The use of coal pillars at depth is fraught with problems due roof control difficulties and the possible occurrence of coal or pillar bumps. In the USA the largest and most important application of pillars at depth is in longwalling, where chain pillars are the customary supports of the multiple entry developments. At first, the chain pillars were designed using conventional approaches, where the principle is that the strength of the pillar should exceed the load imposed on it. Such approach to design led to larger and larger pillars at great depths, but instead of eliminating, it tended to aggravate the roof control problems. Eventually the idea was born that small sized yielding pillars, which have proved to be successful elsewhere, might provide the answer to this pressing problem as well.
The aim of this paper is to study the modes of pillar failure at great depths, using two solution methods. The first of these comprises some elementary solutions obtained with the aid of a simplified conceptualization of the rock mass. This model consists of a strain-softening coal seam sandwiched between two stratified masses. The second approach utilizes FLAC3D, which is a commercially available three-dimensional numerical modeling software package.
L'utilisation des piliers de charbon dans les mines souterraines de grande profondeur occasionne des problèmes due aux difficultes de control de plafond et possibles fracture ou explosions au niveau des piliers. Aux Etats-Unies d'Amerique, l'utilisation des piliers dans les mines souterraines de charbon comme moyen de support est considèrees comme etant la plus grande et la plus importantes des methodes utilisee dans le "longwalling method" ou une serie des piliers sont dispose de manière à supporter les multiple entrees d'exploitation de charbon. En premier lieu, cette serie des piliers etaient construit de manière conventionnelle avec un principe base sur le fait que le poids exerce sur les piliers doit être inferieur a la force que ces piliers exerce sur le plafond. Ce principe a conduit a ce que le volume des piliers augmente au fur et à mesure que la profondeur au de la mine augmente. Malheureusement, au lieu de resoudre le problème de support, ce principe n'a fait qu'aggraver le problème de contrôle de plafond. Eventuellement une idee s'est degage allant du fait que les piliers endommages de taille moyenne qui se sont averes être efficaces ailleurs, pourraient fournir un indice à ce particulier problème.
Die Anwendung von Kohlenpfeilern in großen Teufen ist behaftet mit Problemen aufgrund Schwierigkeiten bei der Beherrschung der Firste und Gebirgs- und Flözschlagen. In den USA werden Pfeiler hauptsachlich im Strebbau angewandt und dienen in Reihen zur Sicherung der mehrfachen Eingange von Abbaustrecken. Urspruenglich wurden solche Pfeilerreihen mit konventionellen Methoden dimensioniert, wobei die Festigkeit eines Pfeilers größer sein sollte als die Last auf dem Pfeiler.
Dies fuehrte zu immer größeren Pfeilerausmaßen mit zunehmender Teufe und die Schwierigkeiten bei der Standsicherheit der Firste nahmen eher zu als ab. So wurde die Idee geboren, dass klein dimensionierte Bruchpfeiler, die sich schon in anderen Bereichen bewahrt hatten eine Lösung zu diesem dringenden Problem darstellen könnten.
Diese Arbeit hat zum Ziel das Bruchverhalten von Pfeilern in großen Teufen unter Awendung von zwei Lösungsansatzen zu untersuchen. Der erste Ansatz beinhaltet einige grundlegend Lösungen, die mit einem vereinfachten Modell des Gebirgsverbandes erlangt wurden. Dieses Modell besteht aus einem Kohlenflöz mit mechanischer Entfestigung, der zwischen zwei geschichteten Körpern eingespannt ist. Im zweiten Ansatz wird das frei erhaltliche Computerprogramm Flac3D zur numerischen Simulation genutzt. Zum besseren Verstandniss wurden sowohl die Modelle mit mechanischer Entfestigung, als Mohr Coulombs ideal plastisches Fesigkeitsmodell, die in Flac3D enthalten sind, untersucht.
The obvious application of coal pillars at depth is related to longwall mining. In many instances the economic success of underground mining of coal in the United States hinges on the application of the longwall method. The longwalls in the country usually retreat and they are developed using some multi-entry system. The rows of pillars separating the entries in this system, the chain pillars, play an essential role in the operation. The correct design of these pillars is a key factor to the safety of longwall extraction.
Initially conventional design of pillars was employed by the operators. This approach to design has proved to be reasonably effective in relatively shallow depths, but it has led to pillars of increasingly larger width to height ratios as the depth of mining increased. Experience has shown that this approach is often ineffective if the depth of the seams exceeds about 400 m. Such deep seams are frequently encountered in the western United States; consequently, several trials have been conducted in this region by mine operators to find a solution to this problem. Eventually the idea was born that in relatively deep seams yielding pillars might prove to be more successful.
