Bergspänningsmätningar vid anläggning av nya gruvor, tunnlar och bergrum

Vattenfall Power Consultant gör tillförlitliga mätningar för fastställning av spänningen i berget med hjälp av två olika typer av metoder; överborrning respektive hydrauliska metoder. Den så kallade överborrningsmetoden sker med vår egenutvecklade mätcell Borre som är den enda cell som kan mäta spänningen i tre dimensioner i vattenfyllda borrhål. Även de hydrauliska metoderna baseras på delvis egenutvecklad, unik utrustning som har en trycksättningskapacitet som vida överstiger konventionella utrustningar.

Kunskap om det rådande spänningsfältet (trycket), i bergmassan är en grundläggande del för alla bergmekaniska arbeten, exempelvis gruvor, järnvägstunnlar och bergrum för slutförvar av kärnbränsle. Kunskapen möjliggör nämligen analys av beteendet av bergmassan, anger gränsvillkor i bergmekaniska modelleringar, ökar förståelsen för grundvattnets flöde i bergmassan och – i större skala – ger en inblick i mekanismerna som orsakar tektoniska plattors rörelser.

Spänningarna beräknas utifrån bergets töjningar

Arbetsgången för överborrningmetoden består av flera steg. Det första består i att borra ett hål (Φ 76 mm) ned till önskat mätdjup. Från botten av hålet borras sedan ett centraliserat mindre hål (Φ 36 mm). På insidan av det mindre hålet limmas sedan en uppsättning trådtöjningsgivare mot bergväggen. Med en ihålig borrkrona fortsätter sedan borrningen av det större hålet, vilket ger en urholkad bergcylinder. Spänningarna beräknas utifrån de töjningar som uppkommer när bergcylindern friborras och avlastas från det omgivande spänningsfältet. Överborrningsmetoden kräver en limhärdningstid på 10-12 timmar, och normalt görs en mätning per dygn.

Befintliga sprickor återöppnas eller nya sprickor skapas

Till skillnad från överborrning sker mätningar med hydrauliska metoder i redan befintliga borrhål. Principen för metoden är att med hjälp av vattentryck bestämma spänningen vinkelrätt sprickplan (normalspänningen) på olika djup längs det undersökta borrhålet. De testade sprickorna kan antingen vara befintliga eller skapade och isoleras i borrhålet med hjälp av stålarmerade gummipackrar. En unik, egenutvecklad packerutrustning är Vattenfall Quadruple Packer Tool (VQPT), som är en specialanpassning för gruvindustrin och områden med höga bergspänningar. Denna utrustning har en trycksättningskapacitet på hela 700 bar, vilket vida överstiger konventionella utrustningar. Med hydrauliska metoder, beräknas spänningarna med uppmätta normalspänningarna och undersökta sprickors orientering. Med hydrauliska metoder görs normalt 3-6 mätningar per dygn.

Integrerad analys av data

Vattenfall Power Consultant har ett unikt batteri med inversionsprogram som ger möjlighet till bestämning av spänningsfältet med flera olika typer av spänningsdata; t ex data från hydrauliska metoder, data från fyra typer av överborrningceller, spänningsinducerade utfall i borrhål och borrinducerade dragsprickor. Fördelarna med integrerad tolkning är framför allt jämförelser mellan olika metoder förenklas och att felkällor lättare kan identifieras. Dessutom omfattar den slutliga integrerade lösningen en större datamängd och är därför mera tillförlitlig.

Erfarenhet från uppdrag över hela världen

Bergspänningsmätningar med hjälp av överborrning och hydrauliska metoder är väl beprövade metoder som använts av oss i ca 30 år. Våra konsulter utför bergspänningsmätningar åt uppdragsgivare över hela världen. Bland annat följande uppdragsgivare har tagit hjälp av Vattenfall Power Consultant: