Endre søk
RefereraExporteraLink to record
Permanent link

Direct link
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annet format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annet språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Underground Footwall Monitoring at the Sublevel Caving Mine – Kiirunavaara, Sweden
Luleå tekniska universitet, Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser, Geoteknologi.ORCID-id: 0000-0002-4189-945X
Luleå tekniska universitet, Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser, Geoteknologi.ORCID-id: 0000-0001-8001-9745
Loussavaara-Kiirunavaara Limited, Lulea.
2016 (engelsk)Inngår i: Seventh International Conference & Exhibition on Mass Mining: (MassMin 2016), Sydney: The Australian Institute of Mining and Metallurgy , 2016, s. 773-780Konferansepaper, Publicerat paper (Fagfellevurdert)
Abstract [en]

The Kiirunavaara mine is a large-scale (28 Mt per annum) iron ore mine located in northern Sweden. The mine is owned and operated by Luossavaara-Kiirunavaara Aktiebolag (LKAB) using sublevel caving (SLC). The SLC area underlies an open pit decommissioned in the 1950s, the current main SLC haulage level is situated at an depth of 1100 m. The main orebody dips 60 degrees to the east with a distinct boundary defining the hanging wall to the east and footwall to the west. Since the 1980s damage has been observed both in the footwall rock mass as well as on the footwall crest of the open pit. Recent investigations indicate that the underground footwall damage is primarily controlled by large-scale slope failure mechanisms. Structurally controlled near-vertical planar shear failures in the upper footwall appear to be driven or facilitated by a step-path like curved shear failure situated in a zone starting ca 250 m, and intersecting the SLC about 100 m above the active mining level. To confirm this failure evolution a pilot underground measuring system has been designed and installed to monitor the expected rock mass displacements indicated by numerical models based on the above mechanisms. The systems consists of 50 m time domain reflectometry (TDR) coaxial cables installed in the footwall both across and away from an estimated damage extent boundary to monitor shear movements along natural joint surfaces. The TDR installation is combined with long extensometers to facilitate differentiation between diffuse shear and rock mass normal expansion. Additionally, a low-tech system of tape extensometer lines are installed in drifts and stopes running perpendicular to the ore strike to monitor horizontal displacements in the infrastructure as the footwall ‘slope’ loses confinement during mining advance when the mined out areas are replaced by caved rock from the hanging wall.

sted, utgiver, år, opplag, sider
Sydney: The Australian Institute of Mining and Metallurgy , 2016. s. 773-780
HSV kategori
Forskningsprogram
Gruv- och Berganläggningsteknik
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:ltu:diva-29284Lokal ID: 2b4bf3f0-1153-45c7-861c-0a434e8324adISBN: 9781925100433 (tryckt)OAI: oai:DiVA.org:ltu-29284DiVA, id: diva2:1002507
Konferanse
International Conference & Exhibition on Mass Mining : 09/05/2016 - 11/05/2016
Merknad
Godkänd; 2016; 20160401 (miknil)Tilgjengelig fra: 2016-09-30 Laget: 2016-09-30 Sist oppdatert: 2018-04-16bibliografisk kontrollert
Inngår i avhandling
1. Footwall stability in SLC mining
Åpne denne publikasjonen i ny fane eller vindu >>Footwall stability in SLC mining
2017 (engelsk)Doktoravhandling, med artikler (Annet vitenskapelig)
Abstract [en]

This thesis is based on a case study of the Kiirunavaara sublevel cave (SLC) mine. It focuses on footwall stability and damage development in the mining infrastructure on mine scale. Damage to the infrastructure is mappable for the full height of the footwall by access through decommissioned infrastructure associated with earlier mining stages. Damages range from pure structurally controlled failures (wedge failures) in the upper part of the footwall to fracture growth through intact rock combined with micro‑seismic emissions at the active mining depth.

The thesis addresses four distinct research questions;

(i) What are the predominant failure mechanisms for the Kiirunavaara footwall?

(ii) What is the role of confinement on the damage development in the footwall?

(iii) How does the SLC relate to the footwall damage development?

(iv) How can infrastructure damage associated to the future mining be estimated using currently available data?

Two sets of calibrated numerical models were used to study the damage evolution processes using damage mapping data as the main calibration parameter. Validation of the models was achieved by correlation of model output to micro-seismic locations. The modelling and damage mapping results were used as the basis for the development of a simple prognosis tool for estimating the ultimate extent of infrastructure damage associated to the mining advance for future mining steps.

A literature review on slope failure modes, large scale failures in cave mining and failure tracking using micro-seismic locations is included to provide background and definitions. The literature describes principal failure modes as well as mechanism combinations such as structurally controlled failures initiated by deep seated rock mass failures or relaxation. Cases are presented where previously stable structures become destabilised by cave advance and examples where micro‑seismic recordings were used to track deformations and the initiation and growth of newly formed fractures.

The Kiirunavaara SLC mine is presented in detail as the main case study of the work. The mine has been in operation since the early 20th century with a transition to underground operation over 50 years ago. The extent of the orebody is 4 km in length with an average width of 80-90 m, the termination at depth has yet to be determined. The ore has an average dip of 60˚ east and a dip-along-strike to the north. Both the footwall and hangingwall rock masses are considered hard and competent with UCS values for the footwall ranging from ca. 130 MPa to extreme cases of 600 MPa. The ore is mined in production blocks about 400 m wide (along strike), Mining of the northernmost blocks, situated in the Lake ore, did not start as open pit operations but has been accessed from the underground via SLC only.

The instabilities in the footwall has been addressed by several research studies in the past, with the predominant failure mechanisms in different studies being suggested as large scale tensile failure, complex wedge failure, or rotational shear failure, i.e., some type of principal slope failure.

In this work, conceptual numerical models in UDEC were calibrated to fit underground damage mapping data by tracking numerical shear strain concentrations. The conceptual models suggested rock mass damage without the indications of development of large scale slope failure mechanisms such as shear bands. Mine scale PFC models were calibrated with respect to the rock mass strength parameters derived by the conceptual UDEC models and used to study rock mass fracturing in the absence of large scale failure. It is shown that damage to the rock mass occurs mainly close to the active mining in a seismically active zone. This is suggested to weaken and soften the rock mass to allow the development of infrastructure damage in this volume to occur as the rock mass relaxes when entering the stress shadow of the SLC as mining progresses.

The damage to the rock mass at the production depth is argued, based on seismic records and a parametric study in UDEC, to constitute of large quantities of local shear failures coalescing to appear as a large scale step-path or rotational shear failure in mapping records. The extent of the associated infrastructure damage is predicated to be limited by the extent of the damaged rock mass zone. A simple bi-linear equation is suggested using ore-width and mining depth as input to estimate the ultimate extent of the damaged zone for each mining stage and thus the limit of later infrastructure damage development.

The thesis is concluded with recommendations for future work and potential for continued research.

Abstract [sv]

Denna avhandling baseras på en fallstudie av skivrasgruvan Kiirunavaara. Fokus ligger på liggväggstabilitet och skadeutveckling på gruvans infrastruktur i gruvskala. Infrastrukturskador kan karteras längs med hela liggväggens höjd där tillgång till bergmassan ges via urdrifttagna ortar och ramper drivna i samband med tidigare brytningssteg. Dokumenterade skador varierar med djupet – från strukturstyrda brott i den övre delen av liggväggen till ny sprickbildning genom intakt berg kombinerat med mikro-seismik vid nuvarande brytningsdjup.

Fyra distinkta forskningsfrågor avhandlas;

(i) Vilka är de dominerande brottsmekanismerna i Kiirunavaaras liggvägg?

(ii) Vilken roll spelar inspänning för brottsutvecklingen i liggväggen?

(iii) På vilket sätt relateras skivrasbrytningen till brottsutvecklingen?

(iv) Hur kan skador på gruvans infrastruktur kopplat till framtida brytningssteg uppskattas med data tillgängliga idag?

Två omgångar med kalibrerade numeriska modeller togs fram för att studera skadeutvecklingen i liggväggen med skadekarteringsdata som primär kalibreringsparameter. Validering av modellerna uppnåddes genom att studera samstämmigheten mellan modellresultaten och lokaliseringen av mikro-seismiska händelser. Modellresultaten och skadekarteringsdatabasen användes som grund för att utveckla ett enkelt prognosverktyg för att uppskatta den slutgiltiga utbredningen av infrastrukturskador direkt associerade med gruvbrytningen för framtida brytningssteg.

En litteraturstudie av släntbrott, storkskaliga brott i samband med rasbrytning samt brottsövervakning med mikro-seismik är inkluderad som bakgrund och för att definiera terminologier som används genom avhandlingen. Literaturstudien beskriver principiella brottsmekanismer samt kombinationer av mekanismer såsom strukturstyrda brott pådrivna av djupt belägna bergmassebrott eller minskad inspänning. Fallstudier presenteras där tidigare stabila strukturer destabiliseras av rasbrytningens framskridande och exempel där mikro-seismikdata använts för att följa deformationer samt initiering och tillväxt av nya sprickor i intakt berg och bergmassa.

Kiirunavaaragruvan presenteras i detalj som den huvudsakliga fallstudien för arbetet. Gruvan har varit aktiv sedan tidigt 1900-tal med övergång till underjordsbrytning för över 50 år sedan. Malmkroppens utbredning är 4 km längs strykningen med en genomsnittlig vidd av 80-90 m, och malmkroppens fortsättning mot djupet är öppen. Malmen har en genomsnittlig stupning av 60 grader öst med en fältstupning mot norr. Bergmassan i både liggvägg och hängvägg anses vara hård och kompetent med UCS värden för liggväggen mellan ca. 130 MPa till extrema fall av 600 MPa. Malmen bryts i produktionsblock med ca 400 m bredd (längs malmens strykning). Brytning av de nordligaste blocken, belägna i Sjömalmen, har inte skett i dagbrott utan har utförts enbart via skivrasbrytning.

Instabiliteten i liggväggen har avhandlats i ett flertal tidigare studier. De dominerande brottsmekanismerna har föreslagits i tidigare arbeten som storskaligt dragbrott, komplext kilbrott eller cirkulärt skjuvbrott d.v.s. någon typ av principiellt släntbrott.

I arbetet för denna avhandling kalibrerades konceptuella numeriska modeller i UDEC mot skadekarteringsdata från liggvägens underjord, med avseende på koncentrationer av skjuvtöjningar. De konceptuella modellerna visade på bergmasseskador utan indikationer på storskaligt släntbrott, exempelvis koncentrationer av numeriska skjuvband. PFC-modeller i gruvskala kalibrerades gentemot bergmasseparametrarna från de konceptuella studierna i UDEC för att direkt studera upprickningen av bergmassan i frånvaro av storskaliga brottsindikationer. Modellerna visade på att skador i bergmassan främst uppkommer nära brytningsområdet i en seismiskt aktiv zon. Detta föreslås försvaga och mjukgöra bergmassan vilket i sin tur leder till utveklingen av infrastrukturskador i den skadade volymen när berget avlastas då området hamnar i spänningsskugga från skivraset.

Ovanstående studier visar att skadorna som uppkommer i bergmassan, baserat på de konceptuella UDEC-modellerna och mikro-seismiska data, består av ett stort antal lokala skjuvbrott vilka samverkar till att framstå som ett storskaligt trappstegsbrott eller cirkulärt skjuvbrott i skadekarteringsdatat. Utbredningen av de relaterade infrastrukturskadorna förutspås begränsas av utbredningen av bergmasseskadorna uppkomna vid bryningen. Ett enkelt bi-linjär samband föreslås vilket använder malmbredd och brytningsdjup för att uppskatta den slutgiltiga utbredningen av skadezonen i bergmassan för varje brytningssteg, och i förlängningen begräsningen av senare uppkommande infrastrukturskador.

Avhandlingen avslutas med rekommendationer för fortsatt arbete samt framtida forskningspotential.

sted, utgiver, år, opplag, sider
Luleå: Luleå tekniska universitet, 2017
Serie
Doctoral thesis / Luleå University of Technology 1 jan 1997 → …, ISSN 1402-1544
HSV kategori
Forskningsprogram
Gruv- och Berganläggningsteknik
Identifikatorer
urn:nbn:se:ltu:diva-65420 (URN)978-91-7583-949-3 (ISBN)978-91-7583-950-9 (ISBN)
Disputas
2017-10-27, F1031, LTU, Luleå, 10:00 (engelsk)
Opponent
Veileder
Tilgjengelig fra: 2017-08-30 Laget: 2017-08-30 Sist oppdatert: 2017-11-24bibliografisk kontrollert

Open Access i DiVA

Fulltekst mangler i DiVA

Personposter BETA

Svartsjaern, MikaelSaiang, David

Søk i DiVA

Av forfatter/redaktør
Svartsjaern, MikaelSaiang, David
Av organisasjonen

Søk utenfor DiVA

GoogleGoogle Scholar

isbn
urn-nbn

Altmetric

isbn
urn-nbn
Totalt: 379 treff
RefereraExporteraLink to record
Permanent link

Direct link
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annet format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annet språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf