Ημερολόγιο Εκδηλώσεων

Τίτλος εργασίας: Μελέτη διάδοσης των επιφανειακών καθιζήσεων κατά την εκμετάλλευση κοιτάσματος γαιάνθρακα με τη μέθοδο επιμήκους μετώπου.

Τίτλος εργασίας στα αγγλικά: A study of the propagation of surface subsidence during the exploitation of a coal seam using the longwall method.

Τριμελής Εξεταστική επιτροπή:

1. Γεώργιος Ξηρουδάκης, Επικ. Καθηγητής σχολής ΜΗΧΟΠ (επιβλέπων)
2. Παναγιώτης Παρτσινέβελος, Καθηγητής σχολής ΜΗΧΟΠ
3. Δρ. Γεώργιος Σαράτσης, μέλος ΕΔΙΠ σχολής ΜΗΧΟΠ (συνεπιβλέπων)

Περίληψη

Η επιφανειακή καθίζηση που αναπτύσσεται ως αποτέλεσμα υπόγειων εκμεταλλεύσεων με τη μέθοδο επιμήκους μετώπου αποτελεί ένα από τα πλέον σύνθετα και κρίσιμα γεωτεχνικά προβλήματα στη μεταλλευτική μηχανική, συνδεόμενο άμεσα με την ασφάλεια και τη λειτουργική ακεραιότητα των επιφανειακών υποδομών και του φυσικού περιβάλλοντος. Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός και η κατασκευή ενός αναλογικού φυσικού ομοιώματος (Sandbox), με τη χρήση λεπτόκοκκης ξηρής άμμου (μηδενικής συνοχής), ως προσομοί-ωση της υπερκείμενης γεωλογικής διαστρωμάτωσης καθώς και η στατιστική βαθμονόμηση εμπειρικών μεθόδων πρόβλεψης από τη διεθνή βιβλιογραφία. Για την επίτευξη των στόχων της έρευνας, εκτελέστηκαν οκτώ πειραματικές δοκιμές κατανεμημένες σε τρεις διακριτές γεωμετρικές κατηγορίες, μεταβάλλοντας το πλάτος (W) και το ύψος (h) του υπογείου πάνελ. Η παραμόρφωση της ελεύθερης επιφάνειας και η διαμόρφωση της λεκάνης καθίζησης αποτυπώθηκαν σε εκμαγεία που δημιουργήθηκαν από την πλήρωση της με μείγμα νερού και γύψου. Τα στερεοποιημένα φυσικά εκμαγεία ψηφιοποιήθηκαν ως τρισδιάστατα σημειακά νέφη (point cloud), επιτρέποντας τον προσδιορισμό του προφίλ και της μέγιστης καθίζησης ( cm) μέσω σχεδιαστι-κού λογισμικού CAD. Για το σύνολο 3ων κατηγοριών (1η και 2η μεταβατικές έως κρίσιμες και 3η υποκρίσιμη) εναλλακτικής μεθοδολογίας εκτελέσθηκαν 8 δοκιμές. Τα πειραματικά ευρήματα κατέδειξαν κατά την υποκρίσιμη κατηγορία 3, πως ο υποδιπλασιασμός του πλάτους επέφερε μείωση της καθίζησης κατά 40%. Μεταξύ των δυο πρώτων κατηγοριών παρατηρήθηκε αντίστοιχη μείωση της καθίζησης κατά 30% από υποδιπλασιασμό του ύψους της εκσκαφής. Στο θεωρητικό μέρος, η στατιστική ανάλυση σφαλμάτων των εμπειρικών μεθόδων πρόβλεψης, υπό συντελεστή κλίμακας m=10, ανέδειξε πως οι ποσοστιαίοι δείκτες σχετικό μέσο τετραγωνικό σφάλμα και μέσο απολυτό ποσοστιαίο σφάλμα για το σύνολο των πειραματικών δοκίμων, κυμάνθηκαν από 74,73% έως 473,76% ενώ το αδιάστατο μέσο τετραγωνικό σφάλμα από 1,4 cm έως 8,7 cm. Η συστηματική υπερεκτίμηση των εμπειρικών μεθόδων πρόβλεψης οφείλεται, από πλευράς των μεθόδων στην ανεξαρτησία από ορισμένες μεταβλητές, όπως το πλάτος της υπόγειας εκσκαφής, ενώ αναφορικά με το πειραματικό σκέλος, η συμπεριφορά της άμμου όπως διαπιστώνεται, περιγράφεται από
ιδιότητες (μηδενική συνοχή), οι οποίες διαφέρουν από τις συνθήκες πεδίου και έχουν ως αποτέλε-σμα την απόσβεση της συνολικής επίδρασης προς την επιφάνεια. Η παρούσα εργασία θέτει τη βάση κατασκευής πιο συνθέτων αναλογικών μοντέλων (συνεκτικών υλικών) με περισσότερα και πολυπλοκότερα σημεία ενδιαφέροντος όπως η δυναμική καθίζηση, η ταχύτητα προχώρησης και η εκμετάλλευση πολλαπλών υπερκείμενων ή υποκείμενων στρωμάτων.
Λέξεις Κλειδιά : Υπόγειες Εκμεταλλεύσεις, Καθίζηση, Μέθοδος Επιμήκους Μετώπου, Φυσική Μοντελοποίηση, Αμμοκιβώτιο.
 

Abstract: Surface subsidence developing as a result of underground longwall mining operations constitutes one of the most complex and critical geotechnical problems in mining engineering, directly linked to the safety and operational integrity of surface infrastructure and the natural environment. The subject of this thesis is the design and construction of an analogue physical model (sandbox), utilizing fine-grained dry sand (of zero cohesion) to simulate the overlying geological stratification, as well as the statistical calibration of empirical prediction methods from international literature. To achieve the research objectives, eight experimental tests were executed, distributed across three distinct geometric categories, by systematically varying the width (W) and height (h) of the underground panel. The deformation of the free surface and the formation of the subsidence basin were captured by filling it with a water-gypsum mixture. The solidified physical casts were then digitized as three-dimensional point clouds, allowing the determination of the subsidence profile and the maximum subsidence (S max=1.38cm−2.80cm) using CAD design software. The experimental findings demonstrated that in the subcritical Category 3, halving the panel width resulted in a 40% reduction in subsidence. Between the first two categories, a corresponding 30% reduction in subsidence was observed due to halving the excavation height. In the theoretical part, the statistical error analysis of the empirical prediction methods, under a scale factor of m=10, showed that the percentage indices (MAPE, RRMSE) across all experimental tests ranged from 74.73% to 473.76%, while the RMSE index ranged from 1.4 cm to 8.7 cm. The systematic overestimation of the empirical prediction methods is attributed, on the part of the methods, to their independence from certain variables, such as the underground excavation width. Regarding the experimental aspect, the behavior of the sand is described by properties (such as zero cohesion) that differ from field conditions, resulting in the dampening of the overall effect propagating to the surface. This thesis lays the foundation for constructing more complex analogue models (utilizing cohesive materials) with additional and more sophisticated focus areas, such as dynamic subsidence, face advance rate, and multi-seam mining of overlying or underlying layers.
Keywords: Underground Mining, Subsidence, Longwall Mining Method, Physical Modeling, Sand Tank, Longwall Panel.