Beyond Axisymmetry:3D Stress Effects in Deep Mining
- Reference number
- SAB25-0007
- Project leader
- Johansson, Daniel
- Start and end dates
- 261001-270630
- Amount granted
- 2 290 336 SEK
- Administrative organization
- Luleå University of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Deep hard-rock mining at depth is constrained by brittle failure and dynamic instability driven by anisotropic stresses, excavation-induced unloading/loading and stress rotation. A key barrier is that lab characterisation is largely axisymmetric, while in-mine conditions are 3D and stress-path dependent (σ₂, non-proportional trajectories) and, in Sweden, amplified by strong ore–host rock contrasts. This sabbatical closes a defined capability gap: Sweden lacks domestic infrastructure and hands-on competence for stress-path-driven true-triaxial testing and interpretation. Objective 1: Five months at Monash University will establish reproducible true-triaxial protocols and energy-based post-peak interpretation, delivering a benchmark dataset for Swedish ore and host rock via a bounded test programme and standardised analysis workflow. Objective 2: Three months at The University of Queensland will synthesise results into a transfer framework mapping post-peak response and damage evolution to model-relevant parameters and instability indicators for design and hazard assessment. Expected results: documented protocol, benchmark dataset, manuscript draft(s), transfer framework linking σ₂/stress-path effects to instability mechanisms and an implementation plan for Swedish research, education and long-term industry collaboration
Popular science description
För att samhället ska fungera behövs metaller och mineral som i allt högre grad måste brytas djupt under jord. I Sverige når gruvor redan idag djup på över en kilometer och i framtiden kommer brytningen att ske ännu längre ner. Ju djupare man kommer, desto större blir påfrestningarna på berget runt gruvan. Det kan leda till sprickbildning, instabilitet och i vissa fall plötsliga händelser som liknar små jordskalv. Dessa processer påverkar både säkerheten för människor som arbetar under jord och möjligheten att driva gruvor på ett hållbart och säkert sätt. För att kunna bygga säkra och stabila gruvor behöver vi förstå hur berg beter sig under dessa extrema förhållanden. Problemet är att mycket av den kunskap som används idag bygger på förenklade laboratorietester som inte fullt ut motsvarar verkligheten på stora djup. I en verklig gruva utsätts berget för komplexa krafter från flera håll samtidigt, och dessa krafter förändras när tunnlar sprängs och malm bryts. Traditionella tester kan inte återskapa denna situation, vilket gör det svårt att tolka vad som faktiskt händer djupt nere i berget. Detta projekt handlar om att stärka den experimentella kunskapsbasen för brytning på stora djup. Under vistelsen kommer avancerade laboratoriemetoder att studeras som gör det möjligt att belasta bergprover från flera håll samtidigt, på ett sätt som bättre efterliknar förhållandena djupt under jord. Genom sådana försök kan man få ny förståelse för hur skador uppstår i berg, hur instabilitet utvecklas och hur energi frigörs när berg spricker eller rasar. Projektet genomförs i samarbete med internationellt ledande forskningsmiljöer som har experimentell utrustning som ännu inte finns i Sverige. Fokus ligger inte på snabba resultat, utan på att bygga långsiktig kompetens: att lära sig hur man genomför relevanta experiment, hur resultaten ska tolkas och hur laboratorieobservationer kan kopplas till verkliga förhållanden i stora gruvor. På längre sikt bidrar denna kunskap till säkrare gruvor, bättre planering och minskade risker vid brytning. Erfarenheterna är också värdefulla för andra tillämpningar, som tunnlar, underjordisk infrastruktur och framtida lagring under mark. Genom att stärka Sveriges kompetens inom brytning på stora djup, så bidrar projektet till en hållbar utveckling av viktiga resurser och samhällsfunktioner för framtiden.