Długoterminowa analiza deformacji w kopalniach soli: Kopalnia Soli Kłodawa, centralna Polska

Located in central Poland, the Kłodawa salt dome is 26 km long and about 2 km wide. Exploitation of the dome started in 1956, currently rock salt extraction is carried out in 7 mining fields and the 12 mining levels at the depth from 322 to 625 meters below sea level (m.b.s.l.). It is planned to maintain the mining activity till 2052 and extend rock salt extraction to deeper levels. The dome is characterised by complex geological structure resulted from halokinetic and tectonic processes. Projection of the 3D numerical analysis took into account the following factors: mine working distribution within the Kłodawa mine (about 1000 rooms, 350 km of galleries), complex geological structure of the salt dome, complicated structure and geometry of mine workings and distinction in rocks mechanical properties e.g. rock salt and anhydrite. Analysis of past mine workings deformation and prediction of future rock mass behaviour was divided into four stages: building of the 3D model (state of mine workings in year 2014), model extension of the future mine workings planned for extraction in years 2015-2052, the 3D model calibration and stability analysis of all mine workings. The 3D numerical model of Kłodawa salt mine included extracted and planned mine workings in 7 mining fields and 14 mining levels (about 2000 mine workings). The dimensions of the model were 4200 m × 4700 m × 1200 m what was simulated by 33 million elements. The 3D model was calibrated on the grounds of convergence measurements and laboratory tests. Stability assessment of mine workings was based on analysis of the strength/stress ratio and vertical stress. The strength/stress ratio analysis enabled to indicate endangered area in mine workings and can be defined as the factor of safety. Mine workings in state close to collapse are indicated by the strength/stress ratio equals 1. Analysis of the vertical stress in mine workings produced the estimation of current state of stress in comparison to initial (pre-mining) conditions. The long-term deformation analysis of the Kłodawa salt mine for year 2014 revealed that stability conditions were fulfilled. Local disturbances indicated in the numerical analysis were connected with high chambers included in the mining field no 1 and complex geological structure in the vicinity of mine workings located in the mining fields no 2 and 3. Moreover, numerical simulations that projected the future extraction progress (till year 2052) showed positive performance. Local weakness zones in the mining field no 7 are associated with occurrence of carnallite layers and intensive mining which are planned in the mining field no 6 at the end of rock salt extraction.Wydobycie soli kamiennej w Kopalni Soli Kłodawa prowadzone jest obecnie w 7 polach eksploatacyjnych na 12 poziomach kopalniach (głębokość 322 - 625 m p.p.m.). Planowane przedłużenie eksploatacji do roku 2052, wiąże się z udostępnieniem zasobów na kolejnych (niższych) poziomach kopalnianych. Kopalnia Soli Kłodawa eksploatuje sól kamienną w wysadzie solnym, który charakteryzuje się skomplikowaną budową geologiczną. W modelu numerycznym Kopalni Soli Kłodawa odwzorowano przestrzenny układ wyrobisk kopalnianych (około 1000 komór i 350 km wyrobisk chodnikowych), złożoną geometrię wyrobisk, skomplikowaną budowę geologiczną wysadu oraz uwzględniono zróżnicowanie własności mechanicznych skał. Analizę numeryczną deformacji wyrobisk kopalnianych (dotychczas wybranych i planowanych do wybrania) podzielono na 4 etapy, które obejmowały: budowę modelu 3D kopalni (za bazowy przyjęto stan wyrobisk w roku 2014), rozszerzenie modelu o wyrobiska planowane do wykonania w latach 2015-2052, kalibrację modelu 3D, analizę stateczności. Model numeryczny 3D obejmował wycinek górotworu o wymiarach 4200 m × 4700 m × 1200 m. Model buduje około 33 miliony elementów. Kalibrację modelu wykonano na podstawie pomiarów konwergencji (prowadzonych w kopalni) oraz wyników testów laboratoryjnych skał budujących złoże. Ocenę stateczności wyrobisk kopalnianych przedstawiono na podstawie analizy stanu wytężenia oraz analizy stanu naprężenia w górotworze. Wyniki przeprowadzonej analizy numerycznej wykazały, że warunek stateczności wyrobisk Kopalni Soli Kłodawa jest spełniony dla stanu na rok 2014. Lokalnie występujące strefy wytężenia związane są z wysokimi komorami w polu eksploatacyjnym nr 1 oraz złożoną budową geologiczną w otoczeniu wyrobisk zlokalizowanych w polach eksploatacyjnych nr 2 i 3. Prognoza dla projektowanego stanu wyrobisk w roku 2052 (zakończenie eksploatacji) wykazała pozytywne rezultaty. Lokalne strefy osłabienia, które zidentyfikowano w polu eksploatacyjnym nr 7, związane są z występowaniem warstw karnalitu oraz intensywnymi pracami górniczymi, które w ostatniej fazie eksploatacji będą skoncentrowane w polu eksploatacyjnym nr 6