Geomechanical Numerical Analysis as a Guidance for Preservation Works of the “Wieliczka” Salt Mine Site

Kajetan D’Obyrn 1  and Antoni Tajduś 1
  • 1 AGH University of Science and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 , Kraków, Poland

Abstract

Salt was excavated at the “Wieliczka” Salt Mine for over 700 years. Underground mining operations terminated in 1996, by which time almost 2,400 chambers and 245 km of galleries had been created underground, situated on 9 levels and a few interlevels. In 1978, the mine was included in the UNESCO World Heritage List, which stated that parts of the mine with historical value had to be preserved for future generations. In order to preserve the most valuable chambers and galleries, activities aimed at establishing a protection pillar for excavations were conducted in the conservation area on Levels I-V. The need of large scope preserving works created the necessity to conduct a new and truly comprehensive geomechanical analysis. Such an analysis could only be done by means of advanced numerical modelling codes. Three-dimensional calculations were performed by means of FLAC 3D finite difference code. Rock mass stability assessment in the vicinity of excavations was carried out on the basis of the distribution and range of the so called failure zones. This comprehensive geomechanical analysis allows for verification and give the directions for future preservation and closure works in the “Wieliczka” mine.

If the inline PDF is not rendering correctly, you can download the PDF file here.

  • [1] BARNAT A., HACHAJ S., TAJDUŚ A., An Application of the Plate-Rod Model to the Determination of the Stress and Effort State of Rock Mass Surrounded by Shaft Rooms in the Antique Part of Wieliczka Salt Mine, Archives of Mining Sciences, 1992, Vol. 37 (3).

  • [2] CAŁA M., FLISIAK J., TAJDUŚ A., Mechanizm współpracy kotwi z górotworem o zróżnicowanej budowie, Biblioteka Szkoły Eksploatacji Podziemnej, Wydawnictwo ISMGiE PAN, Kraków 2001.

  • [3] CAŁA M., CZAJA P., FLISIAK D., KOWALSKI M., Ocena zagrożenia zapadliskowego wybranych komór KS Wieliczka w oparciu o obliczenia numeryczne, Górnictwo i Geoinżynieria, 2009, 33, 3/1, 33-44.

  • [4] CAŁA M., CZAJA P., FLISIAK D., KOWALSKI M., Estimation of stability of selected caverns in Wieliczka salt mine with numerical methods, Mechanical characteristics of rock: 2nd International Protodyakonov-Colloquium - 2 and 3rd December 2009, Medienzentrum der TU Bergakademie Freiberg, Scientific Reports on Resource Issues Vol. 2, 2010, 140-150.

  • [5] CAŁA M., FLISIAK J., BETLEJ M., KOWALSKI M., STOPKOWICZ A., PARCHANOWICZ J., MAJ A., Kompleksowa analiza geomechaniczna wyrobisk zabytkowych Kopalni Soli “Wieliczka” S.A., KGHM CUPRUM sp. z o.o., 2012, Wrocław, (archives of Kopalnia Soli “Wieliczka” S.A.).

  • [6] CIEŚLIK J., FLISIAK J., TAJDUŚ A., Analiza warunków stateczności wybranych komór KS Wieliczka na podstawie przestrzennych obliczeń numerycznych, Górnictwo i Geoinżynieria 2009, 33, 3/1, 91-103.

  • [7] D’OBYRN K., Możliwości zabezpieczenia komór Jakubowice w Kopalni Soli “Wieliczka”, Górnictwo i Geoinżynieria, 2011, 35, 2, 171-182.

  • [8] D’OBYRN K., HYDZIK-WIŚNIEWSKA J., Selected aspects of numerical modelling of the salt rock mass: the case of the “Wieliczka” Salt Mine, Archives Of Mining Sciences, 2013, 58, 1, 73-88.

  • [9] FAHLAND S., HEUSERMANN S., EICKEMEIER R., NIPP H.-K., Three-dimensional geomechanical modelling of old mining rooms in the central part of the Bartensleben salt mine, The Mechanical Behavior of Salt - Understanding of THMC Processe in Salt. Wallner, Lux, Minkley&Hardy, Jr. (eds.), Taylor&Francis Group, Lomndon, London 2007.

  • [10] Flac 3D v. 5.0, User’s manual, Itasca Consulting Group, Minneapolis, USA, 2014.

  • [11] FLISIAK D., Własności odkształceniowe soli kamiennej w próbach reologicznych, Geotechnika i Budownictwo Specjalne. Wyd. KGBiG AGH, Kraków, 2002, 165-177.

  • [12] FLISIAK D., CYRAN K., Właściwości geomechaniczne mioceńskich soli kamiennych, Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego 429, Warszawa 2008.

  • [13] GARLICKI A., WIEWIÓRKA J., Sedymentacja i tektonika miocenu okolic Wieliczki, [in:] Przew. LX Zjazdu PTG. Wyd. AGH Kraków, 1989, 97-102.

  • [14] GAWEŁ A., Budowa złoża solnego Wieliczki, Prace, t. XXX, cz. III. Wyd. Instytut Geologiczny, Warszawa 1962.

  • [15] JAWORSKI W., KUROWSKI R. I JODŁOWSKI A., Zabytkowe wyrobiska w kopalni soli w Wieliczce w aspekcie konserwatorskim, 1995, Wieliczka, Archives of Muzeum Żup Krakowskich.

  • [16] OSZCZYPKO N., KRZYWIEC P., POPADYUK I., PERYT T., Carpathian Foredeep Basin (Poland and Ukraine) - its sedimentary, structural and geodynamic evolution, [in]: F. Picha, J. Golonka (eds.), The Carpathians and Their Foreland: Geology and Hydrocarbon Resources, 2006, AAPG Memoir 84, 293-350.

  • [17] PRUSEK S., BOCK S., Assessment of rock mass stress and deformations around mine workings based on three dimensional numerical modelling, Archives of Mining Sciences, 2008, 53(3), 349-360.

  • [18] SWIFT G.M., REDISH D.J., Underground excavations in rock salt, Geotechnical and Geological Engineering, 2005, 23(1), 17-42.

  • [19] ŚLIZOWSKI J., URBAŃCZYK K., WIEWIÓRKA D., KOWALSKI M., SERBIN K., Stateczność wyrobisk w pokładach ewaporatów LGOM w aspekcie budowy podziemnego laboratorium badawczego, Studia, Rozprawy, Monografie 2011, nr 168, Wyd. IGSMiE PAN, Kraków.

  • [20] TAJDUŚ A., BUTRA, J., DĘBKOWSKI, R., KAWALER, A., PARCHANOWICZ, J., PYTEL, W. et al., Analiza geomechaniczna zabytkowej części Kopalni Soli “Wieliczka” w aspekcie weryfikacji wyrobisk zabytkowych i określenia docelowej struktury kopalni, Centrum Badawczo-Projektowe Miedzi “Cuprum” Sp. z o.o. 1999, Wrocław, (archives of Kopalnia Soli “Wieliczka” S.A.).

  • [21] YIN X. Y. YANG C. H., LI Y. P., CHEN J.W., Investigation on the long-term stability of gas storage in Jintan Salt Mine. The Mechanical Behaviour of Salt - Understanding of THMC Processes in Salt, Wallner, Lux, Minkley & Hardy, Jr. (eds.), Taylor & Francis Group, London 2007, 407-413.

  • [22] WANG G., GOU K., CHRISTIANSON M., KONIETZKY H., Deformation characteristics of rock salt with mudstone interbeds surrounding gas and oil storage cavern, International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 2011, 48, 871-877.

  • [23] WIEWIÓRKA J., Warunki geologiczne eksploatacji soli w żupach krakowskich, Dzieje Żup Krakowskich, Wyd. Muzeum Żup Krakowskich, Wieliczka 1985, 37-70.

OPEN ACCESS

Journal + Issues

Search