مدلسازی پیلارها در روش جبهه کار طولانی با استفاده از تکنیک های پیشرفته عددی

مشخصات فایل

مقطع:کارشناسی ارشد
رشته تحصیلی:مهندسی معدن
نوع ارائه:پایان نامه
تعداد صفحات:150
قالب بندی:word ,pdf

نحوه خرید

مدلسازی پیلارها در روش جبهه کار طولانی با استفاده از تکنیک های پیشرفته عددی

شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

چکیده

مقدمه ۱
فصل اول – مکانیک سنگ کاربردی در پایداری سازه های زیرزمینی ۳
– ۱ – ۱مقدمه ۳
– ۲ – ۱تحلیل تنش ۳
–۳ – ۱برآورد تنش های برجا ۴
– ۴ – ۱ویژگی های فیزیکی و مکانیکی عنصر سنگ و توده سنگ ۵
– ۱ – ۴ – ۱ویژگی های فیزیکی ۵
– ۲ – ۴ – ۱ویژگی های مکانیکی ۶
– ۱ – ۲ – ۴ – ۱ویژگی های مقاومت ۶
– ۲ – ۲ – ۴ – ۱ویژگی های تغییر شکل ۷
– ۵ – ۱واکنش سنگ ها در برابر تنش های همه جانبه مساوی ۹
– ۶ – ۱واکنش سنگ ها در برابر تنش های نامساوی ۱۰
فصل دوم – سابقه، نقش و روش های طراحی پیلارهای زغالی ۱۲
– ۱ – ۲مقدمه ۱۲
– ۲ – ۲بار فرعی در طراحی پیلار ۱۳
– ۱ – ۲ – ۲ویژگی های روش بار فرعی ۱۴
– ۲ – ۲ – ۲محدودیت های روش بار فرعی ۱۴
– ۳ – ۲روش های تجربی طراحی پیلار ۱۵
– ۱ – ۳ – ۲مزایای فرمول های تجربی ۱۸
– ۲ – ۳ – ۲محدودیت های فرمول های تجربی ۱۸
– ۴ – ۲دقت روش های تجربی ۱۹
– ۵ – ۲شکست پایدار و ناپایدار پیلار ۲۲
– ۱ – ۵ – ۲امتیازات بالقوه شکست پایدار پیلار ۲۳
– ۲ – ۵ – ۲محدودیت های شکست پایدار پیلار ۲۵
– ۶ – ۲مدل ویلسون ۲۶
– ۱ – ۶ – ۲مزایای مدل ویلسون ۲۷
– ۲ – ۶ – ۲بررسی محدودیت های مدل هسته محدود ویلسون ۲۷
– ۷ – ۲مدل کرنش نرمی زغال سنگ ۳۰
– ۱ – ۷ – ۲مزایای مدل کرنش نرمی ۳۳
– ۲ – ۷ – ۲محدودیت های مدل کرنش نرمی ۳۳
– ۸ – ۲نتیجه گیری ۳۴
فصل سوم – روش های طراحی پیلار در معادن جبهه کار طولانی ۳۶
– ۱ – ۳تجربه معدنکاری به روش جبهه کار طولانی در اروپا ۳۶
– ۲ – ۳تجربه معدنکاری به روش جبهه کار طولانی در امریکا ۳۶
– ۳ – ۳روش های طراحی پیلار زنجیره ای معادن جبهه کار طولانی در امریکا ۳۸
– ۴ – ۳روش آنالیز پایداری پیلار جبهه کار طولانی )۴۰ (ALPS
– ۱ – ۴ – ۳فرمول تجربی و مقاومت پیلار ۴۰
– ۲ – ۴ – ۳مدل نشست و بار اعمالی بر پیلار ۴۱
– ۳ – ۴ – ۳شیوه طراحی ۴۴
– ۴ – ۴ – ۳پذیرش سطح بالای تنش افقی ۴۴
– ۵ – ۴ – ۳پهنای ورودی، کیفیت سقف و کف ۴۵
– ۶ – ۴ – ۳کاربرد در طراحی پیلار موقت ۴۵
– ۵ – ۳روش طراحی پیلار زنجیره ای کار – ویلسون ۴۶
– ۱ – ۵ – ۳مدل هسته محدود ۴۸
– ۲ – ۵ – ۳مدل نشست و بار اعمالی بر پیلار ۴۹
– ۳ – ۵ – ۳شیوه طراحی ۵۲
– ۴ – ۵ – ۳پذیرش سطح بالای تنش افقی ۵۲
– ۵ – ۵ – ۳پهنای ورودی، کیفیت سقف و کف ۵۲
– ۶ – ۵ – ۳کاربرد در طراحی پیلار موقت ۵۳
– ۶ – ۳روش طراحی پیلار زنجیره ای سوینگ – پنگ ۵۴
– ۱ – ۶ – ۳مدل اصلی ۵۵
– ۲ – ۶ – ۳مکانیزم تخریب و بار اعمالی بر پیلار ۵۵
– ۳ – ۶ – ۳شیوه طراحی و توسعه فرمول ۵۷
– ۴ – ۶ – ۳پذیرش سطح بالای تنش افقی ۶۰
– ۵ – ۶ – ۳پهنای ورودی، کیفیت سقف و کف ۶۱
– ۶ – ۶ – ۳کاربرد در طراحی پیلار موقت ۶۱
– ۷ – ۳روش طراحی پیلار زنجیره ای چی – مک کین ۶۲
– ۱ – ۷ – ۳فرمول تجربی و مقاومت پیلار ۶۳
– ۲ – ۷ – ۳بار اعمالی بر پیلار، تخریب و مدل نشست ۶۴
– ۳ – ۷ – ۳شیوه طراحی ۶۶
– ۴ – ۷ – ۳پذیرش سطح بالای تنش افقی ۶۸
– ۵ – ۷ – ۳پهنای ورودی، کیفیت سقف و کف ۶۸
– ۶ – ۷ – ۳کاربرد در طراحی پیلار موقت ۶۹
– ۸ – ۳نتیجه گیری ۶۹
فصل چهارم – آنالیز مدل های کرنش نرمی ۷۳
– ۱ – ۴مقدمه ۷۳
– ۲ – ۴مدل کرنش نرمی هوک و براون ۷۵
– ۳ – ۴مدل کرنش نرمی ۷۸ FLAC
– ۴ – ۴مدل کرنش نرمی گریفیث ۸۰
– ۵ – ۴مدل کرنش نرمی دیست ۸۲
– ۶ – ۴مقایسه مدل های اصلی کرنش نرمی ۸۵
– ۷ – ۴نتیجه گیری ۸۷
فصل پنجم – توسعه مدل عددی و شبیه سازی پیلار ۸۸
– ۱ – ۵مقدمه ۸۸
– ۲ – ۵مدلسازی مقدماتی ۹۶
– ۱ –۲ – ۵آنالیز حساسیت ابعاد شبکه بندی ۹۷
– ۲ – ۲ – ۵آنالیز نرخ بارگذاری ۹۹
– ۳ – ۲ – ۵مطالعه نسبت عرض به ارتفاع پیلار ۱۰۳
– ۴ – ۲ – ۵تاثیر سطح مشترک در محل برخورد سقف و زغال سنگ ۱۰۸
– ۵ – ۲ – ۵مکانیزم استخراج و بارگذاری ۱۱۲
– ۳ – ۵شبیه سازی آزمایش مقاومت فشاری سه محوری ۱۱۶
فصل ششم – آنالیز مدل شبیه سازی شده ۱۲۳
– ۱ – ۶مقدمه ۱۲۳
– ۲ – ۶آنالیز پارامتری مدل شبیه سازی شده ۱۲۳
– ۳ – ۶آنالیز مدل شبیه سازی تسلیم شدن پیلار زغالی ۱۲۴IV
– ۴ – ۶نتیجه گیری ۱۲۹
فصل هفتم – نتیجه گیری ۱۳۰
منابع ۱۳۳

چکیده
هدف اصلی از این پایان نامه مدلسازی عددی پیلارهای سیستم معدنکاری جبهه کار طولانی، به ویـژه پیلارهـای موقت می باشد. در این راستا پارامترهای اصلی از جمله نقش پیلارهای زنجیره ای اصـلی و موقـت، مکانیـک سـنگ کاربردی در پایداری سازه های زیرزمینی، شیوه های تعیین خصوصیات مکـانیکی و مقـاومتی سـنگ، تکنیـک هـای مدلسازی عددی و توانایی مدل عددی در شبیه سازی رفتار تسلیم شدن پیلار زغالی مطالعه شده است. مطالعه روش های مرسوم طراحی پیلار زنجیره ای معادن جبهه کار طولانی زغال سنگ نشان داده است که ایـن روش ها تمام پارامترهای موثر در رفتار پیلار را به طور همزمان در نظر نمی گیرند. همچنـین اسـتفاده از آنهـا بـرای طراحی پیلار موقت غیرمنطقی است. بنابراین و بر اساس شناسایی پنج مرحله مختلف بارگذاری بر پیلار در سیـستم معـدنکاری جبهـه کـار طـولانی، روش مدلسازی عددی به عنوان راهکار مناسب طراحی پیلار زنجیره ای، به ویژه بـرای پـیلار موقـت پیـشنهاد شـده است. با توجه به رفتار کرنش نرمی زغال سنگ در طول پروسه بارگذاری، مدل های مرسـوم کـرنش نرمـی آنـالیز و بـا یکدیگر مقایسه شده اند. بر اساس مطالعه صورت گرفته و با تکیه بر شرایط پیلارهای زغالی معادن جبهه کار طولانی و نیز داده های میدانی قابل دسترس، مدل کرنش نرمی FLACبرای مدلسازی پیلار انتخاب شده است. در مدلسازی مقدماتی با استفاده از شبیه سازی های متعدد، پارامترهای فیزیکی و مجازی مـوثر بـر رفتـار پـیلار شناسایی شده اند. همچنین با شبیه سازی تست مقاومت فشاری سه محوری، پتانسیل مـدل ایجـاد شـده در شـبیه سازی رفتار تسلیم شدن زغال سنگ ارزیابی شده است. نتایج این مطالعه نشان می دهد که مدل عـددی مـی توانـد رفتار پیلار زغالی تحت اعمال بارهای گوناگون را شبیه سازی نماید. مقایسه نتایج مدل عددی با برآورد روابط مرسوم طراحی پیلار بیانگر قابلیت اعتماد بالای مدل عددی می باشد؛ البته به شرطی که مدل عددی به صـورت مـوردی بـا داده های میدانی تنظیم شود. بدین ترتیب، طراحی پیلار با استفاده از روش شبیه سازی ارائه شده در کنـار مقایـسه نتایج آن با برآورد روابط مرسوم طراحی می تواند میزان ریسک عملیات را کاهش دهد؛ به نحوی که امکـان پرهیـز از شکست غیر کنترل شده و فاجعه آمیز پیلار زغالی فراهم آید.

مقدمه
روش استخراج جبهه کار طولانی، یک روش کاملا پر تولید با قابلیت مکانیزاسیون بـالا مـی باشـد کـه از اوایل قرن هفدهم میلادی در معادن زغال سنگ اروپا رواج یافت و پـس از آن نیـز در اوایـل دهـه ۱۹۶۰بـا توسعه وسایل نگهداری خود پیشرو در معادن امریکا به کار گرفته شد. در طول دهه ۱۹۹۰سهم تولید معادن جبهه کار طولانی از کل تولیدات زیرزمینی زغال سنگ تقریبا دو برابر شده است و این روند همچنان ادامه دارد. دلایل اصلی این توسعه قابلیت بالای مکانیزه شـدن در کنـار شرایط ایمنی مطلوب بوده و لازمه ایمنی مطلوب، طراحی مناسب پانل ها و سیستم تهویه است. طراحی مناسب پانل ها، شامل راه های دسترسی دو طرف آنها می باشـد کـه عـلاوه بـر داشـتن شـرایط تهویه مناسب، لازم است تا از ایمنی کافی برای رفت و آمد کارگران، دسترسی به سـینه کـار و نیـز ترابـری زغال سنگ برخوردار باشند. ارتفاع معمول روباره )عمق معدن( در روش جبهه کار طولانی بین ۲۰۰تا ۲۷۰۰فوت ) ۶۰تا ۸۲۰متـر( هـا بوده و هر چه عمق معدن افزایش یابد، طراحی راه های دسترسی دو طرف پانل و حفظ شرایط پایداری آن مشکل تر می شود. در نتیجه برای نگهداری ایمن، لازم است تعداد و عـرض پیلارهـای زنجیـره ای افـزایش یابد که این امر باعث می شود بازیابی استخراج زغال سنگ کاهش یافته، هزینه ها افزایش یابنـد. همچنـین وجود پیلارهای زیاد و پهن، به عنوان مانع در برابر جریان تهویه عمل نموده، افزایش هزینه های تهویه را بـه دنبال دارد. راه کار مناسب برای این شرایط استفاده از پیلارهای موقت می باشد که ضمن اقتـصادی بـودن، شـرایط پایداری راه های دسترسی دو طرف پانل را نیز در معادن عمیـق تـامین مـی نماینـد. اسـتفاده از پیلارهـای موقت که پهنای کمتری دارند، شرایط توزیـع تـنش بـر راه هـای دسترسـی دو طـرف پانـل را تغییـر داده، وضعیت ایمنی عملیات بهبود می یابد. همچنین بازیابی زغال سنگ را به طور مـوثری افـزایش مـی دهـد و مانع کمتری در برابر جریان هوای تهویه ایجاد نموده، تهویه راحت تر صورت می گیرد.۲ استفاده از پیلارهای موقت که باعث پیشگیری از افت بازیابی شـده و هزینـه هـای نگهـداری در معـادن عمیق جبهه کار طولانی را کاهش می دهد، راهکار جدیدی بوده و هنوز تئوری هـای مناسـب طراحـی آنهـا ارائه نشده است. به طوریکه تمام پیلارهای موقت توسط معدنکاران و با تکیه بر دانـش تجربـی و اسـتفاده از روش کوشش و خطا طراحی شده اند. هدف این پایان نامه بررسی پیلارهای اصلی و روش های طراحی آنها و نیز ارائـه روش طراحـی مناسـب برای پیلارهای موقت می باشد. این مطالعه با استفاده از روش های پیشرفته عددی به دنبال راهکاری بـرای شبیه سازی انواع پیلارها، به خصوص پیلارهای موقت است و در ایـن راسـتا نتـایج حاصـل از بـرآورد هـای تجربی را با نتایج روش های شبیه سازی عددی مقایسه نموده، در نهایت با شرایط واقعی تطبیق می دهد

نتیجه گیری
حفظ پایداری ورودی های دو طرف پانل اسـتخراجی معـدنکاری جبهـه کـار طـولانی در سیـستم چنـد ورودی با استفاده از پیلار های زنجیره ای تامین می شود. بدین منظور پیلار های زنجیره ای اصلی و موقـت مورد استفاده قرار می گیرند. پیلار های زنجیره ای اصلی دارای ابعاد بزرگی بوده و بار های اعمالی را تحمل می نمایند. در حالی که پیلار های موقت دارای ابعاد کوچک تری بوده و به گونه ای طراحی مـی شـوند کـه در مدت پروسه استخراج تسلیم شوند. پیلار های موقت در واقع با توزیع مجدد تنش، بار های وارده را بر دو طرف سیستم ورودی منحرف می نمایند. با استفاده از پیلار موقـت ضـمن حفـظ پایـداری سیـستم ورودی، فضای کمتری از ورودی ها اشغال شده و بازیابی استخراج نیز افزایش یابد. همچنـین از میـزان مقاومـت در برابر جریان هوای تهویه کاسته می شود. این ویژگی ها در سیستم استخراج مکـانیزه و بـه ویـژه در معـادن عمیق قابل توجه است. مطالعه روش های مرسوم طراحی پیلار زنجیره ای معادن جبهه کار طولانی زغال سنگ )الـپس، چـی – مک کین، کار – ویلسون و سوینگ – پنگ( نشان می دهد که استفاده از این روش ها بـرای طراحـی پـیلار موقت به طور کلی غیر منطقی است؛ و تنها روش کار – ویلسون تا حدودی می توانـد بـرای طراحـی پـیلار موقت مورد استفاده قرار گیرد. زیرا به طور کلی این روش ها بر پایـه ایـن فـرض ارائـه شـده انـد کـه پـیلار زنجیره ای قرار است تمام بار های اعمالی بر سیستم ورودی را تحمـل نمایـد و تـا پایـان پروسـه اسـتخراج تسلیم نشود. در حالی که ماهیت پیلار موقت با این فرض هم خوانی ندارد. همچنین مطالعه صورت گرفته نشان می دهد که در سیستم استخراج جبهه کـار طـولانی، پـیلار تحـت فازهای بار گذاری گوناگونی قرار می گیرد. در حالی که این روش های مرسوم طراحی به فاز هـای گونـاگون بار گذاری، تاثیر شرایط سقف و کف بر میزان باربری پیلار و همچنین تـنش هـای افقـی اعمـالی بـر پـیلار۱۳۱ توجهی ندارند. با این حال به دلیل سابقه موفقیت آمیز در طراحی و نیز اسـتفاده متعـدد در طراحـی پـیلار معادن گوناگون، از قابلیت اعتماد بالایی برخوردار بوده و پذیرفته شده می باشند. برای طراحی پیلار های زنجیره ای جبهه کار طـولانی، بـه ویـژه پـیلار موقـت کـه روش مناسـبی بـرای طراحی آن وجود ندارد می توان از مدلسازی عددی استفاده نمود. در مدلسازی عددی می توان تمام شرایط موثر بر رفتار پیلار از جمله وضعیت بار اعمالی بر پیلار، مکانیزم استخراج، مراحل گوناگون بارگذاری، سـطح تنش های افقی، شرایط سقف و کف و غیره را شبیه سازی نمود. برای طراحی پیلار موقت، لازم است تا پروسه تسلیم شدن پیلار بـه طـور دقیـق شناسـایی شـود. بـدین منظور از مدل کرنش نرمی استفاده شده است. زیرا مـواد شـکننده ای ماننـد زغـال سـنگ در طـول مـدت بارگذاری دارای رفتار کرنش نرمی خواهند بود. بر اساس مطالعه صورت گرفته و مقایسه مـدل هـای کـرنش نرمی، مدل کرنش نرمی FLACاز قابلیت بالایی در شبیه سازی رفتار پیلار زغالی برخوردار است. همچنین مدل عددی تفاضل محدود که نرم افزار FLACبر اساس آن ارائه شده است، انتخاب مناسبی برای مدلسازی پیلار زغالی به حساب می آید. پارامتر های گوناگونی در رفتار مدل تـاثیر گذارنـد. برخـی از این پارامتر ها وابسته به مدل بوده و ماهیت غیر فیزیکی دارند. ابعاد شبکه بندی مدل عددی مـی توانـد در مقاومت پیلار تاثیر گذار باشد. بنابراین برای افزایش قابلیت اعتماد مدل شبیه سازی شده لازم است تا ابعـاد شبکه بندی بر اساس داده های میدانی تنظیم شود. همچنین پارامتر هـای غیـر فیزیکـی نـرخ بارگـذاری و مکانیزم حفاری نیز بر رفتار مدل تاثیر گذارند. خوشبختانه با کاهش نسبت عرض به ارتفاع پیلار، تاثیر نـرخ بارگذاری بی اهمیت می شود. از آنجایی که به طور معمول نسبت عرض به ارتفاع پیلار موقت کوچک است، بنابراین می توان از تاثیر نرخ بارگذاری چشم پوشی نمود. برای حفظ استقلال نتایج مدل از مکانیزم حفاری اطراف پیلار نیز لازم است تا ایجاد فضای خالی اطراف پیلار به صورت مرحله ای انجام شود. علاوه بر این پارامتر های غیر فیزیکی، پارامتر های فیزیکی موثر بر رفتار پیلار نیـز شناسـایی شـده انـد. این پارامتر ها عبارتند از مقاومت فشاری، شیب فاز کرنش نرمی و مقاومـت بـاقی مانـده، خـصوصیات مـاده زغال سنگ، شکل پیلار و شرایط سقف و کف احاطه کننده پیلار. برای اعمال شرایط سقف و کف احاطه کننده و فراهم آوردن امکان جابجایی افقی گوشـه هـای پـیلار در مدل لازم است تا سطح مشترکی بین پیلار و سقف و کف در نظر گرفته شـود. بـا رعایـت وضـعیت مناسـب۱۳۲ پارامتر های غیر فیزیکی وابسته به مدل عددی ،۱نتایج مدل عددی شبیه سازی شده با مـدل کـرنش نرمـی FLACمورد پذیرش بوده و از قابلیت اعتماد بالایی برخوردار است. این موضوع در مقایسه نتـایج مـدل بـاروابط مرسوم طراحی پیلار نشان داده شده است. برای طراحی پـیلار زنجیـره ای اصـلی لازم اسـت از ابعـاد شبکه بندی درشت استفاده شود. در حالی که نتایج مدل دارای ابعاد شبکه بندی ریـز بـرای طراحـی پـیلار موقت مناسب می باشد. به طور کلی طراحی علمی پیلار زنجیره ای فرآیند پیچیده ای می باشد. چرا کـه پـارامتر هـای مـوثر در طراحی زیاد بوده و در بسیاری موارد تعیین و دسترسی به آنها مشکل است. استفاده از روش طراحی عددی ارائه شده و کنترل نتایج آن با روش های طراحی مرسوم می تواند میزان ریـسک عملیـات را کـاهش دهـد. همچنین تنظیم مدل عددی شبیه سازی شده با داده های میدانی می تواند قابلیـت اعتمـاد نتـایج مـدل را افزایش دهد. با شناسایی دقیق شرایط شکست غیر کنترل شده پیلار می توان پارامتر های طراحـی مـدل را به گونه ای تنظیم نمود که ضمن تسلیم شدن پیلار موقت در حین پروسه استخراج، از شکست فاجعه آمیـز آن پرهیز شود.

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

راهنمای سایت

برخلاف سایت های دیگر که فایل ها را به صورت تکی می فروشند روال سایت ما این است که شما با عضویت در سایت ما میتوانید از تمام فایل های موجود استفاده کنید.

تمام مطالب سایت فقط برای اعضای سایت رایگان است.

نحوه عضویت در سایت

آخرین مطالب

مطالب مرتبط