朱集煤矿0.9Mt-a新井设计- 浅论井下热害的成因、危害和治理办法

第根据FBCDZ-8-NO.24B型的对旋式轴流风机的性能曲线，可以确定主要通风机实际工况点，见表9-4-3。表9-4-3主要通风机工况点型号时期叶片安装角/°转速/r·min-1风压/Pa风量/m3·s-1效率/%输入功率/kWFBCDZ-8-NO.24B容易43/357401600.71040.74225困难55/477402943.21150.804509.4.5电动机选型根据矿井通风容易时期和困难时期主要通风机的输入功率和计算电动机的输出功率。由/=225/450=0.5﹤0.6，故通风容易时期和困难时期需要选用不同的电动机。电动机的输出功率：（9-24）式中：——电动机的输出功率，kW；——通风机的输入功率，kW；——电动机容量备用系数，取1.15；——电动机效率，取0.90；容易时期：=225×1.15/0.90=288kW困难时期：=450×1.15/0.90=575kW根据电动机的输出功率和输入功率以及主要通风机要求的转速，选择型号为JR157-8和JR1512-8的异步电动机，其详细参数见表9-4-4。表9-4-4电动机参数时期型号功率/kW电压/V电流/A转速/rpm效率/%功率因数容易JR157-8320600036.573590.50.83困难JR1512-858060006873592.50.859.6安全灾害的预防措施9.6.1预防瓦斯和煤尘爆炸的措施（1）回采和掘进工作面以及回风巷中，必须按规定定期检查瓦斯，如发现异常，必须按规定处理。（2）盲巷、盲硐、片帮及冒顶处等容易积聚瓦斯的地点，必须及时处理。（3）掘进应采用双风机，双电源和风电闭锁装置。（4）掘进与回采工作面应安设瓦斯自动报警装置。（5）大巷及装煤站应安设瓦斯自动报警断电仪。瓦斯超限后应自动切断供电及架线电源。（6）所有易产生煤尘的地点。必须采取洒水灭尘等防尘设备及除尘设施。（7）井下风速必须严格控制，防止煤尘飞扬。井下所有煤仓和溜煤眼均应保持一定存煤，不得放空，不得兼作通风眼。（8）综采工作面应采取煤尘注水。按照保安规程设计悬挂岩粉棚和防水棚。（9）煤尘应定期清扫。巷道应定期冲刷，各个转煤点应进行喷雾洒水。9.6.2预防井下火灾的措施（1）井下中央水泵房和中央变电所设置密闭门、防火门。并设设区域返风系统。（2）井下机电设备选用防爆型为原则。应加强机电设备的安装质量。并加强维修及管理。防止漏电及短路产生高温和火花。（3）对自然发火的煤层，应加强煤炭与坑木的加收；加强密闭，及时密闭采空区；对停采线进行黄泥灌浆或喷洒阻化剂；分层开采还应在采区随采随注。（4）二阻化剂防火：根据化验与实践，本矿自然发火期长，但为确保安全，应预备部分黄泥用于危险时期灌浆。9.6.3防水措施（1）井巷出水点的位置及其水量，前采空区积水范围、标高和积水量，都必须绘出采掘工程图上。（2）主要水仓必须有主仓和副仓，当一个水仓清理时，另一个水仓能正常使用。（3）采掘工作面遇到下列情况之一时，必须确定探水线，进行探水，确认无突水危险后，方可前进。①接近水淹或可能积水的井巷、老空或小煤矿时；②接近水文地质复杂的区域，并有出水征兆时；③接近含水层、导水断层、溶洞和陷落柱时；④打开隔离煤柱放水时；⑤接近有出水可能的钻孔时；⑥接近有水或稀泥的灌泥区时；⑦底板原始导水裂隙有透水危险时；⑧接近其它可能出水地区时。

10矿井基本技术经济指标表10-1设计矿井基本技术经济指标序号技术经济指标项目单位数量或内容1煤的牌号优质气煤2可采煤层数目层13可采煤层总厚度m4.04煤层倾角°2～5（平均3°）5（1）矿井工业储量Mt114.6（2）矿井可采储量Mt61.46（1）矿井年工作日数d330（2）日采煤班数班27（1）矿井年生产能力Mt/a0.9（2）矿井日生产能力t/d2867，28矿井服务年限a52.59矿井第一水平服务年限a52.510井田走向长度m6900井田倾斜长度m290011瓦斯等级—高瓦斯相对涌出量m3/t10.3412（1）矿井正常涌水量m3/h342（2）矿井最大涌水量m3/h46213通风方式—两翼对角式14开拓方式—立井单水平15一水平标高m-88016生产的工作面数目个117采煤工作面年推进度m105618（1）移交时井巷工程量m12000（2）达产时井巷工程量m1600019开拓掘进队数个320大巷运输方式—机车牵引固定矿车21矿车类型—固定矿车和自制平板车22电机车类型台数蓄电池电机车3台23设计煤层采煤方法—综采一次采全高24（1）工作面长度m160（2）工作面推进度m/月96（3）工作面坑木消耗量m3/千t0.6

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t/h,压力0.5MPa,温度250℃。电厂余热回收就是利用管道把电厂锅炉排放的高温度蒸汽通过供热交换站直接把高温蒸汽输送到溴化锂制冷机组。=3\*romaniii采掘工作面降温方式从换冷硐室置换出的低压冷媒水进入到采掘工作面进风流的空冷器。空冷器由多组组成,每组由4～6台串联运行,每组配置2×11kW局部通风机1台,由通风机把通往采面的风流吸入空冷器,然后排出。掘进工作面空冷器安装在局部通风后50~100m处的风筒内,由通风机直接把风流吹进空冷器,以达到降温的作用。见图4-3。图4-3采掘工作面通风布置4.2.3降温效果分析2007年8-9月,四矿一期对二水平高温采掘工作面实施了降温,为了考察热-电-乙二醇降温系统的降温效果,四矿对实施降温的两头一面进行了周期性温度测量。工作面实施降温后,采掘工作的干温度下降7～8℃,掘进工作面迎头温度最高下降了8.8℃,干、湿温度差值进一步扩大,从降温前的不足1.0℃增大到2～3℃,相对温度由99%下降到80%左右。采掘工作面相对湿度下降幅度较大,工作面空气湿度己由过度湿润向较为舒适的湿度转变。4.3利用恒温水源进行矿井降温 利用恒温水源进行矿井降温的可行性分析4.3.1空气和水的比热容当为.，，时，干空气比热容:水蒸汽比热容：湿空气的焓:考虑井下降温的过程近似为等湿、减焓、降温过程,的湿空气温度变化，其焓的变化量:。水的比热容:水的焓:水的焓:的水温度变化,其焓的变化量为。4.3.2恒温水降温效果分析在井下近似等压等湿的降温过程中,的水温度每升高，就可使的湿空气温度降低；的水温度每升高，就可以使的湿空气温度降低。4.3.3恒温水源降温能力分析淮南矿区恒温水源温度为，考虑从地面往井下输送过程中的温升（视管道的绝热程度而定），假定井下降温时水源温度为，降温后的回水温度为；井下降温前的空气温度为，降温后的空气温度为。那么的恒温水源水就可使的井下空气温度由降低到。4.3.4恒温水源的可靠性分析由于恒温水水源温度常年变化甚微，因此恒温层水源可用于常年降温。此外恒温水水源丰富，淮南矿区煤系地层覆盖着的新生界地层,流沙层特别厚，地下水位仅为地表以下。2003年7~9月份期间，潘三矿附近农民的机灌井，井水从井中自然流出地表，形成涌泉，可见地下水的充沛程度。恒温水源进行矿井降温的系统构成恒温水源进行矿井降温的系统原理图,详见图4-4图4-4恒温水源进行矿井降温的系统原理图4.4矿井压气蒸发冷却降温技术4.4.1压气降温原理压缩空气降温是基于气体绝热膨胀过程（某些相关研究将其当作多变过程处理）原理的新型空气制冷技术，目前已广泛的应用于航空、制氧、石油等工业领域，另外将井下作业用压缩空气作为膨胀工质的矿井空气制冷系统在国内也有发展。由于井下作业较多地使用风动工具，因此矿井一般都具备比较系统的压气管道，可以节省其它制冷方式所必须的机械设备费用。压气制备系统比较简单，成本低，易施工，有利生产，同时，其载冷剂、制冷剂均为空气，廉价易得。由气体绝热膨胀过程原理可知，压缩空气在膨胀减压的过程中，空气温度会降低，从而吸收环境热量，达到一定的降温效果。根据气体状态方程，绝热膨胀过程符合如下公式：4-1式中，为压缩空气膨胀前的压力，;为压缩空气膨胀前的热力学温度，；为压缩空气膨胀后的压力，；为压缩空气膨胀后的热力学温度，；为空气的绝热指数，。矿用空压机的额定输出空气压力一般为。假定压缩空气到达用风地点的压力为，约为5个大气压，采取降温措施(此降温过程在地面进行)后温度假设为井下常温，膨胀后变为一个大气压，即，，代入上式可得：取空气的定压比热，空气温度升高到，则每千克压缩空气膨胀后可以吸收热量的热量，大约可以使的空气温度从降低到。从简单的计算可以看出，压缩空气降温具有很好的致冷效果。压气膨胀制冷的另一优点是，降温是在膨胀降压以后发生，只要保持一定的压力，膨胀制冷功能就不会丧失，因此可以保持降温能力到达降温作业地点。所以可以利用矿井中的压气系统做好气体的密封工作，很好的控制其压力降在一定范围内，从而保持压气的膨胀降温能力。4.4.2蒸发冷却降温原理蒸发冷却的基本原理是利用水的汽化潜热比较大的特点，通过水分的快速蒸发吸热，使水与空气进行热湿交换，从而达到降温的目的。蒸发冷却技术分为直接蒸发冷却(DEC)和间接蒸发冷却(IEC)。直接蒸发冷却是利用水分蒸发吸收空气中的显热，降低空气温度，同时增大空气的含湿量，空气处理过程近似为一等焓加湿降温过程。间接蒸发冷却系统形式较多，主要是利用直接蒸发冷却过程处理后的空气与其他环境空气相接触，含湿量不变的等湿冷却过程(见图1)。直接蒸发冷却和间接蒸发冷却两过程的实质是相同的，关键在于直接蒸发冷却相对于间接蒸发冷却来说，缺少一些配套步骤，其冷却效果稍低。本文中所涉及的蒸发冷却技术是间接蒸发冷却。具体来说，它首先对空气进行降湿处理，再进行喷雾洒水蒸发冷却，低温空气最终与外界环境空气进行热湿交换；达到降低环境空气的目的。间接蒸发冷却一般过程示意图图4-5间接蒸发冷却一般过程T-d简图一处理前空气温度；一直接蒸发冷却处理后空气温度；一等湿冷却后空气温度；一理想情况下相对湿度达到100％时混合空气温度；一空气绝对含湿量从上图可看出，经过蒸发冷却处理后，空气湿度增大、温度降低。如果水的蒸发量使空气的相对湿度能达到100％，则温度降低幅度最大，降温效果最好。4.4.3压气结合快速蒸发冷却技术采用压气蒸发冷却技术，关键在于高压气体的膨胀降温功能和吸湿水分蒸发降温功能(见下图)，而压气的膨胀降温功能和吸湿水分蒸发降温功能由于压气管道的隔绝而得到很好的保持，有利于制冷能力的保存，能较好的解决冷水、冷气输送时沿途冷量损失问题。整个压气蒸发冷却过程的思路见图4-6。矿山压气降温能力图图4-6矿山压气蒸发冷却思路示意图换算为标准状态下的体积流量为：假设某掘进工作面供风量为300m／min，局部通风机风筒出口处风流温度为40℃，需降低到28℃或者以下，需要冷量按下式计算：式中，为标准状态下空气密度；为标准状态下空气的定压比热。代人各数值计算并将结果转化为功率单位约为。根据气体绝热膨胀过程公式以及各设定参数，可得一个需风量为300的掘进工作面如果单纯采用压缩空气制冷，将巷道风流温度降低理论所需压气量为：代入相关数据得所需压气量约。可以假设一台矿用空压机供两到三个掘进工作面降温使用，其压气量一般为左右。如果单纯采用压缩空气对掘进工作面进行降温，理论上是完全可以的。此外，这种情况，并没有考虑水蒸发冷却的制冷能力，如果考虑这一因素，那么对压气量的需求会更小。4.4.4蒸发冷却降温效果采用蒸发冷却降温技术的关键在于如何保持风流干燥，风流越干燥，蒸发冷却降温幅度越大，效果越好。如果处理的空气温度状态为5℃，相对湿度90％，此状态空气在整个输送过程中基本不被加湿。关键是防湿问题。如果送风沿途能很好地保湿，避免沿途水分侵入，水分快速蒸发过程是可以实现的。因此，选择采用压气管道，保持空气的干燥性。由前面计算可知，假设某掘进工作面供风量为，局部通风机风筒出口处风流温度为40％，若降低到，需要冷量为。蒸发冷却制冷量约为，可达到所需制冷量的14％，可见蒸发冷却对于降温是具有一定效果的。4.5矿用移动式冷风机降温技术4.5.1矿用移动式冷风机的基本原理制冷压缩机压缩出来的高压制冷剂蒸汽进入冷凝器，在冷凝器内经冷却水冷却，制冷剂蒸汽冷凝成高压液态制冷剂，再经热力膨胀阀节流降压，压力迅速下降，并进入蒸发器，液态制冷剂在蒸发器中蒸发并通过管壁吸收风流的热量迅速蒸发成气体,而后再被吸入制冷压缩机，连续不断地完成制冷循环，此时流过蒸发器的空气，被制冷剂吸收热量而温度下降，再用矿用通风机和蒸发器串联,利用风筒将低温风流送到需冷场所。图4-7为矿用移动式冷风机流程图。图4-7LFJ-160型矿用移动式冷风机流程图4.5.2结构特点和主要技术指标2.1结构特点（1）压缩冷凝机组和蒸发器采用分体结构,用金属软管柔性连接,其体积小,重量轻,占地面积小,坚固不易损坏,有利于井下移动和安装。（2）冷风机组可在地面调试好后分体下井,减少设备井下调试的困难。（3）冷风机组有完备的安全保护装置,有利于设备的安全运行;（4）冷风机组设有能量调节装置,可以无负荷启动,在运转过程中根据热负荷的大小,调节制冷量,有利于设备节能。（5）蒸发器采用特殊铜盘管结构,换热强度大,具有自动清洗装置,有利于防止表面灰尘积聚,提高换热效率。（6）冷风机所选用部件及整机均采用矿用隔爆型,具有相应的防爆合格证和煤矿安全准用证。4.5.3矿用移动式冷风机运行效果考察4.5.3.1空调系统的布置淮南矿业集团潘三矿处于地温异常区(地温梯度大于)，采掘工作面风温常年在以上。进入夏季工作面气温高达。1442（1）工作面风温2002年6月实测。为缓解井下严重的高温热害,将LFJ-160型矿用移动式冷风机应用于该工作面作为解决高温热害的降温措施。冷风机直接布置在工作面运输平巷,通过蒸发器的冷风用风筒输送到工作面下口。冷风机排热系统采用自流水一次性将冷凝热排除掉。其井下布置图4-8所示。图4-8LFJ-160型矿用移动式冷风机井下布置示意图4.5.3.2冷风机空调效果考察为了便于分析矿用冷风机空调效果和运行可靠性,对冷风机运行工况参数、进入蒸发器前后空气温度、冷却水进出水温度、水量、风量等参数进行了测量。从实测结果中可以看出,风流通过蒸发器前后温度降低了。降温效果比较明显。核算冷风机制冷能力160~190kW,达到设计要求,机组运行效果良好,经过长时间运转未发现异常,各项参数均在正常范围内。测试距工作面出口15m处温度,空调前温度为。空调后温度为。从而有效地缓解了回采工作面的热害程度。从冷风机的使用情况来看,冷风机越靠近工作面,降温效果越明显,因此在使用中应尽量使冷风机和需冷场所距离不要过长,一般情况下冷风机应安装在距掘进工作面大约50~100m的位置,这样更能有效提高冷量利用率。4.6透平膨胀制冷降温技术4.6.1流程说明井下作业所用高压空气是由地面集中供应的,压力为0.5MPa,相对湿度80%,因此在进入膨胀机之前需要经过干燥处理,以防止空气中的水分在低温时析出,影响膨胀机的正常工作。常用的干燥措施有吸附法、冷冻法和化学法等。考虑到井下作业的实际情况,采用常用的分子筛吸附法会使系统复杂,设备成本提高。本设计采用冷冻法。系统中设置了两个换热器,利用膨胀后的低温空气对膨胀机入口空气进行冷却,使空气在逐步降温的过程中析出绝大部分水分,达到干燥要求。系统流程如图4-9所示:高压空气1经过换热器A后温度降低到状态2,空气中所含水分大部分会在换热器A中凝结析出;状态2空气继续经过换热器B,与膨胀机出来的低温气体换热,温度进一步降低,水分进一步析出,到达状态3(此时的空气虽然仍是饱和湿空气,但是由于温度极低,压力较高,所以空气的绝对含湿量很低);状态3的空气经过换热器A复温到状态5,然后进入膨胀机,膨胀后的空气(状态6)温度降低,压力降低,其饱和时的绝对含湿量大于状态3时的绝对含湿量,因此在膨胀机中不会有水分析出,这样就保证了膨胀机的正常工作;最后,状态7的空气与部分热空气混合,送入空调区域。图4-9透平膨胀机制冷系统流程简图4.6.2流程计算已知参数:入口高压空气,,出口低压空气参数,相对湿度,,,在5,6,7处绝对含湿量很小,按干空气处理对结果的影响可忽略,压力损失忽略不计。选取参数:膨胀机等熵效率,高温换热器A热端温差，低温换热器B冷端温差。能量平衡关系为通过流程计算得到各点的状态参数见下表换热器A，B的凝结水量为膨胀机输出的轴功率(制动功率)式中为机械效率；为等熵效率；为高压气体的质量流量。表4-1流程参数汇总编号1234567压力/0.50.50.50.50.50.10.1温度/35-8.4-31.6-31.625-41.6-17.4相对湿度/%801001001001617膨胀机制动的方案主要有风机制动、发电机制动、油制动3种。不同的制动方式工作特性不同,对于系统工作特性影响也不同。从能量利用的角度来看,采用发电机制动可以回收电能,能量利用率最高。但是从经济性角度来看,考虑到发电设备的成本,认为采用风机制动器较为理想。制动空气采用闭式循环,通过水冷却器进行冷却。因为井巷内原来就布置有作业水管,取水非常方便,升温后的水可以通过管道排到地沟中,自然流回水仓,为避免热水蒸发引起巷道内局部热害,热水排放管延伸到通风巷内。采用膨胀制冷还可以改善降温区域中空气的含氧量和相对湿度。膨胀机出来的空气来自于地面,含氧量为21%,与井巷内原来含氧量18%的空气混合。混合后空调送风中的含氧量为式中a为混合空气中新风的体积分数。增大a可以使送风含氧量提高。同时因为新风的绝对含湿量低,在复温到的过程中会吸收水分,从而使原来空气湿度高的情况也可以得到一定改善。4.6.3特点1)透平膨胀制冷系统充分利用了矿井中原有的高压作业气源和水源,不需另设管道,安装方便简单。2)膨胀机系统可以做成整体移动式,安放在工作面后20~30m远的地方,随掘进巷道的前进而向前推进,简单可行,送风管路可以选用波纹管,便于移动。3)有较好的局部降温通风效果,可以有效解决常规技术无法或者较难实现的深井平巷掘进工作面的局部降温问题。4)缺点是如果考虑高压气源的价格,系统运行费用偏高;但是考虑到传统的大量释放高压气体所导致的浪费,以及降温后能够加快施工进度,从而可以节约大量高压气体和其他费用,则采用空气膨胀制冷不失为一种好方案。4.7制度上的措施 ①加强安全教育,深刻认识热害的危害,提高自我保护能力针对矿井中高温高湿热害产生对人体的严重危害,为了保护矿工的身心健康,必须加强对此危害问题的深刻认识,加强矿工的安全教育,定期对矿工进行安全知识和安全技能的培训,提高矿工的安全防患意识,使矿工人人自觉地把安全放在第一位,使矿工熟悉矿井热病的症状,人人学会现场急救措施,提高矿工的自我保护能力。②借鉴国外先进经验,加强对矿工的耐热检验国外很多矿山企业为了保证企业生产安全,对矿工的耐热检验摸索出了一套形之有效的方法,他们依据工人的耐热素质来挑选矿工,这主要包括被挑选矿工的年龄和体重、体温、氧耗量、热适应训练。他们的这套形之有效的方法,对保证企业安全生产,减少安全事故的发生,减少矿井热害对矿工的危害,起到了非常重要的作用。因此,必须认真学习国外的先进经验,借鉴国外的先进经验,加强对矿工的耐热检验。③提高劳动生产率,减少劳动时间,降低劳动强度为了既保证企业安全生产,提高企业经济效益,又保护矿工的身心健康,矿山企业必须加大经济投入,加快技术改造,吸收国外的先进经验,采用先进的技术和设备,加强企业管理,提高劳动生产率,降低企业的生产成本,提高企业的经济效益,从而有效地减少矿工的劳动时间,降低劳动强度,保护矿工的身心健康。5结语继瓦斯、火、水以及顶板后，热害已经成为煤矿生产中的第五大灾害。随着矿井开采深度的不断增加及机械化程度越来越高，采掘工作面的热害将进一步加剧，采取降温措施势在必行。只有正确处理与对待高温热害问题，才能将高温热害的危害降到最低。要充分利用企业自身的能源和经济优势，必须在实践中不断总结经验，找出一套符合高温矿井实际的行之有效的办法。参考文献：陈安国.矿井热害产生的原因、危害及防治措施［J］.中国安全科学学报,2004,14(8):3-6李红阳.LFJ-160型矿用移动式冷风机的研制［J］.煤矿安全,2002,12:37-48金学玉.利用恒温水源进行矿井降温［J］.煤矿安全,2004,6:7-9王文,桂祥友,王国君.矿井热害的产生和治理［J］.工业安全和环保,2003(4):33-35褚召祥,辛嵩,王伟,苗素军.矿井压气蒸发冷却降温技术在煤矿的应用［J］.矿业快报,2008,11:96-98刘伟,钱高峰.利用电厂余热制冷新技术治理矿井地热灾害的实践［J］.煤矿安全,2008,10:24-44张辉,管从光,张晓磊.矿井热害冰制冷降温技术经济性分析［J］.能源技术与管理,2008,6:136-138张朝昌,厉言忠,苏林,徐东来,朱兴明.透平膨胀制冷在高温矿井降温中的应用［J］.西安科技学院学报,2003,12:397-340翻译部分：GROUNDSURFACEDEFORMATIONUSINGTHEFINITEELEMENTMETHOD,INCONDITIONSOFTHELONGWALLMININGOFTHECOALLAYERNO.3-LIVEZENIMINEIlieONICA*,EugenCOZMA*,DacianPaulMARIAN**TheLivezeniMineissituatedineasternpartoftheJiuValleycoalbasin(Romania)andproducesabout0.5milliontonsofhardcoal(presently,intotalityfromcoallayersno.3).Inthecaseofthisthickandgentlecoallayer,theminingmethodsarebyuseofthelongwallminingtechnologieswithroofcontrolbyrockscaving.Inthispaper,itispresentedtheanalysisofthecomplexdeformationsofgroundsurface,asaconsequenceofsuperposedeffectofthreeminingpanels.Also,itisanalysedthegroundsurfacesubsidencephenomenonusingthe2Dfiniteelementmethod.Themodellingismadeintheelasticityandtheelasto-plasticitybehaviorhypothesis.Theobtainedresultsarecomparedwiththeinsitumeasurementsdatabasis.Keywords:subsidence,horizontaldisplacement,stress,finiteelements.GeneralitiesThePetrosaniHardCoalBasin,underthemanagementoftheHardCoalCompanyofPetrosani,containsthemostimportanthardcoaldepositofRomania,withabalancereserveaboutonbilliontonsofcoal.Thiscoaldepositwasknownandminedsincetheyear1788,asfarbackastheAustro-HungarianEmpire[1].But,theintensivecoalminingofthisdepositbeganinthesametimewiththeRomania’sindustrialisation,aftertheSecondWorldWar,reachingafter1980theover9-10millionstonsofcoalperyear.DuetoRomanianindustryreorganisation,aftertheyear1990,inconformitywiththenewdemandsofthemarketeconomy,thecoalproductionofthisbasinwasreducedtoabout3.5millionsoftonsperyear,fromwhich0.5millionareobtainedfromtheLivezeniminingfield.Fromthebeginningthiscoaldepositwassplitinto16miningfields,fromwhichfollowingseveralsuccessivereorganizationandclosingstages,only7miningfieldsareleftinactivity.Thecomplicateddeposittectonicsdeterminesthedelimitationingeologicalblocksofreducedextent(mostofthemvaryingbetween200and300m)andanequallytechnicaldifficultyinmining.Moreover,thereoccursamethanegasemission(ofover10to15methanem3/coalton)andthereisamarkedtendencyofcoalself-ignition.Inthisminingperimeter,throughthegeologicalresearchworks,therewasidentifiedanumberof18coallayers,ofwhichthemosteconomicalimportancehavingthecoallayerno.3(48%)andcoallayerno.5(12%).Thesedimentaryrockscomplex,inwhichthesecoallayersarepresent,consistsinrocksdepositswhichbelongtoSuperiorCretaceous,NeoceneandtheQuaternary.Thesubjectofthisstudyconsistsintheundergroundmininginfluenceanalysisonthegroundsurfaceofthreeadjacentminingpanels(panel(3-4),panel5andpanel6),situatedonthecoallayerno.3,blockVIA.Coallayerno.3,forthesepanels,wasminedininclinedslices(about2.5mthickness)withthelongwallminingsystem,complexly-mechanized(poweredsupportSMAP2H,shearer2K52-MYandarmouredconveyerTR-7)androofcontrolbycaving.TheundergroundexcavationssizesresultsfromthecoalminingcorrespondingofthesepanelsarepresentedintoTable1.Table1Theaveragesizesoftheminingpanelofthecoallayerno.3,blockVIAFigure1ThemonitoringstationofgrounddisplacementanddeformationofLivezeniMineGeo-mechanicalcharacterizationAsthedepositgenesisissedimentary,themostfrequentrocksinthebasinare:limestones,marls,argillaceousormarlysandstones,congomerates,etc.,theirstrengthrangingbetween15–16MPaup50–60MPa,sometimesevenmore.Mainly,theyarerocksofrelativelylowstabilityThemainfactorsthatcontributeatthedefinitionofthestressandstrainstatesurroundingtheexcavationsgeneratedbythecoallayersminingwiththeroofrockscaving,intheJiuValleycoalbasin,arethefollowing:theexcavationsizes,thelayerdip,thecoalandsurroundinggeo-mechanicscharacteristics,theminingdepth,thefacesupportscharacteristics,thefaceadvancementspeed,thedistancefromtheadjacentpanels,thedistancefromnearbycoallayers,etc.Theaveragevaluesofthemainmechanicalandelasticcharacteristicsoftherocksusedinthegroundsurfacedeformationanalysis,intheLivezeniMineconditions,areshownintheTable2.Table2Theaveragevaluesofthegeo-mechanicalcharacteristicsoftheroofandfloorrocksofthecoallayerno.3.Asaresultofthemeasurementanalysismadeonthegroundsurfaceundertheundergroundmininginfluence,soastofindtheoptimumdesignparametersofthemainsafetypillars,thelimitanglesofsubsidencehavebeensetforthedifferentcoalminingfieldsoftheJiuValleycoalbasin[9].Thevaluesofthelimitanglesofinfluence(β,γandδ),dependingontheminingdepthH(m),fortheLivezeniminingfield,inconformitywiththeinstructionselaboratedbytheICPMCPetroşaniareexpressedbythefollowingrelations:β=0,0309⋅H+56,8;γ=0,0261⋅H+56,133;δ=0,146⋅H+51,867Also,inthesameconditions,theaveragefailureangles,recommendedbyICPMCarethefollowing:βrupere=45÷55;γrupere=55÷60;δrupere=75[9].GroundsurfacedeformationmonitoringNow,themonitoringofthegroundsurfacedeformationparametersundertheundergroundmininginfluenceattheLivezeniMineismadeusingamonitoring(surveying)stationthatconsistsin50benchmarks.Thebenchmarks’emplacementisalongtheaccessroadtowardtheParângMountainstouristarea.Thetopographicalmeasurementsweremadeeverythreemonths,beginningwiththeyear2001.Thismonitoringstationprovidesdataconcerningthegroundsubsidenceareaaffectedbytheminingofthecoallayerno.3,blockIVA,panel(3-4),5and6.Takingintoaccountthevaluesofthemeasuredparameters,withtheaidoftheknowncalculusrelations,thereweredeterminedthemainparametersofthesubsidencebasin,namely:subsidenceorverticaldisplacement,horizontaldisplacement,horizontalstrainandtheslope.ThesubsidencebasinfromtheFigure2isacomposedbasin,resultedfromthesuperpositioninfluenceofthethreepanels.Thissubsidencebasinhasanirregularshapeduethefactthatthethreeindividualbasinareintersected,andalsobecausethemonitoringstationissituatedtowardtheminingboundariesofthepanels(Fig.1),areawherethetransversaldeviationsaremaximum.Inthiscase,theaccuracyofthevaluesthatcharacterisetheobtainedsubsidencebasinislowerbecausethefactthat,itisnotonlytheresultofthegroundsubsidencebutalsotheresultofthedisplacementofit,andthedeviationswerecorrectedinconformitywiththefollowingmethodology.Evenifthetransversaldeviationsthatactonthissubsidenceprofileareapproximatelyequalinallthepointssituatedinsidethegoaf,thedifferencelevelbetweeneverypointbenchmarkatthebasemeasurementandthetheirlevelatthefinalmeasurementisnotthesame,becausethegroundsurfaceelevationmarkisdifferent(Fig.3).Figure3ThedisplacementandthesubsidenceofapointAIntheseconditions,weareconsideringthepointsAandBthatbelongtoadisplacementandsubsidencemonitoringprofileandthefollowingparametersaredefined:DAB–distancebetweenthepointsAandB;ΔDX–displacementfollowingtheXaxis(horizontaldisplacement);ΔDY–displacementfollowingtheYaxis(transversaldeviation);SA–displacementfollowingtheZaxis(realsubsidenceofthepointA);SA`m–themeasuredsubsidenceinthepointA`.SA``m–themeasuredsubsidenceinthepointA``;SA```m–themeasuredsubsidenceinthepointA```;ΔHAA``-initialleveldifferencebetweenthepointAandthepointA``;ΔHAA```-initialleveldifferencebetweenthepointAandthepointA```.BecausethedisplacementisunderfewmeterswecanconsiderthatthesubsidenceinthepointAisequaltothesubsidenceinthepointwherethatwasdisplaced(thepointsA`,A``,A```),thatisSA=SA`=SA``=SA```.Thesubsidenceandtheverticaldisplacements,previousmentioned,arecalculatedwiththerelation:Wi=H*i-Hi(mm)(where:H*iisthelevelofthepoint“i”atthezeromeasurement;Hi–thelevelofthepoint“i”measuredatagivenmoment).Analysingtheinsitumeasurementssituation,wecanconcludethat,takingintoaccountthegroundsurfacesubsidenceanddisplacementstherearethreecasesofthecorrectiondeterminationofthemeasuredvalues,namely:1）CasewhenthepointA,withthelevelHA,isdisplacedinthepointA`,havingtheinitiallevelequaltothelevelofthepointA.Inthiscase,thereisnocorrectionbecausethegroundslopeiszero,andbyconsequence,themeasuredsubsidenceisequaltotherealsubsidence(SA=SA`m);2）WhenthepointA,havingthelevelHA,isdisplacedinthepointA``,havingthelevelHA``>HA.Inthiscasethemeasuredsubsidenceislessthentherealsubsidence(SA``m<SA)and,asaconsequence,mustbeappliedacorrectionequaltotheinitialdifferencelevelbetweenthepointAandthepointA``(ΔHAA``),namely:SA=SA``m+HAA``;3）WhenthepointA,havingthelevelHA,isdisplacedinthepointA```,havingthelevelHA```<HA,themeasuredsubsidenceisgreaterthantherealsubsidence(SA```m>SA)and,asaconsequence,mustbeappliedacorrectionequaltotheinitialdifferencelevelbetweenthepointAandthepointA```(ΔHAA```),namely:SA=SA```m-ΔHAA```.Theseadjustmentsofthemeasuredvaluesarenecessaryonlyinthecasewhenthehorizontaldisplacementand(or)thetransversaldeviationaresignificantandwhenthegroundsurfaceisinclined.Inthecaseofthismonitoring(surveying)station,themaximummeasuredsubsidenceisofWmax=924mmandthehorizontaldisplacementrangesbetweenthevalueofU=+3712mmandU=-3625mm.TheaverageofmaximumsubsidenceisWmax=524mm(thereferencevalueinthecaseofnumericalmodelling).NumericalmodellingofthesubsidencephenomenonModelsdescriptionTobuildthe2DfiniteelementcalculusmodelstheCESAR-LCPCfiniteelementcodewasused.TheCESARsoftware,developmentofwhichbeganin1981,isthesuccessoroftheROSALIEsystemdevelopedbytheCentralLaboratoryofBridgesandRoadsofParis,between1963and1983.CESARisacomputationalgeneralcode,basedonthefiniteelementmethod,addressedtothefollowingareas:structures;soilsandrocksmechanics;thermomechanics;hydrogeology.TheCESAR-LCPCcode,version4,whichinvolvestheCleo2Dprocessor,completedwiththeC0option(linearandnon-linearstaticmechanics&diffusion)wasusedinthiswork,toperformthefollowingmodels.TodeterminethedisplacementandthegroundsurfacedeformationinthecaseofLivezeniMine,wherethegroundisaffectedbythethreepanels,thereweremadetwodifferentmodels,intheplanestrainhypothesis,namely:1)themodel“withminingvoids”resultedasaconsequenceofundergroundcoalmining;2)themodel“withcavedzones”(onaheightequaltoeighttimestheminedheight),duetheroofrockscavinginthegoaf(Figure4).Thecalculusforthesetwomodelswasperformedintwohypotheses:a)intheelasticbehaviouroftherockmassiveandb)intheMohr-Coulombelasto-plasticwithouthardeningbehaviour.Inviewoffindingtheinfluencedegreeofeverypanelontheentiresubsidencebasin,generatedbyminingallofthesethreepanels,maintainingthegeo-mechanicalconditionsconstant,thereweremadecertainmodelswherethecoallayerminingwassimulatedwitheveryindependentpanel.Inallofthemodellingcases,bothrocksandcoallayerno.3weresupposedtobecontinuous,homogenousandisotropicandthegeo-mechanicalcharacteristicstakenintothecalculushavingtheaveragevalues(Tab.2).Thenaturalstateofstresseswasestimatedbeinggeostatic,characterizedbytheverticalstressandhorizontalstress(becauseofthelackoftherealvaluesinsitumeasured).Tofitonthemodelsinfunctionofthemeasuredvaluesofthemaximumverticaldisplacementsandtocorrecttherocksandcoalcharacteristicsinlaboratoryobtained(Tab.2)towardtheinsituvalues,thecalculusofthemodelswasmadesuccessivelyusingthevaluesreducedby0%,30%,50%and70%(respectivelymultipliedwithareducingcoefficientK=1;0.7