Sub-level stoping in an underground limestone quarry: an analysis of the state of stress in an evolutionary scenario

• Autorzy: Cardu M. , Dipietromaria S. , Oreste P.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amsc-2016-0015

Warianty tytułu

PL

Wybieranie podpoziomowe wapienia w podziemnych kamieniołomach: analiza stanów naprężeń w scenariuszu rozwojowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this study was to evaluate the state of stress of a „voids-pillar“ structure excavated by means of the sub-level stoping method in an underground limestone quarry near Bergamo (Italy). Both the current structure of the quarry (i.e. the rooms exploited till now) and a possible future scenario were analysed using the (FDM) FLAC 2D code. The quarry has been in operation since 1927; at present, exploitation is carried out underground via the sub-level stoping method. Exploitation involves two levels, with 5 rooms on the upper level and 9 rooms on the lower level. After analysing data obtained from laboratory and in situ tests carried out on rock samples and natural discontinuities, the geomechanical properties of the medium, knowledge of which is essential in order to establish the parameters that must be included in the numerical model, were evaluated. The implementation of three numerical models made it possible to study both the present conditions of quarry exploitation and the evolution of the exploited rooms, as well as a possible expansion involving a third level of rooms. Using the results obtained regarding the stress-strain present in the pillars, a potential change in room geometry was proposed aimed at reducing the stress state inside the pillars, decreasing plasticity and increasing overall quarry safety.

PL

Celem pracy było zbadanie stanów naprężeń w strukturach składających się z filarów i pustek po wybieraniu wapienia w podziemnym kamieniołomie w pobliżu Bergamo (Włochy), metodą wybierania podpoziomowego. Zarówno obecna struktury kamieniołomu (komory powstałe po dotychczasowym wydobyciu) oraz możliwe scenariusze na przyszłość przeanalizowano przy użyciu kodu (FDM) FLAC 2D. Eksploatacja kamieniołomu trwa od 1972, w chwili obecnej wydobycie odbywa się pod ziemią, metodą wybierania podpoziomowego, na dwóch poziomach wybierania: 5 komór na poziomie wyższym i 9 komór – na niższym. Po analizie danych uzyskanych drogą testów laboratoryjnych oraz badania w terenie próbek skalnych i stref nieciągłości, określono właściwości geomechaniczne ośrodka niezbędne do obliczenia parametrów do modelu numerycznego. Implementacja trzech modeli numerycznych umożliwiła analizę zarówno obecnych warunków eksploatacji kamieniołomu, procesów zachodzących w wyeksploatowanych komorach, jak i projektowanie ewentualnego rozszerzenia wydobycia, w tym powstanie trzeciego poziomu. Wykorzystując otrzymane zależności naprężeń i odkształceń, zaproponowano zmiany w geometrii komór mające na celu obniżenie poziomu naprężeń w filarach, zmniejszenie ich podatności i ogólne podniesienie stanu bezpieczeństwa w kamieniołomie.

Słowa kluczowe

EN

underground exploitation; sub-level stoping; stress-strain conditions; safety factor; numerical modelling; mining method

PL

eksploatacja podziemna; wybieranie podpoziomowe; stan naprężeń i odkształceń; współczynnik bezpieczeństwa; modelowanie numeryczne; metoda wybierania

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 61, no. 1
• Strony: 199--216
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Cardu M.

• Politecnico di Torino Corso Duca Degli Abruzzi, 24-10129, Torino, Italy
• Igag Cnr, Torino, Italy

autor

Dipietromaria S.

• Mining Engineer, Verbania, Italy

autor

Oreste P.

• Politecnico di Torino Corso Duca Degli Abruzzi, 24-10129, Torino, Italy

Bibliografia

• [1] Berta G., Nasca F., Tamburi M., Cian P., 1999. Impiego di esplosivo per la coltivazione in sotterraneo di una roccia calcarea. Proc. Congr. Attuabilità e Problematiche degli Scavi in Galleria in Italia. A.N.I.M. Verona, Italia, 106-110.
• [2] Bieniawski Z.T., 1979. The Geomechanics Classification in Rock Engineering Application. [In:] Proc. 4 th International Congress of Rock Mechanics, Montreux, chap. 5. Balkema, Rotterdam, 55-95.
• [3] Bieniawski Z.T., 1983. The Geomechanics Classification (RMR System) in Design Application to Underground Excavation. Proc. International Symposium Eng. Geol. Underground Constr., LNEC, Lisbon, vol. 2, II.33-II.47.
• [4] Bieniawski Z.T., 1989. Engineering Rock Mass Classifications: a complete manual for engineers and geologists in mining, civil, and petroleum engineering. John Wiley & Sons Inc., New York, p. 251.
• [5] Coulthard M.A., 1999. Applications of numerical modelling in underground mining and construction. Geotechnical & Geological Engineering, 17 (3-4), 373-385.
• [6] Guarascio M., Oreste P., 2012. Evaluation of the stability of underground rock pillars through a probabilistic approach. American Journal of Applied Sciences, 9 (8), 1273-1282.
• [7] Hoek E., Brown E.T., 1980. Underground Excavations in Rock. London: Institution of Mining and Metallurgy.
• [8] Hoek E., Carranza-Torres C., Corkumb B., 2002. Hoek-Brown failure criterion. Proc. NARMS-TAC Conference, Toronto, 267-273.
• [9] Hoek E., Diederichs M.S., 2006. Empirical estimation of rock mass modulus. International Journal of Rock Mechanics & Science 43, 203-215.
• [10] Itasca Consulting Group, Inc., 2005. FLAC - Fast Lagrangian Analysis of Continua. Ver. 5.0. User’s Guide. Minneapolis, USA.
• [11] Itasca Consulting Group, Inc., 2010. FLAC - Fast Lagrangian Analysis of Continua, Ver. 6. User’s Guide. Minneapolis, USA.
• [12] Jing L., Hudson J.A., 2002. Numerical methods in rock mechanics. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 39 (4), 409-427.
• [13] Lawrence B.W., 2007. Considerations for Sublevel Open Stoping. Underground Methods Handbook, SME, Sec. 2.2, Ch. 2, Stopes Requiring minimum support - Sublevel Stoping, 11 pp.
• [14] Mancini R., Cardu M., Piovano V., 2003. How the underground quarry design evolves from feasibility study to operation: an analysis of two Italian cases. Proc. Int. Symp. IMBS, Istanbul, 767-774.
• [15] Mancini R., Cardu M., Piovano V., Zammarian L., 2005. Sublevel stoping at a large underground quarry: the improvement of the development and exploitation design. 14th International Symposium on Mine Planning and Equipment Selection-MPES, Banff, Canada. Singhal, Fytas, Chiwetelu Ed., 1621-1632.
• [16] Oreste P., 2012. Stability of rock pillars with singular and persistent discontinuities. American Journal of Applied Sciences, 9 (9), 1354-1372.
• [17] Oriard L.L., 1982. Blasting effects and their control. Underground Mining Methods Handbook, W.A. Hustrulid Ed. Society of Mining, Metallurgy and Exploration, 1590-1603.
• [18] Persson D.A., Holmberg R., Lee J., 1994. Rock Blasting and Explosives Engineering. CRC press. New York, U.S.A.
• [19] Stiehr J.F., Dean J.L., 2011. ISEE Blasters’ Handbook. International Society of Explosives Engineers Ed, 837-869.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę