Highwall mining is a comparatively new coal mining system which operates under unsupported roof and as such is highly dependant upon span stability being achieved and maintained for success. A model which attempts to describe analytically the observed dominant span failure mechanism is presented. This model represents a possible mode of span failure for bedded strata and is developed based upon the notion of fracture initiation and propagation along pre-existing plane of weakness (bedding plane) in the immediate roof strata branching down to the comers of the entry. A linear elastic fracture mechanics analysis using a mixture of finite element and analytical methods predicts that stress-intensity levels for such a failure are in agreement with typical fracture toughnesses of coal measure strata and suggests broad design strategies to quantify and minimise this specific failure mode. The modelled failure mechanism is well matched by observations in the field and the work presented here will contribute towards providing a reliable tool for the assessment and design of unsupported spans in coal measures strata.
L'exploitation à haut murs est une technique d'extraction decharbon relativement recente qui se fait sous toit non soutenu et dont le succès depend done grandement de la stabilite de la portee. Un modèle analytique decrivant Ie principal mecanisme de rupture de portee est presente ici. Ce modèle represente un mode possible de rupture pour des couches stratifiees et est base sur la notion d'initiation et de propagation de fractures Ie long de plans de faiblesse (plans de stratification) dans la couche immediatement sus-jacente et s'etendant vers les coins de la galerie. Une analyse des mecanismes de fractures lineaires et elastiques utilisant des elements finis et des methodes analytiques predit que les niveaux d'intensite de contrainte pour de telles ruptures sont en accord avec les resistances à la fracture typiques de niveaux houillers et suggere des strategies de conception permettant de quantifier et de minimiser ce mode specifique de rupture. Le mecanisme de rupture modelise s'accorde bien avec les observations de terrain et Ie travail presente ici contribuera à fournir un outil fiable pour l'evaluation et la conception de portee non soutenues dans des gisements houillers.
Hochwandbergbau ist ein verhaltnismaβig neues Kohleabbausystem, welches unter einer freitragenden Decke betrieben wird, und um als solches erfolgreich zu sein, besonders davon abhangig ist, daβ Stabilitat der Spannweite erzielt wird. Es wird ein Modell vorgeschlagen, welches versucht den vorherrschended Mechanismus des Deckeinbruchs analytisch zu beschreiben. Dieses Modell stellt einen möglichen Modus des Deckeinbruchs fuer Gesteinschichten dar, und wird auf der Grundlage des Begriffs der Bruchentstehung und -ausbreitung entlang einer praexistierenden Schwachebene (Verschiebungsebene) in den unmittelbaren Dachschichten, die zu den Eingangsecken abschwenken, entwickelt. Eine Analyse der linearen elastischen Einbruchsmechanik unter Verwendung einer Mischung von begrenztem Schritt and analytischen Methoden sagt voraus, daβ die Spannungsintensitatsniveaus fuer so einen Einbruch in Übereinstimmung mit typischen Kohlenflözfestigkeitswerten sind und schlagt allgemeine Konstruktionsstrategien vor, um diesen spezifischen Einbruchsmodus zu quantifizieren und auf ein Mindestmaβ zurueckzufuhren. Der Modelleinbruchsmechanismus paβt gut zu den Beobeachtungen in der Praxis und die hier vorgelegte Arbeit wird zur Bereitstellung einer verlaβlichen Methode zur Auswertung und Konstruktion von freitagenden Spannweiten in Kohlenflözen beitragen.
Highwall mining is a remotely operated mining system which recovers coal from a series of parallel entries separated by coal pillars. The entries are driven to a maximum penetration depth of 300 metres. Typical extraction ratios range from 50 to 60%. The level of recovery decreases with increasing seam thickness. The remote controlled and unmanned nature of the mining system necessitates operation under unsupported roof.
