الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 48000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۱۶
کد مقاله
GEO16
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
مدل سازی عددی تاثیرات سنگ شناسی لایه های ضعیف آنی سقف بر روی ثبات دالان های معدن زغال سنگ
نام انگلیسی
Numerical modelling of the effects of weak immediate roof lithology on coal mine roadway stability
International Journal of Coal Geology; Camborne School of Mines, University of Exeter, United Kingdom
Simon Fraser University, Burnaby, British Columbia, Canada; Golder Associates, Vancouver, Canada; Elsevier
کشور
انگلستان، کانادا
مدل سازی عددی تاثیرات سنگ شناسی لایه های ضعیف آنی سقف بر روی ثبات دالان های معدن زغال سنگ
چکیده
طراحی ثبات و مولفه های مرتبط با ضروریات استحکام بخشی و تقویت سقف تونل‌ها در لایه های ذغال خیز معادن زغال سنگ انگلستان به طور مستقیم در ارتباط با خواص مهندسی سنگ شناسی لایه های آنی سقف و تأثیرات توزیع مجدد تنش محیطی میباشد. مدل سازی عددی، اعمال شده بوسیله نویسندگان، جهت شبیه سازی تأثیرات زیانبار و گسترده تنش افقی و ویژگیهای سنگ شناسی لایه ضعیف آنی سقف و به منظور بررسی ثبات سقف تونل مورد بررسی قرار می‌گیرد. تکنیک‌های مدل سازی عددی مختلف، نظیر ویژگیهای پیوستاری و ناپیوستاری و همچنین قواعد جزء محدود ترکیبی- و جزء از هم گسسته جهت مدل سازی رفتار دفرمه شدگی لایه‌های برآورد شده معدن زغال سنگ مورد استفاده قرار گرفته و این موضوع با توجه به مثال‌های خاص مورد بحث قرار می‌گیرد تا آنکه مشخصه‌های کاربردی و تناسب آن برای مدل سازی سنگ های ضعیف تعیین شود. نتایج مدل سازی شده معرف آن می باشند که ضخامت مادستون نسبتاً ضعیف در سقف تونل دارای تأثیر مهمی بر روی میزان شکست میباشد و در نهایت استحکام بخشی این بخش ضروری است.
تاکنون ۵ معدن زغال سنگ در منطقه Barnsley، مجتمع زغال خیزSelby ، مورد استخراج قرار گرفته اند (Wistow، Stillingfleet، Riccall، Whitemoor و North Selby). شیب این رگه‌ها در تقریباً ۷ درجه به سمت شمال شرق، در محدوده عمیقی از ۲۵۰ متری غرب معدن Selby تا بیش از ۱۲۰۰ متر به سمت شرق معدن North Selby امتداد یافته است. ضخامت نوعی رگه‌ها از ۵/۳ متر در ناحیه غرب تا ۸/۱ متر در ناحیه شرق معدن زغال Selby Coalfield متغیر میباشد. لایه‌های سقفی نوعاً حاوی یک مادستون نسبتاً ضعیف آنی (تا یک متر ضخامت) میباشند که بوسیله مادستونهای سیلتی، لایسنگ‌ها و ماسه سنگ‌ها پوشیده شده است. ضخامت مادستون در امتداد معدن Coalfield متغیر میباشد و از محدوده ای از مناطق بدون مادستون، به واسطه کانال‌های رودخانه ای رسوبی دارای انرژی بالا، جاییکه ماسه سنگ دقیقاً بالای رگه قرار می گیرد، تا یک ضخامت متراکم بیش از ۴ متر متغیر می باشد. ابعاد نوعی تونل یا دالان آن به ارتفاع ۵/۳ متر و پهنای ۰/۵ متر است.
پیاده سازی تؤام با موفقیت و کاربرد متعاقب کمربند زنی سقف در تونل‌های معدن زغال سنگ انگلستان سبب فراهم آمدن بانک اطلاعات بزرگی در زمینه اطلاعات نظارت بر دفرمه شدگی تونل، شامل برآوردهای محلی رفتار لایه‌ها، دفرمه شدگی تونل و عملیات تقویت و نگهداری تونل‌ها، گردیده است. Kent و همکاران (۱۹۹۹) خلاصه ای از تحلیل‌های انجام شده و تفاسیر مرتبط با داده‌های نظارتی دفرمه شدگی از مجتمع معدنی Selby در طی دوره ۱۹۸۸ الی ۱۹۹۴ را جمع آوری نمودند. این بانک اطلاعات فرصت ایدهآلی را جهت بررسی این موضوع بوجود آورده است که چگونه گوناگونی‌های زمین شناختی و تنش قابلیت تأثیرگذاری بر روی ثبات و رفتار دفرمه شدگی تونل‌ها با توجه به لایه‌های برآورد شده زغال سنگ را خواهند داشت. این داده‌ها برای تونل‌ها و دالان های آنها، قبل از بروز پس روی یا هرگونه دفرمه شدگی متعاقب مرتبط با استخراج جبهه کار طولانی، حاصل آمد. تحلیل جزئیات این بانک اطلاعات مؤکد آن است که ثبات و طراحی مرتبط با ضروریات تقویت سقف تونل لایه های ذغال خیز معادن زغال سنگ انگلستان به طور مستقیمی در ارتباط با سنگ شناسی لایه های آنی سقف و توزیع مجدد تنش مکانی میباشد (Hurt (1992)، Kent و همکاران (۱۹۹۹) و Siddall و Gale (1992)). به طور مثال، افزایش معنی دار در دفرمه شدگی سقف تونل به هنگامی مشاهده می‌شود که عملیات حفّاری به صورت عمود بر مسیر تنش حداکثری افقی اصلی در جریان است. تونل‌های دارای یک زاویه با میدان تنش مکانی از دفرمه شدگی غیرمتقارن در رنج میباشند، که در آنها تأثیرات تنش مشاهده شده نیازمند اعمال رویه مستحکم سازی بیشتر جهت ایجاد ثبات میباشد. این تأثیرات مشاهده شده شامل شکل گیری یا تورفتگی‌ها و برآمدگی‌هایی در لایه آنی سقف میباشد. ضخامت مادستون نسبتاً ضعیف در سقف تونل دارای تأثیر مهمی در میزان شکست میباشد و نهایتاً این مورد نیازمند اعمال عملیات مستحکم سازی خواهد بود.
مدل سازی عددی اخیر به عنوان بخشی از پروژه تحقیقاتی انجام شده است که تحت نظارت نویسندگان در خلال پانزده سال گذشته اعمال گردیده و فراهم آورنده محدوده گسترده ای از مثال‌های موردی و کاربردهای مختلف در زمینه روشهای عددی جهت مدل سازی رفتار سنگهای ضعیف میباشد. چنین موردی شامل استفاده از یک روش ترکیب پیوستار، غیرپیوستار و هیبرید میباشد، که در آن انتخاب روش عددی می‌بایست بر مبنای قابلیت‌ها و محدودیت‌های نرم افزاری اعمال گردد. عوامل مدنظر عبارتند از: انتخاب پارامترهای ورودی مناسب نظیر معیارهای اجزای سازنده مواد، بررسی این موضوع که آیا نیازی جهت مدل سازی رفتار از هم گسستگی میباشد، کدامیک از مکانیزم‌های شکست را می‌بایست شبیه سازی نمود و آنکه آیا نیازی برای انجام تحلیل‌های دو بعدی یا سه بعدی وجود دارد یا خیر. این مدل سازی جهت شبیه سازی تأثیرات زیانبار مشاهده شده گسترده هردو مورد تنش‌های زیاد افقی و ویژگیهای سنگ شناسی لایه آنی ضعیف سقف در زمینه ثبات سقف تونل، با استفاده از مثال‌های موردی خاص میباشد که از معدن زغال سنگSelby حاصل آمده است. تأثیرات زیانبار در این ارتباط بر روی رفتار سقف تونل با استفاده از هر دوی روشهای مدل سازی عددی دو بعدی و سه بعدی مشخص شد. مثال‌های مربوطه بر رول مدل سازی رفتار سقف تونل متمرکز میباشند، شامل آغاز شکستگی و انتشار متعاقب ناحیه شکستگی به سمت لایه های آنی سقف در محل حفّاری.
تاثیرات سنگ شناسی ثبات دالان های معدن زغال سنگ
۲- مدل سازی عددی: روشهای موجود- مزیت ها و معایب
جدول ۱ نشان دهنده خلاصه ای از مزیّت ها و محدودیت های بیشترین روش های عددی استفاده شده جهت مدل سازی رفتار سقف تونل میباشد، که عبارتند از: روشهای پیوستار، روشهای غیر پیوستار یا گسسته و روشهای ترکیبی پیوستار/گسسته. مثال‌های کاربرد این روشهای عددی مختلف جهت مدل سازی تأثیرات شکست سنگ در اطراف نواحی حفّاری زیرزمینی شامل مباحث مطرح شده بوسیله Alvarez-Fernandez و همکاران (۲۰۰۹)، Barton و Pandey (2011)، Coggan و همکاران (۲۰۰۳، ۲۰۰۶)، Curran و همکاران (۲۰۰۳)، Eberhardt (2001)، Gale و همکاران (۲۰۰۴)، Islam و همکاران (۲۰۰۹)، Islam و Shinjo (2009)، Martin و Maybee (2000)، Pine و همکاران (۲۰۰۶)، Unver و Yasitli (2006) و Zipf (2006) میباشد.
۲-۱ . انتخاب روشهای موجود
کاربرد موفق روشهای مختلف موجود برای مدل سازی رفتار سقف معدن زغال سنگ نیازمند داشتن دانش مناسب در زمینه قابلیت‌ها، مزیت‌ها و محدودیت‌های روشهای مختلف به کار گرفته شده میباشد. Alvarez-Fernandez و همکاران (۲۰۰۹)، Islam و همکاران (۲۰۰۹)، Islam و Shinjo (2009) و Unver و Yasitli (2006) نشان داده اند که چگونه تکنیک‌های مدل سازی عددی را می‌توان جهت شبیه سازی دفرمه شدگی لایه‌های زغال سنگ به کار گرفت. Cassie و همکاران (۱۹۹۹)، Clifford (2004)، Garrett (1997)، Meyer (2002)، Sharpe (1999) و Sharpe و همکاران (۱۹۹۸) همچنین نشان دادند که چگونه می‌توان از روش مدل سازی عددی جهت فراهم آوردن رهنمودهایی برای طراحی ویژگیهای تقویتی در دالان‌های معدن زغال سنگ در انگلستان استفاده نمود. به علاوه لازم است تا نسبت به انطباق قابلیت‌های نرم افزاری با توجه به موقعیت مهندسی مدل سازی شده اقدام نمود. به طور مثال، مدل سازی جزء مرزی نسبتاً ساده قابلیت فراهم آوردن شبیه سازی مفیدی در زمینه توزیع مجدد تنش و دفرمه شدگی لایه‌های زغال سنگ در اطراف دالان‌های معدن زغال سنگ را فراهم می‌سازد (Islam و Shinjo، ۲۰۰۹)، اما مدل‌های پیچیده تری جهت مدل سازی تأثیرات مخرب یا زیان بار رفتار شکستگی و شکستگی‌های متوالی سنگ‌ها لازم میباشند (Unver و Yasitli، ۲۰۰۶).
۲-۲٫ انتخاب پارامترهای ورودی
تعیین پارامترهای ورودی برای مدل‌سازی عددی یک وظیفه آسان و پیش پا افتاده به شمار نمی‌آید. جدول ۱ نشان‌دهنده آن است که به هنگامی‌که مدل‌ها پیچیده تر می‌گردند، یک درک ارتقاء یافته از معیارهای اجزای تشکیل‌دهنده و درون دادهای مرتبط لازم است تا از مزیت کامل ظرفیت مدل ارتقاء یافته استفاده شود. حصول پارامترهای ورودی شاخص برای به دست آوردن یک رویه مدل‌سازی موفق الزامی میباشد، مخصوصا به هنگامی که خواص مقیاس بندی از شرایط آزمایشگاهی به سمت شرایط محلی یا مقیاس‌های توده سنگ جهت می‌یابد. رویکردهای مختلف برای مقیاس بندی خواص توده سنگ در دسترس میباشند. این رویکردها عبارتند از:
سنگ شناسی شاخص سقف و شرایط تنش محلی برای یک تونل نوعی یا دالان نوعی (با پهنای ۵ متر و ارتفاع ۵/۳ متر) حاصل آمده از طبقات زغال خیز میدان زغال سنگ Selby مدل‌سازی شد. برآوردهای تنش محلی و درک مشاهدات پهنه بندی تنش زیرزمینی از میدان زغال سنگ Selby مؤکد این نکته است که جهت گیری مسیر تنش افقی حداکثری (تقریبا NW-SE) سازگار با خط مشی ملی میباشد (Bigby و همکاران، ۱۹۹۲ و Cartwright، ۱۹۹۷)، با این وجود ممکن است گوناگونی‌هایی در خصوص مجاورت نزدیک با گسل‌های اصلی پدیدار شوند. تنش افقی حداکثری نوعا ۵/۱ الی ۷/۱ برابر تنش افقی اقلیتی میباشد و غالبا بزرگتر از تنش عمودی خواهد بود. تنش عمودی به نظر به عنوان یک تابع سطح زیر عمق به شمار می‌آید (Kent و همکاران، ۲۰۰۲).
۳-۲٫ مدل‌سازی تاثیرات ضخامت مادستون در لایه‌های آنی سقف
PHASE2 جهت نشان دادن تاثیرات مخرب یک ضخامت افزایش یافته مادستون در لایه‌های آنی سقف تونل برای مورد موازی تنش (سازگارترین مسیر تنش) به کار گرفته شده است. شکل ۸ نشان‌دهنده توزیع مجدد تنش مدل‌سازی شده و میزان ناحیه شکست مرتبط برای یک ضخامت مادستون ۱، ۲ و ۳ m لایه‌های آنی سقف تونل میباشد. این شکل به طور آشکار نشان‌دهنده آن است که میزان ناحیه شکست بوسیله ضخامت مادستون در لایه آنی سقف کنترل شده است. چنین موردی بوسیله Kent و همکاران (۱۹۹۹)، نیز نشان داده شده است که بر مبنای تحقیقات آنها دفرمه شدگی بیشتر سقف در ارتباط با ضخامت افزایش یافته مادستون در سقف‌های تونل میباشد (شکل ۹) . شکل ۸ همچنین نشان‌دهنده میزان ناحیه شکست برای مادستون سه متری مدل‌سازی شده در سقف است، که موکد آن است که تحت این شرایط فرآیند مستحکم سازی با کابل (کیبل بولتینگ) جهت ایجاد ثبات در ناحیه حفاری ضروری میباشد.
۳-۳٫ مدل‌سازی شکست تدریجی سقف و انتشار شکستگی
منوط به طبیعت رژیم تنش، عمل کننده بر روی نواحی حفاری، و رفتار دفرمه شدگی مرتبط با توده سنگهای مجاور ناحیه حفاری، تعدادی از مکانیزم‌های بالقوه شکست را می توان در نظر گرفت. چنین مواردی می‌تواند شامل ترکیبی از شکست برشی بر روی درزه‌های موجود / افق‌های ضعیف، گسترش درزه‌های دارای جهت گیری بحرانی و انتشار شکستگی‌های جدید به سمت سنگهای سالم قبلی باشد. هر دو مدل‌های پیوستار و ناپیوستار را می‌توان جهت شبیه‌سازی شکست تدریجی سنگ از طریق پذیرش معیارهای سازنده مختلف در ارتباط با هر نوع رفتار مربوط به مواد و یا رفتار مرتبط با ناپیوستگی به کار گرفت.
۳-۴٫ مدل‌سازی رفتار تیر سقفی
شکل ۱۴ نشان‌دهنده نتایج مدل‌سازی یک تیر سقفی مادستون به ضخامت ۵/۰ متر با توجه به پهنای ۵ متری تونل با استفاده از نرم افزار ELFEN میباشد. تنها بخش سمت چپ بالایی این تونل نشان داده شده است. تفاوت در محیط‌های تنش محلی، جهت بازتاب دادن تنش – موازی و تنش عمودی، جهت ارزیابی تاثیر آنها بر روی رفتار تیر سقفی مدل‌سازی شده تحلیل شد. تصاویر مراحل اولیه فرآیند شکست تیر سقفی سبب فراهم آمدن اطلاعاتی در خصوص نتایج مکانیزم‌های شکست اصلی شده است. تنها ۲/۰% از منحنی کرنش خمیری و شکستگی‌های مدل‌سازی حاصله در شکل ۱۴ جهت توصیف آنها ارائه گردیده‌اند. شکل ۱۴ الف و ب نشان‌دهنده مکانیزم‌های شکست مختلف برای شرایط تنش مدل‌سازی شده میباشد. شکل ۱۴ الف نشان‌دهنده رشد کرنش قابل توجهی در تیر سقفی مجاور با لبه سقف تونل میباشد، در حالیکه شکل ۱۴ ب نشان‌دهنده رشد شکنندگی کششی در ناحیه پایه مرکز تیر سقفی مدل‌سازی شده است. توسعه متعاقب نتایج شکست مدل‌سازی شده به صورت مجزا از ناحیه افقی بالایی سقف در مرکز محدوده / دهانه سقفی قابل توجه است. یک مثال مرتبط با توسعه ترک خوردگی‌های کششی در سقف تونل معدن زغال سنگ در شکل ۱۵ نشان داده شده است.
تاثیرات سنگ شناسی ثبات دالان های معدن زغال سنگ
۴- مباحث و نتیجه گیری
این موضوع مشخص گردید که مدل‌سازی عددی، به هنگام بررسی ویژگیهای اعتباری آن در مقایسه با داده‌های کنترلی محلی، قابلیت فراهم آوردن بینش مفیدی در زمینه رفتار سقف تونل معدن زغال سنگ و طرح های استحکام بخشی مرتبط با آن را خواهد داشت. این مدل‌سازی را می‌توان جهت تایید تاثیرات زیانبار جهت گیری تنش موضعی متضاد مورد استفاده قرار داد. تونل‌هایی که به صورت عمود بر یک مسیر تنش افقی میباشند از دفرمه شدگی بالاتری در رنج بوده و ممکن است معضلاتی چون نواحی دارای شکست بیشتری را تجربه نمایند، در مقایسه با تونل‌هایی که در مسیر تنش – موازی هستند. بر این مبنا، میزان ناحیه شکست مدل‌سازی شده بوسیله ضخامت مادستون ضعیف در لایه آنی سقف تونل کنترل می‌شود. تونل‌های قرار گرفته در یک زاویه با توجه به میدان تنش محلی از دفرمه شدگی نامتقارن در رنج بوده و با مشکلاتی چون تاثیرات تنش قابل توجهی روبرو میباشند که این موارد خود نیازمند انجام فرآیندهای استحکام بخشی بیشتری میباشد. مدل‌سازی سه بعدی به منظور حاصل آوردن طبیعت سه بعدی توزیع مجدد تنش در اطراف وجوه یک تونل الزامی میباشد، مخصوصا به هنگامی‌که تنش افقی حداکثری در راستای زاویه مسیر دالان تونل قرار داشته باشد.
برای حصول هر چه بیشتر پیشرفت‌های متعاقب و درک مناسب ما از این مبحث لازم است تا نسبت به کاربرد روشهای جزء گسسته/ هیبرید سه بعدی با توجه به الگوریتم‌های انتشار شکستگی اهتمام داشته باشیم. با این وجود، این مورد نیازمند انجام تحقیقات آتی بیشتری است تا قابلیت مشخص‌سازی و اعتبار سنجی ویژگیهای مربوط به مدل‌های تحت بررسی بوجود آید. ارتقاء در فرآیند پردازش موازی و نرم افزارهای مربوطه همراه با قابلیت های جدید کامپیوتری نیز از جمله موارد مهم جهت مدل‌سازی نمونه‌هایی میباشند که از جزئیات بیشتر و مقیاس‌های سه بعدی برخوردار می باشند.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
