Stope stability assessment and effect of horizontal to vertical stress ratio on the yielding and relaxation zones around underground open stopes using empirical and finite element methods

Predicting the stability of open stopes can be a challenging task for underground mine engineers. For decades, the stability graph method has been used as the first step of open stope design around the world. However, there are some shortcomings with this method. For instance, the stability graph method does not account for the relaxation zones around the stopes. Another limitation of the stability graph is that this method cannot to be used to evaluate the stability of the stopes with high walls made of backfill materials. However, there are several analytical and numerical methods that can be used to overcome these limitations. In this study, both empirical and numerical methods have been used to assess the stability of an open stope located between mine levels N9225 and N9250 at Diavik diamond underground mine. It was shown that the numerical methods can be used as complementary methods along with other analytical and empirical methods to assess the stability of open stopes. A three dimensional elastoplastic finite element model was constructed using Abaqus software. In this paper a sensitivity analysis was performed to investigate the impact of the stress ratio “k” on the extent of the yielding and relaxation zones around the hangingwall and footwall of the understudy stope.

Prognozowanie stabilności przodka wybierkowego stanowi poważne wyzwanie dla inżynierów górnictwa. Przez dziesięciolecia na całym świecie do projektowania przodka wybierkowego prowadzonego bez obudowy wykorzystywano metodę graficzną jako pierwszy etap prac. Jednakże metoda ta ma pewne niedogodności. Przykładowo, nie uwzględnia występowania stref odprężania wokół przodka. Innym ograniczeniem metody graficznej jest to, iż nie może być ona wykorzystana do oceny stabilności przodków w których ściany zawierają materiał podsadzany. Istnieją jednak metody analityczne i numeryczne, które pozwalają na przezwyciężenie tych ograniczeń. W pracy tej wykorzystano zarówno metody empiryczne jak i numeryczne do oceny stabilności przodka wybierkowego zlokalizowanego pomiędzy poziomami N9225 i N9250 w podziemnej kopalni diamentów w Diavik. Wykazano, że metody numeryczne stanowią znakomite uzupełnienie metod analitycznych i empirycznych wykorzystywanych do oceny stabilności przodków wybierkowych. Opracowano trójwymiarowy model elastyczno-plastycznych elementów skończonych z wykorzystaniem oprogramowania Abaqus. W pracy tej przeprowadzono analizę wrażliwości i zbadano wpływ wskaźnika stosunku naprężeń "k" na zasięg osiadania i powstanie stref odprężenia wokół warstw stropu i spągu w badanym przodku wybierkowym.