Vurdering av underjordsuttak ved Akselberg

Abstract

Produksjonen av kalkstein fra dagbruddet på Akselberg ønskes å utvides til underjordsuttak av Brønnøy Kalks AS. I den sammenheng er det ønskelig å finne gunstig orientering- og dimensjoner av både bergrom og pilarer for underjordsuttaket. Inngangsparametere for empiriske-, analytisk- og numerisk verktøy er basert på prosjektoppgaven, ”Forståelse av geologiske prosesser og en strukturgeologisk analyse i Akselbergområdet til hjelp for analyse av de lokale målte bergspenninger ved Brønnøy Kalk AS sitt fremtidige underjordsanlegg”, skrevet av undertegnede i faget TGB4500 ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet, NTNU høsten 2019 med noen korrigeringer. I denne avhandlingen er det brukt spenningsorientering, -regime og andre bergmekaniske egenskaper fra Akselberg. Her er vertikalspenningen justert til 8 MPa, da den teoretisk utregnede og lokalmålte spenningen avviker fra hverandre.

Fra analysen av stabilitetsforhold, sprekker og svakhetsoner kommer det frem at det eksisterer fire sprekkesett, der tre dominerer. Den siste, S4 velges å se bort i fra da den er av liten størelsesorden. Det velges derfor å se på de tre sprekksettene, S1, S2 og S3. Fra analysen kommer det frem at den beste orienteringen av bergrommet er 325 - 330° fra nord. En annen mulig løsning, men ikke like opptimal er 245 - 250° fra nord.

Basert på forståelsen av geologisk historie, strukturgeologisk analyse og beregninger fra empirisk og analytisk verktøy er det laget en modell i RockScience2. Fra analysen utført på denne modellen konkluderes det med at bergrom med en lengde på 35 m og høyde på 25 m og pilarer på med bredde 20 m og høyde 25 m er en god løsning. Med tanke på bergspenning og stabilitet er det en stor fordel å utforme bergrommet som en ellipsoide og orientere det tilnærmet parallelt med største hovedspenning. Ved å gjøre dette reduseres spenningskonsentrasjonen og strekkspenninger i både sidevegger og heng betraktelig. Det oppstår spenninger i sideveggen som kan være problematiske. Disse er anses å være lokalt og avhengig av formen på bergrommet og nødvendig bergsikring bør vurderes.

Det er gjort en 2D-analyse i denne avhandlingen, noe som betyr at ikke er utført stabilitetsvurderinger på bredden av bergrommet. Fra analytisk verktøy kommer det frem at utvinningsgraden ut i fra denne modellen ligger p°a 42,9 – 61,9 % der bredden på bergrommet varierer mellom 20 – 30 m.

The production of limestone from the mining of Akselberg was proposed to be extended to underground extraction by Brønnøy Kalk AS. In this context, it is desirable to find favourable orientation and dimensions of rock caverns and pillars for the underground outlet. Entry parameters for empirical, analytical and numerical tools are based on the project thesis, ”Understanding Geological Processes and a Structural Geological Analysis in the Akselberg Area to Help Analyze the Local In Situ Stresses at Brønnøy Kalk AS in the Future Subsystem”, written by the undersigned in the subject TGB4500 at Norwegian University of Science and Technology, NTNU autumn of 2019. Some minor corrections are made in this thesis. This thesis uses stress orientation, regime and other rock mechanical properties from Akselberg. Here the vertical stress is adjusted to 8 MPa, because the theoretically calculated and locally measured stresses differs from each other.

From the analysis of stability conditions, crack and weakness zones; it emerges that there are four crack sets, of which three predominate. The last one, the S4, is chosen to disregard, because it is of small magnitude. It is therefore chosen to look at the three crack sets, S1, S2 and S3. The analysis shows that the best orientation of the caverns is 325 – 330° from the north. Another possible solution, but not as optimal, is 245 – 250° from the north.

Based on the understanding of geological history, structural geological analysis and calculations from empirical and analytical tools, a numerical model was created in RockScience2. From analysis that were applied to this model, it concludes that a good solution is those with rock caverns that are in length of 35 m and a height of 25 m and pillars of a width of 20 m and a height of 25 m. In terms of rock stress and stability, it is a great advantage to design the rock caverns as an ellipsoid and orient it almost parallel to the highest main stress. By doing this, the stress concentration and tensile stress in both sidewalls and hinges were significantly reduced. Tensions arise in the sidewall which can be problematic. These are considered to be local and depend on the shape of the rock room and necessary rock support should be considered.

There is a 2D analysis in this dissertation, which means that no stability assessments have been carried out on the width of the rock caverns. From analytical tools it is possible to determine the degree of recovery based on this model, and estimated to be 42.9 - 61.9 % where the width is in the range between 20 - 30 m.