The role of pillars in raise caving

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Autoren

Abstract

Der Verbrauch von mineralischen Rohstoffen steigt durch das Bevölkerungswachstum und das Wirtschaftswachstum stetig an. Da erdoberflächennahe Minerallagerstätten bereits abgebaut sind, müssen tiefer liegende Lagerstätten abgebaut werden, um den Bedarf an mineralischen Rohstoffen zu decken. Mit den größer werdenden Teufen und dem einhergehenden Anstieg der Spannungen, nehmen auch Gebirgsdruckprobleme zu. In LKAB’s Eisenerzbergbau in Kiruna treten seit Jahren Gebirgsdruckprobleme auf. Daher wird zurzeit das neue Abbauverfahren „Raise-Bruchbau“ entwickelt. Dieses Verfahren basiert auf aktivem Spannungsmanagement. Am Beginn des Abbaues werden Schlitze, von einem vorgebohrten Raise aus, mit Hilfe von Bohren und Sprengen in Streichrichtung, aufgefahren. Diese sogenannten „Entspannungsschlitze“ bilden einen Spannungsschatten, in welchem großflächig angelegter Abbau betrieben wird. Die Schlitze werden von massiven Bergfesten getrennt. Die Gebirgsfesten sind für den Erfolg des Raise-Bruchbau Verfahrens ausschlaggebend. In der sogenannten „Enstpannungsphase“ am Beginn des Abbaus müssen die Bergfesten Spannungen, seismische Aktivitäten und das Hereinbrechen des Hangenden kontrollieren. In der „Produktionsphase“ wird der großflächig angelegte Abbau im entspannten Bereich hinter den Schlitzen gestartet. Die benötigte Infrastruktur für den Abbau wird im entspannten Erzkörper aufgefahren. Kammern werden ebenfalls im entspannten Bereich hinter den Schlitzen abgebaut. Um das Ausbringen zu erhöhen, müssen zumindest einige der massiven Festen und das Erz dahinter abgebaut werden. Da die Festen nach der „Entspannungsphase“ hochbelastet sind, müssen diese Spannungen zunächst reduziert werden, bevor der Abbau der Festen beginnen kann. Deswegen sind Studien über das Verhalten und die Rolle der Festen im Raise-Bruchbau Verfahren von großem Interesse. In dieser Arbeit werden zuerst die Wichtigkeit und die Rolle der Festen gezeigt und auf konzeptueller Ebene diskutiert. Um die Spannungsumlagerungen, die von Festen mit einer gewissen Geometrie und einem gewissen Verhalten verursacht werden, in einem Raise-Bruchbau-Layout zu zeigen, werden numerische Simulationen herangezogen. Dafür werden verschieden Layouts miteinander verglichen, um die Auswirkungen auf Spannungen im Raise-Bruchbau-Layout, auf Festen und auf Infrastrukturstabilität, welche mit dem RCF-Wert bewertet wird, darzustellen. Weiters werden unendlich stabile Festen, welche nicht überlastet werden können, und Festen, die überbeansprucht werden können, in den Simulationen abgebildet. Alle Simulationen basieren auf linear elastischem Materialverhalten. Die Überbeanspruchung von Festen wird anhand von Spannungs-Dehnungs-Diagrammen für Festen aus vorhandener Literatur in die Simulationen implementiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Festen im Raise-Bruchbau-Verfahren einen immens hohen Stellenwert besitzen. Die Überbeanspruchung von Festen in der „Entspannungsphase“ führt zu großen Spannungsumlagerungen. Dadurch steigen die Spannungen in den seitlichen Auflagern, sowie im oberen Auflager des Raise-Bruchbau-Layouts. Ein angepasstes Layout kombiniert mit einer spezifisch angepassten Abbausequenz und dem Festenverhalten, können diese kritischen Überbeanspruchungen in der Entspannungsphase eindämmen. Da die massiven Gebirgsfesten nach der Entspannungsphase hoch belastet sind, müssen diese Spannungen vor dem großflächigen Abbau und dem Auffahren von Infrastruktur in bzw. hinter diesen Festen entspannt werden. Dies geschieht in dem die Festenfestigkeit stufenweise durch das Verkleinern des Breiten zu Höhen Verhältnisses durch den voranschreitenden Abbau von Kammern herabgesetzt wird. Dadurch kommt es zu einer Überlastung der Feste und die Feste wird folglich entspannt. Methoden wie das Vorbehandeln der Feste, um Risse zu erzeugen, können den Entspannungsprozess der Feste unterstützen. Das instabile Versagen der Festen in der Produktionsphase muss verhindert werden. Die Ergebnisse die Arbeit können als Grundlage für die Wahl eines Layouts für das Raise-Bruchbau-Verfahren verwendet werden. Zur Klärung der noch offenen Fragen, sind weitere Studien vor allem im Bereich des Festenverhaltens zu empfehlen.

Details

Titel in ÜbersetzungDie Rolle von Bergfesten im Raise-Bruchbau-Verfahren
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung21 Okt. 2022
StatusVeröffentlicht - 2022