بخشی از مقاله
چکیده
در روش معدن کاری جبهه کار طولانی، پایداری تونلهای طرفین پهنه استخراجی اهمیت بالایی دارد زیرا از این تونلها به منظور خدماتی ضروری چون تهویه و حملونقل استفاده میشود. با توجه به موارد گفته شده هر گونه شکست و ریزش در سقف باعث ایجاد تلفات و کاهش و اختلال در تولید معدن میشود.[1] هدف از این مقاله، بررسی پایداری تونل بین دو پهنه ی جبهه کار طولانی در حین استخراج همزمان آنها به روش مدلسازی عددی و با استفاده از نرمافزار FLAC3D است. به منظور بررسی پایداری تونل از معیار های کرنش برشی بحرانی ساکورایی و کفایت سیستم نگهداری پیچ سنگ های نصب شده در تونل استفاده شده است. نتایج مدلسازی نشان داد حداکثر نیروی کششی وارده بر پیچ سنگ های تونل بین دو پهنه 2/82 کیلونیوتن و حداکثر تنش وارده بر آنها 7/36 مگاپاسکال است که تا مرز گسیختگی فاصله بسیار داشته و پایدارند و تونل بین دو پهنه را نگهداری می کنند. پایداری تونل بر اساس معیار کرنش بحرانی ساکورایی نیز نشان داد که تونل بر اساس این معیار نیز پایدار است.
-1 مقدمه
روش جبهه کار طولانی یکی از روشهای استخراج زغالسنگ با راندمان تولید بالاست که برای تجهیز و آماده سازی آن سرمایهگذاری اولیه زیادی لازم است. استفاده از پهنههایی با ابعاد بزرگ در این روش باعث افزایش تولید، کاهش هزینههای آمادهسازی، کاهش زمان صرف شده برای استخراج و در نهایت افزایش بهرهوری میشود؛ اما از سوی دیگر استخراج پهنهها با ابعاد بزرگ، پیچیدگیهای مربوط به شرایط سنگ سقف در حین پیشروی جبههکار و تخریب سقف پشت سیستم نگهداری، موجب تشکیل شرایط پیچیده تنش میشود.[1] لذا تاثیر این موارد بر پایداری تونلهای خدماتی و دسترسی بهویژه تونلهای اصلی پهنهای باید بسیار مورد توجه قرار گیرد.
-2 تغییرات تنش در اطراف پهنههای استخراجی
در یک پهنه جبهه کار طولانی، وزن طبقات روباره به جلو و پشت کارگاه استخراج و نیز طرفین آن یعنی لنگههای بالا و پایین کارگاه منتقل میشود. در پی آن، یک ناحیه زدوده از تنش در سقف ورودی به وجود میآید و باریکه قبلاً بهوسیله مواد استخراج شده نگهداری میشد، به دو طرف ورودیها، یعنی پایههای حایل و زغالسنگ دست نخورده پهنه منتقل میشود. بنابراین در مناطق تکیهگاهی مانند پایهها و لبه پهنه، مقدار تنشهای قائم بیشتر از میانگین تنش برجا است.به این نواحی، تکیهگاه و به فشارهای بیش از فشار اولیه فشارهای تکیهگاهی گفته میشود.
توزیع دوباره تنشها در کارگاه استخراج سبب بروز تمرکز تنش شدید در نقاط متعددی در اطراف جبهه کار میشود. این امر همانند یک پل در منطقه استخراج شده عمل میکند، به گونهای که یک پایه پل، را ماده معدنی استخراج نشده جلو کارگاه و پایه دیگر آن را مواد پرکننده در قسمت استخراج شده، تشکیل میدهند. بدین ترتیب، هر دو پایه این پل به نوعی تحت فشار قرار دارند و لذا سیستم نگهداری کارگاه استخراج، تنها باید بخش اندکی از روباره را تحمل کند که ضخامت آنها از 10 تا 15 متر تجاوز نمیکند .[2]
کلی و همکاران1 در تحقیقات خود به این نتیجه رسیدند که تنش افقی وارد بر پهنه باعث ایجاد شکست برشی در سنگ و در نتیجه تمرکز تنش تکیهگاهی در جلوی کارگاه استخراج میشود.[3] یانگ و لین2 تغییرات تنش را بر اساس تغییرات موقعیت سینهکار در حال استخراج بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که تنشهای تکیهگاهی در فاصله 5 متری جلوی سینهکار به حداکثر مقدار خود میرسد و از فاصله 10 متری به بعد به مقدار اولیه خود باز میگردد. همچنین مطالعات آنها نشان داد که حداکثر تنشها، زمانی شکل میگیرد که پیشروی کارگاه بین 20 تا 30 متر باشد.[ 4] عبداالله و همکاران3 در سال 2014 به بررسی پایداری تقاطعهای معدنی در معدن گارسون کانادا پرداختند. اکستنسومتر-های چند - نقطهای برای کنترل تغییر شکل در توده سنگ، مورد استفاده قرار گرفت. تحلیلها نشان میدهند که پایداری تقاطع، با پیشروی استخراج وخیمتر میشود.[5] بای و همکاران4 به مدلسازی عددی پایداری جبهه کار استخراج زغال پرداختند. نتایج مدل سازی نشان دادند که تنش های کششی در مناطقی نزدیک به جبهه کار تمرکز پیدا کرده که باعث شکست کششی در زغال می شود.[6]
-3 مدلسازی عددی استخراج همزمان پهنههای P7 و P8
-1-3 محدوده مدلسازی
نقشه معدن پروده طبس و محدوده مدلسازی در شکل 1 آورده شده است. در انتخاب محدوده علاوه بر در نظر گرفتن اینکه مدل جامع باشد، تاثیر نپذیرفتن معادلات تنش و کرنش در تحلیل مدل عددی نسبت به شرایط مرزی نیز در نظر گرفته شده است. تونلهای بازکننده پهنهها دارای عرض 2/5 تا 5 متر و ارتفاع 2/5 متر و عرض پهنه زغالی و کارگاههای آن90 متر و طول پهنه700 متر است. ارتفاع کارگاه استخراج 2 متر و به اندازه ارتفاع لایه زغال C1 و عرض آن 5 متر است. به منظور کاهش زمان تحلیل مدل ساخته شده و رعایت شدن شرایط مرزی در راستای افق و قائم ، طول مدل 183 متر و ارتفاع مدل 63 متر در نظر گرفته شده است.
-2-3 هندسه و مشبندی مدل
ابتدا هندسه مدل با توجه به لیتولوژی منطقه ساخته شده و سپس هندسه مورد نظر با استفاده از افزونه Griddle مش بندی شده است. حداقل ابعاد مش 0/25 متر و حداکثر ابعاد مش 3 متر در نظر گرفته شده است که مش اطراف کارگاه ریزتر و مش لایههای کمربالا و کمر پایین درشتتر در نظر گرفته شده است. هندسه و مش بندی مدل FLAC3D در شکل 2 و شکل 3 نشان داده شده است.
