نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

مدل‌سازی عددی ارزیابی پایداری لنگه سنگی شبکه حفریات زیرزمینی سرب نخلک به روش استخراج از طبقات فرعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
محمدمهدی چهره پاک 1
حامد ملاداودی 2
1 دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران.
2 دانشیار، عضو هیأت علمی دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
10.22034/IRSRM.2024.432158.1061
چکیده
به طورکلی، حفرهرگونه فضا و شبکه زیرزمینی باعث به هم خوردن تعادل تنش‌های وارده برآن منطقه شده و حفظ پایداری، نیازمند ایجاد تعادل جدید بین تنش‌های موجود است. باتوجه به تنوع وسیع روش‌های معدنکاری زیرزمینی، انتخاب روش حفاری مناسب با شرایط سینه‌کار و جهت رسیدن به بازدهی بیشتر با کاهش هزینه امری ضروری است. روش استخراج از طبقات فرعی از دیدگاه‌های اقتصادی، شرایط به کارگیری و ظرفیت تولید، جایگاه ویژه‌ای درمیان روش‌های زیرزمینی دارد. روش‌های عددی به عنوان دقیق‌ترین روش‌ها برای تعیین میدان تنش و جابه‌جایی در اطراف حفریات زیرزمینی شناخته شده‌اند. دراین تحقیق، پایداری لنگه سنگی میانی کارگاه استخراجی جنوبی و شمالی موجود تا تراز 914 (125- متری) معدن جدید زیرزمینی سرب نخلک در زون 35 و 36 به طریق مدل‌سازی عددی تفاضل‌محدود FLAC3D مورد بررسی قرارگرفته است. روش استخراج از طبقات فرعی به عنوان روش حفاری و مدل رفتاری، موهرکلمب و به صورت پیوسته فرض شده است. به منظورارزیابی نتایج عددی و پایداری لنگه‌‌سنگی از معیار ساکورایی استفاده شد. براساس نتایج مدل‌سازی عددی، حداکثر میزان جابه‌جایی کل ناشی از حفاری کارگاه جنوبی برابر 11.47 سانتی‌متر است. میزان جابه‌جایی درجهت محور Z و Y به ترتیب برابر5.36 و 9.59 سانتی‌متر و میزان تنش‌های حداکثر القایی به دست آمده برابر 19 مگاپاسکال است. از نتایج حاصل می‌شود که میزان تنش‌های القایی اطراف تونل‌های دسترسی، لنگه‌سنگی و کارگاه جنوبی از مقاومت توده‌سنگ بیشتر نشده بنابراین گسیختگی و شکست اتفاق نیفتاده است. همچنین میزان جابه‌جایی حداکثر به دست آمده از حفاری کارگاه جنوبی درمیان حد حداکثر و حداقل معیارساکورایی قرارگرفته است و می‌توان به پایداری لازم لنگه‌سنگی با عرض12متر پس از حفرکارگاه جنوبی پی برد.
کلیدواژه‌ها
تحلیل پایداری
معدن زیرزمینی سرب نخلک
روش استخراج از طبقات فرعی
روش عددی تفاضل محدود
معیارساکورایی
موضوعات
  1. Copland, T., and Nehring, “Integrated optimization of stope boundary selection and scheduling for sublevel stoping operations”, Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy, Vol. 116, 1135-1142, 2016.
  2. Rehman, H., Shah, A., Hashim, M. H. B. M., Khan, N. M., Ali, W., Shah, K. S., Junaid, M., Ullah, R., & Adeel, M. B. “Investigating Effect of Tunnel Size, Rock Mass Conditions, and In-Situ Stresses on Stability of Tunnels”. Journal of Mining and Environment, 13(4), 973–987. https://doi.org/10.22044/jme.2022.12294.2231, 2022.
  3. Brady, B. H. G. and Brown, E. T. “Rock Mechanics for Underground Mining”, 3rd edn., 628pp. Dordrecht, the Netherlands: Kluwer.2004.
  4. Hamrin, H. “Choosing an underground mining method”. In W. A. Hustrulid (ed.), Underground Mining Methods Handbook, pp. 88–112. New York: SME-AIME.1982.
  5. چهره‌پاک، محمدمهدی؛ "تحلیل پایداری سیستم نگهداری تونل امیرکبیرتهران به روش جدیدتونل‌سازی اتریشی"، هشتمین کنفرانس مکانیک‌سنگ ایران، دانشگاه صنعتی شاهرود، تهران، اردیبهشت 1401.
  6. Stille, H., & Palmstrom, A. “Ground behaviour and rock mass composition in underground excavations”, Tunnelling and Underground Space Technology, 23(1), 46-64, 2008.
  7. Hoek, E.Cavern Reinforcement and Lining Design. prepared for RocNews, 2011.
  8. Barton, N., Lien, R., and Lunde, J. “ Engineering classification of rock masses for the design of tunnel support”. Rock mechanics, 6 (4): 189-236. doi:10.1007/bf01239496, 1974.
  9. Barton, N. “Some new Q-value correlations to assist in site characterisation and tunnel design”. International journal of rock mechanics and mining sciences, 39 (2): 185-216, 2002.
  10. Ali, W., Rehman, H., Abdullah, R., Xie, Q., and Ban, “Topography induced stress and its influence on tunnel excavation in hard rocks–a numerical approach”. GEOMATE Journal, 22 (94): 93-101, 2022.
  11. یاراحمدی بافقی، علی رضا؛ بهشتی بافقی، سیدهادی؛ "روش نوین استخراج از طبقات فرعی برای لایه‌های با شیب کمتر از 30 درجه"، اولین کنفرانس فناوری‌های معدنکاری ایران، یزد، 1391.
  12. دستورالعمل روش استخراج از طبقات فرعی، سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور، نشریه شماره 807، شورای عالی برنامه تهیه ضوابط و معیارهای معدن، 1399.
  13. Wu, J. “Research on sublevel open stoping recovery processes of inclined medium-thick orebody on the basis of physical simulation experiments”.PLoS ONE, 15(5), pp. 1–18. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0232640, 2020.
  14. Xu, S. et al. “Evaluation of the use of sublevel open stoping in the mining of moderately dipping medium-thick orebodies”.International Journal of Mining Science and Technology,31(2), pp. 333–346. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2020.12.002
  15. Li, X. et al. “Numerical Simulation of Surface Subsidence and Backfill Material Movement Induced by Underground Mining”.Advances in Civil Engineering, doi.org/10.1155/2019/2724370, 2019.
  16. Blachowski, J. and Ellefmo, S. “Numerical modelling of rock mass deformation in sublevel caving mining system”, Acta Geodynamica et Geomaterialia, 9(3), pp. 379–388, 2012.
  17. R. Hudyma, P. Frenette, and I. Leslie, “Monitoring open stope caving at Goldex Mine”. Trans. Institutions Min. Metall. Sect. A Min. Technol., vol. 119, no. 3, pp. 142–150, 2010, doi: 10.1179/174328610X12820409992291.
  18. C. Jhanwar and A. K. Chakeaborty, “Stability Monitoring of a Sub-Level Open Stope Through Rock Mechanics Instrumentation And Acoustic Emission Measurements In a Manganese Mine In India ”.ISRM International Symposium on Rock Mechanics - SINOROCK 2009. p. ISRM-SINOROCK-2009-151, May 19, 2009.
  19. Reddy, J. N. “An introduction to the finite element method”: McGraw-Hill New York, 2006.
  20. Potvin, M. Hudyma, and H. D. S. Miller, “Rib pillar design in open stope mining,” Int. J. Rock Mech. Min. Sci. Geomech. Abstr., vol. 27, no. 1, p. 57, doi: 10.1016/0148-9062(90)90467-g, 1990.
  21. Sjiberg, “Design Methods for Stopes and Sill Pillars with Application to the Zinkgruvan Mine, Central Sweden,” vol. 26, pp. 253–275, 1993
  22. Cardu, S. Dipietromaria, and P. Oreste, “sub-level stoping in an underground limestone quarry: an analysis of the state of stress in an evolutionary scenario” vol. 61, no. 1, pp. 199–216, 2016, doi: 10.1515/amsc-2016-0015.
  23. Islavath, S. “Stability analysis of underground stope pillars using three-dimensional numerical modelling techniques Sreenivasa Rao Islavath * Debasis Deb,” vol. 9, no. 3, pp. 198–215, 2018.
  24. A. Mendonça, D. Em, and M. Subterrâneas, “influence of induced stresses by sublevel stopes in stability conditions of development openings in underground mines,” pp. 159–166, 2018.
  25. A. V. L. Díaz, “A New Criterion for Numerical Modelling of Hangingwall Overbreak in Open Stopes,” Rock Mech. Rock Eng., no. 0123456789, 2020, doi: 10.1007/s00603-020-02179-z.
  26. Hosseini, “Safety analysis of Sormeh underground mine to improve sublevel stoping stability,” no. February, pp. 173–187, 2023, doi: 10.1002/dug2.12041.
  27. عطایی، محمد؛ معدنکاری زیرزمینی (جلد1)، دانشگاه صنعتی شاهرود، ایران، 1384
  28. Villaescusa, E. “Geotechnical Design for Sublevel Open Stoping”.CRC Press, https://doi.org/10.1201/b16702, 2014.
  29. Villaescusa, “A review of sublevel stoping”, in G. Chitombo, ed., Proceedings of the MassMin 2000, Brisbane, Queensland, Australia, pp. 577–590, AusIMM, Melbourne, Victoria, Australia. With permission, 2000.
  30. Lcwis R.S. Clark G.B. “Elements of Mining, Third edition”. New York:Wiley,
  31. طرح ادامه بهره‌برداری و گزارشات موجود در معدن سرب نخلک، معدن سرب نخلک، 1377.
  32. چهره‌پاک، محمدمهدی؛ ارزیابی پایداری شبکه حفریات زیرزمینی معدن سرب نخلک به روش مدل‌سازی عددی سه‌بعدی، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دی 1402.
  33. Harrison, John P; Hudson, John A; Engineering rock mechanics; 1997.
  34. Sakurai, S.“The assessment of tunnel stability on the basis of field measurements”. Associazone Geotecnica Italiana - XVIII Convegno Nazionale di Geotecnica- Rimini, 21-30, 1993
  35. Sakurai, S., Farazmand, A. & Adachi, K. “Assessment of the stability of slopes from surface displacements measured by GPS in an open pit mine”.In G. Deak & Z. Agioutantis (Eds). Sustainable Exploitation of Natural Resources Proc. 3rd International Seminar ECOMINING-Europe 21st Century, 4–5 September, Milos Island, Greece, 239–248, 2009.
  36. Sakurai, S., Kawashima, I. & Otani, T. “A criterion for assessing the stability of tunnels”. Proc. ISRM International Symposium, EUROCK’93, 21–24 June, Lisboa, Portugal, 969–973, 1993a.
  37. Li, J. Zhou, D. J. Armaghani, and X. Li, “combination of finite difference methods, neural networks, and Monte Carlo simulation techniques Abstract:” Undergr. Sp., 2020, doi: 10.1016/j.undsp.2020.05.005.
نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ
دوره 7، شماره 4
زمستان 1402
صفحه 27-39