Využití numerického modelování v hornictví.

Miroslav Janega

Doctoral thesis

Usage of Numerical Modeling in Mining.

Abstract:

Se stále rostoucí potřebou naší společnosti zajistit dostatek nerostných surovin paralelně stoupají i nároky na jejich těžbu. Ta musí být však nejen efektivní, ale ve stejné míře i bezpečná. Se zvyšující se industrializací tohoto primárního sektoru a s potřebou těžit stále častěji v nepříznivých geomechanických podmínkách je otázka rozvoje bezpečnosti o to významnější. Nepříznivými podmínkami rozumíme nejrůznější druhy nestabilit horského masivu. Mezi typické patří propady či poklesy nadložích vrstev nad důlními díly, samotné deformace důlních děl či nestabilita přírodních a hornickou činností vytvořených svahů. K posouzení uvedených nestabilit byla vyvinuta řada metod. Od pozorování in situ, řady analytických výpočetních metod, metod hodnocení horninového masivu až po modelování komplexních geotechnických úloh pomocí numerických metod. Jedná se o moderní a stále častěji využívaný přístup při jejich řešení. Problematika numerického modelování je však velmi rozsáhlá a rozsah a účel této práce nedovoluje podat komplexní informace a všechna zjištění v tomto oboru. V této práci si proto kladu za cíl představit současné možnosti numerického modelování stability svahů a jiných geomechanických problémů formou komplexního řešení několika úloh typických pro povrchové hornictví, kdy budou jednotlivé fáze postupu výpočtu detailně komentovány tak, aby odpovídaly požadavkům na tento typ práce a čtenářům tím pomohla k podrobnému objasnění souvislostí při nasazení numerických metod. Praktickým cílem práce je, v rámci první úlohy, zpětně stanovit koeficient bezpečnosti svahu, který se dříve sesunul. Dále potom potvrdit vhodnost navrženého způsobu jeho sanace. Předmětnou lokalitou je povrchový lom na těžbu droby na Severní Moravě. V druhém případě bude pomocí numerického modelování simulován postup těžby příbramských hald vzniklých jako vedlejší produkt těžby uranu v historii. Ty se plánují těžit neobvykle od paty svahu. Tím nabývají stabilitní podmínky a změny ve svahu na významu především z hlediska bezpečnosti. Výsledky modelování mohou být využity při tvorbě technologického postupu těžby. Na závěr je uveden jeden reálný příklad, kdy bylo numerické modelování využito při řešení napěťo-deformačního stavu masivu.

Abstract:

With the ever-growing need of our society to ensure sufficient mineral resources the demands on their extraction are increasing in parallel. The extraction must be not only effective but equally safe. With the increasing of industrialization level of primary sector and with need to excavate the resources more often in unfavorable geomechanical conditions the issue of safety development comes to fore. Adverse conditions means various types of rock mass instabilities. Typical include sinks and drops of overlying layers above mining works, their very deformations or instabilities of natural and artificially created slopes. Number of methods have been developed to assess slope instabilities like in situ monitoring, number of analytical computational methods, rock mass rating methods and modeling of slopes by usage of numerical methods. This thesis is focused on usage of numerical methods usable for slope stability. It is a modern way of solution that is being used more frequently now. The span of numerical methods is too wide for this thesis which has also different purpose than to provide complex information and findings in this field. I would like to present recent possibilities on numerical modeling of slopes stability by complex solution of two tasks typical for surface mining. Each calculation phase will be commented in detail so they reflect requirements of this type of thesis. This way my thesis should help readers to understand the linkage of numerical methods deployment. Practical target of the first task is to determine the safety coefficient of the slope that sundowned earlier. Next purpose is to validate suitability of recommended remediations. Subject is surface greywacke mine located in northern Moravia. The simulation of heap mining near Pribram will be as a second case. Those heaps were created as a co-product of uranium mining. It is planned to mine those heaps in a non standart way, from the foot of the slope. Because of this, the stability conditions and changes in the slope are mainly safety issues. The results of such modeling can be used for technological process design. Finally there is mentioned real example where numerical modeling was used as tool for stress-strain state of massive.

Keywords

stabilita svahu, numerické modelování, metoda konečných prvků, zpětná analýza, MKP, numerický software, geomechanika

Keywords

slope stability, numerical modeling, finite element method, reverse analysis, FEM, numerical software, geomechanics

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 9. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 5. 2. 2021
• Supervisor: Jindřich Šancer
• Reader: Vladimír Petroš, Marián Šofranko, Marian Marschalko

VSB – Technical University of Ostrava

Hornicko-geologická fakulta

Doctoral programme / field:
Hornictví / Hornictví a hornická geomechanika