Geologische Rundschau

, Volume 66, Issue 1, pp 237–255 | Cite as

Primitive stress in the underground mines at Kitwe-Nkana area Zambia, Africa

  • M. L. Jeremic
Aufsätze

Abstract

At the Kitwe-Nkana copper-bearing structure there are two underground mines: Mindola Mine and Nkana Mine. The original design for underground mining was on the traditional assumption that the principal load was to the weight of roofing sediments, and that horizontal stresses are equal to one-third of the vertical stresses. But during mining excavation into deeper levels, it was realized that the lateral stress is greater than the vertical (active tectonic lateral stress field), also that stressed and unstressed zones (passive tectonic stress), depend on structure geometry, that in the deeper part an almost hydrostatic stress (frozen stress field) exists and finally a zone with high stress concentration (pressure zone). It appears that after a certain depth vertical stresses and lateral stresses vary considerably in orientation and magnitude. The direction of the major principal stress is perpendicular to the bedding plane, and minor principal stress along the bedding plane.

In this paper the quality of the compound of virgin stress in the ore formation is assumed on the basis of the relationship between geometry and physics of geological structures and primitive stress, as well as on the basis of underground stress measurement data.

Keywords

Principal Stress Bedding Plane Vertical Stress Lateral Stress Freeze Stress 

Zusammenfassung

In den kupferführenden Kitwe-Nkana-Sedimenten gibt es zwei Bergwerke (Mindola Mine, Nkana Mine). Für die Konstruktion des Untertagbergbaues wurde, wie üblich, angenommen, daß die vertikale Hauptspannung gleich der Totallast der hangenden Sedimente sei und daß die Horizontalspannungen ein Drittel derselben seien.

Es wurden jedoch, während des Bergbaues in größeren Tiefen, Horizontalspannungen beobachtet, die größer waren als die entsprechenden Vertikalspannungen, und Spannungszonen mit spannungsfreien Zonen entdeckt in Abhängigkeit von der Geometrie der geologischen Strukturen; in großen Tiefen wurde nahezu hydraulische Spannungsverteilung (eingefrorenes Spannungsfeld) und eine Zone hoher Spannungkonzentration angetroffen. Scheinbar variiert, unter einer gewissen Tiefe, sowohl das Größenverhältnis als auch die Orientierung der Spannungsverteilung: Die größere Hauptspannung ist normal zur Sedimentationsfläche und die kleinere Nebenspannung ist tangential zu dieser Fläche.

Das ungestörte Spannungsfeld, bestimmt mittels untertags ausgeführter Spannungsmessungen, wird erklärt in Abhängigkeit von der Geometrie und den physikalischen Charakteristiken der geologischen Strukturen.

Résumé

Dans les sédiments imperifères de Kitwe-Nkana il y a deux mines souterraines: Mindola et Nkana. Pour les constructions souterraines, on est parti de l'hypothèse que la charge principale verticale était égale au poids des sédiments suricombants et que les contraintes horizontales étaient égales àu 1/3 des contraintes verticales. Mais pendant l'excavation des niveaux plus profonds de la mine on a noté que la contrainte latérale était plus grande que la contrainte verticale (champ de contraintes tectonique latérale active) et que des zones à contraintes et des zones qui en sont exemptes (contrainte tectonique passive) se trouvaient sons la dépendance de la géométrie de structures géologiques; dans la partie la plus profonde, il existe une contrainte presque hydrostatique (champ gelé de contraintes), ainsi qu'une zone de concentration de contraintes plus élevées (zone de pression). Il semble qu'en dessous d'une certaine profondeur, les contraintes verticales et latérales varient considérablement en orientation et en grandeur. La direction de la contrainte majeure principale est perpendiculaire au plan de stratification, celle de la contrainte mineure accessoire lui est parallèle.

Dans cet article, la qualité de la composante de la contrainte d'origine dans la formation du minerai est présumée sur la base de la relation entre les proprietés geometriques et physiques des structures géologiques et de la contrainte primitive ainsi que sur la base des mesures de la contrainte faites en profondeur.

Краткое содержание

Во вмещающих медь оса дочных породах Китве-Нкана имеются две копи (Миндола и Нкана). Как об ычно, при постройке ша хт допускают, что вертик альное основное напряжение равно общему весу оса дочных пород кровли, и что горизонтальное напряжение составля ет одну третью часть его. Однако во время выроб оток на большой глуби не отмечают, что горизонтальное напряжение выше соот ветствующего вертик ального, и что зоны напряжения с участка ми, свободными от напр яжения, вскрывают зависимос ть от геометрии геологи ческих структур. На бо льшой глубине сталкиваютс я с почти-что гидравлич еским распределение м напряжения (замороженное поле напряжения) и зон ой высокой концентра ции напряжений. С некой глубины видим о вариируют, как соотн ошение величин, так и ориента ция распределения напря жения: наивысшее осно вное напряжение нормальн о к плоскости осадкона копления, а наименьше е побочное напряжение направлено к этой пло скости тангенциальн о. Неизменное поле напр яжения, определенное в копи, ставят в зависимость от его геометрии и физ ических характерист ик геологических струк тур.

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Copyright information

© Ferdinand Enke Verlag Stuttgart 1977

Authors and Affiliations

  • M. L. Jeremic
    • 1
  1. 1.Department of Mineral EngineeringThe University of AlbertaEdmontonCanada

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