Preventiemaatregelen en monitortechnologie voor dynamische belasting in steenkoolmijn van Tangshan na een coal bump-ramp

Waarom ondergrondse schokken ons aangaan

Diep onder de grond werken mijnwerkers in tunnels door steenkool en gesteente die door enorme natuurlijke krachten worden samengedrukt. Soms wordt die druk plotseling vrijgegeven, waardoor steenkool en gesteente met groot geweld de mijn in worden geworpen in een gebeurtenis die een coal bump wordt genoemd. Deze schokken kunnen tunnels laten instorten en in één oogwenk levens kosten. Deze studie onderzoekt hoe een Chinese kolenmijn herstelde na een dodelijke coal bump door de druk in het gesteente zorgvuldig te verminderen en nauwgezet te volgen hoe het mijndak bewoog, en biedt daarmee lessen voor veiliger energieproductie wereldwijd.

Een mijn met een bewogen geschiedenis

De Tangshan-kolenmijn ligt diep onder een geologisch complexe regio, waar gesteentelagen zijn geplooid en doorkruist door vele breuken. In augustus 2019 veroorzaakte een grote coal bump daar de dood van zeven mijnwerkers. Onderzoekers concludeerden dat de ramp voortkwam uit een samenspel van omstandigheden: sterke krachten opgebouwd door de aardkorst, steenkool en gesteente die elastische energie kunnen opslaan en plots kunnen vrijgeven, geconcentreerde belastingen rond overgebleven kolompeilers, en trillingen door mijnbouwwerktuigen. Voordat de mijn een belangrijke productiezone, bekend als het 0250-werkfront, kon heropenen, moesten ingenieurs aantonen dat deze gevaarlijke condities onder controle konden worden gebracht.

De steenkool laten ontspannen

De eerste stap was het verminderen van de opgehoopte energie in de kolenzaag zelf. Het team gebruikte twee hoofdmethoden. Ze bliezen selectieve delen van de steenkool op met explosieven om opzettelijk scheuren en verzwakking aan te brengen op plaatsen met de hoogste spanning. Vervolgens boorden ze gaten met grote diameter langs de zijkanten van de tunnel, waardoor zones ontstonden waarin de steenkool gecontroleerd kon bezwijken en vervormen. Deze "drukontlastings"-gaten moedigen het gesteente aan geleidelijk te falen en energie af te voeren in plaats van die te laten ophopen tot een uitbarsting. Na deze campagne van opblazen en boren werd het resterende risico op een gewelddadige bump bij het 0250-front als laag beoordeeld—maar alleen als het mijndak stabiel bleef tijdens het hervatten van de winning.

Luisteren naar hoe het mijndak beweegt

De volgende uitdaging was om in realtime te observeren hoe het gesteente boven de tunnel reageerde terwijl de mijnmachines vooruitgingen. Bestaande methoden maten vooral indirecte signalen, zoals veranderende steunbelastingen of spanningen in boorgaten, die trage achtergrondkrachten en plotselinge schokken kunnen vermengen. In deze studie brachten de auteurs een vibratie-instrument in dat normaal wordt gebruikt in de machine- en hellingmonitoringindustrie. Ze boutten trillingssensoren aan kabels die in het hoofdgesteente van het dak waren verankerd en combineerden deze met meerpuntsverplaatsingsmeters die door 10 meter lange boorgaten waren geleid. Deze opstelling stelde hen in staat zowel vast te leggen hoe snel het dak bewoog tijdens korte schokevenementen als hoe ver het langzaam doorzakte over dagen.

Wat de cijfers over veiligheid zeggen

Gedurende enkele dagen productie schoof het mijnfront slechts enkele meters op, maar de instrumenten registreerden meer dan duizend trillingsrecords. Na het filteren van ruis richtte het team zich op de verticale beweging van het dak. Typische trillingssnelheden varieerden van enkele tot ongeveer 15 centimeter per seconde, waarbij elke uitbarsting slechts één tot twee seconden duurde—consistent met normale mijnwerkzaamheden zoals kolenafslag en steunverplaatsingen. De grootste snelle op-en-neer verplaatsingen, rond 35 centimeter, deden zich voor op slechts enkele meters voor de actieve snijzone, een gebied dat gewoonlijk niet met coal bumps wordt geassocieerd en waarschijnlijk verband houdt met routinematige machinehandelingen. Belangrijker nog: in de hoogdrukzone 7 tot 16 meter vóór het front—waar gevaarlijke bumps het meest worden gevreesd—bleven de verticale bewegingen van het dak binnen ongeveer 10 centimeter. Langetermijnsubsidentiemetingen van de verplaatsingsmeters toonden slechts kleine, geleidelijke verschuivingen, wat aangeeft dat het gelaagde dakgesteente intact en goed ondersteund bleef.

Vooruitkijken ondergronds

Gezamenlijk suggereren de resultaten dat de combinatie van drukontlasting vóór het winnen en continue, directe monitoring van dakbeweging de dynamische belastingen bij het 0250-werkfront binnen een veilig bereik hield. De kolen hadden al veel van hun opgeslagen energie verloren, en de resterende trillingen leken meer op het rustige ademhalen van een werkende mijn dan op de plotselinge schok van een ramp. De auteurs merken op dat de gebruikte vibratie-instrumenten nog langere opnametijden en slimmere gegevensverwerking nodig hebben voor dagelijks gebruik in de mijn. Desalniettemin wijst de aanpak—het doelbewust verzwakken van risicovolle kolenzones en daarna het nauwkeurig volgen van hoe het gesteente daadwerkelijk beweegt—op een transparantere, meetbare manier om te bepalen wanneer diepe winning kan doorgaan zonder een nieuwe dodelijke schok te riskeren.

Bronvermelding: Ma, S., Su, Y., Jia, D. et al. Prevention measures and monitoring technology of dynamic load in Tangshan coal mine after coal bump disaster. Sci Rep 16, 14593 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45527-9

Trefwoorden: coal bump, rockburst prevention, mine roof monitoring, vibration measurement, deep coal mining safety