu górotworu w kierunku pionowym, w strukturach wybitnie
wertykalnych (o dużej smukłości), przemieszczenia pionowe powstają przy dominacji poziomego ruchu
górotworu (rys. 9).
Reasumując stwierdzono, że podstawowym parametrem niecki jest jej objętość, a w przestrzeni 2D
– powierzchnia obniżeń, wyrazić ją można przez wielkość względną, czyli stosunek jej do objętości wyrobisk.
Parametrem charakteryzującym związek konwergencji z osiadaniami powierzchni jest parametr α,
który jest miarą odkształceń objętościowych w górotworze. Związek konwergencji z osiadaniami wyraża
funkcja logarytmiczna (2). Przyczyną zróżnicowania zachowania się powierzchni terenu są odmienne
warunki równowagi wynikające z formy kopalni. |
2011