第根據FBCDZ-8-NO.24B型的對旋式軸流風機的性能曲線，可以確定主要通風機實際工況點，見表9-4-3。表9-4-3主要通風機工況點型號時期葉片安裝角/°轉速/r·min-1風壓/Pa風量/m3·s-1效率/%輸入功率/kWFBCDZ-8-NO.24B容易43/357401600.71040.74225困難55/477402943.21150.804509.4.5電動機選型根據礦井通風容易時期和困難時期主要通風機的輸入功率和計算電動機的輸出功率。由/=225/450=0.5﹤0.6，故通風容易時期和困難時期需要選用不同的電動機。電動機的輸出功率：（9-24）式中：——電動機的輸出功率，kW；——通風機的輸入功率，kW；——電動機容量備用系數，取1.15；——電動機效率，取0.90；容易時期：=225×1.15/0.90=288kW困難時期：=450×1.15/0.90=575kW根據電動機的輸出功率和輸入功率以及主要通風機要求的轉速，選擇型號為JR157-8和JR1512-8的異步電動機，其詳細參數見表9-4-4。表9-4-4電動機參數時期型號功率/kW電壓/V電流/A轉速/rpm效率/%功率因數容易JR157-8320600036.573590.50.83困難JR1512-858060006873592.50.859.6安全災害的預防措施9.6.1預防瓦斯和煤塵爆炸的措施（1）回采和掘進工作面以及回風巷中，必須按規定定期檢查瓦斯，如發現異常，必須按規定處理。（2）盲巷、盲硐、片幫及冒頂處等容易積聚瓦斯的地點，必須及時處理。（3）掘進應采用雙風機，雙電源和風電閉鎖裝置。（4）掘進與回采工作面應安設瓦斯自動報警裝置。（5）大巷及裝煤站應安設瓦斯自動報警斷電儀。瓦斯超限后應自動切斷供電及架線電源。（6）所有易產生煤塵的地點。必須采取灑水滅塵等防塵設備及除塵設施。（7）井下風速必須嚴格控制，防止煤塵飛揚。井下所有煤倉和溜煤眼均應保持一定存煤，不得放空，不得兼作通風眼。（8）綜采工作面應采取煤塵注水。按照保安規程設計懸掛巖粉棚和防水棚。（9）煤塵應定期清掃。巷道應定期沖刷，各個轉煤點應進行噴霧灑水。9.6.2預防井下火災的措施（1）井下中央水泵房和中央變電所設置密閉門、防火門。并設設區域返風系統。（2）井下機電設備選用防爆型為原則。應加強機電設備的安裝質量。并加強維修及管理。防止漏電及短路產生高溫和火花。（3）對自然發火的煤層，應加強煤炭與坑木的加收；加強密閉，及時密閉采空區；對停采線進行黃泥灌漿或噴灑阻化劑；分層開采還應在采區隨采隨注。（4）二阻化劑防火：根據化驗與實踐，本礦自然發火期長，但為確保安全，應預備部分黃泥用于危險時期灌漿。9.6.3防水措施（1）井巷出水點的位置及其水量，前采空區積水范圍、標高和積水量，都必須繪出采掘工程圖上。（2）主要水倉必須有主倉和副倉，當一個水倉清理時，另一個水倉能正常使用。（3）采掘工作面遇到下列情況之一時，必須確定探水線，進行探水，確認無突水危險后，方可前進。①接近水淹或可能積水的井巷、老空或小煤礦時；②接近水文地質復雜的區域，并有出水征兆時；③接近含水層、導水斷層、溶洞和陷落柱時；④打開隔離煤柱放水時；⑤接近有出水可能的鉆孔時；⑥接近有水或稀泥的灌泥區時；⑦底板原始導水裂隙有透水危險時；⑧接近其它可能出水地區時。

10礦井基本技術經濟指標表10-1設計礦井基本技術經濟指標序號技術經濟指標項目單位數量或內容1煤的牌號優質氣煤2可采煤層數目層13可采煤層總厚度m4.04煤層傾角°2～5（平均3°）5（1）礦井工業儲量Mt114.6（2）礦井可采儲量Mt61.46（1）礦井年工作日數d330（2）日采煤班數班27（1）礦井年生產能力Mt/a0.9（2）礦井日生產能力t/d2867，28礦井服務年限a52.59礦井第一水平服務年限a52.510井田走向長度m6900井田傾斜長度m290011瓦斯等級—高瓦斯相對涌出量m3/t10.3412（1）礦井正常涌水量m3/h342（2）礦井最大涌水量m3/h46213通風方式—兩翼對角式14開拓方式—立井單水平15一水平標高m-88016生產的工作面數目個117采煤工作面年推進度m105618（1）移交時井巷工程量m12000（2）達產時井巷工程量m1600019開拓掘進隊數個320大巷運輸方式—機車牽引固定礦車21礦車類型—固定礦車和自制平板車22電機車類型臺數蓄電池電機車3臺23設計煤層采煤方法—綜采一次采全高24（1）工作面長度m160（2）工作面推進度m/月96（3）工作面坑木消耗量m3/千t0.6

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t/h,壓力0.5MPa,溫度250℃。電廠余熱回收就是利用管道把電廠鍋爐排放的高溫度蒸汽通過供熱交換站直接把高溫蒸汽輸送到溴化鋰制冷機組。=3\*romaniii采掘工作面降溫方式從換冷硐室置換出的低壓冷媒水進入到采掘工作面進風流的空冷器。空冷器由多組組成,每組由4～6臺串聯運行,每組配置2×11kW局部通風機1臺,由通風機把通往采面的風流吸入空冷器,然后排出。掘進工作面空冷器安裝在局部通風后50~100m處的風筒內,由通風機直接把風流吹進空冷器,以達到降溫的作用。見圖4-3。圖4-3采掘工作面通風布置4.2.3降溫效果分析2007年8-9月,四礦一期對二水平高溫采掘工作面實施了降溫,為了考察熱-電-乙二醇降溫系統的降溫效果,四礦對實施降溫的兩頭一面進行了周期性溫度測量。工作面實施降溫后,采掘工作的干溫度下降7～8℃,掘進工作面迎頭溫度最高下降了8.8℃,干、濕溫度差值進一步擴大,從降溫前的不足1.0℃增大到2～3℃,相對溫度由99%下降到80%左右。采掘工作面相對濕度下降幅度較大,工作面空氣濕度己由過度濕潤向較為舒適的濕度轉變。4.3利用恒溫水源進行礦井降溫 利用恒溫水源進行礦井降溫的可行性分析4.3.1空氣和水的比熱容當為.，，時，干空氣比熱容:水蒸汽比熱容：濕空氣的焓:考慮井下降溫的過程近似為等濕、減焓、降溫過程,的濕空氣溫度變化，其焓的變化量:。水的比熱容:水的焓:水的焓:的水溫度變化,其焓的變化量為。4.3.2恒溫水降溫效果分析在井下近似等壓等濕的降溫過程中,的水溫度每升高，就可使的濕空氣溫度降低；的水溫度每升高，就可以使的濕空氣溫度降低。4.3.3恒溫水源降溫能力分析淮南礦區恒溫水源溫度為，考慮從地面往井下輸送過程中的溫升（視管道的絕熱程度而定），假定井下降溫時水源溫度為，降溫后的回水溫度為；井下降溫前的空氣溫度為，降溫后的空氣溫度為。那么的恒溫水源水就可使的井下空氣溫度由降低到。4.3.4恒溫水源的可靠性分析由于恒溫水水源溫度常年變化甚微，因此恒溫層水源可用于常年降溫。此外恒溫水水源豐富，淮南礦區煤系地層覆蓋著的新生界地層,流沙層特別厚，地下水位僅為地表以下。2003年7~9月份期間，潘三礦附近農民的機灌井，井水從井中自然流出地表，形成涌泉，可見地下水的充沛程度。恒溫水源進行礦井降溫的系統構成恒溫水源進行礦井降溫的系統原理圖,詳見圖4-4圖4-4恒溫水源進行礦井降溫的系統原理圖4.4礦井壓氣蒸發冷卻降溫技術4.4.1壓氣降溫原理壓縮空氣降溫是基于氣體絕熱膨脹過程（某些相關研究將其當作多變過程處理）原理的新型空氣制冷技術，目前已廣泛的應用于航空、制氧、石油等工業領域，另外將井下作業用壓縮空氣作為膨脹工質的礦井空氣制冷系統在國內也有發展。由于井下作業較多地使用風動工具，因此礦井一般都具備比較系統的壓氣管道，可以節省其它制冷方式所必須的機械設備費用。壓氣制備系統比較簡單，成本低，易施工，有利生產，同時，其載冷劑、制冷劑均為空氣，廉價易得。由氣體絕熱膨脹過程原理可知，壓縮空氣在膨脹減壓的過程中，空氣溫度會降低，從而吸收環境熱量，達到一定的降溫效果。根據氣體狀態方程，絕熱膨脹過程符合如下公式：4-1式中，為壓縮空氣膨脹前的壓力，;為壓縮空氣膨脹前的熱力學溫度，；為壓縮空氣膨脹后的壓力，；為壓縮空氣膨脹后的熱力學溫度，；為空氣的絕熱指數，。礦用空壓機的額定輸出空氣壓力一般為。假定壓縮空氣到達用風地點的壓力為，約為5個大氣壓，采取降溫措施(此降溫過程在地面進行)后溫度假設為井下常溫，膨脹后變為一個大氣壓，即，，代入上式可得：取空氣的定壓比熱，空氣溫度升高到，則每千克壓縮空氣膨脹后可以吸收熱量的熱量，大約可以使的空氣溫度從降低到。從簡單的計算可以看出，壓縮空氣降溫具有很好的致冷效果。壓氣膨脹制冷的另一優點是，降溫是在膨脹降壓以后發生，只要保持一定的壓力，膨脹制冷功能就不會喪失，因此可以保持降溫能力到達降溫作業地點。所以可以利用礦井中的壓氣系統做好氣體的密封工作，很好的控制其壓力降在一定范圍內，從而保持壓氣的膨脹降溫能力。4.4.2蒸發冷卻降溫原理蒸發冷卻的基本原理是利用水的汽化潛熱比較大的特點，通過水分的快速蒸發吸熱，使水與空氣進行熱濕交換，從而達到降溫的目的。蒸發冷卻技術分為直接蒸發冷卻(DEC)和間接蒸發冷卻(IEC)。直接蒸發冷卻是利用水分蒸發吸收空氣中的顯熱，降低空氣溫度，同時增大空氣的含濕量，空氣處理過程近似為一等焓加濕降溫過程。間接蒸發冷卻系統形式較多，主要是利用直接蒸發冷卻過程處理后的空氣與其他環境空氣相接觸，含濕量不變的等濕冷卻過程(見圖1)。直接蒸發冷卻和間接蒸發冷卻兩過程的實質是相同的，關鍵在于直接蒸發冷卻相對于間接蒸發冷卻來說，缺少一些配套步驟，其冷卻效果稍低。本文中所涉及的蒸發冷卻技術是間接蒸發冷卻。具體來說，它首先對空氣進行降濕處理，再進行噴霧灑水蒸發冷卻，低溫空氣最終與外界環境空氣進行熱濕交換；達到降低環境空氣的目的。間接蒸發冷卻一般過程示意圖圖4-5間接蒸發冷卻一般過程T-d簡圖一處理前空氣溫度；一直接蒸發冷卻處理后空氣溫度；一等濕冷卻后空氣溫度；一理想情況下相對濕度達到100％時混合空氣溫度；一空氣絕對含濕量從上圖可看出，經過蒸發冷卻處理后，空氣濕度增大、溫度降低。如果水的蒸發量使空氣的相對濕度能達到100％，則溫度降低幅度最大，降溫效果最好。4.4.3壓氣結合快速蒸發冷卻技術采用壓氣蒸發冷卻技術，關鍵在于高壓氣體的膨脹降溫功能和吸濕水分蒸發降溫功能(見下圖)，而壓氣的膨脹降溫功能和吸濕水分蒸發降溫功能由于壓氣管道的隔絕而得到很好的保持，有利于制冷能力的保存，能較好的解決冷水、冷氣輸送時沿途冷量損失問題。整個壓氣蒸發冷卻過程的思路見圖4-6。礦山壓氣降溫能力圖圖4-6礦山壓氣蒸發冷卻思路示意圖換算為標準狀態下的體積流量為：假設某掘進工作面供風量為300m／min，局部通風機風筒出口處風流溫度為40℃，需降低到28℃或者以下，需要冷量按下式計算：式中，為標準狀態下空氣密度；為標準狀態下空氣的定壓比熱。代人各數值計算并將結果轉化為功率單位約為。根據氣體絕熱膨脹過程公式以及各設定參數，可得一個需風量為300的掘進工作面如果單純采用壓縮空氣制冷，將巷道風流溫度降低理論所需壓氣量為：代入相關數據得所需壓氣量約。可以假設一臺礦用空壓機供兩到三個掘進工作面降溫使用，其壓氣量一般為左右。如果單純采用壓縮空氣對掘進工作面進行降溫，理論上是完全可以的。此外，這種情況，并沒有考慮水蒸發冷卻的制冷能力，如果考慮這一因素，那么對壓氣量的需求會更小。4.4.4蒸發冷卻降溫效果采用蒸發冷卻降溫技術的關鍵在于如何保持風流干燥，風流越干燥，蒸發冷卻降溫幅度越大，效果越好。如果處理的空氣溫度狀態為5℃，相對濕度90％，此狀態空氣在整個輸送過程中基本不被加濕。關鍵是防濕問題。如果送風沿途能很好地保濕，避免沿途水分侵入，水分快速蒸發過程是可以實現的。因此，選擇采用壓氣管道，保持空氣的干燥性。由前面計算可知，假設某掘進工作面供風量為，局部通風機風筒出口處風流溫度為40％，若降低到，需要冷量為。蒸發冷卻制冷量約為，可達到所需制冷量的14％，可見蒸發冷卻對于降溫是具有一定效果的。4.5礦用移動式冷風機降溫技術4.5.1礦用移動式冷風機的基本原理制冷壓縮機壓縮出來的高壓制冷劑蒸汽進入冷凝器，在冷凝器內經冷卻水冷卻，制冷劑蒸汽冷凝成高壓液態制冷劑，再經熱力膨脹閥節流降壓，壓力迅速下降，并進入蒸發器，液態制冷劑在蒸發器中蒸發并通過管壁吸收風流的熱量迅速蒸發成氣體,而后再被吸入制冷壓縮機，連續不斷地完成制冷循環，此時流過蒸發器的空氣，被制冷劑吸收熱量而溫度下降，再用礦用通風機和蒸發器串聯,利用風筒將低溫風流送到需冷場所。圖4-7為礦用移動式冷風機流程圖。圖4-7LFJ-160型礦用移動式冷風機流程圖4.5.2結構特點和主要技術指標2.1結構特點（1）壓縮冷凝機組和蒸發器采用分體結構,用金屬軟管柔性連接,其體積小,重量輕,占地面積小,堅固不易損壞,有利于井下移動和安裝。（2）冷風機組可在地面調試好后分體下井,減少設備井下調試的困難。（3）冷風機組有完備的安全保護裝置,有利于設備的安全運行;（4）冷風機組設有能量調節裝置,可以無負荷啟動,在運轉過程中根據熱負荷的大小,調節制冷量,有利于設備節能。（5）蒸發器采用特殊銅盤管結構,換熱強度大,具有自動清洗裝置,有利于防止表面灰塵積聚,提高換熱效率。（6）冷風機所選用部件及整機均采用礦用隔爆型,具有相應的防爆合格證和煤礦安全準用證。4.5.3礦用移動式冷風機運行效果考察4.5.3.1空調系統的布置淮南礦業集團潘三礦處于地溫異常區(地溫梯度大于)，采掘工作面風溫常年在以上。進入夏季工作面氣溫高達。1442（1）工作面風溫2002年6月實測。為緩解井下嚴重的高溫熱害,將LFJ-160型礦用移動式冷風機應用于該工作面作為解決高溫熱害的降溫措施。冷風機直接布置在工作面運輸平巷,通過蒸發器的冷風用風筒輸送到工作面下口。冷風機排熱系統采用自流水一次性將冷凝熱排除掉。其井下布置圖4-8所示。圖4-8LFJ-160型礦用移動式冷風機井下布置示意圖4.5.3.2冷風機空調效果考察為了便于分析礦用冷風機空調效果和運行可靠性,對冷風機運行工況參數、進入蒸發器前后空氣溫度、冷卻水進出水溫度、水量、風量等參數進行了測量。從實測結果中可以看出,風流通過蒸發器前后溫度降低了。降溫效果比較明顯。核算冷風機制冷能力160~190kW,達到設計要求,機組運行效果良好,經過長時間運轉未發現異常,各項參數均在正常范圍內。測試距工作面出口15m處溫度,空調前溫度為。空調后溫度為。從而有效地緩解了回采工作面的熱害程度。從冷風機的使用情況來看,冷風機越靠近工作面,降溫效果越明顯,因此在使用中應盡量使冷風機和需冷場所距離不要過長,一般情況下冷風機應安裝在距掘進工作面大約50~100m的位置,這樣更能有效提高冷量利用率。4.6透平膨脹制冷降溫技術4.6.1流程說明井下作業所用高壓空氣是由地面集中供應的,壓力為0.5MPa,相對濕度80%,因此在進入膨脹機之前需要經過干燥處理,以防止空氣中的水分在低溫時析出,影響膨脹機的正常工作。常用的干燥措施有吸附法、冷凍法和化學法等。考慮到井下作業的實際情況,采用常用的分子篩吸附法會使系統復雜,設備成本提高。本設計采用冷凍法。系統中設置了兩個換熱器,利用膨脹后的低溫空氣對膨脹機入口空氣進行冷卻,使空氣在逐步降溫的過程中析出絕大部分水分,達到干燥要求。系統流程如圖4-9所示:高壓空氣1經過換熱器A后溫度降低到狀態2,空氣中所含水分大部分會在換熱器A中凝結析出;狀態2空氣繼續經過換熱器B,與膨脹機出來的低溫氣體換熱,溫度進一步降低,水分進一步析出,到達狀態3(此時的空氣雖然仍是飽和濕空氣,但是由于溫度極低,壓力較高,所以空氣的絕對含濕量很低);狀態3的空氣經過換熱器A復溫到狀態5,然后進入膨脹機,膨脹后的空氣(狀態6)溫度降低,壓力降低,其飽和時的絕對含濕量大于狀態3時的絕對含濕量,因此在膨脹機中不會有水分析出,這樣就保證了膨脹機的正常工作;最后,狀態7的空氣與部分熱空氣混合,送入空調區域。圖4-9透平膨脹機制冷系統流程簡圖4.6.2流程計算已知參數:入口高壓空氣,,出口低壓空氣參數,相對濕度,,,在5,6,7處絕對含濕量很小,按干空氣處理對結果的影響可忽略,壓力損失忽略不計。選取參數:膨脹機等熵效率,高溫換熱器A熱端溫差，低溫換熱器B冷端溫差。能量平衡關系為通過流程計算得到各點的狀態參數見下表換熱器A，B的凝結水量為膨脹機輸出的軸功率(制動功率)式中為機械效率；為等熵效率；為高壓氣體的質量流量。表4-1流程參數匯總編號1234567壓力/0.50.50.50.50.50.10.1溫度/35-8.4-31.6-31.625-41.6-17.4相對濕度/%801001001001617膨脹機制動的方案主要有風機制動、發電機制動、油制動3種。不同的制動方式工作特性不同,對于系統工作特性影響也不同。從能量利用的角度來看,采用發電機制動可以回收電能,能量利用率最高。但是從經濟性角度來看,考慮到發電設備的成本,認為采用風機制動器較為理想。制動空氣采用閉式循環,通過水冷卻器進行冷卻。因為井巷內原來就布置有作業水管,取水非常方便,升溫后的水可以通過管道排到地溝中,自然流回水倉,為避免熱水蒸發引起巷道內局部熱害,熱水排放管延伸到通風巷內。采用膨脹制冷還可以改善降溫區域中空氣的含氧量和相對濕度。膨脹機出來的空氣來自于地面,含氧量為21%,與井巷內原來含氧量18%的空氣混合。混合后空調送風中的含氧量為式中a為混合空氣中新風的體積分數。增大a可以使送風含氧量提高。同時因為新風的絕對含濕量低,在復溫到的過程中會吸收水分,從而使原來空氣濕度高的情況也可以得到一定改善。4.6.3特點1)透平膨脹制冷系統充分利用了礦井中原有的高壓作業氣源和水源,不需另設管道,安裝方便簡單。2)膨脹機系統可以做成整體移動式,安放在工作面后20~30m遠的地方,隨掘進巷道的前進而向前推進,簡單可行,送風管路可以選用波紋管,便于移動。3)有較好的局部降溫通風效果,可以有效解決常規技術無法或者較難實現的深井平巷掘進工作面的局部降溫問題。4)缺點是如果考慮高壓氣源的價格,系統運行費用偏高;但是考慮到傳統的大量釋放高壓氣體所導致的浪費,以及降溫后能夠加快施工進度,從而可以節約大量高壓氣體和其他費用,則采用空氣膨脹制冷不失為一種好方案。4.7制度上的措施 ①加強安全教育,深刻認識熱害的危害,提高自我保護能力針對礦井中高溫高濕熱害產生對人體的嚴重危害,為了保護礦工的身心健康,必須加強對此危害問題的深刻認識,加強礦工的安全教育,定期對礦工進行安全知識和安全技能的培訓,提高礦工的安全防患意識,使礦工人人自覺地把安全放在第一位,使礦工熟悉礦井熱病的癥狀,人人學會現場急救措施,提高礦工的自我保護能力。②借鑒國外先進經驗,加強對礦工的耐熱檢驗國外很多礦山企業為了保證企業生產安全,對礦工的耐熱檢驗摸索出了一套形之有效的方法,他們依據工人的耐熱素質來挑選礦工,這主要包括被挑選礦工的年齡和體重、體溫、氧耗量、熱適應訓練。他們的這套形之有效的方法,對保證企業安全生產,減少安全事故的發生,減少礦井熱害對礦工的危害,起到了非常重要的作用。因此,必須認真學習國外的先進經驗,借鑒國外的先進經驗,加強對礦工的耐熱檢驗。③提高勞動生產率,減少勞動時間,降低勞動強度為了既保證企業安全生產,提高企業經濟效益,又保護礦工的身心健康,礦山企業必須加大經濟投入,加快技術改造,吸收國外的先進經驗,采用先進的技術和設備,加強企業管理,提高勞動生產率,降低企業的生產成本,提高企業的經濟效益,從而有效地減少礦工的勞動時間,降低勞動強度,保護礦工的身心健康。5結語繼瓦斯、火、水以及頂板后，熱害已經成為煤礦生產中的第五大災害。隨著礦井開采深度的不斷增加及機械化程度越來越高，采掘工作面的熱害將進一步加劇，采取降溫措施勢在必行。只有正確處理與對待高溫熱害問題，才能將高溫熱害的危害降到最低。要充分利用企業自身的能源和經濟優勢，必須在實踐中不斷總結經驗，找出一套符合高溫礦井實際的行之有效的辦法。參考文獻：陳安國.礦井熱害產生的原因、危害及防治措施［J］.中國安全科學學報,2004,14(8):3-6李紅陽.LFJ-160型礦用移動式冷風機的研制［J］.煤礦安全,2002,12:37-48金學玉.利用恒溫水源進行礦井降溫［J］.煤礦安全,2004,6:7-9王文,桂祥友,王國君.礦井熱害的產生和治理［J］.工業安全和環保,2003(4):33-35褚召祥,辛嵩,王偉,苗素軍.礦井壓氣蒸發冷卻降溫技術在煤礦的應用［J］.礦業快報,2008,11:96-98劉偉,錢高峰.利用電廠余熱制冷新技術治理礦井地熱災害的實踐［J］.煤礦安全,2008,10:24-44張輝,管從光,張曉磊.礦井熱害冰制冷降溫技術經濟性分析［J］.能源技術與管理,2008,6:136-138張朝昌,厲言忠,蘇林,徐東來,朱興明.透平膨脹制冷在高溫礦井降溫中的應用［J］.西安科技學院學報,2003,12:397-340翻譯部分：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,inconformitywiththeinstructionselaboratedbytheICPMCPetro?aniareexpressedbythefollowingrelations: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’emplacementisalongtheaccessroadtowardtheParangMountainstouristarea.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