Raise Caving—A Hybrid Mining Method Addressing Current Deep Cave Mining Challenges

Abstract

Cave mining progresses to depths exceeding 1000 m and ore bodies situated in competent and strong rock masses are nowadays extracted by different cave mining methods. Widely applied caving methods in massive deposits are block and panel caving, inclined caving, and sublevel caving. All caving methods have in common that rock mass caves during extraction of an ore body in a controlled way. As a result, regional stress changes occur, considerable abutment stresses form, and large-scale subsidence and significant seismic energy releases occur. Experience shows that these rock mechanics effects become especially critical at great depths, where primary stress magnitudes reach and exceed rock mass strength, as well as in strong competent rock masses, which require large footprints to enable continuous caving. The presented raise caving method addresses previously mentioned rock mechanics issues. Initially, de-stressing slots are developed from raises with a minimum amount of pre-development. Substantial pillars separate neighboring slots in order to control stress magnitudes and seismicity near slots. The slots provide a stress shadow for production infrastructure so that large-scale mineral extraction can take place in de-stressed ground. As mining progresses, pillars are extracted and hanging wall is allowed to cave. Results of a pre-study conducted together with LKAB have highlighted advantages of raise caving from a rock mechanics, safety, and cost point of view.Lagerstätten werden vermehrt in großen Teufen von 1000 m und tiefer sowie bei relativ kompakten Gebirgsverhältnissen mit hoher Gebirgsfestigkeit im Bruchbau gewonnen. Weit verbreitete Bruchbauverfahren sind Blockbruchbau und Teilsohlenbruchbau sowie daraus abgeleitete Variationen. Allen Bruchbaumethoden ist gemein, dass bestimmte Gebirgsteile kontrolliert zu Bruch geworfen werden. Großräumige Spannungsumlagerungen, die Ausbildung von hohen Auflagerspannungen, regionale Oberflächenauswirkungen und das Auftreten von induzierter Seismizität sind die Folge. Bestehende Abbauerfahrung zeigt, dass diese gebirgsmechanischen Auswirkungen vor allem in großen Teufen, wo primäre Gebirgsspannungen die Gebirgsfestigkeit überschreiten, sowie kompakten Gebirgsverhältnissen, welche eine flächenmäßig große Unterschneidung für einen kontinuierlich fortschreitenden Bruch des Gebirges benötigen, kritisch sind. Die vorgestellte Raise-Bruchbaumethode adressiert diese gebirgsmechanischen Schwierigkeiten. Zunächst wird die Lagerstätte mittels Schlitzen, welche ausgehend von Raise-Bore-Schächten aufgefahren werden, entspannt. Die dafür benötigte Vorrichtung ist minimal. Zwischen den Schlitzen werden mächtige Festen stehen gelassen, um die Spannungssituation und bergbauinduzierte Seismizität während des Entspannens zu kontrollieren. Die Schlitze stellen in weiterer Folge Spannungsschatten für den eigentlichen Abbau bereit. Der Abbau erfolgt von den Raise-Bore Schächten aus. Im Zuge des Abbaus werden die Festen zwischen den Entspannungsschlitzen gewonnen und das Hangende kontrolliert zu Bruch geworfen. Die Ergebnisse einer Konzeptstudie mit LKAB zeigen das Potenzial und Vorteile von Raise-Bruchbau bezüglich gebirgsmechanischer Aspekte, Sicherheit im Abbau und Abbaukosten auf.