TY - THES

T1 - Analyse der Gebirgsdrucksituation für einen querschlägigen und streichenden Abbauzuschnitt im Revier VI des Magnesitbergbaus Breitenau

AU - Moosbacher, Benedikte

N1 - gesperrt bis 15-04-2029

PY - 2024

Y1 - 2024

N2 - Aufgrund der zunehmenden Rohstoffnachfrage infolge des Wachstums der Bevölkerung und der Erschöpfung oberflächennaher Lagerstätten, ist es unumgänglich verstärkt tieferliegende Lagerstätten abzubauen. Mit dem Vordringen in die Teufe erhöhen sich jedoch auch die primären Spannungen, und die Kontrolle des Gebirgsdrucks wird zentral. Um die Gesellschaft adäquat mit Rohstoffen zu versorgen und gleichzeitig einen wirtschaftlichen, möglichst nachhaltigen und vor allem sicheren Abbau zu gewährleisten, ist es unerlässlich, die spezifischen Gegebenheiten und Herausforderungen, die mit zunehmender Teufe einhergehen, zu bewältigen. In dieser Arbeit wird der Magnesit Bergbau Breitenau, welcher seinen Abbau weiter in die Teufe ausweitet, betrachtet. Mit der Erhöhung der Teufe nimmt auch die Komplexität des Verhiebs im Bergbau Breitenau zu. Der Abbau im Westfeld erfolgt über einen schwebend geführten Teilsohlenkammerbau. Ein besonderes Augenmerk in dieser Arbeit liegt auf der projektierten Erweiterung im Revier VI. Eine Rotation der Kammerorientierung von 75° (querschlägige Abbauzuschnitt), welche der derzeitigen Orientierung des Westfeld entspricht, auf 140° (streichender Abbauzuschnitt) wird untersucht. Der streichende Abbauzuschnitt wird mit dem querschlägigen verglichen, um die Auswirkungen hinsichtlich der Spannungen und Zustände der Strecken zu betrachten. Dazu wurden zu Beginn dieser Arbeit die in-situ Zustände der Strecken im Westfeld aufgenommen. Folgend darauf wurden linear elastische numerische Simulationen des Westfeldes durchgeführt. Dabei wurde eine Kammer nach der anderen gemäß der realen Sequenz abgebaut. Im Zuge des Abbaus werden die Baufeldfesten überlastet und entspannen sich. Um diesen Effekt in der numerischen Analyse wiederzugeben, wurden die Baufeldfesten ¿weich¿ gemacht, das heißt die Spannungen der Baufeldfesten wurden Null gesetzt und ein neues Elastizitätsmodul (im Zuge einer Kalibrierung ermittelt) wurde aufgegeben. Die Adjustierung der Primärspannungen und des E-Moduls erfolgte über die Rückanalyse bzw. Kalibrierung. Dabei wurde der RCF-Wert aus den Hauptnormalspannungen der numerischen Simulationen berechnet und mit den aufgenommenen Streckenzuständen abgeglichen. Dieser Vorgang der Adjustierung wurde wiederholt, bis die Gegebenheiten vor Ort durch die numerischen Simulationen wiedergespielt wurden und die passenden Zustände bzw. Werte der Primärspannungen und des E-Moduls gefunden wurden. Hierbei ist zu beachten, dass lediglich der Endzustand der Strecken betrachtet wurde. Darauf folgte die Vorwärtsanalyse, sprich die gewonnenen Erkenntnisse wurden auf die beiden Varianten der Erweiterung, der streichenden und querschlägigen Abbauführung angewandt und simuliert. Es wurden dieselben Materialparameter und Simulationsvorgang gewählt. Hinsichtlich der Sequenzen wurden verschiedene Varianten betrachtet. Die zwei Abbauvarianten wurden im Hinblick auf die Veränderung der Spannungen und Zustände in den Strecken im Verlauf der einzelnen Abbauetappen betrachtet. Zusätzlich erfolgte eine detaillierte Betrachtung sensibler Bereiche der langfristigen Infrastruktur und Barrierefesten. Die Kombination von numerischer Simulation und Kalibrierung ermöglicht die Prognose der Spannungszustände, Spannungsumlagerungen und zu erwartenden Streckenzustände. Dies wiederum gibt die Möglichkeit, frühzeitig Modifikationen vorzunehmen und den Abbau an die vorgefundenen Gegebenheiten anzupassen bzw. zu optimieren.

AB - Aufgrund der zunehmenden Rohstoffnachfrage infolge des Wachstums der Bevölkerung und der Erschöpfung oberflächennaher Lagerstätten, ist es unumgänglich verstärkt tieferliegende Lagerstätten abzubauen. Mit dem Vordringen in die Teufe erhöhen sich jedoch auch die primären Spannungen, und die Kontrolle des Gebirgsdrucks wird zentral. Um die Gesellschaft adäquat mit Rohstoffen zu versorgen und gleichzeitig einen wirtschaftlichen, möglichst nachhaltigen und vor allem sicheren Abbau zu gewährleisten, ist es unerlässlich, die spezifischen Gegebenheiten und Herausforderungen, die mit zunehmender Teufe einhergehen, zu bewältigen. In dieser Arbeit wird der Magnesit Bergbau Breitenau, welcher seinen Abbau weiter in die Teufe ausweitet, betrachtet. Mit der Erhöhung der Teufe nimmt auch die Komplexität des Verhiebs im Bergbau Breitenau zu. Der Abbau im Westfeld erfolgt über einen schwebend geführten Teilsohlenkammerbau. Ein besonderes Augenmerk in dieser Arbeit liegt auf der projektierten Erweiterung im Revier VI. Eine Rotation der Kammerorientierung von 75° (querschlägige Abbauzuschnitt), welche der derzeitigen Orientierung des Westfeld entspricht, auf 140° (streichender Abbauzuschnitt) wird untersucht. Der streichende Abbauzuschnitt wird mit dem querschlägigen verglichen, um die Auswirkungen hinsichtlich der Spannungen und Zustände der Strecken zu betrachten. Dazu wurden zu Beginn dieser Arbeit die in-situ Zustände der Strecken im Westfeld aufgenommen. Folgend darauf wurden linear elastische numerische Simulationen des Westfeldes durchgeführt. Dabei wurde eine Kammer nach der anderen gemäß der realen Sequenz abgebaut. Im Zuge des Abbaus werden die Baufeldfesten überlastet und entspannen sich. Um diesen Effekt in der numerischen Analyse wiederzugeben, wurden die Baufeldfesten ¿weich¿ gemacht, das heißt die Spannungen der Baufeldfesten wurden Null gesetzt und ein neues Elastizitätsmodul (im Zuge einer Kalibrierung ermittelt) wurde aufgegeben. Die Adjustierung der Primärspannungen und des E-Moduls erfolgte über die Rückanalyse bzw. Kalibrierung. Dabei wurde der RCF-Wert aus den Hauptnormalspannungen der numerischen Simulationen berechnet und mit den aufgenommenen Streckenzuständen abgeglichen. Dieser Vorgang der Adjustierung wurde wiederholt, bis die Gegebenheiten vor Ort durch die numerischen Simulationen wiedergespielt wurden und die passenden Zustände bzw. Werte der Primärspannungen und des E-Moduls gefunden wurden. Hierbei ist zu beachten, dass lediglich der Endzustand der Strecken betrachtet wurde. Darauf folgte die Vorwärtsanalyse, sprich die gewonnenen Erkenntnisse wurden auf die beiden Varianten der Erweiterung, der streichenden und querschlägigen Abbauführung angewandt und simuliert. Es wurden dieselben Materialparameter und Simulationsvorgang gewählt. Hinsichtlich der Sequenzen wurden verschiedene Varianten betrachtet. Die zwei Abbauvarianten wurden im Hinblick auf die Veränderung der Spannungen und Zustände in den Strecken im Verlauf der einzelnen Abbauetappen betrachtet. Zusätzlich erfolgte eine detaillierte Betrachtung sensibler Bereiche der langfristigen Infrastruktur und Barrierefesten. Die Kombination von numerischer Simulation und Kalibrierung ermöglicht die Prognose der Spannungszustände, Spannungsumlagerungen und zu erwartenden Streckenzustände. Dies wiederum gibt die Möglichkeit, frühzeitig Modifikationen vorzunehmen und den Abbau an die vorgefundenen Gegebenheiten anzupassen bzw. zu optimieren.

KW - Gebirgsmechanik

KW - Numerische Simulationen

KW - Tiefer Bergbau

KW - Gebirgsspannungen

KW - Spannungsumlagerungen

KW - Rock Mechanics

KW - Numerical Simulations

KW - Deep Mining

KW - Rock Stress

KW - Stress Changes

M3 - Masterarbeit

ER -