A contribution towards the practical implementation of stress management concepts in underground mining

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Das Auffahren von Hohlräumen verursacht Spannungsumlagerungen im Gebirge. Es kommt zur Ausbildung von hochbelasteten und druckentspannten Zonen sowie zur Freisetzung von seismischer Energie. Letztere Effekte werden aufgrund der steigenden Primärspannungen mit zunehmender Teufe ausgeprägter. Als Folge treten Gebirgsdruckerscheinungen, wie spannungsinduzierte Bruchzonen oder Gebirgsschläge, auf. Die Schwere der Gebirgsdruckerscheinungen nimmt dabei ebenso aufgrund der steigenden, primären Gebirgsspannungen mit der Teufe zu. Gefährden die auftretenden Gebirgsdruckerscheinungen den sicheren, möglichst vollständigen und wirtschaftlichen Abbau der Lagerstätte, werden diese üblicherweise als Gebirgsdruckprobleme bezeichnet. Derartige Gebirgsdruckprobleme treten häufig im tiefen Bergbau auf und deren Beherrschung ist entscheidend für einen erfolgreichen Abbau einer Lagerstätte. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Beherrschung des Gebirgsdrucks im tiefen Bergbau. Zunächst werden die Ursachen und Konsequenzen von Gebirgsdruckproblemen sowie Strategien zu deren Bekämpfung untersucht. Dabei zeigt sich, dass eine passive Strategie, welche auf eine Abmilderung der Konsequenzen von Gebirgsdruckproblemen abzielt, dominiert. Eine aktive Strategie, welche potenzielle Quellen von Gebirgsdruckproblemen eliminiert und daher als überlegen angesehen wird, ist jedoch wegen verschiedener Gründe kaum verbreitet. Ein Grund davon ist der Mangel an anwendbaren aktiven Strategien in einer Vielzahl an Situationen und vor allem in steilstehenden und massiven Lagerstätten. Dieser Mangel wird adressiert und ein Konzept zur Gebirgsdruckbeherrschung vorschlagen. Dieses Konzept baut auf Elementen, welche entweder isoliert oder in Kombination gewisse Funktionen besitzen, auf. Die Hauptelemente sind Hohlräume, Festen, Belastungssysteme und Zeit. Die ersten drei Elemente beschreiben dabei den Abbauzuschnitt und das vierte Element die Abbausequenz. Das vorgeschlagene Konzept zur Gebirgsdruckbeherrschung kann daher als vierdimensional angesehen werden. Die physikalischen Effekte der Elemente sowie die Elementfunktionen, welche auf diesen physikalischen Effekten basieren, werden untersucht. Die Elemente und deren Funktionen müssen systematisch kombiniert werden, um das Konzept zur Gebirgsdruckbeherrschung zu implementieren. Dazu werden Zuschnitte und Sequenzen, welche eine entsprechende aktive Strategie zur Gebirgsdruckbeherrschung ermöglichen, aufgezeigt und analysiert. Des Weiteren werden kritische Aspekte sowie offene Punkte zur Implementierung des Konzepts diskutiert. Bei der Implementierung werden zunächst druckentspannte Zonen in der Lagerstätte in der sogenannten Entspannungsphase geschaffen. Die geschaffenen druckentspannten Zonen werden in der darauffolgenden sogenannten Produktionsphase, in welcher der großräumige Abbau stattfindet, genutzt, um Aus- und Vorrichtung sowie Abbauhohlräume vor Gebirgsdruckerscheinungen zu schützen. Die vorherrschende Gebirgsdrucksituation wird in beiden Phasen zudem durch speziell geplante Strukturen und Abbausequenzen positiv beeinflusst. Relevante Aspekte der aufgezeigten Zuschnitte und Sequenzen werden zunächst auf konzeptueller Basis behandelt. Danach wird die Anwendung des Konzepts zur Gebirgsdruckbeherrschung in steilstehenden oder massiven Lagerstätten demonstriert, wofür die Abbaumethode Raise Mining eingesetzt wird. Abschließend wird eine Fallstudie zur Implementierung des Konzepts im Bergwerk Kiruna durchgeführt. Diese Fallstudie zeigt deutlich das Potenzial und die Vorteile einer aktiven Strategie für die Gebirgsdruckbeherrschung. Insgesamt zeigen die Untersuchungen und Analysen der vorliegenden Arbeit, dass das vorgeschlagene Konzept zur Gebirgsdruckbeherrschung signifikante Vorteile bietet. Ein Einsatz des Konzepts wirkt sich daher positiv auf den sicheren, möglichst vollständigen und wirtschaftlichen Abbau von

Details

Titel in ÜbersetzungEin Beitrag zur Implementierung von Konzepten zur Gebirgsdruckbeherrschung im untertätigen Bergbau
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Wagner, Horst, Betreuer (intern)
  • Moser, Peter, Beurteiler A (intern)
  • Konietzky, Heinz, Mitbetreuer (extern), Externe Person
  • Goetz, Damien, Beurteiler A (extern), Externe Person
StatusVeröffentlicht - 2022