A NEHÉZIPARI MŰSZAKI EGYETEM
KÖZLEMÉNYEI
I. sorozat BÁNYÁSZAT 23. KÖTET 2 - 3 . FÜZET
MISKOLC, 1977
A NEHÉZIPARI MŰSZAKI EGYETEM
KÖZLEMÉNYEI
I. sorozat BÁNYÁSZAT 23. KÖTET 2 - 3 . FÜZET
MISKOLC, 1977
SZERKESZTŐ BIZOTTSÁG: ZAMBÓ JÁNOS felelős szerkesztő BOCSÁNCZY JÁNOS, CSÓKÁS JÁNOS, RICHTER RICHÁRD, SZILAS A. PÁL
A kiadásért felelős: Dr. Tajnafői József rektorhelyettes Sajtó alá rendezte: Dr. Vincze Endre egyetemi tanár Technikai szerkesztő: Németh Zoltánná Megjelent az NME Közleményei Szerkesztőségének gondozásában Kézirat szedése: 1977. április 20-1977. jún. 22. nyomása: 1977. júl. 20.-1977. szept. 20-ig. Példányszám: 400 Készült: IBM-72 composerszedéssel, rotaprint lemezről az MSZ 5601-59 és MSZ 5602-55 szabványok szerint, 11,5 B/5 ív terjedelemben Engedélyszáma: MTTH-III-3183/1976. A sokszorosításért felelős: Tóth Ottó mb. üzemvezető Nyomdaszám: KSZ 1100-NME-1977
A FAJLAGOS VÉDŐRÉTEG SZEREPE A VÁRHATÓ VÍZHOZAM MEGHATÁROZÁSÁNÁL KOVÁCS FERENC Kézirat beérkezett: 1970. október 8-án
A karsztosodott alaphegységű területeken a bányászati munka során hazánkban általában jelentős vízveszéllyel kell számolni. A vízbetörésveszély fenyegeti a bányászat biztonságát, a tartósan emelendő nagy vízmennyiségek jelentősen lerontják a gazdasági eredményeket. A tervezés és az üzemvitel szempontjából is jelentős kérdés tehát az, hogy a várható vízmennyiség értékét valamilyen módon előre meg tudjuk határozni. A várható vízhozam számítási lehetőségeivel az [1] irodalom foglalkozik. A ta nulmány megállapítása szerint a vízbeáramlások gyakoriságát és hozamát alapvetően három tényező befolyásolja: 1. a hegységszerkezet, 2. a védőrétegviszonyok és 3. a hidrosztatikai nyomás, valamint a karsztosodás mértéke. A szerző indokolja a három említett tényező számításbavételét, mérőszámokat dolgoz ki azok hatásának kifejezé sére. A mérőszámok dimenzió nélküli mutatók, értékük összegezhető és így a három hatás együttesen képviseli a vízveszély mértékére jellemző mutatószámot. Mi most részletesebben csak a védőrétegviszonyok hatásának elemzésével foglal kozunk, ezt a mutatószámot vizsgáljuk. Az említett irodalom a védőrétegviszonyokat kifejező ß tényezőt úgy határozza meg, hogy az egyes üzemeknél képezi az 1 m/ atmnál gyengébb védőrétegű területeknek az egész területhez viszonyított hányadát. A ß mutatószám meghatározásánál tehát alapvető szerepe van az 1 m / atm-ás felvett határ nak. Ezt az értéket abból a tapasztalati megfigyelésből kiindulva vették fel, hogy az összes elemzett vízbetörés 74%-a az 1 m/atm-nál kisebb fajlagos védőrétegű területeken következett be. Vizsgáljuk most először meg, hogy a fenti elv szerint meghatározott ß mutató szám függvényében az egyes dorogi aknáknál hogyan alakulnak a vízbetörések jellem ző mutatói. Az adatokat az 1. táblázat tartalmazza.
NME Közleményei, I. sorozat, Bányászat, 23(1977) 95-109
95
1. táblázat Vízbetörések összhozama Sor szám
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
Akna
I. II. VI. VIII. X. XII. XVII. XXI. Erzsébet-XV. Ebszó'ny
ß
Vízbetö Egységnyi terü rések letre eső víz száma hozam
Egységnyi ter melésre eső víz hozam
N
QvT
QvQ
[m 3 /p]
[db]
[m3/p/106m2]
[m3/p/106t]
0,26 0,00 0,68 0,21 0,27 0,48 0,96 0,49 0,51
101,00 106,80 66,35 10,89 77,11 32,11 116,67 21,94 89,01
46 27 28 9 59 53 32 6 31
206,90 80,84 442,30 19,55 99,36 93,34 1005,00 371,80 143,50
0,20
80,22
20
249,10
9,58 8,82 78,99 2,32 6,17 10,13 132,58 43,88 15,17 20,62
.... A fajlagos védőrétegre jellemző mutatószám (ß) és a vízbetörések adatai az egyes dorogi aknáknál
A vízbetörések összes vízhozamát (2ß v ) és számát (TV) vizsgálva a ß függvényé ben megállapítottuk, hogy a változók közötti kapcsolat nagyon laza, a számított kor relációs együtthatók értéke 9,82% és 3,36%. Az 1. ábrán az egységnyi lefejtett területre eső (QvT), a 2. ábrán pedig az egy ségnyi kitermelt szénmennyiségre eső (Qv0) vízhozamot ábrázoltuk a ß függvényében. Regressziós függvényként, a függő változó irányába eső eltérések négyzetösszegének minimuma alapján, kiegyenlítő egyenest és másodfokú parabolát számítottunk. A reg ressziós függvények egyenletét és a kapcsolat szorosságára jellemző mutatószámokat az ábrákon tüntettük fel. A parabolával való közelítés szorossága a jobb, a függvények le futása gyakorlatilag azonos a két ábrán. A két ábra adatai alapján megállapítható, hogy a választott |3 mutatószám és a vízveszélyre jellemző fajlagos mutatók között szoros összefüggés van, a választott füg getlen változó alkalmazható a vízveszély mértékének jellemzésére. A számított para boláknak a ß értelmezési tartományán belül (0,00 és 1,00) azonban szélső értéke van. Elvi megfontolások és gyakorlati tapasztalatok alapján ez a szélső érték csak a függ vényforma hiányossága, illetőleg az egyes ß értékek hibája miatt lehetséges. A ß érté kek növekedésével ugyanis a vízveszély mértékének monoton növekedni kell. A való ságot jobban leíró függvényalak lenne például a szaggatott vonallal kiegészített parabola.
96
11
1200
E o
1000
Cu
ű^. = 146,6 - 531,60 + 1455,2 ß2
1 = 93,11%
1
J
of 800
§ *o
600
sV
ű;r = -81,l + 867,5 0
M
•
j
lefejtett
r = 82,75%
,
y
s
A
ä 'S 200 62 N
<
•
0
-
/*+
+
•
+
M L
020
Q.40
Qj60
0,80
1,00
ß
1. ábra. Az egységnyi lefejtett területre eső vízhozam változása a ß függvényében
97
1
'
'
1
w •
J.
\
,
2 ( 4 0 - 1 M - -61,40.+ 200,0 ß / * 95,65
+ f
0 ^ = - 20,4+ 131,1 ß r = 86,35 %
4>
/ r
/
/
+
+ "\.^/ 0,20
0,40
0,60
0,80
2. ábra. Az egységnyi termelésre eső vízhozam változása a ß függvényében
98
1,00 &
1,5
2,0
Fajlagos védőréteg v{ml atm]
3. ábra. A vízbetörések összhozamának változása
99
1000
800 E O
600
or
a o 00
Fajlagos védőréteg v[ m/atm] 4. áftra. Az egységnyi lefejtett területre eső vízhozam változása
1,0
1,5 Fajlagos védőréteg v\mi atm]
5. ábra. A vízbetörések számának változása
1
o 300
-1 >
250 £
N.
•D
A^ = 239,71 - 149.8Í v + 0,77 v2
o « 200
x^ « » / = 79,73% 150
100
i » > »
0
0,5
1,0
1,5 Fajlagos védőréteg v [ m / atmj
6. ábra. Az egységnyi lefejtett területre eső vízbetörések számának változása
'
2,0
fci
, 140
\
"
120
ö
\ t,
- 92,90 v + 1,87 v2
100
< C?
^ = 116,70
»0
\
/ = 82,39%
\ '"
'S
1 40
,\
20
\ 0
0,5
1,0
1,5 Fajlagos védőréteg i [ m/atm |
o
7. űéra. Az egységnyi termelésre eső vízhozam változása
o
I
i
J
D
-
40
.0 •a OX
.
^^ \
«.
cd
E 3
30
CO
4> 1M
a
20
o
>v
CO
£
-
/ = 87,58%
t-i «J
G
2 Q = 43,23 - 38,04v + 5,10v
N
\
O a>
in
10
q 00 c«
>. **> #
n
R»
0,5
1,0 1,5 Fajlagos védőréteg v[ m / atm]
8. ábra. Az egységnyi termelésre eső vízbetörések számának változása
2,0
2. táblázat Sor szám 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.
Akna
XV.-Erzsébet/a VIII. Sashegy II./a T-S-H XII. X. Ebszőny I. Tokod-altáró VI. XV.-Erzsébet/b XVII. Il./b
Fajlagos védőréteg
Vízbetörések összhozama
v[m/atm]
Sß v [m 3 /perc]
ß v r [m 3 /p/10 6 m 2 ]
1,5 1,5 1,0 1,5 1,5 1,0 1,0 1,0 1,0 0,0 0,5 1,0 0,5 0,5
3,25 10,89 0,65 7,90 19,11 32,11 52,91 80,22 101,00 263,76 66,35 56,56 72,70 98,90
7,3 18,0 4,0 6,4 6,0 9,0 67,0 240,0 200,0 490,0 440,0 300,0 610,0 900,0
Fajlagos vízhozam
A fajlagos védőréteg, a vízbetörések összhozama és az egységnyi lefejtett területre eső vízhozam
A fajlagos védőrétegvastagság hatásának részletesebb elemzése alapján próbáljuk a fenti hiányosság okát megtalálni és a ß mutatószám képzésére vonatkozóan kiegészítő javas latot tenni. A védőrétegviszonyok adatai és a vízbetörések különböző mutatói a dorogi szén medence vonatkozásában állnak rendelkezésünkre. Az adatokat a 2. és 3. táblázat tar talmazza. A táblázatok adatait bemutató ábrákon a független változó a fajlagos védőréteg vastagság (m/atm). Ennek a függvényében ábrázoltuk az egyes aknák adatai alapján a vízbe törések összes vízhozamát (3. ábra), az egységnyi lefejtett területre eső fajlagos vízho zamot (4. ábra), a vízbetörések aknánkénti számát (5. ábra), az egységnyi lefejtett terü letre eső vízbetörések számát (6. ábra), az egységnyi kitermelt szénre eső fajlagos víz hozamot (7. ábra), az egységnyi termelésre eső vízbetörési számot (8. ábra) és a vízbe törések átlagos vízhozamát (9. ábra). Regressziós függvényként minden esetben általános helyzetű másodfokú parabo lát számítottunk a függő változó irányába eső eltérések négyzetösszegének minimuma alapján. A kiegyenlítő függvényekhez számított szorosság a 9. ábra kivételével nagyon jó. A 3.-8. ábrák alapján megállapítható, hogy a vízveszélyre jellemző mutatószámok változását leíró függvényeknek az 1,5 m/atm körüli fajlagos védőréteg értékeknél van 105
3. táblázat Fajlagos védőréteg
Vízbetörések száma
v[m/atm]
Ar[db]
jVrfdb/lO 6 !!! 2 ]
Tokodaltáró 2. T - S - H 3. ErzsébetXV.Sashegy 4. Ebszőny 5. X.-Annavölgy 6. I. 7. II. 8. VI. 9. XII. 10. XVII. 11. VIII. 12. ErzsébetXV.
0,00
119
195,40
1,50 1,16
21 32
62,87
1,00 1,00
20 59
1,00 1,00 0,50 1,00 0,50 1,50 1,25
46 27 28 53
13. 14.
1,00
—
Sor szám
Akna
1.
Sashegy T-S-HVIII.
1,50
32 9
—
Ter.-egységre eső vízbetörések száma
Egységnyi term, eső vízhozam Ővö[m3/p/106t] 93,46
-
, Egységnyi term, Vízbetörések eső vízb. száma átl. hozama JV ß [db/10 6 t]
£? v [m 3 /p/db]
36,97
2,53
-
0,91
15,17
5,14
62,11 76,03
20,62 6,17
5,14 4,72
4,01 1,31
94,26 20,43 186,67 154,07 275,86 16,15 50,00
9,58 8,82 78,99 10,13 132,58
4,36 2,23 33,33 16,71 36,36
—
—
2,20 3,96 2,37 0,61 3,65 1,21 2,87
6,17
-
-
0,65
—
4,02
4,02
A fajlagos védőréteg és a vízbetörések adatai az egyes dorogi aknáknál
,
ja
-a
+
;^r J2
Öv = 2,64 + 0,92 v-
/ = 42,03%
ja
>
1,25 v2
0,5
:3
1,0
1,5
Fajlagos védőréteg v | m / atm] 9. ábra. A vízbetörések átlagos vízhozamának változása
2,0
szélső értéke (minimumhelye) vagy zérushelye. A vizsgálat eredményeként megállapít ható tehát, hogy 1,5 m/atm az a fajlagos védőréteg-érték, amely fölött általában már nem kell különösebb vízveszélyre számítani. A 9. ábra alapján azt mondhatjuk, hogy 1,5 m/atm fajlagos védőrétegnél nagyobb biztonság mellett a vízbetörések várható át lagos vízhozama már 1 m 3 /perc alatti érték, bár itt a függvénykapcsolat lazább, fel hívja a figyelmet a bizonytalanságra. A vizsgálat eredményei alapján célszerűnek látjuk, hogy a vízveszély mértékének számszerű megadásával a ß érték képzése során az 1 m/atm bázisérték helyett az 1,5 m/atm-ás érték legyen a kiindulási alap. Az egyes üzemeknél a védőrétegviszonyokat jellemző mérőszám meghatározásánál tehát az 1,5 m/atm-nál gyengébb védőrétegű te rületnek az egész területhez viszonyított hányadát képezzük. Ezzel a változtatással az 1. és 2. ábra zérus körüli (0,00-0,30 közötti) |3 értékei hez tartozó pontok vízszintes irányban várhatólag jobbra tolódnak el és ennek ered ményeként a számítható regressziós függvény a vizsgált tartományban monoton növek vő lesz. Összefoglalás A várható vízhozam meghatározásánál egyik alapvető mutatószám a fajlagos vé dőrétegvastagság értéke. A dimenzió nélküli jellemző képzéséhez korábban az 1 m/atmás bázisértéket használták. A dorogi szénmedence vízbetöréseinek adatait elemezve megállapítottuk, hogy 1,5 m/atm az a fajlagos védőréteg-érték, amelynél nagyobb biz tonság mellett általában már nem kell vízveszéllyel számolni. A meghatározott regreszsziós függvények alapján azt javasoljuk, hogy a ß mutatószám számításánál az 1,5 m/atm-ás fajlagos védőréteg legyen a viszonyítás alapja. IRODALOM [l] WILLEMS TIBOR: Karsztos alaphegységű nyersanyagelőfordulások várható vízhozamának számítási lehetősége. Bányászati Kutató Intézet Közleményei, VIII. évf. 1. szám. 25-30. old.
THE ROLE OF THE PROTECTIVE LAYER AT THE DETERMINATION OF EXPECTABLE WATER DISCHARGE F. KOVÁCS Summary At the determination of the expectable water discharge, the value of the protec tive layer thickness is one fundamental index. Earlier the basis value of 1 m/atm. had been used for the formation of the characteristic without dimensions. Analyzing the data of water inrushes, it has been found by us in the coal basin of Dorog that 1.5 m/atm is the specific protection layer at which, generally, one has not to reckon with the water danger.
108
On the basis of the determined regression function, we suggest to take the reference basis of 1,5 m/atm specific protective layer at calculating the index ß. DIE ROLLE DER SPEZIFISCHEN SCHUTZSCHICHT BEI DER BESTIMMUNG DER ZU ERWARTENDEN WASSERMENGE F. KOVÁCS Zusammenfassung Bei der Bestimmung der zu erwartenden Wassermenge ist der Wert der spezifischen Schutzschichtdicke ein grundlegender Kennwert. Zur Bildung der dimensionslosen Kennzahl wurde früher der Basiswert 1 m/atm benutzt. Die Angaben der Wassereinbriiche des Kohlenbeckens in Dorog wurden analysiert und es wurde festgestellt daß 1,5 m/atm der spezifische Schutzschichtwert ist, bei dem neben der größeren Sicherheit im allgemeinen schon mit keiner Wassergefahr gerechnet werden muß. Auf Grund der ermittelten Regressionsfunktionen wird vorgeschlagen daß bei der Rechnung des Kennwertes ß die spezifische Schutzschicht 1,5 m/atm den Grund des Vergleiches bilden soli
РОЛЬ УДЕЛЬНОГО ЗАЩИТНОГО СЛОЯ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ОЖИДАЕМОГО РАСХОДА ВОДЫ Ференп Ковач Р е з ю м е При определении ожидаемого расхода воды одним из ос новных показателей является значение удельной толщины за щитного слоя. Для вывода безразмерной характеристики раньше использовали оазисное значение. I м/атм. при анализе пробоя воды на дорогеком угольном бассейне определили, что 1,5 м/атм. это такое значение удельного защитного слоя, выше которого уже обычно не ожидается водяная опастность. На ос новании выведенных регрессионных зависимостей рекомендуем, чтобы при расчёте показательного числа , 1,5 м/атм. удель ный защитный слой служил бы основой для сравнения.
A szerző címe: DR. KOVÁCS FERENC egyetemi docens, a műszaki tudományok kandidátusa NME Bányaműveiéstaní Tanszéke 3515. Miskolc-Egyetemváros
IRODALOMJEGYZÉK Bugyi Balázs: Scopoli János Antal bányaorvosi tevékenységéről _ _ _ _ _ Kovács Ferenc: A vízbetörések elzárásának anyagi ráfordításai Kovács Ferenc: A fajlagos védőréteg szerepe a várható vízhozam meghatározásánál Pethő Szilveszter: Súly- és térfogat szerinti analitikai mérések megbízhatóságáról és a mérési feltételek optimálásáról - - - - - - - - - - Pethő Szilvesz ter-Rozgonyi Tibor: Minőségi jellemzők hányadosának becsléséről Steiner Ferenc: Korrelációszámítás a leggyakoribb értékek szerint - - - - Sasváry Zoltán: Szilárd, szemcsés halmazok mozgásviszonyai tárolókban— - - Stéiner Ferenc: Geológiai ismeretek figyelembevétele gravitációs és mágneses adat rendszerek általános kvantitatív értelmezésében - - - - - - - -
73 81 95 111 121 127 139 185
199
