Jarosław Ślizowski, Kazimierz Urbańczyk Długotrwała stateczność komór w kopalniach soli kamiennej Wstępne wyniki symulacji geomechanicznych wielkiej.

Prezentacja na temat: "Jarosław Ślizowski, Kazimierz Urbańczyk Długotrwała stateczność komór w kopalniach soli kamiennej Wstępne wyniki symulacji geomechanicznych wielkiej."— Zapis prezentacji:

1 Jarosław Ślizowski, Kazimierz Urbańczyk Długotrwała stateczność komór w kopalniach soli kamiennej Wstępne wyniki symulacji geomechanicznych wielkiej komory solnej

2 Poszukujemy pod ziemią. miejsca na zbiornik ciekłego argonu
Poszukujemy pod ziemią miejsca na zbiornik ciekłego argonu do detekcji neutrin. Przewidywana objętość zbiornika m3 żywotność – 30 lat Czy możliwe jest ulokowanie takiego wyrobiska w kopalni soli na głębokości rzędu m ppt.?

3 Komory w KPMG Mogilno

4 Komory w wysadzie Góra

5 Sól kamienna stanowi ośrodek reologiczny
sprężysto – plastyczno - lepki Decydującą rolę mają odkształcenia pełzania Które rozwijają się w czasie nawet przy niezmienionym poziomie naprężeń.

6 Schematyczny przebieg próby pełzania dla różnych obciążeń
s > 40% Rc s < 20% Rc Schematyczny przebieg próby pełzania dla różnych obciążeń

7 Szybkość pełzania i wytrzymałość długotrwała
są określone równaniami typu: F({s} , {e} , t , T , f ) = 0 {s} - naprężenia (tworzące tensor drugiego rzędu) {e} - odkształcenia (tworzące tensor drugiego rzędu) t - czas T - temperatura f - parametry strukturalne i wilgotność

8 Wstępna analiza stateczności takiego wyrobiska w złożu soli
wykonana została w r. 2004 w IGSMiE PAN Rozpatrzono : 2 kształty wyrobiska 2 warianty współczynników w prawie pełzania daje to 4 modele Obliczenia wykonano dla 7 głębokości spągu komory od 400 do 1000 m ppt. Razem 28 wariantów obliczeniowych

9 Odkształcenia pełzania (1)
sef - naprężenie efektywne (Hubera) sij - dewiator naprężeń - szybkość odkształceń pełzania efektywnych dt - przedział czasowy

10 Odkształcenia pełzania (2)
Prawo Nortona (pełzanie stacjonarne) Q - wolna energia aktywacji, R - 8,3144 Jmol-1K-1 – stała gazowa, T - temperatura w skali bezwzględnej [°K], A, n - stałe empiryczne

11 Odkształcenia pełzania (3)
Przyjęte wartości: Q/R = K T = H K Model 1, 3 A = n = 3.5 Model 2, 4 A = ∙10-3 n = 5.0

12 Rozpatrywane kształty
komory położenie spągu: 400 m ppt. 500 m ppt. 600 m ppt. 700 m ppt. 800 m ppt. 900 m ppt. 1000 m ppt.

13 Maksymalne wartości początkowych sef i eef w stropie komory
H [m ppt] Naprężenie efektywne [Mpa] Odkształcenie efektywne [‰] Model 1 i 2 Model 3 i 4 400 12.14 14.45 1.880 2.522 500 15.01 17.90 2.530 3.358 600 18.77 21.21 3.216 4.249 700 20.68 24.37 3.957 5.218 800 24.17 27.28 4.766 6.317 900 26.04 30.15 5.617 7.489 1000 28.57 32.94 6.553 8.754

14 eef ‰ modele 1 i 2 modele 3 i 4 1000 m ppt. 700 m ppt. 400 m ppt.
Rozkład początkowy odkształceń efektywnych (sprężysto-plastyczny) komora posadowiona 1000 m ppt. eef ‰ modele 1 i 2 1000 m ppt m ppt m ppt. modele 3 i 4 Wariant 1 i 2 Wariant 3 i 4

15 sef MPa modele 1 i 2 modele 3 i 4 1000 m ppt. 700 m ppt. 400 m ppt.
Rozkład początkowy odkształceń efektywnych (sprężysto-plastyczny) komora posadowiona 1000 m ppt. sef MPa modele 1 i 2 1000 m ppt m ppt m ppt. modele 3 i 4

16 maksymalnych szybkości odkształceń efektywnych w stropie komory
Zmiana w czasie maksymalnych szybkości odkształceń efektywnych w stropie komory

17 maksymalnych naprężeń efektywnych w stropie komory
Zmiana w czasie maksymalnych naprężeń efektywnych w stropie komory

18 Maksymalne wartości po 15 latach e’ef w stropie komory
H [m ppt] Szybkość odkształceń efektywnych [‰]/rok Model 1 Model 2 Model 3 Model 4 400 0,31 0,15 0,44 0,22 500 0,70 0,33 0,96 0,48 600 1,30 0,65 1,99 1,00 700 2,45 1,25 3,91 2,05 800 4,48 2,35 7,34 4,23 900 7,95 4,41 13,13 8,60 1000 13,61 8,37 22,37 16,89

19 Maksymalne wartości po 15 latach sef w stropie komory
H [m ppt] Naprężenie efektywne [Mpa] Model 1 Model 2 Model 3 Model 4 400 6,73 6,61 7,42 7,09 500 7,92 7,39 8,80 7,95 600 9,12 8,18 10,27 8,88 700 10,39 8,98 11,85 9,89 800 11,75 9,83 13,51 11,04 900 13,19 10,79 15,17 12,30 1000 14,65 11,86 16,83 13,61

20 e’ef [‰]/rok model 1 model 2 1000 m ppt. 700 m ppt. 400 m ppt.

21 e’ef [‰]/rok model 3 model 4 1000 m ppt. 700 m ppt. 400 m ppt.

22 sef MPa model 1 model 2 1000 m ppt. 700 m ppt. 400 m ppt.

23 sef MPa model 3 model 4 1000 m ppt. 700 m ppt. 400 m ppt.

24 na maksymalną szybkość odkształceń efektywnych
Wpływ głębokości na maksymalną szybkość odkształceń efektywnych w stropie komory

25 na maksymalne naprężenie efektywne
Wpływ głębokości na maksymalne naprężenie efektywne w stropie komory

26 Wytrzymałość krótkotrwała w testach konwencjonalnego 3-osiowego ściskania w zależności od ciśnienia bocznego

27 Odkształcenie niszczące w testach konwencjonalnego 3-osiowego ściskania w zależności od ciśnienia bocznego

28 Kryteria wytrzymałościowe
naprężeniowe s3 > 0 (1) (2)  (3) odkształceniowe (4)

29 Wpływ głębokości na stateczność komory (1)

30 Wpływ głębokości na stateczność komory (2)

31 Maksymalne głębokości bezpieczne wg kryteriów
W.kryt. Głębokość Model 1 Model 2 Model 3 Model 4 1 0.3 491.3 555.4 418.3 465.8 0.4 777.5 931.1 652.7 751.1 2 836.1 >1000 706.4 875.6 3 498.0 564.5 428.3 485.0 4a 549.7 616.9 510.0 574.6 4b 731.0 838.9 665.2 761.4

32 Końcowe konkluzje Możliwe wykonanie rozpatrywanej komory do głębokości ok. 700 m ppt. (zawsze), Na głębokości ok m ppt. tylko w razie korzystnych własności górotworu solnego i przy zastosowaniu zabezpieczeń, W razie zainteresowania wykonaniem komory, potrzebne są badania geomechaniczne (w tym reologicznych) prób z miejsca lokalizacji komory i wszechstronna analiza dotychczasowych badań i pomiarów in situ.

33 Konieczne badania Badania wytrzymałościowe i testy pełzania w warunkach 3-osiowego wydłużania prób (CTE), Próbne modelowania zachowania się istniejących już wyrobisk, Opracowanie prawa pełzania dla skał w sąsiedztwie komory i kryterium wytężeniowego,

34 Szanse sukcesu ? Spore, biorąc pod uwagę:
W obliczeniach kryteria stateczności były bardzo ostre Pod solą i ponad solą zalegają warstwy sztywne, pominięto ich obecność w obliczeniach Niezależne obliczenia jakie wykonał prof. Pytel (model soli uproszczony, ale uwzględniono warstwy sztywne) dał dość optymistyczne wyniki