Stope stability assessment and effect of horizontal to vertical stress ratio on the yielding and relaxation zones around underground open stopes using empirical and finite element methods

• Autorzy: Sepehri M. , Apel D. , Liu W.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amsc-2017-0047

Warianty tytułu

PL

Ocena stabilności przodka wybierkowego i wpływ relacji naprężeń poziomych do pionowych na strefy osiadania i odprężenia w okolicy przodka prowadzonego bez obudowy w kopalniach podziemnych przy zastosowaniu metody empirycznej oraz metody elementów skończonych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Predicting the stability of open stopes can be a challenging task for underground mine engineers. For decades, the stability graph method has been used as the first step of open stope design around the world. However, there are some shortcomings with this method. For instance, the stability graph method does not account for the relaxation zones around the stopes. Another limitation of the stability graph is that this method cannot to be used to evaluate the stability of the stopes with high walls made of backfill materials. However, there are several analytical and numerical methods that can be used to overcome these limitations. In this study, both empirical and numerical methods have been used to assess the stability of an open stope located between mine levels N9225 and N9250 at Diavik diamond underground mine. It was shown that the numerical methods can be used as complementary methods along with other analytical and empirical methods to assess the stability of open stopes. A three dimensional elastoplastic finite element model was constructed using Abaqus software. In this paper a sensitivity analysis was performed to investigate the impact of the stress ratio “k” on the extent of the yielding and relaxation zones around the hangingwall and footwall of the understudy stope.

PL

Prognozowanie stabilności przodka wybierkowego stanowi poważne wyzwanie dla inżynierów górnictwa. Przez dziesięciolecia na całym świecie do projektowania przodka wybierkowego prowadzonego bez obudowy wykorzystywano metodę graficzną jako pierwszy etap prac. Jednakże metoda ta ma pewne niedogodności. Przykładowo, nie uwzględnia występowania stref odprężania wokół przodka. Innym ograniczeniem metody graficznej jest to, iż nie może być ona wykorzystana do oceny stabilności przodków w których ściany zawierają materiał podsadzany. Istnieją jednak metody analityczne i numeryczne, które pozwalają na przezwyciężenie tych ograniczeń. W pracy tej wykorzystano zarówno metody empiryczne jak i numeryczne do oceny stabilności przodka wybierkowego zlokalizowanego pomiędzy poziomami N9225 i N9250 w podziemnej kopalni diamentów w Diavik. Wykazano, że metody numeryczne stanowią znakomite uzupełnienie metod analitycznych i empirycznych wykorzystywanych do oceny stabilności przodków wybierkowych. Opracowano trójwymiarowy model elastyczno-plastycznych elementów skończonych z wykorzystaniem oprogramowania Abaqus. W pracy tej przeprowadzono analizę wrażliwości i zbadano wpływ wskaźnika stosunku naprężeń "k" na zasięg osiadania i powstanie stref odprężenia wokół warstw stropu i spągu w badanym przodku wybierkowym.

Słowa kluczowe

EN

stability graph; open stope design; numerical modelling; rock mechanics; relaxation zone; underground mining

PL

wykres stabilności; projektowanie przodka wybierkowego; modelowanie numeryczne; mechanika skał; strefa odprężona; górnictwo podziemne

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 62, no. 3
• Strony: 653--669
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Sepehri M.

• School of Mining and Petroleum, Department of Civil and Environmental Engineering, University of Alberta, Edmonton, Alberta, T6G 1H9 Canada

autor

Apel D.

• School of Mining and Petroleum, Department of Civil and Environmental Engineering, University of Alberta, Edmonton, Alberta, T6G 1H9 Canada

autor

Liu W.

• School of Mining and Petroleum, Department of Civil and Environmental Engineering, University of Alberta, Edmonton, Alberta, T6G 1H9 Canada

Bibliografia

• [1] Barton N., Lien R., Lunde J., 1974. Engineering classification of rock mass for design of tunnel support. Rock Mechanics 6, 4, 189-236.
• [2] Dassault Systemes Inc., 2012. ABAQUS/Standard 6.12-2. User’s Manual, RI, USA.
• [3] DIAS Engineering Inc., 2000. GDA 1.0 Geomechanical Design Analysis Software. User’s Guide, Sudbury. ON, Canada.
• [4] Diavik Dialogue, (2011). Diavik Diamond Mine Inc., Volume 14, 4th quarter, pp:1-8.
• [5] Hadjigeorgiou J., Leclair J.G., Potvin Y., 1995. An updated of the stability graph method for open stope desing. 97th CIM-AGM, Rock Mechanics and Strata Control Session, Halifax, Nova Scotia.
• [6] Martin C.D., Tannant D.D., Yazici S., Kaiser P.K., 1999. Stress path and instability around mine openings. 9th ISRM congress, Paris, 25-28.
• [7] Mathews K.E., Hoek E., Wyllie D.C., Stewart S.B.V., 1981. Prediction of stable excavation spans for mining at depths below 1000m in hard rock. CANMET Report DSS Serial No. OSQ80-00081.
• [8] Mawdesley C., Trueman R., Whiten W., 2001. Extending the Mathews stability graph for open-stope design. Trans. Instn Min. Metall (Sect. A: Min. Techno) 110, A27-A39.
• [9] Nickson S.D., 1992. Cable support guidelines for underground hard rock mine operations, Master of Applied Science thesis. Department of Mining and Mineral Process Engineering, University of British Columbia.
• [10] Potvin Y., 1988. Empirical open stope design in Canada. Ph.D. thesis, Department of Mining and Mineral Process Engineering, University of British Columbia.
• [11] Rocscience Inc., 2016. DIPS 7.0. Toronto, ON, Canada.
• [12] Steward S.B.V., Forsyth W.W., 1995. The Mathews method for open stop design, CIM Bull. 88, 45-53.
• [13] Suorineni F.T., 2010. The stability graph after three decades in use: Experience and the way forward. International journal of mining, Reclamation and Environment 24, 4, 307-339.
• [14] Trueman R., Mikula P., Mawdesley C., Haries N., 2000., Experience in Australia with the application of the Mathews method of open stope desing. CIM Bull. 93. 162-167.
• [15] Wang J., Milne D., Wegner L., Reeves M., 2006. Numerical evaluation of the effects of stress and excavation surface geometry on the zone of relaxation around open stope hanging walls. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 44, 289-298.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)