Bergbauinduzierte Spannungsänderungen in einer südafrikanischen Goldmine

Modellieren von abbauinduzierten Spannungsumlagerungen in einer tiefen Goldmine von Südafrika

Hintergrund und Motivation

Die Witwatersrand Konglomerate bergen einige der reichsten Goldvorkommen der Erde. Der Abbau des Goldes erfolgt bis in nahezu 4 km Tiefe, da das Gestein besonders hart (Quarzit, UCS=200 MPa) und der geothermische Gradient besonders niedrig ist (9°C/km). Durch den Gesteinsabbau wird der in situ Spannungszustand gestört und Mikroerdbeben sind die Folge. Im Rahmen einer Masterarbeit wird ein geomechanisches  3D-Modell der Goldmine in 3.5 km Tiefe entwickelt, das die abbauinduzierten Spannungen zu quantifizieren erlaubt und mit der Seismizität vergleicht. Abbildung 1 zeigt einen Gesteinswürfel mit 300 m Kantenlänge, in dem Spannungen bedingt durch Materialheterogenität (dyke), Goldabbau (excavation planes) und Tunnelsysteme mit Hilfe der Finiten Element Methode berechnet werden.