Eine optimale Ausnutzung der Gebirgstragfahigkeit im Kammer-Pfeilerbau des Salzbergbaus stellt erhöhte Anforderungen an die Pfeilerdimensionierung und die Abbaufuehrung. Ein praxisgeregelter Standsicherheitsnachweis wird sich neben langjahrigen bergmannischen Erfahrungen sowie umfangreichen Messungen in situ und im Labor zur Pfeilertragfahigkeit auch auf, rechnerische Untersuchungen abstuetzen. Es wird das speziell fuer die Berechnung untertagiger Hohlraumstrukturen im Salzgestein entwickelte FEM-Rechenprogramm ANSALT vorgestellt, das die nichtlinearen zeit- und temperaturabhangigen Stoffeigenschaften der Salzgesteine entsprechend dem derzeitigen Kenntnisstand beruecksichtigt. Anhand ausgewahlter Beispiele wird gezeigt, welchen Beitrag derartige Berechnungen zur Standsicherheitsanalyse liefern können.
Deep salt mining and excavation at high extraction rates require safe design methods which allow for an acceptable utilization of the bearing capacity of the rock mass. The procedure to prove the structural stability will be based on practical experience as well as on laboratory and in situ measurements. Apart from that, computations concerning the stress/strain analysis will help to derive site-specific design criteria. A newly developed FEM computer code, ANSALT, is presented, which includes a model of the constitution of rock salt appropriate to the current knowledge of salt mechanics. Some calculated examples are discussed to demonstrate the usefulness of such stability computations.
Des procedes de conception fiables permettant une utilisation optimale des qualites de soutènement de la roche s'imposent pour l'exploitation du sel gemme a des taux de defruitement eleves dans les mines profondes. La stabilite structurale des masses rocheuses peut être evaluee en s'appuyant sur une longue experience miniere et sur des mesures de solidite des piliers effectuees in situ et en laboratoire, et dont les donnees auront ete traitees sur ordinateur. Un programme FEMANSALT, specialement concu pour le calcul de structures de cavites souterraines en formations salifères, tient compte des proprietes non-lineaires qui sont fonction du temps et de la temperature des roches salifères, et cela comformement aux connaissances actuelles en la matière. On montre, à l'aide d'exemples selectionnes, dans quelle mesure de tels calculs sont utiles à l'analyse.
Die notwendige Versorgung unserer Wirtschaft mit dem Rohstoff Kali und Steinsalz fuehrt dazu, daß der Bergbau zunehmend in größere Teufen vorstößt und bestrebt ist, unter optimaler Ausnutzung der Gebirgstragfahigkeit, verlustarm abzubauen. Ein sicherer und zugleich wirtschaftlicher Abbau erfordert eine auf gebirgs mechanischer Grundlage aufbauende Bergwerksdimensionierung. Die Nichtbeachtung oder Fehleinschatzung gebirgsmechanischer Gegebenheiten kann katastrophale Folgen haben, was durch verschiedene Spannungs- oder Gebirgsschlage im Kalibergbau der flachen Lagerung belegt werden kann (Grimm, pforr 1961). Im Folgenden sollen ausgehend von einer zusammenfassenden Darstellung zum Festigkeits- und Verformungsverhalten von Salzgestein einige mit dem FEM-Rechenprogramm ANSALT durchgefuehrte Berechungen zur Pfeilerdimensionierung diskutiert werden, die geeignet sind, rechnerisch zur Absicherung von praktischen Dimensionierungsregeln beizutragen.
In der Bundesanstalt fuer Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) wurden in den letzten Jahren umfangreiche Untersuchungen zum mechanischen Verhalten yon Salzgesteinen durchgefuehrt. Ziel der Laboruntersuchungen war es, ein umfassendes Bild ueber das spannungs- und temperaturabhangige rheologische Verhalten der Salzgesteine zu erhalten und physikalisch begruendete Stoffgleichungen abzuleiten. Über einzelne Ergebnisse der Untersuchungen ist bereits mehrfach berichtet worden (Langer 1979, Wallner et al 1979, Wallner 1981, Staupendahl et al 1982). Einige typische Versuchsergebnisse zur Abgrenzung bruchloser Verformungen gegenueber dem Bruch sind in Abb.l dargestellt. Die Proben 4 und 5 zeigen einen typischen Schubbruch. Die Proben 1 und 2 wurden bei gleichen Manteldruecken, aber einer um den Faktor 100 geringeren axialen Verformungsgeschwindigkeit geprueft. Sie weisen trotz großer Verformungen keine Brucherscheinungen auf.
Aus den umfangreichen Laborversuchen wurde ein pragmatisches Stoffmodell fuer Steinsalz entwickelt. Fuer das Kriechverzerrungsinkrement εcr ist nur stationares Kriechen als wesentlicher-Anteil der Langzeit-Kriechdeformation beruecksichtigt. Im Falle der Überschreitung des Kriteriums fuer die Langzeitfestigkeit wird anstatt Kriechen ein plastisches Bruchverzerrungsinkrement beruecksichtigt.
Aus Abb. 3 geht hervor, daß - abhangig von der Größe des Manteldruekes σ3 - Brucherseheinungen erst bei Übersehreitung einer bestimmten Größe der Verzerrungsgesehwindigkeit auftreten. Als Grenzlinie ergibt sieh die fuer Versetzungsgleiten ermittelte Bezeiehnung fuer stationares Kriechen. Bei gleichem σ3 steigt die Festigkeit mit zunehmendem έ bis zu einem Höchstwert an und fallt dann wieder ab. Auf dieses Ergebnis wurde aueh yon passaris (1982) hingewiesen. Der durch höhere Verformungsgeschwindigkeiten hervorgerufene Wiederabfall der Festigkeit verbietet es nach Ansicht des Verfassers, die Zunahme der Festigkeit mit zunehmender Verformungsgesehwindigkeit in praktischen Fallen zu beruecksichtigen. Die Sehnittpunkte der Bruchzustandslinien mit der Grenzlinie fuer stationares Kriechen ergeben die Langzeitbruchfestigkeit, wie sie in Abb. 4 dargestellt ist. Als Kriterium fuer die Tragfahigkeit einer Laborprobe und entsprechend auch eines Grubenpfeilers wird das in Abb.5 dargestellte Diagramm vorgeschlagen. Neben der Langzeitbruchfestigkeit sind die bei einer bestimmten stationaren Krieehgeschwindigkeit bruchlos auf nehmbaren Spannungen (horizontale Geraden) eingetragen. Die Tragfahigkeit wird danach einerseits durch die Langzeitbruchfestigkeit und andererseits durch eine zulassige Konvergenz bzw. örtlich vorhandene Pfeilerdeformation begrenzt.
Das Reehenprogramm ANSALT wurde von der BGR in Zusammenarbeit mit Control Data GmbH, Hamburg, zur Berechnung thermomechaniseher Beanspruchungen von untertagigen Hohlraumstrukturen im Salzgestein entwiekelt'(Wallner, Wulf 1982).
