Development of a quantitative risk assessment method to address the rock mechanics issues of applying TBMs in deep mines

Titel in Übersetzung: Entwicklung einer quantitativen Risikobewertungsmethode zur Bewältigung der Gebirgsmechanikprobleme bei der Anwendung von Tunnelbohrmaschinen (TBMs) in tiefen Bergwerken

Roohollah Narimani Dehnavi

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

96 Downloads (Pure)

Abstract

Für die rasche Auffahrung von Zugangsstrecken im Untertagebau werden manchmal Vollschnittmaschinen zum Einsatz gebracht. Allerdings können diese Maschinen bei starker Setzung des Gebirges während Betriebsstörungen eingeklemmt werden. Diese Forschungsarbeit untersucht die Eignung von unterschiedlichen Typen von Tunnelbohrmaschinen zur Auffahrung der Strecken in tiefen Bergbauen und Tunnelbauprojekten. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf den geologischen Risken einschließlich Einklemmen und Gebirgsschlag. Als wesentliche Konsequenzen dieser Gefahren wurden Verletzungen von Personen und Schäden an der Maschine in Bereichen mit Gebirgsschlägen sowie Einklemmen des Schildes, Schäden am Sicherungssystem und Probleme am Grippersystem in Bereichen starker Gebirgssetzung identifiziert. In Verfolgung des primären Zieles dieser Forschungsarbeit, wurde ein probabilistischer Ansatz verwendet um die Konsequenzen quantitativ zu bewerten. Dies führte zur Entwicklung des TBM Risk Index, der den kumulativen Effekt der geologischen Risken und mildernden Maßnahmen berücksichtigt.Zur Durchführung einer ersten Beurteilung des Blockieren des Schildes, als kritische Konsequenz durch Einklemmszenarios durch das Gebirge, wurde eine Kombination von parametrischen Studien basierend vorherigen 3D numerischen Modellen und ein Ansatz, abgeleitet vom "Convergence Confinement (CC) Concept", verwendet. Um die Risiken einer Beschädigung des Sicherungssystems zu beurteilen, wurde dieselbe CC Methode angewendet. Für Gebirgsschlagauswirkungen hängt die angenommene Vorgangsweise stark von Faktoren wie der Gebirgsschlags-Intensität und der Örtlichkeit, welche sehr schwer vorherzusagen sind, ab. Um diese Risiken zu analysieren wurden vorläufige Gebirgsschlags-Vorhersagemethoden gemeinsam mit einem probabilistischen Ansatz, basierend auf Daten eines relevanten Projektes, verwendet.Die in dieser Forschungsarbeit eingeführten Methoden wurden in zwei primären Fallstudien implementiert. Jede fokussierte sich auf eine spezielle Kategorie von geologischen Risiken, was zu folgenden Kernerkenntnissen führte: Die Fallstudie nur mit Einklemm-Konsequenzen zeigte die Effektivität einer TBM mit Einzelschild und Schildschmierung zur Verringerung der Risiken. Im Gegensatz dazu zeigte die Fallstudie mit Gebirgsschlag-Gefahren die höheren Risiken welche mit kürzeren Schilden in Gebieten mit größerer Gebirgsschlag-Wahrscheinlichkeit verbunden sind.In Anerkennung der Einzigartigkeit jedes individuellen Projekts hat die Forschung-sarbeit mehrere hypothetische Szenarien mit variierenden Anteilen von drückendem Boden, Bereiche mit Gebirgsschlags-Gefahr und Regionen die als störungsfrei charakterisiert werden, in Betracht gezogen. In Szenarien, in denen sowohl das Risiko von Einklemm- als auch von Gebirgsschlags-Gefahr etwa gleich hoch ist, hat sich gezeigt, dass eine Einzelschild-TBM mit Schmierung und eine Gripper-TBM mit damit verbundenen mildernden Maßnahmen den geringsten Umfang an Gebirgsmechanikproblemen aufweisen. Wenn das Gebirgsschlags-Risiko prädominant ist, sind Schild-TBMs die bevorzugte Option, um die Gefährdung bei seismischen Ereignissen zu reduzieren. In Szenarios mit Regionen mit prädominanter Einklemmgefahr wiesen Gripper-TBMs den niedrigsten TBM-Risikoindex auf. Es bleibt festzuhalten, dass in Regionen mit großer Quetschungsgefahr der Einsatz von Vollschnitt-TBMs fraglich bleibt, und es vorzuziehen ist, andere Tunnelbaumethoden zu verwenden.
Titel in ÜbersetzungEntwicklung einer quantitativen Risikobewertungsmethode zur Bewältigung der Gebirgsmechanikprobleme bei der Anwendung von Tunnelbohrmaschinen (TBMs) in tiefen Bergwerken
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Villeneuve, Marlene, Beurteiler A (intern)
  • Bruland, Amund, Beurteiler B (extern), Externe Person
  • Sifferlinger, Nikolaus August, Betreuer (intern)
  • Rostami, Jamal, Mitbetreuer (extern), Externe Person
DOIs
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2024

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • TBM-Risikoindex
  • Bodenquetschung
  • Gebirgsschlag
  • Schildverklemmung
  • Probabilistischer Ansatz

Dieses zitieren