ORIGINAL PAPER
Resource management in conditions of occurrence of linear discontinuous deformations
1
Silesian University of Technology, Faculty of Mining, Safety Engineering and Industrial Automation
Submission date: 2024-07-03
Final revision date: 2024-10-28
Acceptance date: 2025-01-20
Publication date: 2025-03-19
Corresponding author
Piotr Strzałkowski
Silesian University of Technology, Faculty of Mining, Safety Engineering and Industrial Automation
Silesian University of Technology, Faculty of Mining, Safety Engineering and Industrial Automation
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2025;41(1):163-179
KEYWORDS
TOPICS
Effective mineral deposits exploitationImpact of mineral raw materials industries on the environment
ABSTRACT
The work explores the conditions for the formation of discontinuous linear deformations, which most often take the form of ground steps. These deformations pose a significant threat to building structures, which are extremely difficult to protect from such damage. The frequent occurrence of this type of deformation and the threat it poses to public safety make the issue of predicting them both current and significant. Deformations often occur as a result of intense mining extraction. The paper presents geological and mining conditions that favor the formation of these deformations. The influence of horizontal tensile strain on the occurrence of discontinuous linear deformations is highlighted. Based on the presented case study and the author’s previous work, a conclusion has been drawn about a strain limit under the given conditions at which ground steps may occur. The paper also highlights the potential for discontinuous surface deformation (sinkholes) due to the suffosion phenomenon in the zone where these linear deformations occur.
The paper proposes a method for predicting the location of zones where ground steps may occur due to planned underground mining operations. Despite ongoing decarbonization efforts, intensive extraction of coking coal, which is listed as a critical raw material, will occur. However, such extraction should be conducted in a manner that prioritizes its sustainable impact on the surface. Taking the above into account, an example of conducting underground extraction is provided in a way that minimizes the threat of linear discontinuous deformations.
CONFLICT OF INTEREST
The Author have no conflict of interest to declare.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Gospodarka złożem w warunkach występowania deformacji nieciągłych liniowych
oddziaływanie eksploatacji górniczej, deformacje, stopnie terenowe
Praca dotyczy warunków powstawania deformacji nieciągłych liniowych, które przybierają najczęściej formę stopni terenowych. Deformacje te stanowią duże zagrożenie dla obiektów budowlanych, które niezwykle trudno jest zabezpieczyć przed uszkodzeniami. Częste występowanie tego typu deformacji oraz stwarzanie przez nie zagrożenia dla bezpieczeństwa publicznego powodują, że problematyka ich przewidywania jest aktualna i istotna. Deformacje występują często wskutek prowadzenia intensywnej eksploatacji górniczej. W pracy przedstawiono warunki geologiczno-górnicze sprzyjające powstawaniu tych deformacji. Wskazano na wpływ odkształceń poziomych rozciągających na występowanie deformacji nieciągłych liniowych. Na podstawie przedstawionego studium przypadku i wcześniejszej pracy autora wyciągnięto wniosek o istnieniu w danych warunkach granicznej wartości odkształceń, przy której wystąpić mogą stopnie terenowe. Wskazano również na możliwość występowania deformacji nieciągłych powierzchniowych wskutek występowania zjawiska sufozji w rejonie deformacji nieciągłych liniowych.
W artykule zaproponowano sposób przewidywania obszarów występowania tych deformacji, które może wywołać projektowana eksploatacja górnicza. Pomimo postępującej dekarbonizacji prowadzona będzie intensywna eksploatacja węgla kamiennego koksującego, który znajduje się na liście surowców krytycznych. Eksploatacja ta powinna się jednak odbywać na zasadzie zrównoważonego oddziaływania na powierzchnię. Biorąc pod uwagę powyższe, przedstawiono przykład prowadzenia eksploatacji w sposób pozwalający na minimalizację zagrożenia terenu deformacjami nieciągłymi liniowymi.
REFERENCES (35)
1.
Chudek et al. 1988 – Chudek, M., Janusz, W. and Zych, J. 1988. Study on diagnosis and prognosis of the formation of discontinuous deformation due to underground mining. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, seria Górnictwo 141(165), Gliwice (in Polish).
2.
Cempiel et al. 2023 – Cempiel, E., Strzałkowski, P., Ścigała, R. and Bryt-Nitarska, I. 2023. Assessment of damage causes of monumental objects located in mining areas – case study. Archives of Mining Sciences 68(2), pp. 187–205, DOI: 10.24425/ams.2023.146175.
3.
Deng et al. 2019 – Deng, Y., Chen, C., Xia, K., Pang, H., Sun, Ch., Yang, K. and Zheng, X. 2019. Investigation on the distribution characteristics of ground cracks in the Chengchao Iron Mine, China. Environmental Earth Sciences 78, DOI: 10.1007/s12665-019-8268-2.
4.
Gawlik, L. and Mokrzycki, E. 2019. Changes in the structure of electricity generation in Poland in view of the EU climate package. Energies 12(17), DOI: 10.3390/en12173323.
5.
Grygierek, M. and Kalisz, P. 2018. Influence of mining operations on road pavement and sewer system-selected case studies. Journal of Sustainable Mining 17(2), pp. 56–67, DOI: 10.1016/j.jsm.2018.04.001.
6.
Jia et al. 2020 – Jia, Z., Lu, Q., Peng, J., Qiao, J., Wang F., Wang, S. and Zhao, J. 2020. Analysis and comparison of two types of ground fissures in Dali County in the Weihe Basin, China. Environmental Earth Sciences 79, DOI: 10.1007/s12665-019-8783-1.
7.
John, A. 2021. Monitoring of Ground Movements Due to Mine Water Rise Using Satellite-Based Radar Interferometry – A Comprehensive Case Study for Low Movement Rates in the German Mining Area Lugau/Oelsnitz. Mining 1(1), pp. 35–58, DOI: https://doi.org/10.3390/mining....
8.
Kowalski, A. 2015. Surface deformations in the Upper Silesian Coal Basin (Deformacje Powierzchni w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym). Katowice: GIG (in Polish).
9.
Kowalski, A. 2020. Surface deformations in mining areas of hard coal mines (Deformacje Powierzchni Na Terenach Górniczych Kopalń Węgla Kamiennego). Katowice: GIG (in Polish).
10.
Knothe, S. 1984. Forecasting the Impacts of Mining Exploitation (Prognozowanie Wpływów Eksploatacji Górniczej). Katowice: Wyd. Śląsk (in Polish).
11.
Kratzsch, H. 1983. Mining Subsidence Engineering. Geological Magazine 121(4), DOI: 10.1017/S00167568 00029393.
12.
Li et al. 2004 – Li, X., Wang, S.J., Liu, T.Y. and Ma, F.S. 2004. Engineering geology, ground surface movement and fissures induced by underground mining in the Jinchuan Nickel Mine. Engineering Geology 76(1–2), pp. 93–107, DOI: 10.1016/j.enggeo.2004.06.008.
13.
Lian et al. 2020 – Lian, X., Hu, H., Li, T., Hu, D. 2020. Main geological and mining factors affecting ground cracks induced by underground coal mining in Shanxi Province, China. International Journal of Coal Science & Technology 7, pp. 362–370, DOI: 10.1007/s40789-020-00308-1.
14.
Malinowska, A.A. and Hejmanowski, R. 2016. The impact of deep underground coal mining on Earth fissure occurrence. Acta Geodynamica et Geomaterialia 13(4), pp. 321–330, DOI: 10.13168/AGG.2016.0014.
15.
Malinowska et al. 2018 – Malinowska, A.A., Misa, R. and Tajduś, K. 2018. Geomechanical modeling of subsidence related strains causing earth fissures. Acta Geodynamica et Geomaterialia 15(2), pp. 197–204, DOI: 10.13168/AGG.2018.0015.
16.
Orwat, J. 2020. Causes analysis of occurrence of the terrain surface discontinuous deformations of a linear type. Journal of Physics: Conference Series 1426, International Conference on Applied Sciences 9–11 May 2019, Hunedoara, Romania, DOI: 10.1088/1742-6596/1426/1/012016.
17.
Orwat, J. and Gromysz, K. 2021. O ccurrence consequences of mining terrain surface discontinuous linear deformations in a residential building. Journal of Physics: Conference Series 1781, International Conference on Applied Sciences (ICAS 2020) 20–22 May 2020, Hunedoara, Romania, DOI: 10.1088/1742-6596/1781/1/012013.
18.
Orwat, J. 2023. Influence of Discontinuous Linear Deformation on the Values of Continuous Deformations of a Mining Area and a Building Induced by an Exploitation of Hard Coal Seam. Applied Sciences 13(6), DOI: 10.3390/app13063549.
19.
Peng et al. 2016 – Peng, J.B., Qiao, J.W., Leng, Y.Q., Wang, F. and Xue, S. 2016. Distribution and mechanism of the ground fissures in Wei River Basin, the origin of the Silk Road. Environmental Earth Sciences 75(8), pp. 1–12, DOI: 10.1007/s12665-016-5527-3.
20.
Strzałkowski, P. 2015. Mathematical Model of Forecasting the Formation of Sinkhole Using Salustowicz’s Theory. Archives of Mining Science 60(1) , pp. 63–71, DOI: 10.1515/amsc-2015-0005.
21.
Strzałkowski, P. 2017. Proposal of predicting formation of sinkholes with an exemplary application. Journal of Mining Science 53(1), pp. 53‒58, DOI: 10.1134/S1062739117011835.
22.
Strzałkowski, P. and Szafulera, K. 2020. Occurrence of linear discontinuous deformations in Upper Silesia (Poland) in conditions of intensive mining extraction – case study. Energies 13(8), pp. 1–16, DOI: 10.3390/en13081897.
23.
Strzałkowski, P. and Ścigała, R. 2017. The causes of mining induced ground steps occurrence – case study from Upper Silesia in Poland. Acta Geodynamica et Geomaterialia 14(3), pp. 305–312, DOI: 10.13168/AGG.2017.0013.
24.
Strzałkowski, P. and Maruszczyk, M. 2024. Hard as a necessary energy resources in Poland. Archives of Mining Sciences 69(1), pp. 187–205, DOI: 10.24425/ams.2024.149827.
25.
Stryczek, S. and Gonet, A. 2000. Geoengineering (Geoinżynieria). Studia, Rozprawy, Monografie 71. Kraków: IGSMiE PAN.
26.
Szojda, L. 2019. Structural aspects of securing buildings in mining areas (Aspekty konstrukcyjne zabezpieczania budynków na terenach górniczych). Gliwice: Pol.Śl. (in Polish).
27.
Szojda, L. and Wandzik, G. 2019. Nieciągłe deformacje terenu – prognozowanie oraz konsekwencje ich występowania dla budynków. [W:] Kaszyńska M, (red.). Awarie budowlane: Zapobieganie, diagnostyka, naprawy, rekonstrukcje. Monografia: 513–516. (Kaszyńska M. ). Discontinuous terrain deformations – forecasting and consequences of their occurrence for building structures.
28.
Ścigała, R. 2013. The identification of parameters of theories used for prognoses of post mining deformations by means of present software. Archives of Mining Sciences 58(4), pp. 1347–1357, DOI: 10.2478/amsc-2013-0093.
29.
Ścigała, R. 2013. The influence of deposit tectonics on the distribution of deformations in the mining area (Wpływ tektoniki złoża na rozkład deformacji terenu górniczego). Gliwice: Pol.Śl. (in Polish).
30.
Ścigała, R. and Szafulera, K. 2020. Linear discontinuous deformations created on the surface as an effect of underground mining and local geological conditions-case study. Bulletin of Engineering Geology and the Environment 79, DOI: 10.1007/s10064-019-01681-1.
31.
Tajduś et al. 2023 – Tajduś, K., Sroka, A., Dudek, M., Misa, R., Hager, S. and Rusek, J. 2023. Effect of the entire coal basin flooding on the land surface deformation. Archives of Mining Sciences 3(68), pp. 375–392, DOI: 110.24425/ams.2023.146857.
32.
Wang et al. 2019 – Wang, F., Peng, J., Lu, Q., Cheng, Y., Meng, Z. and Qiao, J. 2019. Mechanism of Fuping ground fissure in the Weihe Basin of northwest China: fault and rainfall. Environmental Earth Sciences 78, DOI: 10.1007/s12665-019-8421-y.
33.
Whittaker, B.W. and Redish, D.J. 1989. Subsidence – Occurrence, Prediction and Control. Developments in Geotechnical Engineering 56, DOI: 10.1016/0148-9062(90)95372-8.
34.
Woo et al. 2013 – Woo, K., Eberhardt, E., Elmo, D. and Stead, D. 2013. Empirical investigation and characterization of surface subsidence related to block cave mining. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 61, pp. 31–42. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2013.01.015.
35.
Zhu et al. 2018 – Zhu, H., He, F. and Fan, Y. 2018. Development mechanism of mining-induced ground fissure for shallow burial coal seam in the mountains area of southwestern China: a case study. Acta Geodynamica et Geomaterialia 15(4), pp. 329–362, DOI: 10.13168/AGG.2018.0026.
| eISSN: | 2299-2324 |
| ISSN: | 0860-0953 |
We process personal data collected when visiting the website. The function of obtaining information about users and their behavior is carried out by voluntarily entered information in forms and saving cookies in end devices. Data, including cookies, are used to provide services, improve the user experience and to analyze the traffic in accordance with the Privacy policy. Data are also collected and processed by Google Analytics tool (more).
You can change cookies settings in your browser. Restricted use of cookies in the browser configuration may affect some functionalities of the website.
You can change cookies settings in your browser. Restricted use of cookies in the browser configuration may affect some functionalities of the website.
