تعیین عرض مناسب پایه حائل در معدن زغال‌سنگ طبس با استفاده از مدل‌سازی عددی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد استخراج دانشگاه یزد

2 دانشیار؛ دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه یزد

3 دانش اموخته کارشناسی ارشد مهندسی تونل و فضاهای زیرزمینی دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

روش استخراج جبهه‌کار بلند یکی از روش‌های استخراج زغال‌سنگ با راندمان تولید بالاست که برای تجهیز و آماده‌سازی آن نیاز به سرمایه‌گذاری اولیه زیادی است. در روش جبهه‌کار بلند با پیشروی سینه‌کار، طبقات سقف در قسمت عقب سینه‌کار تخریب می‌شود و به دنبال آن بار‌های زیادی در اطراف پهنه‌های استخراجی و جلوی جبهه‌کار توزیع می‌شود. برای محافظت از تونل‌های اصلی و تونل‌های دسترسی معدن در برابر تنش‌های ایجاد شده حاصل از استخراج پهنه از دو راهکار بهره گرفته می‌شود. راهکار اول که مهمترین اثر را بر پایداری پهنه دارد، بر‌جای‌گذاشتن پا‌یه‌های زنجیری دراطراف پهنه و پایه حایل بین کارگاه استخراج و تونل‌های اصلی است و راهکار دیگر نصب نگهداری در تونل‌ها برای کنترل همگرایی تونل‌هاست. از این‌رو عرض مناسب پایه حایل به طوری‌که بیشترین بهره‌وری از ماده معدنی و بیشترین تاثیرگذاری بر کاهش توزیع تنش‌های اطراف تونل‌های اصلی داشته‌باشد، از اهمیت بسزایی برخوردار است. هدف اصلی این تحقیق بدست آوردن عرض مناسب پایه حایل در انتهای پهنه استخراجی E3 در معدن طبس به نحوی‌که تونل‌های اصلی معدن دارای کم‌ترین میزان همگرایی باشند، است. ابزار مورد استفاده در این تحقیق مدل‌سازی عددی با روش تفاضل محدود و در محیط نرم افزار FLAC3D است. نتایج مدل‌‌های عددی مختلف از پیشروی کارگاه استخراجی نشان داده ‌است که میزان پیشروی بر توزیع تنش‌ها تاثیر داشته و در فاصله حدود 80 متری از جلو جبهه‌کار پهنه به تنش‌های اولیه می‌رسد. به عبارت دیگر عرض مناسب پایه حایل 80 متر برآورد شده است. همچنین نتایج توجیه اقتصادی نشان داده است که عرض پایه 80 متر سبب می‌شود حدود 6000 تن زغال‌سنگ بیشتر استخراج گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Determination of Suitable Barrier Pillar Width in Tabas Mechanized Coal Mine Using Numerical Modeling

نویسندگان [English]

  • M.R. Zare 1
  • M. Najafi 2
  • J. Gholamnejad 2
  • A. Rooh 3
1 M.Sc Graduated student in mining exploitation, Yazd University
2 Department of Mining and Metallurgical Eng., Yazd University
3 M.E. Tunnelling and Underground Space, in T.M.U
چکیده [English]

Longwall mining is one of the methods for coal extraction with high production efficiency, which requires a lot of initial investment to equip and prepare it. In the longwall mining process, with the advance of the coal face, the roof is damaged at the back of the coal face. To protect the main tunnels and access tunnels (Gaterodas) of the mine, the stresses created from the panel extraction are utilized in two ways. The first solution, which has the most important effect on the stability of the panel, is the placement of the chain pillar and the barrier pillar, and another way of installing the support in the main tunnels to control the tunnel convergence. Therefore, it is important to determine the width of the barrier pillar, which has the highest effect on mineral productivity and the least effect on the distribution of stress around the main tunnels. The main objective of this research is to obtain the appropriate width of the barrier pillar at the end of the E3 panel in the Tabas mechanized coal mine, so that the main tunnels of the mine have the lowest convergence. The FLAC3D software was used for numerical modeling. The results of various numerical models of the advancing coal face shows that width of the barrier pillar has an effect on the distribution of stress. Finally the result shows that the suitable width of the barrier pillar is 80 meters. Also, the result of economical investigation shows that 80 m pillar width causes more than 6000 tons of coal to be extracted.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Longwall Mining
  • stress distribution
  • barrier pillar
  • Numerical Modeling
  • Tabas mechanized coal mine
 Ahmadi, A.R.,  Shahriar, K.,  Asadi, A. (2013) . Stability Analysis of Amir Kabir Water Conveyance Tunnel in Strain Softening Condition Using Self-Similarity Method and Convergence-Confinement Curves. Journal of Tunneling and Underground Space Engineering (TUSE)Volume 2, issue 1, DOI: 10.22044/TUSE.2013.184

Anon. (2005). Tabas coal mine project basic design report-mining. Vol 1 of 5.

Cui, Z., Chanda, E., Zhao, J., & Wang, Z. (2018). Stress distribution characteristics in the vicinity of coal seam floor. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (Vol. 108, No. 3, p. 032056). IOP Publishing.

Damghani, M. (2013). Evaluation Behavior of Longwall Face, Case Study Parvadeh Tabas coal mine. M. Sc Thesis, Shahid Bahonar University of Kerman (in Persian).

Hartman., H. (1996). SME Handbook. Inc. Littleton Colorado. Society for Mining, Metallurgy and Exploration.

Lu Luo J. (1997), Gateroad Design in Overlying Multi-Seam Mines. Department of Mining and Minerals Engineering Virginia Polytechnic Institute and State University.

Mansoori, A. A. H., Gholamnezhad, J., and Najafi, M. (2017). 3D Numerical Modeling of Tunnel Floor Heave in Tabas Mechanized Coal Mine. Journal of Tunneling and Underground Space Engineering (TUSE)Volume 5, issue 2, Page 15-29, DOI: 10.22044/tuse.2017.3431.1236.

Martin, C.D., Maybee, W.G. (2000). The strength of hard-rock pillars. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 37, 1239-1246.

Murali, M.G., Sheorey, P.R., Kushwaha, A. (2001). Numerical estimation of pillar strength in coal mines. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 38, pp 1185–1192.

Najafi, M. (2009). Optimum Design of Longwall Chain Pillar in Tabas Coal Mine. Shahrood University of Technology, MSc Thesis (in Persian).

Najafi, M., Jalali, S. M., Sereshki, F., & Yarahmadi Bafghi, A. (2016). Probabilistic analysis of stability of chain pillars in Tabas coal mine in Iran using Monte Carlo simulation. Journal of Mining and Environment, 7(1), 25-35.

Najafi, M., Jalali, S., Sereshki, F., & Yarahmadi, B. A. (2010). Estimation of the load distribution on the chain pillars of the mechanized longwall panels in tabas coal mine using numerical method.  Iranian journal of mining engineering (irjme), volume 5, number 9; page (s) 47 to 58.

Najafi, M., Shishebori, A., and Gholamnejad, J. (2016). Numerical Estimation of Suitable Distance between Two Adjacent Panels’ Working Faces in Shortwall Mining. Int. J. Geomech. , 10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0000784 , 04016090.                             

Peng, S. S. (2006). Longwall mining. Society for Mining, Metallurgy, and Exploration. Inc.(SME): Englewood, CO, USA, 1-20.

Qiangling, Y., Jian, Z., Yanan, L., Yingming, T., & Zhigang, J. (2015). Distribution of side abutment stress in roadway subjected to dynamic pressure and its engineering application. Shock and Vibration, 2015.

Sakurai, S. (1997). Strength parameters of rocks determined from back analysis of measured displacements. In First Asian Rock Mechanics Symposium. ISRM, Seoul (pp. 95-99).

Sastry, V. R., & Nair, R. (2009). Stress distribution on longwall barrier pillar due to goaf formation during extraction. IE (I) J, 89, 19-24.

Shabanimashcool, M., & Li, C. C. (2013). A numerical study of stress changes in barrier pillars and a border area in a longwall coal mine. International Journal of Coal Geology, 106, 39-47.

Tabas Coal mine. (2014). Rock mechanics reports.Thecnical office.

Watson, j. (2004). The strength of coal pillars. 23nd  Int. Conf. on Ground Control in Mining.

Zhang, P., Gearhart, D., Van Dyke, M., Su, D., Esterhuizen, E., & Tulu, B. (2019). Ground response to high horizontal stresses during longwall retreat and its implications for longwall headgate support. International journal of mining science and technology, 29(1), 27-33.