Podzemno pridobivanje v kamnolomu Debela griža
Podzemno pridobivanje v kamnolomu Debela griža
  26.02.2018  |  14:21
Čas branja: 8 min
Potrebno bo vložiti še veliko truda v ozaveščanje o pomembnosti mineralnih surovin za slovensko družbo

Podzemno pridobivanje blokov naravnega kamna se danes izvaja v petih slovenskih kamnolomih naravnega kamna Hotavlje I, Lipica II, Lipica I, Doline in Debela griža. Podzemno pridobivanje so v kamnolomu Debela griža, kjer pridobivajo t.i. repenski apnenec- svetlo siv masivni biosparitni in delno rekristaliziran apnenec, za katerega so značilni številni fosili, zlasti lupine raznih školjk (temnejše lamele in drobir rudistnih lupin), uvedli leta 2014 predvsem zaradi geološke zgradbe nahajališča, stanja kamnoloma, velikih količin odkrivke v primeru širjenja površinskega dela kamnoloma Debela griža in zaradi vse večjih potreb po surovini naravnem kamnu. Podzemno pridobivanje blokov naravnega kamna se izvaja z nahajališču prilagojeno komorno-stebrno odkopno metodo z pravilno razporejenimi visokimi varnostnimi stebri. Kamnolom repenskega apnenca Debela griža spada med manjše slovenske kamnolome naravnega kamna glede velikosti pridobivalnega prostora in glede količine pridobljenih blokov in tombolonov. Letna predvidena proizvodnja pri podzemnem izkoriščanju je okoli 3.400 m3 blokov, tombolonov in lomljenca z drobirjem, od tega okoli 60 m3 (2 % izplen) blokov optimalne/komercialne dimenzije (2,90 x 1,50 x 1,20 m) in okoli 200 t neobdelanih blokov (tombolonov). Optimalne dimenzije blokov so prilagojene gabaritom pridobivalne strojne opreme in so trenutno 3,10 x 1,80 x 1,50 m. Željene dimenzije blokov so 2,90 x 1,50 x 1,20 m, oz. 1,20 x 1,00 x 0,50 m. Dejanske dimenzije blokov so v veliki meri odvisne od naravnih geoloških danosti v nahajališču. Vsa pridobljena ko-ličina blokov se obdela v predelovalnih obratih podjetja Kamnoseštvo Tavčar. V članku bo podrobneje prikazano trenutno stanje s tehničnimi podatki parametrov podzemnega pridobivanja blokov naravnega kamna in rezultati geotehnične spremljave z meritvami napetostnega stanja v portalnem varnostnem stebru v kamnolomu Debela griža.

UVOD

V Sloveniji smo podzemno pridobivanje blokov naravnega kamna pričeli poskusno uvajati leta 1993 najprej v kamnolomu pisanega apnenca Hotavlje I. in nato leta 2002 še v kamnolomu lipiškega apnenca Z uvajanjem podzemnega pridobivanja smo nadaljevali leta 2009, najprej v kamnolomu repenskega apnenca Doline in nato v kamnolomu lipiškega apnenca Lipica I. Leta 2014 smo podzemno pridobivanje blokov naravnega kamna pričeli uvajati tudi v kamnolomu repenskega apnenca Debela griža, ki bo v nadaljevanju podrobneje predstavljeno.

V Sloveniji je proizvodnja naravnega kamna - apnenca vse do leta 2009 konstantno naraščala (27.000 m3), nakar je sledilo izrazito upadanje proizvodnje do leta 2012 (8.000 m3), po tem pa je proizvodnja pričela skokovito naraščati - v letu 2015 je dosegla 36.000 m3 [12].

Skokovito rast proizvodnje naravnega kamna - apnenca je v precejšnji meri omogočilo prav uvajanje podzemnega pridobivanja blokov v predhodno omenjene kamnolome naravnega kamna (slika1.).

Kamnolom Debela griža

Kamnolom repenskega apnenca, Debela griža, izkorišča Kamnoseštvo Tavčar d.o.o. [6], družinsko podjetje, od leta 1985. Uvajanje podzemnega pridobivanja blokov naravnega kamna v kamnolomu Debela griža je predvsem posledica geološke zgradbe nahajališča, stanja površinskega dela kamnoloma in potencialne velike količin odkrivke v primeru širjenja površinskega dela kamnoloma v vzhodni del pridobivalnega prostora in zaradi vse večjih potrebah po surovini naravnem kamnu. Na sliki 3 je vidna visoka portalna stena z vhodom v galerijo G1 višine cca. 12 m (desno) in levo zgoraj vhod v galerijo G2 trenutne višine 6 m.

Ker se podzemno pridobivanje v kamnolomu Debela griža izvaja relativno plitvo pod površino cca. 24 m, je vrednost primarnega vertikalnega napetostnega stanja relativno nizka (Pri načrtovanju podzemnega pridobivanja je bilo zato potrebno posebno pozornost nameniti inženirsko-geološkemu kartiranju, najprej zunanjih površin bodočega območja podzemnih prostorov (najprej galerij, prečnikov in niš, po poglabljanju pa komor) in strukturni zgradbi produktivne plasti. Na osnovi teh podatkov so bili določeni prevladujoči sistemi razpok, ki so pomembni za stabilnost in posledično varnost podzemnih prostorov. V nadaljevanju so predstavljeni nekateri pomembni elementi načrtovanja podzemnega pridobivanja blokov naravnega kamna.

Načrtovanje in optimiranje podzemnega pridobivanja

V podzemnih rudnikih naravnega in tehničnega kamna se pretežno uporablja, pogojem nahajališča, prilagojena komorno-stebrna odkopna metoda z pravilno ali nepravilno razporejenimi varnostnimi stebri z večjim ali manjšim koeficientom razmerja med širino/višini varnostnega stebra. Odkopna metoda omogoča uporabo samonosilne hribine kot podpornega elementa v obliki varnostnih stebrov ustreznih dimenzij, ki morajo zagotavljati stabilnost krovnine v stropu ter omogočiti za-htevan razpon odprtih prostorov med njimi za varen dostop in obratovanje podzemnih delovišč. Pri načrtovanju dimenzij (površine in višine) varnostnih stebrov in razpona odprtih prostorov (komor) med varnostnimi stebri, se mora projektant običajno odločati med zahtevo lastnika rudarske pravice oz. naročnikom rudarskega projekta po čim večjem izplenu blokov naravnega kamna in zahtevo po zagotavljanju še ustrezne varnosti. Zaradi omejenih količin naravnega kamna v nahajališču, se namreč za izplen tem večjega volumna blokov naravnega kamna zahteva tudi tem večje dimenzije podzemnih prostorov in čim manjše dimenzije varnostnih stebrov, s čemer pa se obratno sorazmerno zmanjšuje varnost v podzemnih prostorih. Z manjšanjem tlorisnih dimenzij varnostnih stebrov se zmanjšuje njihova trdnost, obratno pa narašča obtežba ter možnost preobremenitve varnostnega stebra [9].

Stabilnost stropa velikih podzemnih prostorov in varnostnih stebrov je odvisna predvsem od kvalitete geomehanskih lastnosti hribine in intenzivnosti tektonskih aktivnosti v nahajališču. Do razlik prihaja zaradi različnih volumskih mas hribin, različnih obtežb odkrivke in različnih tektonskih aktivnosti, kar zahteva podrobno načrtovanje pridobivanja in ustrezne podporne ukrepe za zagotavljanje varnih delovnih pogojev (slika 4). Zaradi tega je potrebno za potrebe varnega in stabilnega pridobivanja blokov naravnega kamna dobro poznati geomehanske lastnosti hribine, primarno napetostno stanje v krovnini pz in tektoniko nahajališča.

Določitev dimenzij visokih varnostnih stebrov z majhnim koeficientom razmerja širina/ višina

Nosilnost (trdnost) varnostnega stebra je odvisna predvsem od trdnosti hribine in vrednosti koeficienta razmerja med širino/višini varnostnega stebra. Vsako zmanjšanje koeficienta razmerja širina/višini lahko povzroči zmanjšanje skupne trdnosti varnostnega stebra.

V obstoječih podzemnih rudnikih naravnega in tehničnega kamna so bile glede varnostnih stebrov z nizko vrednostjo koeficienta razmerja širina/višina opažene naslednje skupne značilnosti (priporočila):

Začetne višine varnostnih stebrov običajno znašajo 4,5 m (7,6 m), ki pa se z poglabljanjem podzemnih prostorov povečujejo in ponekod dosegajo višine 18,0 m in tudi več. Že tako vitki varnostni stebri so običajno z vsako poglobitvijo osnovne etaže še dodatno oslabljeni zaradi zmanjšanjem osnovnega horizontalnega preseka in se lahko porušijo v primeru zmanjšanja mejne dopustne trdnosti zaradi zmanjšanja vrednosti koeficienta razmerja širina/višina.

Na začetku stabilni varnostni stebri lahko z poglabljanjem osnovne etaže postanejo nestabilni. V številnih podzemnih rudnikih naravnega in tehničnega kamna je bilo poglabljanje opuščeno ravno zaradi poslabšanja hribinskih pogojev poglobljenih etaž.

Oslabitev oz. porušitev enega varnostnega stebra lahko povzroči verižno reakcijo oz. preobremenitev sosednjih varnostnih stebrov ter s tem posedanja celotnega območja krovnine nad njimi. Ta nevarnost je še posebej velika v primeru vitkih varnostnih stebrov.

Varnostni stebri, ki se jim postopoma zmanjšuje koeficient razmerja širina/višina so še posebej občutljivi na oslabitve zaradi prečno ali vertikalno sekajočih se diskontinuitet (razpok ali drsnic). V podzemnih rudnikih naravnega in tehničnega kamna so običajno zelo dobri geomehanski pogoji, ki pa se lahko zaradi nepričako-vanega pojava diskontinuitet hitro poslabšajo, še posebej v primeru vitkih varnostnih stebrov.

Določitev razpona odprtih prostorov (galerij/komor)

Zahteva rudarskih podjetij je, da zaradi naraščajočih potreb po surovinah in manjših stroških pridobivanja, posledično zahtevajo povečanje razponov odprtih podzemnih prostorov. Zaradi različnih geoloških pogojev v nahajališčih naravnega in tehničnega kamna, predstavlja površina stropa velikega odprtega prostora največkrat kar enega ali več slojev (plasti) hribine, ki so vzporedni ali pod naklonom glede na strop. Stabilnost stropa odprtega prostora je odvisna predvsem od ge-omehanskih lastnosti hribine, obremenitve krovnine na strop (obok) in tektonskih pogojev v nahajališču. Razponi odprtih prostorov v podzemnih rudnikih naravnega in tehničnega kamna običajno znašajo do 13 m, izjemoma do največ 18 m. S povečanjem razpona se zmanjšuje stabilnost stropa odprtega prostora in lahko nastopi:

Pojav upogibnih napetosti, ki povzroči upogibanje in zvijanje stropa ter nastanek strižnih razpok v stropu,

Naraščanje upogibnih in strižnih napetosti v stropu, ki lahko povzroči kritične poškodbe intaktne hribine oz. zrušek stropa,

Z veliko verjetnostjo, pojav neugodne razpoke, ki preseče strop podzemnega prostora.

Kot pri načrtovanju dimenzij varnostnih stebra, se tudi tu največkrat prenašajo praktične izkušnje že uporabljenih razponov stropa obstoječih podzemnih prostorov oz. pristopa poskusi-popravi napako. Metode na osnovi katerih bi lahko, za različne lokalno značilne hribinske pogoje in za različna napetostna stanja, določili ustrezne razpone stropa podzemnih prostorov v rudnikih naravnega in tehničnega kamna, so še v povojih. Danes se za načrtovanje gabaritov podzemnih prostorov uporabljajo metode, ki so bile razvite pretežno za potrebe načrtovanja premogovnikov in kovinskih rudnikov in le posredno upoštevajo potrebe in pogoje podzemnega pridobivanja naravnega in tehničnega kamna.

Pri načrtovanju podzemnega pridobivanja blokov naravnega kamna s komorno-stebrno odkopno metodo je potrebno dodatno pozornost nameniti določitvi ustreznih dimenzij (širine in višine) velikih odprtih prostorov (galerij, prečnikov, niš oz. komor), dimenzijam visokih varnostnih stebrov za doseganje optimalnega deležu izkoristka naravnega kamna.

V tabeli 2. so podani deleži izkoristka za različne dimenzije stebrov in odprtih prostorov. V praksi se je glede na mehanske lastnosti kamnin v primeru visokih varnostnih stebrov kot optimalno mogoče pokazalo razmerja 1: 4,4.

Za potrebe geotehničnih analiz stabilnosti varnostnih stebrov in stropa odprtih podzemnih prostorov so danes na voljo različni programski paketi (FLAC 2D, FLAC 3D, PLAXIS, Phase2, itd.), ki temeljijo na različnih metodah numeričnih analiz (končnih elementih, končnih diferencah, itd.).

In-situ meritve napetostnega stanja

V okviru in-situ kontrolnih meritev komorno-stebrne odkopne metode so predvidene meritve napetostnega stanja (2D merilec napetostnega stanja) in deformacij (EL palični merilec, več točkovni ekstenziometer, merilec pomika odprtih razpok) tako v varnostnih stebrih kot tudi v stropu velikih odprtih podzemnih prostorov.

Za izvajanje meritev sprememb napetostnega stanja v visokih varnostnih stebrih smo vgradili 2D merilec napetostnega stanja (VW (vibrating wire) biaxial stressmeter model 4350-1) proizvajalca Geokon (slika 4). Z vgradnjo v varnostni steber spremljamo spremembe glavnih napetosti v eni vertikalni ravnini, pravokotni glede na os vrtine. Meritve glavnih napetosti omogočajo trije VW senzorji, ki so v sondi orientirani s kotnim zamikom 60°. Telo merilca napetostnega stanja je izdelano iz jeklenega cilindra največjega zunanjega premera 57,1 mm.

Za odvzem podatkov z merilca napetostnega stanja se uporablja pomnilniška enota (datalogger CR10 modul, AVW1, SC32B) za zajem podatkov in programska oprema (programski paket PC200W). Zajem podatkov se vrši avtomatsko glede na programsko nastavljen časovni interval (1 min, 60 min ali 240 min).

Za vizualno opazovanje pomikov ob odprtih razpokah se uporabljajo steklene in cementne plombe, ki se vgradijo na mestu pojava odprte razpoke v stropu ali boku odprtih podzemnih prostorov, kot je razvidno iz slik 8.

Zaključki

Pri načrtovanju podzemnega pridobivanja blokov naravnega kamna s komorno-stebrno odkopno metodo v kamnolomu Debela griža je bilo potrebno posebno pozornost nameniti določitvi ustreznih dimenzij (širine in višine) velikih odprtih podzemnih prostorov (komor), dimenzij visokih varnostnih stebrov ter vgradnji ustreznih sistemov za sprotno spremljavo ter identifikacijo pojavov nestabilnosti v stropu velikih odprtih prostorov (komor). Zaradi velike višine končnih odprtih podzemnih prostorov (načrtovana višina do 16 m), je dostop do stropa za izvajanje eventualnih sanacijskih del oz. vgradnjo dodatnih podpornih ukrepov po poglabljanju močno otežen ali celo onemogočen.

Za dimenzioniranje visokih varnostnih stebrov z nizkim koeficientom razmerja širina/višina za potrebe podzemnih rudnikih naravnega in tehničnega kamna danes ni izdelane ustrezne metodologije. Izkušnje in rezultate meritev, ki jih trenutno pridobivamo v obeh slovenskih kamnolomih s podzemnim pridobivanjem naravnega kamna bomo lahko koristno uporabili pri razvoju metodologije uvajanja podzemnega načina pridobivanja še v druge, za ta način pridobivanja primerne kamnolome naravnega kamna.

Literatura

1. Bajželj, U., Kortnik, J., Petkovšek, B, Fifer, K. & Beguš, T. (1999). Okolju prijazno podzemno pridobivanje naravnega kamna. RMZ 46/2, str. 203-214.

2. Bieniawski, Z.T. (1984). Rock Mechanics Design in Mining and Tunneling, Balkema, Rotterdam, str. 193-209.

3. Bilten Mineralne surovine v Sloveniji 2007, 2009, 2011, 2013 and 2015, [dostopal 20/3/2017] Dosegljivo na: http://www.geo-zs.si/

4. Brady, B.H.G., Brown, E.T. (1985). Rock Mechanics for Underground Mining, George Allien&Unwin (Publisher) Ltd., str. 316-350.

5. Hoek, E., Brown, E.T. (1997). Practical Estimation of Rock Mass. Int. J. Rock Mech., Vol. 34, No. 8, pp. 1165-1186.

6. Instruction manual Model 4350BX Biaxial stressmeter, http://www.geokon.com/.

7. Kamnoseštvo Tavčar (2017), [dostopal 20/3/2017] Dosegljivo na: http: //www.kamnosestvo-tavcar.si/.

8. Kortnik, J., Bajželj, U. (2005). Underground mining of natural stone in Slovenia, 20th World Mining Congress 2005, Iran, Tehran, str. 277-286.

9. Kortnik, J. (2007). Optimiranje in spremljava varnostnih stebrov pri podzemnem pridobivanju blokov naravnega kamna, Zbornik strokovnega posvetovanja rudarjev in geotehnologov ob 40. skoku čez kožo, Ljubljana, str. 46-54.

10. Kortnik J., (2009). Optimization of the high safety pillars for the underground excavation of natural stone blocks, Acta Geotechnica Slovenica, Vol. 2009/1, str. 34-48.

11. Kortnik J., (2015). Stability assessment of the high safety pillars in Slovenian natural stone mines, Arch. Min. Sci., Vol. 60 (2015), No 14, str. 403-417.

12. Mineralne surovine v letu 2015, GeoZS, str. 173.

 TEKST: Miha Tavčar, Kamnoseštvo Tavčar d.o.o., Povir pri Sežani; Marijan Kvartič, LagerKMineral d.o.o., Celje; Jože Žarn, doc.dr. Jože Kortnik, UL, Naravoslovnotehniška fakulteta, Oddelek za geotehnologijo, rudarstvo in okolje, Ljubljana

 

 

 

Napišite svoj komentar

Da boste lahko napisali komentar, se morate prijaviti.
Preberite več
Mineral SI
Vozila
Mineral SI
Novice
Novice Investicije v gradbeništvu Investicije v gradbeništvo se povečujejo

Po najnovejših podatkih je bila vrednost gradbenih del za 4,5 odstotka višja kot mesec prej in za kar 18,9 odstotka višja kot novembra...

Mineral SI
Novice
Novice Gradbeni projekti Trenutno največje gradbišče v Sloveniji

Ministrica za infrastrukturo mag. Alenka Bratušek, si je 11.12.2018 ogledala potek gradbenih del na največjem gradbišču v Sloveniji....

Mineral SI
Gradbeništvo
Gradbeništvo Gradbeni projekti Kaj bomo gradili v letu 2019...

Obseg naložb Direkcije za infrastrukturo v cestno omrežje je letos hitro zrasel, nekoliko manj naložb je bilo v železniško...

Mineral SI
Gradbeništvo
Gradbeništvo Napovedi Kaj v letu 2019 pričakujejo gradbeniki?

Pri napovedih za drugo leto so slovenski gradbinci previdni oziroma ne pričakujejo bistvenih sprememb, še naprej pa opozarjajo na...

Mineral SI
Novice
Novice ZAS - Združenje asfalterjev Slovenije Dan asfalterjev 2018

29. novembra 2018 je že tradicionalno potekal Dan asfalterjev v organizaciji Združenja asfalterjev Slovenije. Dogodek, že sedmi po...

Mineral SI
Novice
Novice ZAS - Združenje asfalterjev Slovenije Skupni sestanek izvršilnega odbora EAPA in ZAS

Sestanek Izvršilnega odbora EAPA (European Asphalt Pavement Association) je bil po letu 2003 ponovno organiziran v Ljubljani. Potekal je...

Mineral SI
Vozila
Vozila MAN TGS Xlion Kralj gradbišč

S tremi gnanimi osmi, hidrostatičnim pogonom krmiljene osi in številnimi tehnološkimi rešitvami za uporabo izven urejenih cest je MAN...