Critical evaluation and qualitative comparison of two mining methods for a sustainable underground extraction of Marignac

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Autoren

Abstract

Um den untertägigen Abbau der Lagerstätte Marignac in der OMYA Bergwerk St. Beat zu realisieren, müssen in einem ersten Schritt geeignete Abbauverfahren hinsichtlich Stabilität und Kosten evaluiert werden. Diese Evaluierung ist das Ziel der vorliegenden Masterarbeit. Aufgrund von Vorstudien wurden zwei Abbauverfahren zur näheren Untersuchung ausgewählt. Dabei handelt es sich zum einen um ein Kammerbauverfahren, wie es bereits in bestehenden Abbaurevieren von St. Beat angewendet wird, und zum anderen um das sogenannte Raise-Mining-Verfahren. Im Vergleich zum Kammerbau stellt Raise-Mining im großen Maßstab und mechanisierter Ausführung eine relativ neue Art dieser Abbaumethode dar, die bisher nur in zwei Untertagebetrieben angewendet wird und somit sind Abbauerfahrungen mit dem Raise-Mining-Verfahren limitiert. Darüber hinaus liegen nur begrenzte Erfahrungen bezüglich der Festigkeit und des Verhaltens des Festenverbundsystems vor, das durch die Raise-Mining-Kammern mit kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt gebildet wird. Die Standsicherheit der beiden gewählten Abbauverfahren wird mittels numerischer Simulationen analysiert und miteinander qualitativ verglichen. Dazu werden zunächst einzelne Hohlräume und einzelne Abbaufelder im Kammerbau sowie im Raise-Mining untersucht. Anschließend werden, unter den in Marignac vorzufindenden geotechnischen Verhältnissen, ein Kammerbau-Layout und ein Raise-Mining-Layout mit einem annähern gleichen Ausbringen untersucht. Der qualitative Vergleich der beiden Abbaumethoden anhand der Ergebnisse der numerischen Simulationen zeigt, dass das Raise-Mining für die untertägige Gewinnung von Marignac im Hinblick auf die Stabilität besser geeignet ist als der Kammerbau bei gleichem Ausbringen. Zentral dafür ist vor allem die besondere Form des Festenverbundsystems. Diese besondere Form des Raise-Mining-Festensystems erzeugt im Vergleich zum Festensystem des Kammerbaus eine größere und meist dreidimensionale Einspannung, was zu einer höheren Festigkeit des Festenverbundsystems führt. Die schmalen Abschnitte des Raise-Mining-Festensystems stellen dessen schwächste Stellen dar, aber auch sie haben eine höhere Einspannung als die Festen im Kammerbau. Der Einfluss des vorherrschenden Kluftsystems in Marignac wird ebenfalls konzeptionell diskutiert. Die Verschneidungen von Diskontinuitäten mit den Kammerulmen können zu kritischen Blöcken führen, die wiederum zu einem strukturkontrollierten Versagen führen können. Aufgrund der großen Höhe der Raise-Mining-Kammern treten kritische Blöcke im Raise-Mining-Festensystem häufiger in vertikaler Richtung, aber auf kürzeren horizontalen Längen auf. Die höhere Einspannung im Raise-Mining-Festensystem wirkt sich jedoch positiv auf die Rückhaltekräfte von kritischen Blöcken aus, welcher Umstand einem strukturkontrollieren Versagen entgegenwirkt. Neben der Stabilität wurde auch eine Produktivitätsanalyse für die beiden Abbauverfahren durchgeführt. Es hat sich gezeigt, dass die Produktivität, gemessen in abgebauter Tonnage pro Mannstunde, beim Raise-Mining-Verfahren höher ist als beim Kammerbau. Dieses Ergebnis lässt die Hypothese aufstellen, dass das Raise-Mining niedrigere Gestehungskosten als der Kammerbau hat. Um diese Hypothese zu bestätigen, bedarf es jedoch weiterer Untersuchungen, welche die spezifischen Kosten der einzelnen Abbauaktivitäten in St. Beat berücksichtigen. Die Ergebnisse dieser Arbeit sprechen eindeutig für die Bevorzugung des Raise-Mining-Verfahrens in Marignac. Allerdings gibt es noch offene Punkte zum Raise-Mining in Marignac, die insbesondere die Stabilität der Kammern und die Stabilität des Festenverbundsystems umfassen. Entsprechende Untersuchungen werden empfohlen. Diese Untersuchungen sollten mit detaillierten Informationen über die geologischen und geotechnischen Verhältnisse in Marignac durchgeführt werden.

Details

Titel in ÜbersetzungKritische Bewertung und qualitativer Vergleich von zwei Abbaumethoden für eine nachhaltige Untertagegewinnung von Marignac
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung16 Dez. 2022
StatusVeröffentlicht - 2022