توصيفگر ها :
گذر از روباز به زيرزميني , مدلسازي عددي , پايداري معادن تركيبي , موهر-كولمب
چكيده فارسي :
با توجه به پژوهشها و مطالعات گذشته، ميتوان دريافت كه محققان همواره به پايداري معادن روباز در گذار به زيرزميني اهميت ميدهند، اما اين تحقيقات به خوبي تأثير خصوصيات مكانيكي بر پايداري معادن را بيان نميكردند، از اين رو در اين تحقيق با استفاده از روش تفاضل محدود و نرمافزار FLAC3D با معيار رفتاري موهر – كولمب مطالعهي جامعي بر پارامترهاي ژئومكانيكي (زاويه اصطكاك داخلي، مدول الاستيك، چسبندگي و ضريب پوآسون) صورت گرفتهاست. معدن گوشفيل در اصفهان كه به صورت روباز و زيرزميني استخراج شده به عنوان مطالعه موردي هدف قرار گرفت. در اين پزوهش هندسه معدن با استفاده از توپوگرافي معدن، هندسه پيت معدن گوشفيل استخراج و وارد نرمافزار FLAC3D شدهاست و هندسه مدل عددي شكل گرفته است. سپس مدل به تدريج حفاري شده و با توجه به مدل رفتاري الاستيك تعادل اوليه مدل بعد از ايجاد پيت فراهم شدهاست. حفاري تدريجي پيت با توجه به روش اجرا و عدم ايجاد شوك به مدل و بالاآمدگي كاذب در كف مدل اجتنابناپذير است. بعد از شكل گيري تنشهاي برجا در پيت مدل رفتاري به مدل پلاستيك موهر كولمب تغيير داده شده و مدل حل شده تا به تعادل برسد. چون هدف بررسي جابهجاييها و نشست سطحي در اثر استخراج معدن زيرزميني است. بعد از تعادل مدل تمام جابه جاييها صفر شده تا امكان بررسي جابهجاييها بعد از استخراج معدن زيرزميني سهلتر باشد. با توجه به عدم قطعيتي كه در پارامترهاي ژئومكانيكي ارزيابي شده از شيرواني هاي معدن وجود داشت. تحليل حساسيتي بر روي تغيير پارامترهاي ژئومكانيك شيرواني هاي معدن به ويژه شيرواني آهكي انجام شد. بدين منظور تركيب 36 حالت از چسبندگي، مدول تغيير شكل، زاويه اصطكاك داخلي و ضريب پوآسون در شبيه سازي عددي مورد بررسي قرار گرفت. در اين پژوهش تأثير پارامترهاي ژئومكانيكي بر نشست محدوده اطراف پيت، نشست بيشينه درون پيت، جابجايي سقف و بالاآمدگي كارگاههاي زيرزميني بيان شدهاست. اثر اين پارامترها در بخشهاي مختلف، متفاوت ميباشد اما در حالت كلي بيشترين تأثير برجابجاييهاي اتفاق افتاده بر اثر معدنكاري زيرزميني را زاويه اصطكاك داخلي ميگذارد. به طوري كه در زاويه اصطكاك داخلي 40 درجه جابجاييهاي قائم بسيار كم خواهد بود و با كاهش اين پارامتر تا 20 درجه، نشست و جابجايي به طور چشمگيري افزايش خواهد داشت تا حدي كه محدوده نشست مجاز مبنا در اين زاويه اصطكاك 20 درجه بسيار گسترش مييابد. افزايش چسبندگي ميتواند باعث كاهش نشست بيشينه تا 50 درصد شود، در صورتي كه اين پارامتر كارگاههاي زيرزميني را كمتر تحت تأثير قرار ميدهد، اما تأثير مدول الاستيك بر روي كارگاههاي زيرزميني بيشتر از نشست بيشينه ميباشد، اين در صورتيست كه تأثير مدول الاستيك 1 گيگاپاسكال بيشتر از زماني است كه مدول الاستيك 2 يا 4 گيگاپاسكال اعمال شود. ضريب پوآسون ديگر پارامتر مورد مطالعه در اين تحقيق بود كه نتايج نشان داد تأثير اين پارامتر بر جا به جاييهاي قائم بسيار جزئي بودهاست.
چكيده انگليسي :
Abstract: Previous research shows that the stability of open pit mines transitioning to underground mining is a critical issue for practitioners and researchers. However, previous studies have not adequately addressed the effects of geomechanical properties of host rocks on the mine stability. To address this gap, in this thesis has presented a comprehensive investigation of geomechanical parameters, including the angle of internal friction, elastic modulus, cohesion, and Poisson's ratio. The study employs the Finite Difference Method and FLAC3D software with the Mohr-Coulomb structural criterion for the analysis. For this study, the Goshfil mine in Isfahan was chosen as a case study due to its history of both open pit and underground mining. Based on the mine topography data the Goshfil mine geometry was extracted, which was then used to create the numerical model geometry in FLAC3D software. Then, the model excavation was carried out gradually, taking into consideration the elastic behavioral model, and the initial balance of the model was established following pit creation. Considering the mining execution method, gradual pit excavation was deemed necessary to avoid any shocks to the model and prevent any false uplifts in the model's bottom. Once the in-situ stresses in the pit were formed, the behavioral model was changed into the Mohr-Coulomb plastic model, and the model was solved until it reached an equilibrium state. The main objective of this investigation was to analyze the surface displacements and settlements caused by underground mining. After the model achieved equilibrium, all displacements were reset to zero to enable the accurate evaluation of post-underground mining displacements. Considering the uncertainty in the evaluated geomechanical parameters of the host rock, a sensitivity analysis was conducted on the variations in the geomechanical properties of the mine slopes, specifically the limestone slope. To achieve this, numerical simulations were carried out, where 36 different scenarios of cohesion, elastic modulus, angle of internal friction, and Poisson's ratio were examined. This study examines the influence of geomechanical parameters on the settlement around the pit, maximum settlement within the pit, roof displacement, and uplift of underground stopes. The impact of these parameters varies in different sections of mine, but the angle of internal friction has the most significant effect on displacements resulting from underground mining. Specifically, a higher angle of internal friction reduces the vertical displacement, while a lower angle of internal friction increases both settlement and displacement. At an angle of internal friction of 40 degrees vertical displacement is the lowest, while the impact is particularly pronounced at an angle of internal friction of 20 degrees, where the allowable limit for settlement expands considerably. The results also indicate that increasing cohesion can lead to a maximum settlement reduction of up to 50%, with a relatively smaller impact on the underground stope. In contrast, elastic modulus has a more substantial effect on the underground stopes than on the maximum settlement. Specifically, when an elastic modulus of 1 GPa is applied, the impact is more pronounced than when using elastic modulus of 2 or 4 GPa. Further, Poisson's ratio was examined as another parameter, which was found to have a minor effect on the vertical displacements.