TY - THES

T1 - Untersuchung eines Kammer-Festen Abbausystems mit isolierten Abbaukammern

AU - Kirschner, Patrick

N1 - gesperrt bis 09-12-2024

PY - 2019

Y1 - 2019

N2 - Bei einer untertägigen Gewinnung von Rohstoffen im Raise-Mining Abbauverfahren werden Kammern mit einer zylindrischen Geometrie abgebaut. Benachbarte Kammern werden durch Bergfesten voneinander getrennt. Im Gegensatz zu „klassischen“ Bergfestensystemen, bei welchen Bergfesten isolierte, freistehende Elemente darstellen, ist das Bergfestensystem des Raise-Minings ein Festenverbundsystem. Ein solches Festenverbundsystem ist dadurch gekennzeichnet, dass die Festen einen allseitig eingespannten Verband bilden. Aus diesem Grund ist ein abweichendes Verhalten von freistehenden Bergfesten zu erwarten. Derzeit besteht wenig bis keine Erfahrung betreffend das Verhalten derartiger Festenverbundsysteme. In dieser Arbeit werden daher Festenverbundsysteme im Labormaßstab betrachtet. Dazu wird ein Prüfverfahren entwickelt, welches die realen Gegebenheiten des Festenverbundsystems in einem Bergbau über Modellgesetze berücksichtigt. Die Prüfung im Labor erfolgt mittels einaxialen Belastungsversuchen. Dabei werden sowohl der Vor- als auch der Nachbruchbereich untersucht. Zur Simulation der Einspannung des Gebirgskörpers ist zudem ein spezieller Prüfrahmen gebaut worden. Ziel der Laborversuche ist, das Verhalten und die Festigkeit von Festenverbundsystemen unter verschiedenen Belastungsrichtungen zu analysieren und zu beschreiben. Die Beschreibung erfolgt vorwiegend über die Bruchfestigkeit, Steifigkeit und Bruchausbildung. Neben den Belastungsarten werden das Ausbringen (Festengröße) sowie die Festengeometrie (Kammeranordnung) variiert. Bereits vorhandene numerische Simulationen beschreiben die Spannungsumlagerungen im Festenverbundsystem und diese werden ergänzend zur Auswertung der Laborversuche herangezogen. Die Ergebnisse zeigen einen signifikanten Unterschied des Festenverhaltens und der Festenfestigkeit bei unterschiedlichen Belastungsrichtungen. Bei vertikaler Belastung des Festenverbundsystems ist keine signifikante Verringerung der Festigkeit infolge des Abbaus der zylindrischen Kammern festgestellt worden. Als deutlich kritischer stellt sich laut den Versuchsergebnissen die laterale Belastung des Festenverbundsystems heraus. Hier kann es durch den Abbau der zylindrischen Kammern bei deutlich geringeren Belastungen zu Überlastungen führen. Aufgrund dieser Untersuchungen erscheint es zweckmäßig, die Abbaukammern mit Versatzmaterial zu verfüllen. Somit wurde die Notwendigkeit für weiterreichende Versuche mit Versatz aufgezeigt. Bei der Interpretation der Versuchsergebnisse hat sich herausgestellt, dass Verbesserungsmöglichkeiten in der Datenaufnahme bestehen. Als besonders schwierig hat sich die Beurteilung der Belastung der Modellfesten herausgestellt.

AB - Bei einer untertägigen Gewinnung von Rohstoffen im Raise-Mining Abbauverfahren werden Kammern mit einer zylindrischen Geometrie abgebaut. Benachbarte Kammern werden durch Bergfesten voneinander getrennt. Im Gegensatz zu „klassischen“ Bergfestensystemen, bei welchen Bergfesten isolierte, freistehende Elemente darstellen, ist das Bergfestensystem des Raise-Minings ein Festenverbundsystem. Ein solches Festenverbundsystem ist dadurch gekennzeichnet, dass die Festen einen allseitig eingespannten Verband bilden. Aus diesem Grund ist ein abweichendes Verhalten von freistehenden Bergfesten zu erwarten. Derzeit besteht wenig bis keine Erfahrung betreffend das Verhalten derartiger Festenverbundsysteme. In dieser Arbeit werden daher Festenverbundsysteme im Labormaßstab betrachtet. Dazu wird ein Prüfverfahren entwickelt, welches die realen Gegebenheiten des Festenverbundsystems in einem Bergbau über Modellgesetze berücksichtigt. Die Prüfung im Labor erfolgt mittels einaxialen Belastungsversuchen. Dabei werden sowohl der Vor- als auch der Nachbruchbereich untersucht. Zur Simulation der Einspannung des Gebirgskörpers ist zudem ein spezieller Prüfrahmen gebaut worden. Ziel der Laborversuche ist, das Verhalten und die Festigkeit von Festenverbundsystemen unter verschiedenen Belastungsrichtungen zu analysieren und zu beschreiben. Die Beschreibung erfolgt vorwiegend über die Bruchfestigkeit, Steifigkeit und Bruchausbildung. Neben den Belastungsarten werden das Ausbringen (Festengröße) sowie die Festengeometrie (Kammeranordnung) variiert. Bereits vorhandene numerische Simulationen beschreiben die Spannungsumlagerungen im Festenverbundsystem und diese werden ergänzend zur Auswertung der Laborversuche herangezogen. Die Ergebnisse zeigen einen signifikanten Unterschied des Festenverhaltens und der Festenfestigkeit bei unterschiedlichen Belastungsrichtungen. Bei vertikaler Belastung des Festenverbundsystems ist keine signifikante Verringerung der Festigkeit infolge des Abbaus der zylindrischen Kammern festgestellt worden. Als deutlich kritischer stellt sich laut den Versuchsergebnissen die laterale Belastung des Festenverbundsystems heraus. Hier kann es durch den Abbau der zylindrischen Kammern bei deutlich geringeren Belastungen zu Überlastungen führen. Aufgrund dieser Untersuchungen erscheint es zweckmäßig, die Abbaukammern mit Versatzmaterial zu verfüllen. Somit wurde die Notwendigkeit für weiterreichende Versuche mit Versatz aufgezeigt. Bei der Interpretation der Versuchsergebnisse hat sich herausgestellt, dass Verbesserungsmöglichkeiten in der Datenaufnahme bestehen. Als besonders schwierig hat sich die Beurteilung der Belastung der Modellfesten herausgestellt.

KW - rock mechanics

KW - pillar system

KW - pillar compound system

KW - modeling

KW - laboratory tests

KW - Gebirgsmechanik

KW - Festensystem

KW - Festenverbundsystem

KW - Modellversuche

KW - Laborversuche

M3 - Masterarbeit

ER -