Optimization of tunnel support in challenging rock conditions
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
Department
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
81 + 6
Series
Abstract
The complex geology in Kemi chrome mine has caused substantial challenges during underground mining operations. The rock mechanical properties encountered vary from extremely good to extremely poor. Large time-dependent deformations, so-called squeezing rock behaviour, have required constant rehabilitation of the tunnels. The goal of the thesis was to find ways to define optimal tunnel support with exploratory data, which in Kemi mine requires an ability to predict tunnel behaviour and convergence. Simple deformation predictions were made using rock mechanical parameters and in-situ stresses. These were compared to measured deformations. It was found that in the research area at level -275 the driving force behind time-dependent deformations is not the yielding and inherent squeezing of the rock mass. Instead, geological structures were interpreted to have more substantial effect on the rock mass behaviour. Three different preliminary squeezing rock assessments were used in the research area, from which none predicted large time-dependent deformations. Maximum measured relative displacement speed was 0.412 mm/d, when using a linear trendline for the whole measurement period. This deformation rate was deemed not dangerous to the tunnel stability, but the condition of shotcrete was constantly deteriorating. This means that rehabilitation measures were and will be necessary. Simple predictions cannot consider geological structures, stoping or the effect of nearby tunnels. Therefore, more accurate results could be obtained when these factors could be dismissed. When considering only access drifts located further away from stoping, better predictions could be achieved. In deep mine (-575 to -1000) the effects of rock mass strength and high in-situ stresses could be seen in more detail. Therefore, a limited comparison between preliminary squeezing rock assessment and measured deformations was made. It was found that the deformations of access drifts in greater depths can be predicted to a degree. A procedure is suggested, which predicts the scale of deformations. This tool can be used to modify the standard scheme of primary and secondary tunnel support in great and poor conditions. Some tunnel support options are discussed, but without field tests no definitive guidelines can be made.Kemin kromikaivoksen monimutkainen geologia on aiheuttanut merkittäviä haasteita louhinnassa. Kiven kalliomekaaniset ominaisuudet vaihtelevat erittäin hyvästä erittäin huonoon. Suuret ajasta riippuvat muodonmuutokset, niin kutsuttu ’squeezing rock behaviour’, ovat vaatineen jatkuvia tunnelien kunnostustöitä. Tämän opinnäytetyön tavoite oli löytää keinoja, jolla tunnelilujitus voitaisiin määrittää käyttämällä olemassa olevaa tutkimusdataa. Asianmukaisen tunnelilujituksen määrittämiseksi Kemin kaivokselle tämä tarkoittaa, että tunnelin konvergenssi ja kalliomassan käyttäytyminen pitää pystyä ennustamaan. Kalliomekaanisia parametrejä ja in-situ jännitystä käyttämällä tehtiin yksinkertaisia ennustuksia muodonmuutoksien määrästä. Näitä ennustuksia verrattiin mitattuihin muodonmuutoksiin. Merkittävin tekijä aikariippuvaisten muodonmuutosten takana tutkimusalueella -275 tasolla ovat geologiset rakenteet, eivätkä kalliomassan myötääminen ja siitä johtuva puristuminen. Tutkimusalueella käytettiin kolmea erilaista ’squeezing rock’ ennakkoarviointia, niistä yksikään ei ennustanut suuria aikariippuvaisia muodonmuutoksia. Maksimi suhteellisten siirtymien nopeus oli 0,412 mm/pv käyttämällä lineaarista trendiviivaa koko mittausjaksolle. Tätä muodonmuutoksen nopeutta ei pidetä vaarallisena tunnelin stabiliteetille, mutta ruiskubetoni osoitti jatkuvaa heikentymistä. Tämä tarkoittaa, että kunnostustyöt olivat ja ovat väistämättömiä. Yksinkertaiset ennustukset eivät voi ottaa louhoksien louhintaa, geologisia rakenteita taikka läheisiä tunneleita huomioon. Sen takia, tarkempia tuloksia voidaan saavuttaa, kun nämä tekijät voidaan sivuuttaa. Yhdysperät, jotka sijaitsevat kaukana louhoksista täyttävät osin nämä ehdot. Syvässä kaivoksessa (-575 tasolta -1000 tasolle) kallion ja in-situ jännityksen vaikutukset voidaan nähdä tarkemmin. Tämän takia tehtiin rajoitettu vertailu ’squeezing rock’ esiarvioinnin ja mitattujen muodonmuutosten välillä. Vertailun mukaan yhdysperien muodonmuutokset syvemmillä tasoilla voidaan ennustaa jokseenkin tyydyttävästi. Tässä työssä esitellään menettelytapa, jolla voidaan ennustaa muodonmuutoksien suuruutta. Tätä työkalua voidaan käyttää standardi tunnelilujituksen muokkaamiseen sekä heikossa että hyvässä kalliossa. Joitain tunnelilujitusvaihtoehtoja käydään läpi, mutta ilman testejä ei voida tehdä pitäviä suosituksia Kemin kaivokselle.Description
Supervisor
Rinne, MikaelThesis advisor
Matinlassi, MarkoLamberg, Mikko