_____________________________________________________________________________
Preface
(Skrolla ner för Svenska)
Building and excavating in the underground environment naturally results in changes in the stresses. Induced stresses can concentrate in sensitive areas leading to rock falls and high deformation. As construction proceeds to deeper levels, or as multiple excavations are created in the same area stresses accumulate and can overcome the strength of the geology hosting the excavations.
Specifically, problems can be encountered when excavating through geologies with highly varied properties. Stresses in these areas are concentrated not only under the effect of multiple different excavations, but by the natural capabilities of the different geologies to withstand and/or transmit that stress. It is a situation in which analytical and/or empirical methods are insufficient, and numerical methods can produce inaccurate or non-verifiable results. Improvements in modelling methodology are required to enable the numerical tool to be of greater help to design in these situations where it is potentially unsafe, and certainly inefficient, to design based solely on “what was done before”.
To better design openings and support systems in these areas, it is necessary to better understand how excavation-induced stresses and geologically driven stress concentrations interact to create rock failure. This project addresses this problem by using a combination of data collection in a controlled environment, and numerical modelling of complex, multi-opening excavations in order develop a method for improving design and support systems.
The research generated significant amount of data which can be used for further research and has already been assessed in the daily mine operations and planning.
This project was jointly sponsored by BeFo and LKAB and was executed at LKAB’s Malmberget mine by researchers of LKAB and LTU between 2018 and 2020. The lead researchers on the project were Tristan Jones (PhD), senior research engineer at LKAB, and David Saiang (PhD), associate professor in mining and rock engineering at Luleå University of Technology. The reference committee members were, Per Tengborg (BeFo), Eva Hakami (Geosigma), Thomas Wettainen (LKAB), Jonny Sjöberg (Itasca), Rikard Gothäll (Tyrens) and Alexander Bondarchuk (Boliden). Thanks also to Siw Nilsson, LKAB and the many people from Bergteamet who helped make the instrument installation possible.
Förord
Att bygga och tillreda konstruktioner i underjordsmiljö resulterar i en naturlig förändring av spänningarna. Inducerade spänningar koncentreras till känsliga områden vilket leder till bergutfall och stora deformationer. När byggnationen fortsätter mot djupare nivåer, eller när flera konstruktioner skapas i samma område spänningar och kan då överskrida hållfastheten hos den geologi som konstruktionen tillreds i.
Särskilda svårigheter kan uppstå vid tillredning genom geologier med kraftigt varierande egenskaper. Spänningar i dessa områden koncentreras inte bara under inverkan av flera olika konstruktioner, utan även av de olika geologiernas naturliga förmåga att motstå och/eller överföra trycket. Detta är en situation där analytiska och/eller empiriska metoder är otillräckliga och numeriska metoder kan ge felaktiga eller och verifierbara resultat. Förbättringar i modelleringsmetodiken krävs för att det numeriska verktyget ska vara till större hjälp vid design i dessa situationer där det är potentiellt osäkert, och säkerligen ineffektivt, att designa enbart utifrån ”vad som gjorts tidigare”.
För att bättre utforma ortar och förstärkningssystem i dessa områden är det nödvändigt att bättre förstå hur inducerade spänningar och geologiskt drivna spännings-koncentrationer samverkar för att orsaka brott i berget. Detta projekt adresserar denna frågeställning genom en kombination av datainsamling i kontrollerad miljö och numerisk modellering av komplexa underjordiska utgrävningar med flera öppningar för att utveckla en metod för att förbättra design och förstärkningssystem.
Forskningen genererade en betydande mängd data som kan användas för vidare forskning och har redan använts i dagliga verksamhet och gruvplanering.
Detta projekt sponsrades gemensamt av BeFo och LKAB och genomfördes vid LKAB:s Malmbergetgruva av forskare från LKAB och LTU mellan 2018 och 2020. De ledande forskarna i projektet var Tristan Jones (PhD), senior forskningsingenjör vid LKAB, och David Saiang (PhD), docent i gruv- och bergteknik vid Luleå tekniska universitet. Referenskommitténs ledamöter var Per Tengborg (BeFo), Eva Hakami (Geosigma), Thomas Wettainen (LKAB), Jonny Sjöberg (Itasca), Rikard Gothäll (Tyrens) och Alexander Bondarchuk (Boliden). Tack även till Siw Nilsson, LKAB och de många från Bergteamet som hjälpte till att göra instrumentinstallationen möjlig.
Stockholm 2022
Patrik Vidstrand