In late 1997 a request was received to assist with determining the powered support unit (shield) load capacities for the planned 2 seam short wall. This project had a number of aspects which made it attractive to utilize numerical modelling in conjunction with other more conventional design tools in the design of the shields. Amongst these were: The 2 seam panels were to be laid out about 25 m below the previously short walled 4 seam, the 4 seam had in turn been over-mined by the 5 seam long wall, the proposed face height of the 2 seam short wall was 5.5 m while the 4 seam had been mined at 4 m. The top seam in the area (5 seam) had been mined at between 1.5 and 2.2 m high, the face conditions with about 95 m of broken material applying dead weight loading to the 2 to 4 seam inter-burden septum were hard to predict and cyclical loading due to the presence of strong sandstone bands in the 2 to 4 seam inter-burden.
The basic thrust of the study was to take the known, and successful, situation (4 seam short wall) and carry out comparative modelling to enable prediction of likely 2 seam conditions. Some two dimensional aspects studied were: 5 m goaf hanging up behind shields, stresses in beams to determine likely first goaf roof span, stresses in cantilever beams to asses cyclical loading due to sandstone bands in the interburden being loaded by the overlying goaf and stresses on chain and crush pillars adjacent to the goaf edge.
Three dimensional aspects that were investigated included: Load distribution along face for close goafing and 5 m goaf hang-up and load in a 1 m wide rib modelled in the position of the powered support units.
From the modelling it was possible to determine the optimal shield leg capacity of the new 2 seam equipment. These outputs were used when drawing up the technical specifications for manufacture of the new equipment. The face was successfully commissioned in August 2002.
Fin 1997, requête fut faite pour aider à la determination des capacites de charge pour l'unite de soutènement mecanisee (bouclier) pour la couche 2 courte taille en projet. Certains aspects de ce projet le rendaient interessant pour utiliser la modelisation numerique en même temps que d'autres methodes conventionnelles pour la conception des boucliers. Parmi ces aspects se trouvaient:
Les panneaux de la couche 2 devaient être places environ 25 m au dessous de la couche 4 courte taille; la couche 4 avait ete remplacee par la couche 5 longue taille; la hauteur de taille proposee pour la couche 2 courte taille etait 5.5 m, tandis que la couche 4 avait ete exploitee à 4 m. La couche superieure de la region (couche 5) avait ete exploitee entre 1.5 et 2.2 m de hauteur; il etait difficile de predire les conditions de taille, avec environ 95m de materiaux casses ajoutant une charge morte à la plaque de separation entre les couches 2 et 4 et un chargement cyclique cause par des bandes de grès dans l'entre-fardeau 2–4.
L'idee principale de l'etude fut de prendre la situation connue et reussie (couche 4 courte taille) et de faire une modelisation comparative pour predire les conditions probables de la couche 2. Certains des aspects à double dimension qui furent etudies etaient: Un accrochage de remblai de 5m derrière les boucliers; contraintes dans les poutres pour determiner le premier intervalle probable entre remblai et toit; contraintes dans les poutres en porte-à-faux pour evaluer le chargement cyclique cause par les bandes de grès dans l'entre-fardeau qui est accable par le remblai et les contraintes sur les piliers par chaîne et d'ecrasement adjacents au bord du remblai.
Aspects à trois dimensions qui furent etudies: Distribution de la charge le long de la taille pour les remblais proches et l'accrochage de remblai de 5 m et la charge dans une nervure de 1 m de large modelee dans la position des unites de soutènement mecanisees.
La modelisation a permis de determiner la capacite de portee optimale du bouclier du dispositif nouveau pour la couche 2. Ces resultats furent utilises pour dresser les specifications techniques pour la fabrication de l'equipement nouveau. La taille fut commissionnee avec succès en août 2002.
In der zweiten Halfte des Jahres 1997 kam eine Anfrage um Unterstuetzung bei der Bestimmung der maximalen Kapazitaten des Schreitausbaus (Abschirmung) fuer den geplanten Kurzstrebenbau in Flöz 2. Dieses Projekt hatte eine Anzahl von Aspekten, die die Verwendung von numerischer Modellen in Verbindung mit anderen mehr konventionellen Designwerkzeugen in Hinblick auf das Design der Schilder attraktiv erscheinen ließ. Unter diesen waren: Die Flöz 2 Abbaufelder muessten ca. 25m unterhalb des vorherigen Flöz 4 Kurzstrebenbau ausgelegt werden, Flöz 4 seinerseits muesste ueberdurchschnittlich entlang des Flöz 5 Strebbaus abgebaut werden, die vorgeschlagene Abbauhöhe des Kurzstrebausbau von Flöz 2 war bei 5,5 m wahrend Flöz 4 bei 4m abgebaut werden mueßte. Das Topflöz in diesem Bereich (Flöz 5) war in einer Höhe zwischen 1,5 und 2,2 m abgebaut worden, die Konditionen des Abbauortes mit ca. 95 m Bruchgesteingewichtsbelastung auf das Zwischenlagenseptum der Flöze 2 bis 4 waren schwer vorhersehbar und zyklische Belastungen auf Gund des Vorhandenseins eines starken Sandsteinbandes in der 2 bis 4 Zwischenlage.
Die grundlegende Stoßrichtung der Studie war die bekannte, und erfolgreiche, Situation (Flöz 4 Kurzstrebbau) heranzuziehen und vergleichbares Modelling zu betreiben um Vorhersagen ahnlich der Flöz 2 Kondition zu treffen. Einige der zweidimensionalen Aspekte waren: Ein 5m Alter Mann hinter den Schreitausbaus, Spannungen in Tragern um die wahrscheinliche erste Alter Mann Auslegung festzustellen, das Einschatzen von Spannungen in Gerbertragern um zyklische Belastungen auf Grund von Sandsteinschichten im Zwischenlagenbereich, belastet durch den darueberliegenden Alten Mann und Belastungen auf Ketten und Bruchpfeiler im Bereich der Kanten des Alten Mannes.
Die dreidimensionalen Aspekte, die untersucht wurden inkludierten: Lastverteilung entlang des Abbauortes zur nahen Abraumlagerung und 5m Abraumhangung und Ladung in einer 1m weiten Rippe aufgebaut in der Position des Schreitausbaus.
Urch das Modellieren war es möglich die optimale Kapazitat der Stuetzen der neuen Flöz 2 Ausruestung festzulegen. Diese Ergebnisse wurden verwendet um die technischen Spezifikationen fuer die Herstellung der neuen Ausruestung festzulegen. Der Abbauort wurde im August 2002 erfolgreich kommissioniert.
Matla Coal is a large underground mine managed by Eyesizwe Mining and supplies coal to the nearby Matla Power Station. Ingwe Rock Engineering supplies the rock engineering service to the mine on a contract basis.
Short- and long wall mining has successfully been carried out on the No. 5 and 4 seams at Matla for many years. It was envisaged to establish a short wall on the No. 2 seam, underlying the previously mined No. 5 and 4 seams.
The presence of previously mined overlying coal seams led to a relatively complex loading regime and it was considered prudent to utilise both two and three dimensional numerical modelling software to assist with evaluation of the expected stress distribution and the design of powered support units suitable for use in this stress regime.
Three economically viable coal seams are present in the mining area. The shallowest, at a depth of approximately 50 m, is the No. 5 seam. This is underlain by the No. 4 seam at a depth of approximately 82 m which is in turn underlain by the No. 2 seam at a depth of 106 m.
