Original paper

Modell-based prediction of unfractured rock masses

Nikolayev, Dmitry; Siegesmund, Siegfried; Mosch, Stephan; Hoffmann, Andreas

Abstract

Profitable dimensional stone production mainly depends on the effective number of extracted blocks with a predefined size. The regularity and volume of the blocks are of critical importance. Optimization of the defined block size is therefore the most economically important task in quarrying of natural building stone. This problem is mainly connected to the quantification of joints and fractures, i.e. their spacing and orientation, since these tectonic elements affect the fragmentation of a deposit generating several blocks, not necessarily cubic in form. The problem of detecting unfractured blocks within arbitrary oriented and distributed planes (e.g. joints) cannot be solved analytically, but only effective through numerical analysis. In this article we present a brief description of a new computer program based on a numerical algorithm. The program determines the distribution, the individual shapes, and volumes of in-situ blocks. The quantification of the blocks is illustrated by a number of model examples and detailed studies of quarries, which help to demonstrate that the application of the computer program could be a powerful tool for the future in exploiting dimensional stones.

Kurzfassung

Die Wirtschaftlichkeit in der Produktion des Rohstoffs Naturstein steht in engem Zusammenhang mit der effektiven Ausbringung an Rohblöcken. Dabei ist die Form und Größe der Rohblöcke von entscheidender Bedeutung, womit die Optimierung dieser Faktoren entscheidend zur Steigerung der Rentabilität einer Lagerstätte beiträgt. Daher sind genaue Kenntnisse über das Trennflächengefüge, also Orientierung und Abstandsverteilung von Klüften und Störungen, vonnöten, da die zumeist unregelmäßige Zergliederung eines geologischen Körpers aus diesen Elementen resultiert.Der Nachweis störungs- bzw. rissfreier Blöcke im Festgestein kann auf analytischem Wege nicht erfolgen. Der Artikel stellt ein Computerprogramm vor, das dagegen auf einem numerischen Algorithmus basiert. Es ermöglicht die Visualisierung eines abzubauenden Bereiches einer Lagerstätte und gibt damit Auskunft über die Verteilung, die Formen und Volumina der aus dem Trennflächengefüge resultierenden in-situ-Blöcke. Illustriert werden die Möglichkeiten an verschiedenen Beispielen anhand derer ersichtlich wird, dass dieses Programm zukünftig eine entscheidende Rolle bei der wirtschaftlich effektiven Nutzung des Rohstoffs Naturstein zukommen kann.

Keywords

dimensional stones extractionjoints and fracturesblock sizes