مدلسازی عددی پایه‌های زغالی در لایه‌های زغالی شیب‌دار - مطالعه موردی معدن زغال سنگ همکار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه یزد

2 دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود

چکیده

طراحی ابعاد پایه در معدنکاری زیرزمینی به دلیل مسایل ایمنی و اقتصادی از اهمیت زیادی برخوردار است. به دلیل محدودیت‌های موجود در روش‌های طراحی سنتی و تجربی، امروزه روش‌های عددی به طور وسیعی برای طراحی پایه به کار می‌روند. با کاربرد این روش­ها امکان در نظر گرفتن بعضی از عوامل، نظیر ترتیب مراحل استخراج و اثر تنش‌های محصور کننده که نمی‌توان آنها را در روش­های تجربی منظور نمود، وجود دارد. طراحی پایه در لایه‌های شیب‌دار متفاوت از لایه‌های افقی است. پایه‌ها در شیب به‌طور قابل ملاحظه‌ای تحت تاثیر تنش‌های فشاری و برشی هستند. در این تحقیق با استفاده از نرم‌افزار عددی FLAC2D، با استفاده از مدل‌های عددی مختلف (شیب متغیر لایه و عرض متفاوت پایه) به بررسی توزیع تنش‌های وارد بر روی پایه­های بین دو کارگاه استخراج پرداخته شده است. نتایج حاصل از تحلیل بر روی مدل‌های عددی در شیب‌های 30، 45 و 60 درجه با پایه‌های10 و 15 متری نشان می‌دهد که هر چه شیب لایه و عرض پایه افزایش یابد مقدار تنش‌های قائم وارد بر پایه کاهش می‌یابد. علاوه بر این با افزایش شیب لایه تنش‌های برشی در پایه افزایش می‌یابد. در نهایت با توجه به مدلسازی عددی انجام‌ شده می‌توان بیان نمود که در شیب‌های زیاد باید از پایه‌های با عرض بزرگتری استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical Modeling of Coal Pillars in Steeply Inclined Coal Seams - Case Study: Hamkar Coal Mine

نویسندگان [English]

  • Mehdi Najafi 1
  • Meysam Motahhari 1
  • Mehdi Norouzi 2
1 Dept. of Mining and Metallurgy, Yazd University
2 Dept. of Mining, Petroleum & Geophysics, Shahrood University of Technology
چکیده [English]

Summary
The aim of this research is stability analysis of coal pillars in inclined coal seams (the variable pillar width and the variable seam dip) using the finite difference method software (FLAC2D). This aim is achieved by assessing the vertical and shear stresses distribution and their influence on the coal pillar.
Introduction
In some mining method such as longwall, room and pillar and stope and pillar, the design of mine is done in such a way that the pillars are left in the seam gradient. Therefore in this case the effect of seam dip must be considered on the stability of pillar. Pillars in dipping strata are under in compression and shear load and therefore require consideration of a failure criterion that accounts for compression and shear load. The stability analysis of coal pillar can be performed by empirical, analytical, statistical and numerical methods.
Since the existing empirical methods developed to pillar design have some limitations, the application of numerical methods was widely increasing to optimize pillar size in all mining methods. Applying numerical methods, it is possible to consider seam dip on the stability of coal pillar.
Methodology and Approaches
In this study, six numerical models were analyzed in FLAC2D software for 30, 45 and 60 degree steeply coal seams with 10 and 15 m pillar width. It should be noted that 90 m width are considered for stopes in all numerical models. Moreover, exploitation has been started at the first stope and then continued to the second stope. In each step of the analyses, the model is run to equilibrium before creating the second stope.
Results and Conclusions
The numerical modeling result on 30, 45 and 60 degree steeply coal seams with 10 and 15 m pillar width showed that the vertical stresses on the pillar decreased by increase of coal seam dip and coal pillar width. Moreover, the shear stresses increased by increases of coal seam dip. Finally, according to the numerical modeling result the pillar width of 15 m on a dip of 30 degree is stable.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Coal Pillar
  • Steeply Inclined Seam
  • Numerical modeling
  • FLAC2D Software

مراجع

[1] Jeremic M. L. (1985). Strata Mechanic in Coal Mining.A.A balkema Publication.
[2] Salamon, M. D. G., Munro, A. H. (1967), “A study of the strength of coal pillars”. J. S. Afr. Inst. Min. Metall.:  67, 56–67.
[3] Greenwald, H. P., Howarth, H. C., Hartmann, I. (1941). Progress Report: Experiments on strength of small pillars of coal in the Pittsburgh bed. USBM, R. I. 3575.
[4] Steart, F. A. (1954). Strength and stability of pillars in coal mines. J. Chem. Metall. Min. Soc. SA, XV: 309–325.
[5] Bieniawski ZT (1968) .The effect of specimen size on compressive strength of coal. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 5, 325–335.
[6] Mrugala M. G., Sheorey P.R. and  Kushwaha A. (2001). Numerical estimation of pillar strength in coal mines. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 38 , pp 1185–1192 .
[7] Najafi M., Jalali, S. E. Sereshki, F., Yarahmadi-Bafghi, A. R. (2009). Evaluation of Pillar Strength in Tabas coal mine using Numerical Modeling” International Multidisciplinary Scientific Geo Conference SGEM 2009, Bulgaria.
[8] Jalali, S.E., Najafi, M., (2012). “Optimization of Pillar Size in Faryab Chromite Mine Considering Extraction Sequences”. Iranian Journal of Mining Engineering, Volume 7, Issue 15, Page 35-47(In Persian).
[9] Najafi, M., Jalali, S.E., F. Sereshki, A. R. Yarahmadi-Bafghi, (2010). “Estimation of the Load Distribution on the Chain Pillars of the Mechanize Longwall Panels in Tabas Coal Mine Using Numerical Method”. Iranian Journal of Mining Engineering (IRJME), Vol. 5, No. 9, pp.47-58 (In Persian).
[10] Shabani-Mashkol M, Mortazavi A, Hemati-Shabani A. (2007), " Numerical Analysis of rock Pillars strength using Hoek and Brown variation parameter criteria, university of Tehran, journal of faculty of engineering 40. pp 79-91(In Persian).
[11] Mortazavi A., Hassani F.P., Shabani M.(2008), A numerical investigation of rock pillar failure mechanism in underground openings. Journal of Computers and Geotechnics. Volume 36, Issue 5, June 2009, Pages 691-697.
[12] Dabagh , A ., Fatehi Marji, M., Forghani, H., (2009). “Simulation of Subsidence with a Higher Order Displacement Discontinuity Method”. International Journal of Mining Engineering, Volume 4, Issue 7, Page 53-6 (In Persian).
[13] Xu, B., Yin, S., Zhang, X., & Wu, J. (2014). Research on the Stability of Waterproof Coal Pillar in Steep Seam under Aquifers. An Interdisciplinary Response to Mine Water Challenges - Sui, Sun & Wang ,China University of Mining and Technology Press, Xuzhou, ISBN 978-7-5646-2437-8
[14] Jun De, Q. I., Jing, C. H. A. I., & ZHANG, J. (2014). Numerical Design of Pillar Width in the Inclined Coal Seam. Advanced Materials Research, 977.
[15] Pariseau, W. G. (2011). Design analysis in rock mechanics. CRC Press.
[16] Shamsoddin, M. Saeed, Moarefvand, P., (2012).”A comparison of numerical methods and analytical methods in drawing the Ground Reaction curve. Case of Tunnel No. 12 of Hamkar coal mine of Kerman”. 1st Iranian coal Congress, Shahrood University of Technology (In Persian).
[17] Saeedi, Gh.R,; Adib, A; Mahmood, N, (2012).” Numerical Modeling Angle of Rock Shift in Mining of Contiguous
Beds in Hamkar Coal mine”. 1st Iranian coal Congress, Shahrood University of Technology (In Persian).
[18] Najafi, M., Jalali, S.E., Kakaei, R., (2014).Thermal-Mechanical Numerical Analysis of Stress Distribution in the vicinity of Underground Coal Gasification (UCG) Panels. International Journal of Coal Geology 134, 1-16.
[19] Shamsoddin, Saeed., Moarefvand, P., (2012). A comparison of numerical methods and analytical methods in drawing the Ground Reaction curve. Case of Tunnel No. 12 of  Hamkar coal mine of Kerman.1st Iranian coal congress, Shahrood university of Technology.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 16 تیر 1394
  • تاریخ بازنگری: 08 اسفند 1394
  • تاریخ پذیرش: 28 تیر 1395

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار