EXAMENSARBETE. Deformationsmätningar och observationer i ny brytningsgeometri. LKAB, Kiruna. Linda Jacobsson. Luleå tekniska universitet

Transkript

1 EXAMENSARBETE 2005:176 CIV Deformationsmätningar och observationer i ny brytningsgeometri LKAB, Kiruna Linda Jacobsson Luleå tekniska universitet Civilingenjörsprogrammet Väg- och vattenbyggnadsteknik Institutionen för Samhällsbyggnad Avdelningen för Bergmekanik 2005:176 CIV - ISSN: ISRN: LTU-EX--05/176--SE

2 FÖRORD Detta examensarbete har utförts på Luossavaara Kiirunavaara Aktiebolag (LKAB) i Kiruna, där studier på hur bergpelaren i en alternativ brytningsgeometri kommer att klara av de spänningar som den utsätts för. Mätningar som utförts för att bestämma rörelserna i och kring pelaren är konvergensmätning av ortprofilen samt extensometermätning inuti pelaren. Jag vill passa på att tacka de berörda på LKAB i Kiruna för deras hjälp vid distometermätningarna. I Gruvan vill jag tacka Staffan Wylinder som bidragit med utrustning och kunskap samt Elias Engman som hjälpt till med att borra hålen till mina extensometermätningar. Vid FoU gruvteknik vill jag tacka min handledare Christina Dahnér-Lindqvist samt Håkan Selldén vars kunskaper varit till stor hjälp. Tack till Professor Erling Nordlund vid avdelningen för bergmekanik, Luleå tekniska universitet vilken varit examinator för examensarbetet. Kiruna, Augusti 2004 Linda Jacobsson I

3

4 SAMMANFATTNING Ett projekt kallat Skivras 2000 utfört på LKAB visade att de yttersta delarna i skivraskransen inte kan lastas ut. En förbättring tros kunna åstadkommas genom att förändra brytningsgeometrin och bilda en vertikal dragkropp. För att åstadkomma detta förslogs en geometri där tvärorterna flyttats ihop. Syftet med examensarbetet var att studera hur den smalare pelaren mellan ortparen klarar av den belastning som den utsätts för vid brytning av malmen. De metoder som används vid bestämningen av rörelser i och kring pelaren är extensometer- och konvergensmätning. En analys med DIPS (statistiskt analysprogram för bestämning av riktningar och svaghetsplan), har gjorts för att möjliggöra en jämförelse mellan sprickplanen i det undersökningsområdet och de huvudsprickplan som finns i gruvan. De huvudsprickplan som erhållits med DIPS har sedan används i Unwedge för att bestämma om instabila kilar bildas. Vidare har kartering av bergmassan i det aktuella området gjorts för att kunna klassificera bergmassan. Numerisk analys har utförts med Examine 2D för att kunna göra en prognos på hur stora spänningarna blir med djupet inom det aktuella dubbelortsområdet. Efter utförda analyser erhålls höga spänningar i pelaren, vilka kan vara orsaken till de rörelser som uppmäts i och kring pelaren, när brytningen på nivån ovan backat ut till hälften av pelarlängden. III

5

6 ABSTRACT From a project in progress, Skivras 2000 (LKAB), it got non that the farthest parts of the fan didn t fall out at once during loading. Therefore the mining layout was modified in investigation purpose. The modification maid was to contribute a straighter drawbody. This thesis was conducted at the LKAB underground iron ore mine in Kiruna, Sweden. The purpose of this investigation is to examine the performance of the thin pillar in the new mining layout, after they started to excavate in the area. The used methods to see the movement in and around the pillar is extensometer and convergensmeasurement. An analyse with DIPS, was maid to render a possible comparison between faults in the current layout and those characteristic for the hole mine. The characteristic faults for the current layout made by the program was add into Unwedge to se if any dangerous wedges were found. Further more the rockmass has been charted in the current area to classify the rockmass. Numerical analysis was maid with Examine 2D to make a prediction how large the stress becomes with depth in the area. The results from the numerical analysis show high stresses in the pillar. The measured ground movement in and around the pillar when the mining above is advanced to half the length of the pillar may be a result from the high stresses given in the analysis. V

7

8 INNEHÅLLSFÖRTECKNING 1 INTRODUKTION BAKGRUND TILL EXAMENSARBETET SYFTE MED EXAMENSARBETET INSTRUMENTERING OCH SKADEKARTERING VAL AV MÄTPLATS OCH INSTRUMENTERING KONVERGENSMÄTNING MED DISTOMETER EXTENSOMETER SKADEKARTERING GEOLOGI REGIONAL GEOLOGI LOKAL GEOLOGI I TEST- OCH REFERENSOMRÅDET BESKRIVNING AV TESTOMRÅDET BERGMASSANSEGENSKAPER KLASSIFICERING AV BERGMASSAN RQD RMR Q-systemet SPÄNNINGAR ANALYSER UNWEDGE Resultat EXAMINE 2D Resultat INSTRUMENTERING AV TESTOMRÅDET VAL AV MÄTPLATSER Diskussion om vald mätplats samt instrumentering INSTRUMENTERINGSUTFORMNING Konvergensmätning Extensometermätning Extensometerns utformning och placering RESULTAT INSTRUMENTERING Konvergensmätning med distometer Extensometer SKADEKARTERING AV NIVÅ JÄMNFÖRELSER MED ANALYSER... 57

9 8.3.1 Unwedge Examine 2D DISKUSSION OCH SLUTSATS DISKUSSION SLUTSATSER REKOMMENDATIONER REFERENSER APPENDIX 1: Karterade sprickor i orterna på nivå 849 APPENDIX 2: Tabeller för klassificering av bergmassan APPENDIX 3: Spänningsdiagram globalmodell olika nivåer APPENDIX 4: Examine 2D analys APPENDIX 5: Konvergensmätningsresultat APPENDIX 6: Extensometer resultat

10 1 INTRODUKTION Gruvbolaget Luossavaara Kiirunavaara Aktiebolag, (LKAB), är ett malmförädlingsföretag med järnmalmsgruvor i Kiruna och Malmberget. De har brutit malm i sina gruvor i över 100 år. Malmbrytningen i Kiirunavaaragruvan började år 1888 och övergick från dagbrott till underjordsbytning I gruvan bryts årligen ca 22 miljoner ton råmalm, LKAB (2003). 1.1 Bakgrund till examensarbetet I Kiirunavaaragruvan används storskalig skivrasbrytning vilket lämpar sig bra då malmens stupning är brant. Tillvägagångssättet vid storskalig skivrasbrytning visas i Figur 1. Brytningen av malmen är uppdelad i nivåer, med ett vertikalt avstånd på ca 28 m. Nuvarande brytningsgeometri, visas i Figur 2. Efter att tvärorterna på de olika nivåerna är drivna, påbörjas produktionsborrningen av kransarna i orterna. Dessa kransar borras enligt Figur 3. När kransarna i tvärorterna är borrade återstår laddning, sprängning och utlastning. 1

11 Figur 1 Perspektivskiss över Skivrasbrytning, efter Hamrin (1986). Figur 2 Vertikal projektion längs malmen, med nuvarande brytningsgeometri. 2

12 Figur 3 Kransutformning för rasborrning. Skivrasgeometrin i KUJ 1 ger idag för lågt järnutbyte. Ett skäl till detta är att den sprängplan som tillämpas ger för dålig fragmentering. En modifiering av brytningsgeometrin har utförts för att få en bättre sprängplan. Dragkroppen som anpassats till resultaten från projekt Skivras 2000, provas nu i projekt Fältförsök med Ny Skivraslayout, FNyS. I Skivras 2000 utfördes en undersökning av hur rasmassorna rör sig vid utlastning av en krans. Det konstaterades att den största andelen bergmassor som erhölls vid utlastning kom ifrån de centrala delarna av kransen. Detta innebär att malmen blandas med omgivande gråberg. (Intern rapport LKAB) I FNyS jämförs den nuvarande brytningsgeometrin, Figur 4a med en ny brytningsgeometri, Figur 4b. Dragkropparna i de olika brytningsgeometrierna skiljer sig genom 1 KUJ= Kiirunavaara Under Jord 3

13 att den nuvarande brytningsgeometrin har en kornformad dragkropp medan den nya brytningsgeometrin har en mer vertikal dragkropp, se Figur 4b. a) b) Figur 4 a) Dragkropp rådande skivrasgeometri. b) Dragkropp ny skivrasgeometri. I den nya metoden grupperas tvärorterna parvis. Varannan ort flyttas närmare sin granne och på så sätt erhålls samma tillredningsvolym som med den nuvarande brytninggeometrin. Mellan orterna i ett sådant par bildas en pelare, se Figur 5. Figur 5 Ny skivrasgeometri i testområdet. 4

14 Idén är att ortparen skall samverka som en enhet i produktionen vilket innebär att kransarna på båda sidor om den smala pelaren kommer att skjutas i en sekvens, som en sammanhängande krans, se Figur 6. Figur 6 Skjutning av sammanhängande kransar i dubbelortsgeometrin. 1.2 Syfte med examensarbetet Bergmekaniskt kommer troligtvis den smala pelaren att vara den svaga punkten i systemet. Examensarbetet utförs för att observera vad som kommer att ske med den smala pelaren. En mätningslayout upprättats för att kunna utföra mätningar på pelarens deformation under produktionen. Mätningar utförs på deformationen av pelaren samt ortprofilen, därefter utvärderas mätningsresultaten. 5

15

16 2 INSTRUMENTERING OCH SKADEKARTERING Deformationsmätning är ett sätt att bestämma om bergmassan är stabil. En viktig parameter som mäts är förskjutning. Deformationsmätningar under jord sker i princip på två sätt: Extensometermätning, där mätningarna utförs inne i bergmassan Konvergensmätning, där mätningen sker mellan två punkter, på ytan av en bergöppning. 2.1 Val av mätplats och instrumentering Mätplatsens läge baseras på resultat från en förväntningsmodell. Den har placerats i de områden där stora förändringar hos parametern förväntas då det är dessa förändringar som ger problem. (Stephansson O. 1985) Val av mätmetod och instrumentering bör ske med avseende på följande faktorer. (Krauland, 1981, Stephansson O. 1985) Valet av registrering (manuell, automatisk, fjärravläsning) beror på förloppets hastighet, samt krav på mätdata och platsens tillgänglighet. 7

17 Manuell avläsning innebär att besiktning av området görs samtidigt. På så sätt fås viktig information som ökar mätresultatets tillförlitlighet samt underlättar tolkningen. Mätsystemet bör ha en viss överbestämning. Om en mättpunkt går förlorad äventyras inte hela projektet. Miljökrav som korrosion, temperatur, åverkan genom sprängning och trafik bör tas hänsyn till vid planering av mätningslinjen. Om mätutrustningen är eldriven krävs säkerhet med batteri. Kostnaden är ofta styrande i hur många mätningar som skall utföras. I allmänhet är det att fördra att satsa på flera enklare mätstationer än få avancerade. Mätutrustningen skall placeras så att ordinarie verksamhet kan pågå i orten. (Christina Dahnér, 2004) 8

18 Tabell 1 Exempel på val av parametrar och mätmetoder för bergmekanisk fältmätning för rumoch pelargruvor, efter Krauland och Stephansson, Problem Lämpliga parametrar Mätmetod Pelarens belastning Vertikalspänning i pelaren Bergspänningsmätning (friborrning) Spänningsfördelning i pelaren Inverkan på pelaren genom brytning (ändring av brytningsfrontens läge) eller restbrytning Stabilitetsövervakning av hela bergrummet Stabilitet hos enskild pelare Övergång från bruksstadiet till brottstadiet Sprängskador hos en pelare Vertikalspänning i pelaren Pelarens hoptryckning Ändring av vertikalspänning Pelarens hoptryckning, takets vertikalrörelse Pelarens uppsprickning Pelarens hoptryckning Takets vertikala rörelse Pelarens diameterändring Uppsprickning Vertikalspänning och pelarhoptryckning Förhållandet mellan horisontal- och vertikaldeformation. Sprickfrekvens som funktion av avstånd till pelaryta Vertikalspänningar Seismisk gånghastighet Bergspänningsmätning på flera ställen i pelaren (friborrning) Extensometer, konvergensmätning, avvägning Spänningsändrings-mätning Konvergensmätning, extensometermätning, takavvägning Pelarbesiktning, brottindikator Konvergensmätning med vertikal extensometer Takavvägning Horisontell borrhålsextensometer Okulärbesiktning, brottindikator Spänningsändrings-mätning och extensometer - konvergensmätning Horisontell och vertikal extensometermätning Sprickkartering på ytan och med borrhålskikare, brottindikator Bergspänningsmätning (friborrning) Seismisk mellanhålsmätning 9

19 2.2 Konvergensmätning med distometer Vid konvergensmätning mäts avståndet mellan två eller flera punkter på ytan av en tunnel. Ändringen av avståndet mellan punkterna beskriver deformationsförloppet. Figur 7 Distometerinstrument (ISETH), efter Brady and Brown (1993). Vid mätningarna med en distometer, se Figur 7, används en invartråd med låg temperturkoffecient. Den klipps till för var och en av de mätlängder som skall registreras. På invartråden monteras infästningar i var ända, den ena fästs vid instrumentet och den andra vid sviveln som fästs i väggen. När de är sammankopplade spänns tråden av en fjäder till en konstant belastning och sedan kan avståndsändringen läsas av på mätklockan. ( Stephansson O. 1985) Förskjutningarna av mätpunkterna på väggen av ortprofilen kan beskrivas som vektorer eller som komposanter i ett ortogonalt lokalt eller globalt koordinatsystem, se Figur 8. Figur 8 Konvergensmätning i tunnelprofil, mätsträckor och förskjutningar. 10

20 Ett tvådimensionellt fall antas dvs. alla punkter finns i ett plan. Om Ui och Vi beskriver förskjutningen av punkten i, för det kinematiska systemet A-B i Figur 9 och V = U A A = V B = 0, så kan förskjutningarna beräknas ur följande längdändringsekvationer (1)-(3), ( Stephansson O. 1985) l (1) AB U B l U cos V sin (2) Ai i i l l cos V sin U cos (3) Bi AB i i Figur 9 Bestämning av förskjutningvektorer Vi och Ui för triangel med fixerad knutpunkt. Förskjutningarna i punkten i fås om ekvationerna (4), (5) och (6) kombineras. U (4) B l AB l Ai sin l AB sin cos l Bi sin U i (5) sin cos cos sin l Ai cos l AB cos cos l Bi cos V i (6) sin cos cos sin 2.3 Extensometer En extensometer används för att mäta ändringen i avstånd mellan två punkter i en bergmassa. Extensometern består av ett mäthuvud och ett antal ankare som är fixerade i ett borrhål på olika avstånd från mäthuvudet. Förskjutningen registreras 11

21 mellan ankaret och mäthuvudet. Genom detta registreras bergmassans rörelser i olika sektioner inne i berget, (Stephansson, 1985) 2.4 Skadekartering Skadekartering är en visuell metod för att övervaka synliga reaktioner på bergytan. De olika reaktionerna som uppkommer är en följd av de belastningsändringar som verkar i bergmassan. Parametrar som observeras: Brottformer o avlastning öppning av sprickor gravitativa utfall o pålastning skjuvbrott smällberg uppflisning av berget Förändrat vattenflöde Regelbundna besiktningar Rasrapportering Insats av bergförstärkning 12

22 3 GEOLOGI 3.1 Regional geologi Kiirunavaaras malmkropp har formen av en skiva som är ca 4000 m lång, m bred och som stupar 60 grader mot öster, se Figur 10. Figur 10 Malmkroppens lutning mot djupet. Liggväggen består till största del av trakyt, internt kallat syenitporfyr. Medan hängväggen till största del består av ryholit, internt kallat kvartsporfyr. 13

23 Malmkroppen består i huvudsak av magnetit med linser av trakyt och gångar av diabas och porfyr, se Figur 11. Magnetiten är indelad i tre olika kvaliteter som internt kallas D-malm och B1- och B2-malm. Figur 11 Geologisk karta över Kiruna, efter Hansson (1999). D-malm är en apatitrik malm med ett fosforinnehåll på 0.4-4% och B-malmen är fattig på apatit och har en fosforhalt på mindre än 0.1%. 3.2 Lokal geologi i test- och referensområdet Test- och referensområdet är placerat i de södra delarna av malmkroppen, på nivå 849, block 45, ort 432, 445 och 446. Karteringen av testområdet har visat att detta består till största del av B-malm, en liten andel D-malm samt en lins av kvartsporfyr. Detta gäller även för referensorten, se Figur 12. I ort 445 på nivå 849 finns en mindre grotta av kaolinlera i anfanget och i ort 446 finns en lins av syenitporfyr. 14

24 Figur 12 Karterad geologi i testområdet, nivå

25

26 4 BESKRIVNING AV TESTOMRÅDET Testområdet är beläget i den södra delen av gruvan mellan Y , enligt Figur 13. Där erhålls den bästa bergkvaliteten och högsta hållfastheten för pelaren. Om pelarens stabilitet blir ett stort problem i detta område, kommer problemen att bli ännu större i övriga delar av gruvan där hållfastheten är lägre. Avsänkningstakten har i detta område varit lägre än intilliggande block och det finns därför ett behov att öka takten. Därför erhålls resultat fortare här än i någon annan del av gruvan. ( Christina Dahnér, 2004) Figur 13 Testormrådets placering. 17

27 Figur 14 Övergångsskiva med tre dubbelortspar, nivå 820. Nivå 849 i testområdet är den första skivan med full borrhöjd p g a skivrasets geometri och har därför den tänkta borrgeometrin. Den innehåller också fyra dubbelortspar, se Figur 15. Det är på denna nivå mätningarna skall utföras på pelaren mellan ort 445 och ort 446. Referensmätningarna som skall göras i den nuvarande brytningsgeometrin, kommer att ske på nivå 849 i ort 432, se Figur 15 Nivå 820 i testområdet är första skivan av tre, där 3 stycken dubbelortspar med den nya brytningsgeometrin med dubbelorter är tillredda, se Figur 14 Detta innebär att denna nivå är en övergångsskiva från den nuvarande brytningsgeometrin till den nya med dubbelort. I och med detta blir borrmönstret för denna skiva inte samma som i dubbelortsområdet, se Figur 16 18

28 Figur 15 Nivå 849 med fyra dubbelortspar. Figur 16 Kransövergångarna i testområdet. 19

29

30 5 BERGMASSANSEGENSKAPER För att kontrollera bergmassans egenskaper har bergmassan strukturkarterats på nivå 849 mellan ort Totalt har 239 st strukturer karterats och de bildar underlag till analyser i programmet DIPS 2. De huvudspricksgrupper som erhålls vid analys med DIPS för hela det karterade området redovisas i Figur 17. Figur 17 Konturplott över huvudsprickgrupperna för alla dubbelorter på nivå Programet är designat för att statistiskt och grafiskt analysera orienteringar baserade på geologiska data. (DIPs handboken) 21

31 De generella huvudlineamenten för Kiirunavaara enligt Magnor och Mattsson (2000), presenteras i Figur 18. De sprickgrupper som erhållits för hela nivå 849 i testområdet, se Figur 17, överensstämmer väl med lineamenten enligt Figur 18. Figur 18 Huvudsprickplan för Kiirunavaaragruvan, (Magnor och Mattsson, 2000). a) Schematisk bild av huvudsprickgrupprena. b) Konturplott. 5.1 Klassificering av bergmassan Vid klassificering av bergmassan betygsätts bergets egenskaper. Bergmassans hållfasthet utvärderas därefter baserat på denna betygsättning. Olika system är utvecklade för klassificering av bergmassan RQD År 1967 introducerade Deere, Rock Quality Designation (RQD). Denna klassificering kan både utföras i fält på en ortvägg och på en borrkärna. Den sammanlagde längden på borrkärnsbitar vars längd är över 100 mm av borrkärnan beräknas, (E. Hoek, 2000). På LKAB i Kiruna har borrkärnorna en diameter av 30 mm. Därför har en modifiering gjorts av samband (7), alla borrkärnsbitar längre än 60 mm mäts. RQD bestäms genom sambandet RQD Längden på borrkärnsbitar 100mm Total borrkärnslängd 100 (7) och dess betydelse redovisas i Tabell 2. 22

32 Tabell 2 Klassifikation av bergmassan enligt RQD. RQD Bergmassans kvalitet <25 % Mycket dålig % Dålig % Bra % Mycket bra % Utmärkt För att bestämma RQD-värdet för undersökningsområdet har en fem meter lång borrkärna karterats. Borrkärnan är borrad i den smala pelaren mellan ort 445 och ort 446, nivå 849, ca 30 meter från fältorten. Platsen för borrningen är vald mitt i ett parti av malmen för att få ett representativt värde för pelaren. Enligt formel (7) blir RQD=73 och borrkärnan från pelaren har enligt Tabell 2 kvaliteten Bra. Tidigare genomförda studier, Töyrä (2003) att pelarna i den södra delen av gruvan uppvisar en skadezon på cirka 0.5-1,0 m som ett resultat av ortdrivningen. Om pelaren är cirka 5.5 meter bred är det ungefär 4,5-3,5 meter berg som inte är skadat. Den oskadade bergmassan i området bör alltså ha ett högre RQD än

33 5.1.2 RMR RMR är en geomekanisk klassificering även kallad Rock Mass Rating (RMR) som publicerades av Bieniawski (1976) och som under åren utvecklats flera gånger (Nordlund, 1997). De fem parametrarna som beaktas är: Bergets hållfasthet Borrkärnans kvalité, RQD Sprickavstånd Spricktillstånd/Råhet Grundvatten Varje parameter poängsätts enligt tabell i APPENDIX 2 Tabell 3 Geomekanisk klassifikation (RMR). Bergmasseklasser enligt RMR och deras mening (Bieniawski, 1974, Hoek and Brown, 1980). Totalpoäng Klass Beskrivning I Mycket bra II Bra III Acceptabelt IV Dåligt < 20 V Mycket dåligt 24

34 Om bergmassan i testområdet poängsätts enligt RMR fås resultat enligt Tabell 4. Tabell 4 Beräkning av poäng sättning enligt RMR. Parameter Poäng Bergets hållfasthet 12 Borrkärnans kvalité, RQD 13 Sprickavstånd 30 Spricktillstånd 20 Grundvatten 10 Ó 85 poäng Enligt Tabell 3 har berget en mycket bra kvalitet, RMR=85. Vid mycket bra kvalitet på berget krävs det endast lokal bultning Q-systemet Norska Geotekniska Institutet (NGI) utvecklade ett klassificeringssystem som beaktar sex parametrar som är karaktäristiska för bergmassan, Barton (1974). Metoden är baserad på värden från sammanlagt 200 tunnlar och bergrum i Skandinavien (E.Hoek, 2000). Bergmassans kvalitet representeras av Q som definieras Q RQD J n J J r a J w SRF (8) där parametrarna är RQD Jn Jr Ja Jw SRF - Rock Quality Designation. - Sprickgruppstal - Sprickråhetstal - Sprickomvandlingstal - Sprickvattental - Spänningsreduceringstal 25

35 De olika parametrarna bestäms med hjälp av tabeller, Barton (1987), APPENDIX 2. Q-värdet kan variera från som är den sämsta kvaliteten på bergmassan till 1000 som är den bästa kvaliteten. Tabell 5 Q-värde och bergkvalitet, efter Barton., Q-värde Bergkvalitet Exceptionellt dåligt Extremt dåligt Mycket dåligt 1 4 Dåligt 4 10 Acceptabelt Bra Mycket bra Extremt bra > 400 Exceptionellt bra Q-värdet för bergmassan i test- respektive referensområdet har beräknats för var och en av de sektioner där mätningar har skett och redovisas i Tabell 6-8. De olika sektionernas placering kan ses i Figur 47. SRF-värdet 2.5 enligt Lundman (1998). Tabell 6 Q-värde nivå 849 ort 432 i de olika sektionerna. Sektion RQD Jn Jr Ja Jw SRF Q Bergkvalitet Acceptabelt Dåligt Dåligt Tabell 7 Q-värde nivå 849 ort 445 i de olika sektionerna. Sektion RQD Jn Jr Ja Jw SRF Q Bergkvalitet Dåligt Dåligt Dåligt 26

36 Tabell 8 Q-värde nivå 849 ort 446 i de olika sektionerna. Sektion RQD Jn Jr Ja Jw SRF Q Bergkvalitet Bra Acceptabelt Acceptabelt I Tabellerna 6-8 kan noteras att bergkvaliteten varierar mellan bra och dåligt berg. Detta kan bero på att vissa sektioner ligger nära en gråbergskontakt, där berget har sämre kvalitet. En annan orsak är att RQD-värdet är registrerat från pelaren. Det kan därför vara missvisande då hela bergmassan beaktas vid bestämningen av Q-värdet. Resultatet åskådliggör ändock en acceptabel nästintill bra bergkvalitet. 5.2 Spänningar Sandström (2003) analyserade spänningstillståndet i Kiirunavaaara och formulerade ett samband för primärspänningstillståndet som är baserad på spänningsmätningar i fält. Spänningsrelationena är definierad som en funktion av djupet under markytan. Spänningarna vid markytan är ansatta till noll på grund av varierande topografi, få mätningar på litet djup och för att förhindra att dragspänningar erhålls på ytan. Därför kan spänningsrelationena endast användas för djup under 400 m. Relationena för normalspänningskomponenterna som erhålls vid regressionsanalysen definieras z (9) ew v z (10) z (11) ns ew ns z (12) ns v z (13) v ew z (14) 27

37

38 6 ANALYSER 6.1 Unwedge Unwedge är ett program för analys av strukturellt styrda brott kring underjordsöppningar. Programmet beräknar säkerhetsfaktorn för potentiella kilar. Även förstärkningsrekommendationer med bergbult och sprutbetong kan utformas (Rocscience, 2004). En analys av kilutfall har genomförts. Huvudsprickplanen för orterna har erhållits ur DIPS analyserna, se Tabell 9. I DIPS-analyserna för varje ort är norr-riktning ansatt i riktning mot hängväggen. Tabell 9 Huvudsprickplan. Ort 432 Ort 445 Ort /89 207/72 211/69 275/62 242/80 075/80 338/78 155/65 349/65 229/69 329/70 042/64 29

39 6.1.1 Resultat Unwedge analysen visar att det bildas en kil med vikten 53 ton i taket av referensorten 432, nivå 489. Kilen kan rotera längs en spricka och falla trots den höga säkerhetsfaktorn 1,33. I återstående orter bildas det en del mindre kilar som faller gravitativt, se Tabell 10. Tabell 10 Kilar bildade i testområdet, referensort samt dubbelort. Ort Kilstorlek [ton] Säkerhetsfaktor ,33 Figur 19 0,1 0 Figur ,2 0 Figur 21 0,4 0 Figur ,1 0 Figur 23. Figur 19 Unwedge analys ort 432, nivå 849. Figur 20 Unwedge analys ort 432, nivå

40 Figur 21 Unwedge analys ort 445, nivå 849. Figur 22 Unwedge analys ort 445, nivå 849. Figur 23 Unwedge analys ort 446, nivå Examine 2D En spänningsanalys av tvärorterna har utförts med programmet Examine 2D. Programmet antar linjärt elastiska förhållanden. Stabilitetssituationen kan uppskattas genom att beräkna så kallade strength factors, som förenklat skulle kunna beskrivas som en typ av säkerhetsfaktor. Beräkningen av dessa baseras på Hoek-Browns brottkriterium. Indata till detta kriterium är den enaxiella tryckhållfastheten för bergmassan samt parametrarna m och s som definieras 31

41 RMR m e (15) m i RMR 100 s e 9 (16) där mi = 32.6 pga. att området med dubbelort är belägen i ett av gruvans bättre berg. RMR-värdet sätts till 85 enligt tidigare beräkningar i kapitel 5. Indata till Examine 2D ses i Tabell 11 Tabell 11 Indata Examine 2D Parametrar Värde Referens m 15,96 s óc [MPa] 185 Sjöberg (2001) Young s modulus, E [GPa] 40 Holmstedt (1994) Poisson s ratio, 0.25, Sjöberg (2001) Spänningsfaktor ut ur planet 0.68 Sandström (2003) Horisontal spänningsfaktor ( horis/vert) 1,32 Sandström (2003) Densitet på ovanliggande berg, [MN/m 3 ] Sjöberg (2001) På grund av att rasområdet har mycket lägre styvhet än bergmassan, sker en spänningsomlagring. Den största horisontalspänningen som verkar vinkelrätt mot malmkroppen påverkas mest och tvingas under raset, medan horisontalspänningen som är parallell med malmkroppen distribueras under rasområdet och till de intakta delarna av häng- och liggvägg. För att kunna studera spänningssituationen kring tvärorterna och beräkna strength factors måste analysen utföras i två steg: 1) en global analys som ger spänningarna som behövs som indata till en detaljerad modell av tvärorterna. 2) en detaljerad modell av tvärorterna. Eftersom den detaljerade modellen är tvådimensionell kan inte hänsyn tas till att huvudspänningarna kan ha en orientering som inte är parallell med respektive vinkelrät mot analysplanet. Om huvudspänningen inte är vertikal eller horisontell kan effekten av detta alltså inte studeras. 32

42 Den globala analysen som utförs i steg 1 är uppdelad i två olika varianter. Den första analysen är utformad för att få spänningssituationen då hela nivå 820 är utbruten och den andra analysen är utformad så att halva nivå 820 är utbruten, se Figur 24 samt Figur 25. I den första analysen av den globala modellen utvärderas spänningstillståndet i två tvärsnitt. A. I början av den utbrutna delen för att se vilka spänningar som fås när nivå 849 öppnas. B. I mitten av den utbrutna delen för att se vilka spänningar nivå 849 utsätts för när nivå 820 är utbruten. I den andra analysen utvärderas spänningstillståndet i tvärsnitt C för att kunna studera spänningarna i pelaren på nivå 849 när halva 820 är utbruten. Figur 24 Analys 1, globalmodell. Figur 25 Analys 2, globalmodell. 33

43 De spänningsanalyser som utförts på de olika nivåerna ses i Tabell 12. Tabell 12 Utförda spänningsanalyser på de olika nivåerna mot djupet. Nivå 820 Nivå 878 Nivå 936 Analys 1 A. X B. X X X Analys 2 C. X I analys 1 av tvärsnitt B från nivå 820 mot djupet erhålls spänningen som funktion av djupet under raset, se Figur 26- Figur 28. I dessa kan ses att v och h representerar 3 respektive 2 närmast botten på raset. På större avstånd blir v = 2 och h = 3. Samma analys av spänningarna i den lokala modellen har gjorts från nivå 878 och nivå 936, se APPENDIX 3. Analys 1 av tvärsnitt A från nivå 820 mot djupet ger spänningen som funktion av djupet under raset som visas i Figur 29- Figur 31. I analys 2 av tvärsnitt C från nivå 820 mot djupet erhålls spänningsdiagrammen, (Figur 32- Figur 34), vars spänningar används i steg 2 av analysen. 34

44 Figur 26 Sigma 1 mot djupet under nivå 820, tvärsnitt B Figur 27 Sigma 2 mot djupet under nivå 820, tvärsnitt B Figur 28 Sigma 3 mot djupet under nivå 820, tvärsnitt B Tabell 13 Spänningar på olika djup under nivå 820, analys 1, tvärsnitt B. Djup under nivå 820 Horisontell Vertikal Ut ur planet 0 m m m

45 Figur 29 Sigma 1 mot djupet under nivå 820 tvärsnitt A Figur 30 Sigma 2 mot djupet under nivå 820 tvärsnitt A Figur 31 Sigma 3 mot djupet under nivå 820 tvärsnitt A Tabell 14 Spänningar på olika djup under nivå 820, analys 1, tvärsnitt A. Djup under nivå 820 Horisontell Vertikal Ut ur planet 0 m m m m

46 Figur 32 Sigma 1 mot djupet under nivå 820, tvärsnitt C Figur 33 Sigma 2 mot djupet under nivå 820, tvärsnitt C Figur 34 Sigma 3 mot djupet under nivå 820, tvärsnitt C Tabell 15 Spänningar på olika djup under nivå 820 från analys 2, tvärsnitt C. Djup under nivå 820 Horisontell Vertikal Ut ur planet 0 m m m m m m

47 I steg 2 har resultatet från den globala modellen förenklats (Tabellerna 13-14, Figurerna 26-31) och används som indata till den lokala modellen av ett antal tvärorter enligt Figur 35. Spänningarna från den globala modellen har förenklats genom att ansätta dem som styckevis linjära mellan de olika nivåerna i Tabell i den lokala modellen. Figur 35 Lokalmodell av dubbelortsgeometri Syftet med den lokala modellen är att studera spänningssituationen kring tvärorterna samt deras stabilitet vid brytning på nivåerna 849, 907 och 965. Resultatet från analyserna av nivå 907 och 965 redovisas i APPENDIX 4. 38

48 6.2.1 Resultat Spänningsanalyserna visar att när hela nivå 820 är utbruten är den maximala spänningsnivån i den smala pelaren MPa, se Figur 36. Det bildas dock högre spänningar i övergången mellan sula och vägg och den varierar mellan MPa men är inte någon fara för orternas stabilitet. 3 visar på att det bildas dragspänningar i ortväggen, se Figur 38. I snitt A innan nivå 849 öppnats är spänningen störst i tak och sula (66-83 MPa). Det bildas dragspänningar i pelaren mellan orterna samt i ytterväggarna, Figur 40 - Figur 41. När strength factors för de olika nivåerna mot djupet längs snitt B jämförs, framgår det att när brytningen kommer mot större djup bildas det mer och mer tryckbrott i den smala pelaren, se Figur 42- Figur

49 Figur 36 Sigma 1 nivå 849, snitt B Figur 37 Sigma 2 nivå 849, snitt B Figur 38 Sigma 3 nivå 849, snitt B 40

50 Figur 39 Sigma 1 nivå 849, snitt A Figur 40 Sigma 2 nivå 849, snitt A Figur 41 Sigma 3 nivå 849, snitt A Figur 42 Strength factor för nivå 849, snitt B 41

51 Figur 43 Strength factor för nivå 907, snitt B Figur 44 Strength factor för nivå 965, snitt B 42

52 En 2D analys av snitt C visar att det bildas höga spänningar i pelaren mellan orterna samt i de yttre väggarna, se Figur 45. Figur 46 visar att det uppkommer dragbrott i ytterväggarna på orterna medan det i innerväggarna (pelaren) bildas tryckbrott på nivå 849. En 3D analys av samma område skulle ge en mer tillförlitlig analys eftersom att det gjorts en förenklad 2D analys av ett 3D problem. Figur 45 Sigma 1 nivå 849 halva nivå 820 utbruten, snitt C Figur 46 Spänningsfaktor nivå 849 med halva nivå 820 utbruten, snitt C 43

53

54 7 INSTRUMENTERING AV TESTOMRÅDET 7.1 Val av mätplatser Val av mätplats i dubbelort har baserats på följande resonemang, se Figur 47. Sektion 1: Placerad längst in i tvärorten för att kunna studera pelarens betende vid öppningsfasen. Sektion 2: Placerad i mitten av pelaren i närheten av en gråbergszon. Mätlinjen ligger där pga. att prognoserna från Swedpower (2004), säger att spänningarna kommer att öka markant i mitten av pelaren när brytning på nivån ovanför kommer ut mot fältet. Sektion 3: Den sista mätpunkten ligger nära fältorten för att kunna se hur pelarspetsen kommer att klara spänningarna som uppkommer pga. brytningen. Denna sektion är intressant för att det inte kan förutses vad som kommer att hända med pelaren i slutfasen av backningen av ovanliggande nivå, samt hur pelaren kommer att klara sig när skivan öppnas. 45

55 Sektion 1 Sektion 2 Sektion 3 Figur 47 Mätlinjernas placering i dubbelortsgeometrin Vid val av referensort bör ett antal olika faktorer bedömas. Referensorten skall ha liknande geologi som de dubbelorter i vilka mätningarna skall ske. Innehåller testorterna där mätningarna utförs en lins av kvartsporfyr bör referensorten också innehålla en sådan. De mätsektioner som placerats ut i dubbelorterna samt den i referensorten, bör ha samma avstånd till ligg- och hängvägg. För att erhålla likvärdiga förhållanden. Den sista faktorn som bör beaktas är att dubbelorterna i testområdet och referensorten infaller i samma intervall vid utlastning av nivån ovanför, för att få en bra jämförelse av mätvärdena i referensort och dubbelorterna. 46

56 7.1.1 Diskussion om vald mätplats samt instrumentering Nivå 849 är den första skiva där studier kan göras på hur berget beter sig med den nya brytningsgeometrin. Det ovissa med den nya brytningsgeometrin är om pelaren mellan ortparen kommer att klara belastningen och även i fortsättningen bära viss last. Stabiliteten för de långa borrhålen i kransarna är oklara i dagsläget. Kransarnas utformning i området illustreras i Figur 16. Som referensort valdes ort 432 på nivå 849. Denna ort har valts på grund av att den har liknande förhållande vad gäller geologi och utlastningsförlopp. Referensorten har samma sektionsplacering för mätningsprofilerna som i dubbelortsparet ( Figur 47). Efter att ha övervägt vilka parametrar som är styrande vid analysen av den smala pelaren i den nya geometrin, har instrumenteringen valts genom att tänka igenom punkterna ovan samt enligt Tabell 1. Den effekt som brytningen har på pelaren, bör resultera i en spänningsökning som kan göra att pelaren trycks ihop i vertikal riktning och horisontellt parallellt med tvärorten och expanderar i horisontell riktning vinkelrätt mot orten. Konvergensmätning av orterna på var sida om den smala pelarna bör göras för att konstatera om pelaren trycks ihop och hur orterna på var sida påverkas av brytningen. Eftersom förloppet förväntas vara långsamt görs mätningarna manuellt, på så sätt besiktas också området vid varje mättillfälle. Det förväntas att pelaren deformeras när den påverkas av brytningen. För att kunna bestämma var i pelaren rörelsen sker, görs mätningarna med hjälp av en ingjuten extensometer. Mätningarna av extensometern görs manuellt med en batteridriven mätbox i samband med konvergensmätningarna. 47

57 7.2 Instrumenteringsutformning Instrumenteringen i testområdet är placerade enligt Figur 48. Figur 48 Översikt installerade mätningslinjer I de två testorterna 445 och 446 på nivå 849, har tre mätsektioner installerats. Dessa sektioner innehåller en extensometer i pelaren och på var sida av pelaren mäts ortprofilen med konvergensmätning. Instrumenten skall fungera som en enhet för att kunna se hur bergmassan deformeras. I referensorten sker mätningarna med extensometrar horisontellt genom pelaren och ortprofilen mäts med konvergensmätning. Extensometermätningen i referensorten 48

58 sker med lika långa extensometrar som i testorten, för att kunna jämföra deformationerna i pelaren mellan tvärorterna Konvergensmätning Konvergensmätningen sker med två olika uppställningar den ena innehåller fem infästningspunkter medan den andra innehåller fyra infästningspunkter, se Figur 49. Utformningen skiljer sig på grund av att de två mätningssektionerna närmast fältorten har en ventilationstrumma mitt i taket och denna gör att infästningspunkten i taket försvinner, se Figur 49b. a) b) Figur 49 Utformning av installerade mätningsinstrument. a). Fem distometerpunkter b). Fyra distometerpunkter Distometrarna av märket ISETH, som använts vid mätningarna har en noggrannhet på 0,03 mm vid en mätlängd på < 10m. Före och efter varje mättillfälle kalibreras instrumentet mot en vikt när det är infäst i sin kalibreringsram. Detta för att se att instrumentet har rätt spännkraft samt längd, (Kern & Co. Ldt) Extensometermätning Extensometern som använd vid mätningarna är av typen SMART MPBX (Multi-Point Borehole extensometer) den är tillverkad i glasfiberslang vilket gör den slät och flexibel att hantera. Extensometern innehåller ankare och ett elektroniskt mäthuvud. Huvuddelen av instrumentet har ett kraftigt polypropylenhölje som skyddar instrumentet mot skjuvning. 49

59 Figur 50 Extensometern SMART MPBX Ankarna i extensometern är gjorda av aluminium för att få den bästa tänkbara vidhäftningen vid ingjutning. Detta eliminerar eventuella rörelser mellan instrumentet och det omgivande berget, vilket skulle leda till osäkerheter vid mätningarna. Figur 51 Aluminium ankare för SMART MPBX Eftersom mätinstrumentet är försett med ett mycket litet mäthuvud gör detta att det kan placeras inne i borrhålet och skyddas därmed från att bli skadat av eventuella aktiviteter i orten. (Mine Design Tecnologies 2004) Extensometerns utformning och placering Extensometern är utformad efter vilka rörelser som förväntas i pelaren, se Figur 52. I mitten av pelaren ligger fyra ankare med en halv meters avstånd för att registrera rörelserna i mittenpartiet av pelaren. Om eventuella rörelser skulle ske i mitten, kan detta bero på att pelaren håller på att spricka upp pga. de spänningar som den utsätts 50

60 för. Detta gör att om stora rörelser registreras kan förstärkningsåtgärder snabbt sättas in. Det två yttre ankarna skall fånga upp de rörelser som sker närmare ortkonturen. Figur 52 Extensometerns utformning i pelaren 51

61

62 8 RESULTAT 8.1 Instrumentering Konvergensmätning med distometer De förskjutningar som uppmätts i testområdet på nivå 849 har illustrerats tillsammans med ortkonturen i Figur 53 för att få en överblick över vilka rörelser som uppmätts. I Figur 53 är varje färgat streck en riktningvektor för hur mätpunkten rör sig, rörelserna är ritade i skalan 1:100. Figur 53 Riktningsvektorer i ortprofilen, linje E i mitten ort

63 Rörelserna i dubbelorten är större än de i referensorten vid jämförelse mellan linje E och S som ligger i samma sektion. Rörelserna i referensortens anfang ligger i intervallet mm, medan rörelserna i motsvarande punkter i dubbelorten är i intervallet mm. Figur 54 Riktningsvektorerna i ortprofi,l linje S referensorten 432. Riktningsvektorerna som fås vid beräkning med hjälp av ekvation (4) (6) samt uppritade riktningsvektorer för alla mätningslinjer kan, ses i APPENDIX Extensometer Mätningarna visar endast större förändringar vid extensometer nr 1, medan de andra extensometrarna endast visar mycket små förändringar. I Figur 55 har en ansats gjorts att pelaren kommer att spricka upp och röra sig sist i mitten av pelaren. Därför relateras alla förskjutningar till ankar punken vid 2,5 meter. På detta vis kan förskjutningarna lättare tydas och det fås en lättare överblick om hur det rör sig i pelaren på var sida av pelarmitt Förskjutningarna uppmätta av extensometer nr 1 är störst i den vänstra sidan med 7.24 mm närmast ortkonturen. Förskjutningarna i den högra sidan är mindre och lika med 1.9 mm. De övriga extensometrarna har endast registrerat små förskjutningar och dessa återfinns i APPENDIX 6. Extensometer nr 6 längst in i referensorten har även den registrerat små förskjutningar och har därför inte samma förlopp på förskjutningarna, se Figur 57, som extensometer nr 1, se Figur 56, i pelaren vid 54

64 dubbelortsgeometrin. Detta beror på att pelaren i referensorten är betydligt bredare än den dubbelortsgeometrin. LKAB SMART MPBX # Pelarmitt Förskjutning [mm] ,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5-1 Avstånd från mäthuvud längs extensometern [m] Figur 55 Förskjutningar i extensometer nr 1, mot hängväggen i mellan ort LKAB SMART MPBX # Förskjutningar [mm] ,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5-1 Avstånd från mäthuvud längs extensometern [m] Figur 56 Förskjutningar i extensometer nr 1, mot hängväggen i mellan ort

65 LKAB SMART MPBX # Förskjutning [mm] 1 0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0-1 Avstånd från mäthuvud längs extensometern [m] -2 Figur 57 Förskjutningarna i extensometer nr 6, mot hängväggen i ort Skadekartering av nivå 849 Skadekarteringen av området visar att det finns strukturer som bidrar till att det blidas ett kilutfall främst i väggen vid sulan av orten. Pelarspetsarna i orterna är skadade av hög belastning samt ett kilutfall i taket. I ort 445 finns det ett slag av kaolinlera där det har bildats en grotta som blir större med tiden, Figur 58. Största delen av orterna är sprutade med sprutbetong, därför är det relativt lätt att se om det sker utfall i orterna. De flesta skadorna i sprutbetongen finns i kontakten mellan malm och gråberg. Efter att ort på nivå 820 öppnats, har flertalet mindre utfall av sten och sprutbetong observerats i ort på nivå 849. Även ett utfall från taket har skett i referensorten

66 Figur 58 Grott av kaolinlera i anfanget av ort 445, nivå Jämnförelser med analyser Unwedge Den största kilen som bildas vid analys av huvudsprickgrupperna i Unwedge är en kil i referensorten. Denna kil liknar ett utfall som skett i referensorten. Denna kil har en säkerhetsfaktor >1 i analysen, men den kan ha fallit ut pga. vibrationer orsakade av sprängning, se Figur 19. Även de små utfallen i orterna i testområdet kan härledas till de små kilar som fås vid analys med Unwedge Examine 2D De höga spänningar i den lokala modellen är en trolig orsak till varför extensometer nr1 längst in mot hängväggen börjat röra sig i alla ankar punkter, men kan även vara orsaken till att ortprofilerna trycks ihop. Dock skall det poängteras att det krävs en 3D-modell för att se det verkliga beteendet. 57

67

68 9 DISKUSSION OCH SLUTSATS 9.1 Diskussion Konvergensmätningarna visar att ort 446 i dubbelortsgeometrin får större förskjutningar än motstående ort 445. Detta kan bero på att utlastningen på nivån ovanför har kommit längre där än vad den har hunnit över ort 445. Pelaren utsätts då för högre spänningar på den högra sidan än på den vänstra, se Figur 59. Linje E är den mätsektion som har de största förskjutningarna i profilen och den ligger precis i linje med hur mycket de har lastat ut på nivån ovanför. Det är när utlastningen har kommit så här långt som extensometer nr 1 börjar ge utslag. Rörelserna kan bero på att kransarna på nivån ovanför har kommit upp till full höjd och malmen har tappat kontakten med hängväggen vilket ger högre spänningar i pelaren. På grund av de höga spänningarna görs ett antagande med hjälp av de mätvärden som finns att pelaren har börjat spricka upp och svälla. Om en jämförelse görs mellan linje S i referensområdet och linje E i dubbelortsområdet eftersom dessa har samma läge, kan man se att orterna har samma rörelseförlopp. Skillnaden är att rörelserna är betydligt mindre i referensorten och 59

69 detta beror sannolikt på att pelaren är mycket bredare vilket gör att den kan ta mer last och inte pressas ihop lika mycket. Figur 59 Ur långt utlastningen av nivå 820, hunnit vid mätningarna Pelarens laterala deformationer kan bidra till att taket i orten avlastas, vilket kan leda till gravitativa utfall. I dubbelorten har mindre block fallit ner från taket som en trolig följd av detta. De små block som fallit ner i dubbelortsområdet kan vara de små kilar som analysen med Unwedge visar. 60

70 9.2 Slutsatser I detta projekt kan följande slutsatser dras Pelaren i dubbelortsgeometrin trycks ihop. I början av pelaren mot hängväggen vid första extensometern, sker uppsprickning på ytan av pelaren när brytningen på nivån ovanför kommit till halva pelarlängden på nivå Rekommendationer För att följa upp hur pelaren beter sig så bör fortsatta mätningar göras. Detta för att se i vilket stadium som förebyggande förstärkningar skall sättas in för att hjälpa pelaren att hålla ihop. 61

71

72 10 REFERENSER Barton N, R. Lien, J. Lunde 1974 Engineering Classification of Rock Masses for the Design of Tunnel Support. Rock Mechanics 6., , 1974, Springer Verlag Brady, B.H.G Brown, E.T Rock mechanics for underground mining. Second edition. ISBN DIPS User s Guide, Rocscience, Inc. Examine 2D User s Manual, version 5.1, Rock Engineering Group, University of Toronto, Canada, Rocscience, Inc. Hamrin H Guide to underground mining, methods and applications. Atlas Copco MCT AB Hansson K-E History and geology of Kiruna Area. Intern LKAB-rapport Hoek E., P.K. Kaiser och W.F. Bawden Support of Underground Excavations i Hard Rock. A.A. Balkema 63

73 Holmstedt A Bergmasseklassificering av Kiirunavaara malmkropp. Intern LKAB rapport Nr , December 13, 1994 Kern & Co. Ldt, Switzerland Instruction manual, Distometer ISETH Precision Instrument for Distance Maesurening Measurements with Invar wires. Kern SWISS Lundman P The effect of changing stresses on stability of underground openings. Licentiate Thesis, Department of Civil and Mining Engineering, Division of Rock Mechanics, Luleå University of Technology, Sweden Magnor B., Mattson H Strukturgeologisk modell över Kiirunavaara, slutrapport. CTMG-report Nordlund E., G. Rådberg and J. Sjöberg Bergmekanikens grunder. Department of Civil and Mining Engineering, Division of Rock mechanics, Luleå University of Technology, Sweden, (in Swedish) Sandström D Analysis of the Vargin State of Stress at Kiirunavaara Mine. Licentiate Thesis, Department of Civil and Mining Engineering, Division of Rock Mechanics, Luleå University of Technology, Sweden Stephansson O Mäta i berg. Department of Civil and Mining Engineering, Division of Rock mechanics, Luleå University of Technology, Sweden, (in Swedish) Sjöberg J., P. Lundman, E. Nordlund Analys och prognos av utfall i bergschakt, KUJ Intern LKAB-rapport. Sjöberg J., F. Perman Numerisk analys av ny skivraslayout. Delrapport 2Danalyser, SwedPower. 64

74 Töyre J Bestämning av mekaniska egenskaper för bergmassan närmast orten i Kiirunavaara. Master Thesis Department of Civil and Mining Engineering, Division of Rock mechanics, Luleå University of Technology, Sweden, (in Swedish) Selldén H Skivrasbrytning vid LKAB problem och möjligheter Bergsprängningskommitén diskutionsmöte 2001 ISSN Mine Design Tecnologies , Mine Design Tecnologies hemsida Roc Sciense Roc Scienses hemsida 65

75

76 APPENDIX 1 Karterade sprickor i orterna på nivå 849 Nr Orientering Sprick- Sprick- JRC Sprickfyllning Vatten- Tjocklek längd avstånd 1. 21/ Hematit 2. 16/ Klorit / Hematit/Calcit 4. 11/60 4 Calcit / Calcit /65 2 Calcit /65 5 Calcit / Calcit / Calcit /85 2,5 Calcit / Calcit/Hematit /70 5 Calcit / Calcit / Calcit / Calcit / Calcit / Calcit / Klorit /75 6 Klorit / Calcit / Hematit / Hematit / Hematit/Calcit / Hematit / Calcit /75 5 sp Klorit / Calcit / Calcit / Calcit / Calcit / Calcit/Hematit / Calcit / / Hematit /75 2 Calcit / Calcit/Hematit / Hematit / Hematit / (2st) /70 3, / (6st) /75 12 Calcit föring sprutbetong

77 / / / Lite calcit / / / /40 5 Flera 2 Calcit likadana /82 2 Hematit /75 5 Hematit/Calcit / Calcit 53 31/50 3 Ganska uppspruket /80 5 Hematit/Calcit / Calcit /80 4 Flera 3 Calcit likadana Lutning gråbergslins 2-6 cm sprut betong /80 10 Sprick vidd 0,5cm / / / Calcit Bildar kil / Calcit / Hematit/calcit / ,1cm Gråberg / ,5-1,0cm /70 4 0,5-1,0cm 66. 6/75 5 1,0-2,0cm / Calcit /75 16 Calcit /75 16 Calcit / Calcit / Calcit/hematit / Calcit/hematit /60 5 Blank Blank lite II hematit / Calcit /80 7 Klorit /50 16 Klorit /70 2,5 4 Calcit /80 3 Calcit/hematit /50 2,5 Calcit/hematit / hematit/lite calcit / Calcit / Calcit / Calcit/hematit /80 2,5 4 Calcit/hematit / Calcit/hematit / calcit

78 / Hematit / Hematit/tvålig /35 1, / cm / calcit / calcit / calcit / calcit / calcit /45 2,5 4 Calcit/hematit /55 4 Hemtatit /55 4,5 4 calcit / calcit / calcit / calcit / calcit / calcit / / Fylld med lera / calcit / Hematit/lite calcit / calcit / calcit / Hematit /80 1,5 2 Calcit / Calcit / Calcit /65 2,5 4 Calcit / Hemtit/calcit / Calcit / Calcit / Calcit/hematit / calcit / Hematit/lite calcit / Hematit/lite calcit /70 6 SP SP / Hematit/calcit /70 6 SP Hematit/calcit /65 2 SP SP

79 / Hematit / Klägg? / Klorit /75 5 2st/50cm / Hematit/calcit /65 2 SP Hematit/calcit / Calcit / Hematit /80 2,5 5 Hematit/calcit / Calcit /75 6 SP Calcit /85 4 SP Hematit /55 2 SP SP /85 2 SP Hematit /60 10 SP SP / Hematit / Hematit / Calcit/vitt tvåligt / Calcit / Calcit / / /75 2 SP / Calcit/hematit / Hematit / Calcit / Calcit / Calcit / Hematit / Calcit / Hematit /80 2,5 2 Hematit /70 5 SP Calcit / Calcit / Hematit / Hematit / / Calcit/hematit / Hematit / Calcit

80 / Hematit /70 2,5 - Calcit / Calcit /65 3 SP SP /60 3 SP Hematit / Hematit / Calcit / Calcit/hematit / Calcit /75 3 SP calcit / Calcit/hematit / Calcit/hematit / calcit / calcit / Hematit /65 5 SP Calcit / Calcit/hematit Gråberg / Calcit/hematit / Hematit / Vittrat / Vittrat / Vittrat /85 1,5 4 Vittrat / Vittrat /80 2,5 SP Hematit /75 2 SP SP /85 2 SP SP / Hematit / Hematit / Hematit / Calcit /80 4 SP SP /60 5 SP Calcit / cm / Calcit / Calcit / Hematit / Hematit / Calcit /

81 /50 4 SP SP / / Calcit /80 4,5 4 Calcit / / Calcit / Calcit / Calcit/hematit / / Hematit / Calcit /65 - SP Calcit / / / / Hematit / Calcit /55 6-5cm / Hematit / / Klorit bred fyllning / Hematit/calcit / / Calcit / / / Hematit / Calcit / Calcit / Calcit/hematit / Calcit /80 4,5 2 Hematit/calcit / Calcit / calcit / calcit / Calcit / vittrat

82 APPENDIX 2 Tabeller för klassificering av bergmassan Geomekanisk klassifikation (RMR), bestämning av del poäng för enaxiell tryckhållfasthet, RQD och sprickavstånd (Bieniawski, 1989). Punktlast- Enaxiell Poäng RQD [%] Poäng index [MPa] tryckhållfasthet [MPa] >10 > * * * * ) För denna låga hållfastheten, bör enaxiellt trycktest användas <25 3 Sprickavstånd [m] Poäng > < Geomekanisk klassifikation (RMR), bestämning av delpoäng för spricktillstånd (Bieniawski, 1989). Spricktillstånd Poäng Mycket råa sprickytor, inte kontinuerliga, ingen separation, hårda sprickytor 25 Råa sprickytor, separation < 1 mm, hårda sprickytor 20 Råa sprickytor, separation < 1 mm, mjuka sprickytor 12 Glidrepade sprickytor (slickensided) 6 Eller sprickfyllningens tjocklek < 5 mm Eller öppna spricköppningar 1 5 mm, kontinuerliga sprickor Mjukt sprickfyllnadsmaterial, tjocklek > 5 mm 0 Eller öppna sprickor, spricköppning > 5 mm, kontinuerliga sprickor

83 Bestämning av Jn (Sprickgruppstal), efter Barton., Beskrivning Värde Massive, no or few joints One joint set 2 One joint set plus random 3 Tow joint sets 4 Two joint sets plus random 6 Three joint sets 9 Three joint sets plus random 12 Four or more joint sets, sugar cubes 15 Crushed, Earthlike 20 Bestämning av Jr (Sprickråhetstal), efter Barton., 1974 Beskrivning Värde Discontinuous joints 4 Rough, Undulating 3 Smooth, Undulating 2 Slickensided, Undulating 1.5 Rough, Planar 1.5 Smooth, Planar 1.0 Slickensided, Planar 0.5 Thick infill - no rock contact 1.0

84 Bestämning av Ja (Sprickomvandlingstal), efter Barton., 1974 Beskrivning Värde Tightly healed, hard, non-softening, impermable filling 0.75 Unaltered joint walls, surface staining only 1.0 Slightly altered joint walls, non-softening mineral coaings, sandy 2.0 particles, clay-free disintegrated rock, etc. Silty-, or sandy-clay coating, small clayfriction 3.0 Softening or low-friction mineral coatings (chlorite, talc, clay, etc) 4.0 Sandy particles, clay-free, disintegrating rock etc. 4.0 Strongly over-consolidated, non-softening clay mineral fillings 6.0 (continuous < 5mm thick) Medium or low over-consolidated softening clay mineral fillings 8.0 (continuous < 5mm thick) Thin Swelling Clay 10.0 Thick Swelling Clay 20.0 Bestämning av Jw (Sprickvattental), efter Barton., 1974 Sprickvatten beskrivning Tryck [kpa] Jw Dry Excavation (Less than 5litres/min locally) < Medium Inflow or Pressure Large Inflow or High Pressure, No joint filling Large Inflow or High Pressure, outwash of joint filling Exceptionally large inflow or pressure,declaying after > excavation Exceptionally large inflow or pressure, no reduction after > excavation

85 Bestämning av SRF (Spänningsreduceringstal), efter Barton., 1974 Svaghetszoner Single shear zone in competent rock or single weakness Zone containing clay and /or chemically disintegrated rock SRF 2.5 E. Depth > 50m 5.0 E. Depth < 50m Loose, open joints, heavily jointed, or sugar cube (any depth) 5.0 Multiple shear zones in competent rock or 7.5 Loose surrounding rock (any depth) Multiple occurrences of weakness zones containing clay and/or chemically 10.0 disintegrated rock or Very loose surrounding rock Swelling rock chemical swelling due to presence of water 5-15 Squeezing Rock Plastic flow of weak rock under stress 5-20

86 APPENDIX 3 Spänningsdiagram globalmodell 1 Sigma 1 från nivå 878 mot djupet Sigma 2 från nivå 878 mot djupet Sigma 3 från nivå 878 mot djupet Spänningar på olika djup under nivå 878, linje B Djup under nivå 878 Horisontell Vertikal Ut ur planet 0 m m m

87

88 Sigma 1 från nivå 936 mot djupet Sigma 2 från nivå 936 mot djupet Sigma 3 från nivå 936 mot djupet Spänningar på olika djup under nivå 936, linje B Djup under nivå 936 Horisontell Vertikal Ut ur planet 0 m m m

89

90 APPENDIX 4 Examine 2D resultat Sigma 1 nivå 907, tvärsnitt B Sigma 2 nivå 907, tvärsnitt B Sigma 3 nivå 907, tvärsnitt B

91 Sigma 1 nivå 965, tvärsnitt B Sigma 2 nivå 965, tvärsnitt B Sigma 3 nivå 965, tvärsnitt B