Bergmekaniska utmaningar för LKAB

Bergmekaniska utmaningar för LKAB Lars Malmgren 2010-04-15 Kärnavfallsrådet öppet rådsmöte den 15 april 2010

Allmänt om LKAB Bergmekanik Innehåll Bergmekaniska utmaningar Gruvseismicitet Svaga bergarter

En internationell högteknologisk mineralkoncern som producerar järnmalmsprodukter till stålindustrin och industrimineralprodukter till många olika branscher och användningsområden. Företaget bildades 1890.

Järnmalmsprodukter till stålindustrin Bryter, förädlar, transporterar och levererar järnmalmsprodukter. Gruvor och förädlingsverk i Kiruna, Svappavaara och Malmberget. Malmhamnar i Luleå och Narvik. Produktion 2008: Råmalm 43 Mt Färdiga produkter 23,8 Mt Leveranser 22,7 Mt, varav pellets 17,9 Mt

Järnmalmsmarknaden LKABs export är cirka 3 % av den totala sjöburna världshandeln Tre stora aktörer har 70 % av världsmarknaden.

Investeringar i världsklass pågår Ny huvudnivå i Malmberget (M1250) Ny huvudnivå i Kiruna (KUJ 1365) Narviks malmhamn (SILA) Provbrytning Gruvberget, Svappavaara Nya lok och malmvagnar Upprustning av järnvägsterminaler i Narvik och Svappavaara

Malmkroppen i Kiruna En sammanhängande malmkropp, 4 km lång, 80 meter bred och känd till 1500 meters avvägning (m avv). Dagens huvudnivå ligger på 1045 m avv och ny anläggs på 1365 m avv. Beslut om nya huvudnivån togs i oktober 2008, beräknas till 12,4 miljarder kronor. Brytning startade kring sekelskiftet år 1900.

Malmkropparna i Malmberget 20-tal malmkroppar, ca 10 bryts. Tre huvudnivåer; på 600, 815 och 1 000 m avv. Malmberget Ny huvudnivå anläggs på 1250 m avv. Beslut togs i februari 2008, beräknas till ca 4,5 miljarder kronor. Brytning startade 1888.

Skivrasbrytning

Huvudnivå 1045 m

Bergmekaniska problemområden Deformationsområde Stabilitet i bergschakt Stabilitet nära skivraset Stabilitet i fältort Stabilitet för anläggningar på huvudnivån

Brytningsmetodens påverkan på bergmassan Huvudspänning, σ 1 Hängvägg Liggvägg

Bergmekanik Kärnområden för bergmekanik inom LKAB är: Säkerhet och tillgänglighet under jord. Gruvseismologi. Omgivningspåverkan. Geomodeller, som är grunden för den bergmekaniska verksamheten.

Säkerhet och tillgänglighet under jord Bakgrund: Säker arbetsmiljö Hög tillgänglighet Brytning mot djupet Storskalig brytningsmetod kan vara känsligare för störningar

Vad är en seismisk händelse En seismisk händelse är en vågrörelse (stötvåg, vibration) orsakad av uppsprickning eller rörelser i bergmassan. Kan vara sprickbildning i intakt berg eller skjuvrörelser i befintliga spricksystem. Seismiska händelser är bergmassans respons på brytning av malm / berg i gruvverksamhet. Alla uj-gruvor har seismisk aktivitet.

Vågtyper P-våg (kompressionsvåg) S-våg (skjuvvåg) Rayleigh-våg (ytvåg)

Seismisk magnitud

I Kiruna är den hittills största händelsen 3 (Richter) enligt Uppsala. Den hittills största brytningsinducerade registrerade händelsen ( Richter 5.3) inträffade i Sydafrika Mars 2009.

Typer av smällberg enl Kaiser m fl (1996) Smällberg dimensionering Volumetric stress fracturing eller strain burst Utstötning av berg pga stötvåg Fault slip Bergutfall pga stötvåg Fault slip

Magnitud=3 Bergutfall > 700 m 3 Bergutfall pga stötvåg Fault slip 4 m Ca 10 m 6 m

Bergutfall pga stötvåg Fault slip Magnitud=3 Bergutfall > 1000 m 3 Bergutfall > 5 m

Bergmekaniskt arbete för att: minska risken för seismiska händelser samt minska risken för utfall orsakat av seismiska händelser Brytningslayot Utbackningsstrategi Gruvseismicitet Bygga ut det seismiska systemet Identifiera orsaker till de seismiska händelserna Riskkartor Prognosmodeller Nytt förstärkningssystem Stänga av områden efter större skjutningar Öppning av tidigare stängt område

Sensor - Geofon Output partikelhastighet (v/m/s) Byggd för lägre frekvenser

Grundförutsättning för analys av seismiska händelser För att väl kunna registrera och lokalisera en seismisk händelse bör den vara omringad av geofoner. För att kunna övervaka en gruva så fordras det att hela gruvan är omgiven av geofoner. En våg dämpas ut i bergmassan. Ju mindre händelse man vill registrera, desto tätare nät utav geofoner erfordras. Typisk noggrannhet för lokalisering av den seismiska händelsen är ca 5% to 10% av geofonavståndet

Exempel på analys av seismiska händelser Klusterteknik Magnitud samt antal händelser för klustret

Dynamiskt belastad förstärkning Bergbult c/c 1 m 100 stålfiber arm btg Stålnät φ5.5 c/c 75 Ytförstärkning: 100 stålfiberarm. Btg (40 kg/m 3 ) Dramix 65/35 or similar Stålnät φ5.5 c/c 75, avspänningsglödgad Bergbult: 20 mm ingjuten bult L=3m eller Swellex Mn24 eller motsvarande, L=3m eller 15.2 mm kabelbult, L>7m. Används t.ex. i korsningar.

Innehåll Allmänt om LKAB Bergmekaniska utmaningar Gruvseismicitet Svaga bergarter

Bergmekanisk problem i svagt berg I Malmbergets gruva orsakar Biotitskiffern många stabilitetsproblem pga av dess låga hållfasthet

Utfall i tvärort

Utfall i längsgående ort

Brytningslayout Bergmekaniskt arbete för att: minska risken för utfall orsakat av svagt berg (och hög bergspänningar) Utbackningsstrategi Förbättrad bergförstärkning Dimensionering av bergförstärkning Typförstärkning för bättre spårbarhet Kvalitetskontroll av förstärkningselement Omedelbar första förstärkning efter bergutfall

Förstärkning i samverkan med berg -analys Bergets hållfasthet Bergbult Störd zon Kontakten sprutbetong - berg Bergspänning σ 1 Ojämn yta Sprutbetong Bergspänning σ 2

Parameterstudie Amplitude 2.5 m Skjuv+normal hållfasthet Ojämnhet amplitud (m) EDZ (m) Kontakt hållf. (MPa) Berghållf. (MPa) Sprutbtg tjocklek (mm) 0.30 0 0.3 12 50 Basvärde 0.15 0.5 0.6 22 70 0.08 1 1.2 38 100 0 - - - 150

50% 40% 30% 20% 10% 0% 0 m Unevenness (amplitude) EDZ (extent) Interface (strength) Rock (strength) 150 mm Shotcrete (thickness) Interface failure (%) 0.30 m 0.15 m (B C) 0.08 m 0 m 0.5 m (B C) 1.0 m High B C Low High B C Low 50 mm 70 mm (B C) 100 mm 50% 40% 30% 20% 10% 0% Unevenness (amplitude) EDZ (extent) Interface (strength) Rock (strength) Shotcrete (thickness) Brott i kontakt sprutbetong-berg Sprutbetong Brott i sprutbetong Sprutbetong Berg Berg Failure lining (%) 0 m 0.30 m 0.15 m (B C) 0.08 m 0 m 0.5 m (B C) 1.0 m Low B C High High B C Low 50 mm 70 mm (B C) 100 mm 150 mm

Dimensionering av förstärkning Experience General experience Previous observations etc. Rock Structures Rock mass quality Principal stresses Load cases Mining-induced Seismic load Input data for design Regulations Laws In-house Level of safety Life time Properties of ground support Formalisera dimensioneringsprocessen Design of ground support -analytical -numerical -empirical -combination Installation of ground support Observations Unexpected Observations Expected Observations

Samhällsomvandlingen i Kiruna Schematisk figur som visar deformationsområdets utbredning

Tack för att du lyssnade!