Numerical modelling for the design of shortwall powered support units on the 2 seam at Matla Coal

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 détermination des capacités de charge pour l’unité de soutènement mécanisée (bouclier) pour la couche 2 courte taille en projet. Certains aspects de ce projet le rendaient intéressant pour utiliser la modélisation numérique en même temps que d’autres méthodes conventionnelles pour la conception des boucliers. Parmi ces aspects se trouvaient : Les panneaux de la couche 2 devaient être placés environ 25 m au dessous de la couche 4 courte taille ; la couche 4 avait été remplacée par la couche 5 longue taille ; la hauteur de taille proposée pour la couche 2 courte taille était 5.5 m, tandis que la couche 4 avait été exploitée à 4 m. La couche supérieure de la région (couche 5) avait été exploitée entre 1.5 et 2.2 m de hauteur ; il était difficile de prédire les conditions de taille, avec environ 95m de matériaux cassés ajoutant une charge morte à la plaque de séparation entre les couches 2 et 4 et un chargement cyclique causé par des bandes de grès dans l’entre-fardeau 2-4. L’idée principale de l’étude fut de prendre la situation connue et réussie (couche 4 courte taille) et de faire une modélisation comparative pour prédire les conditions probables de la couche 2. Certains des aspects à double dimension qui furent étudiés étaient : Un accrochage de remblai de 5m derrière les boucliers ; contraintes dans les poutres pour déterminer le premier intervalle probable entre remblai et toit ; contraintes dans les poutres en porte-à-faux pour évaluer le chargement cyclique causé par les bandes de grès dans l’entre-fardeau qui est accablé par le remblai et les contraintes sur les piliers par chaîne et d’écrasement adjacents au bord du remblai. Aspects à trois dimensions qui furent étudiés : 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 modelée dans la position des unités de soutènement mécanisées. La modélisation a permis de déterminer la capacité de portée optimale du bouclier du dispositif nouveau pour la couche 2. Ces résultats furent utilisés pour dresser les spécifications techniques pour la fabrication de l’équipement nouveau. La taille fut commissionnée avec succès en août