Αριθμητική ανάλυση της μεθόδου διαδοχικών ορόφων με κενά μέτωπα με τη μέθοδο σύγκλισης - εκτόνωσης των τάσεων

Abstract

Έως και σήμερα ο σχεδιασμός των υπογείων εκμεταλλεύσεων γίνεται συνήθως με εμπειρικό τρόπο, ενώ στις περιπτώσεις που εφαρμόζονται αναλυτικές μέθοδοι, ή πιο συχνά αριθμητικά μοντέλα (πρότυπα), γίνονται οι παραδοχές της επίπεδης παραμόρφωσης συνεχών και ισοτρόπων ελαστικών, και μερικές φορές ανελαστικών, πετρωμάτων. Η εφαρμογή τρισδιάστατων αριθμητικών μοντέλων είναι εξαιρετικά σπάνια, λόγω του α-παγορευτικού μεγέθους του μοντέλου, στο οποίο περιλαμβάνονται όλα τα παραγωγικά μέτωπα και η μεταβολή της γεωμετρίας της εκμετάλλευσης συν τω χρόνω, καθώς και η γεωλογική πληροφορία. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η εξαγωγή συμπερασμάτων από την εφαρμογή της θεωρίας «σύγκλισης ανοιγμάτων – εκτόνωσης των τάσεων» για την ανάλυση των τάσεων-παραμορφώσεων κατά την εφαρμογή της μεθόδου υπόγειας εκμετάλλευσης διαδοχικών ορόφων με κενά μέτωπα (sublevel open stoping). Η θεωρία (προσέγγιση) της Σύγκλισης- Εκτόνωσης (Σ-Ε) επιλέχθηκε διότι μπορεί να εφαρμοσθεί στις δύο δια-στάσεις (κατά την έννοια της επίπεδης τομής), λαμβάνοντας όμως ταυτόχρονα υπόψιν την απόσταση του μετώπου, ή των μετώπων, από την επίπεδη τομή. Στην εν λόγω τομή γίνεται ανάλυση η οποία αφορά τη δράση υποστήριξης του μετώπου (support effect) σε περιοχές εκμετάλλευσης κοντά σε αυτό. Η προσέγγιση αυτή ταιριάζει και σε συνθήκες εκμετάλλευσης, που τα μέτρα υποστήριξης δεν έχουν μόνιμο χαρακτήρα στα μέτωπα παραγωγής και εφαρμόζονται σε κάποια απόσταση πίσω από το μέτωπο. Για την εφαρ-μογή της μεθόδου Σ-Ε στη συγκεκριμένη εργασία, χρειάσθηκε να γίνει θεώρηση της έννοιας της «υδραυλικής ακτίνας» των παραγωγικών μετώπων, αντικαθιστώντας την α-κτίνα κυκλικών σηράγγων, που χρησιμοποιείται στην εφαρμογή της μεθόδου αυτής. Η εφαρμοζόμενη μέθοδος Σ-Ε μπορεί να επιτευχθεί με αναλυτικό τρόπο αλλά και αριθμη-τικό. Στο πλαίσιο αυτής της εργασίας επιλέχθηκε η δεύτερη «οδός» με τη χρήση εμπορι-κού αριθμητικού κώδικα πεπερασμένων στοιχείων που είναι προσαρμοσμένος για στα-τικές αναλύσεις προβλημάτων διάνοιξης σηράγγων και υπογείων έργων γενικότερα. Συνεπώς η προτεινόμενη μέθοδος λαμβάνει υπόψιν τα διαδοχικά στάδια εκμε-τάλλευσης του κοιτάσματος μέχρι την εξόφληση και επιτρέπει τη θεώρηση των ελαστι-κών και πλαστικών παραμέτρων που διέπουν τη στατική και κινηματική συμπεριφορά των αγόνων και του κοιτάσματος. Στη μέθοδο της Σύγκλισης- Εκτόνωσης αυτό που θέ-λουμε να εκτιμήσουμε, σε αρχικό στάδιο προ-σχεδιασμού, είναι η συμπεριφορά της α-νυποστήρικτης μάζας του πετρώματος που περιβάλλει τις εκσκαφές – και εκφράζεται ποσοτικά με την «καμπύλη αντίδρασης της βραχομάζας» (ground reaction curve) - κα-θώς και το φαινόμενο της δράσης του «ανακουφιστικού τόξου» (arching effect). Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται παράδειγμα εφαρμογής της προσαρμο-σμένης για υπόγειες εκμεταλλεύσεις μεθόδου Σ-Ε στην εκμετάλλευση κοιτάσματος τάλκη, μέτριου πάχους και μεγάλης κλίσης εντός οφιο-ασβεστολίθων. Δίνεται έμφαση στο χαρακτηρισμό των παραμέτρων ελαστικότητας και αντοχής των ασυνεχών πετρωμά-των με τη χρήση των συστημάτων ταξινόμησης βραχομαζών RMR και Q καθώς και του δείκτη αντοχής βραχόμαζας GSI, και γίνεται κριτική ανάλυση των προτεινόμενων μο-ντέλων αστοχίας, κυρίως του μοντέλου των Hoek-Brown, το οποίο προτείνεται από πολλούς ερευνητές και τείνει να αντικαταστήσει το παλιό καθιερωμένο μοντέλο των Coulomb – Mohr.