ارزیابی پارامترهای هندسی موثر بر طراحی شیب بهینه دیواره نهایی معدن طلا-مس شادان

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد گروه مهندسی معدن، دانشکده فنی و مهندسی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2 استادیار گروه مهندسی معدن، دانشکده فنی و مهندسی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

3 دانشیار گروه مهندسی معدن، دانشکده فنی و مهندسی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

10.22034/ijme.2020.114926.1754

چکیده

انتخاب شیب بهینه و پایدار برای جلوگیری از اضافه باطله‌برداری و کاهش ریسک ریزش دیواره معادن روباز یک امری ضروری است. هدف اصلی این تحقیق، ارائه یک طراحی پایدار و بهینه از شیب نهایی دیواره شرقی معدن طلا-مس شادان بر مبنای محاسبه حداقل فاکتور ایمنی (20/1) به روش مدلسازی عددی و تحت شرایط مختلف مشخصات هندسی شیب است. مدلسازی عددی به روش تفاضل محدود (FDM) و با استفاده از نرم‌افزار FLAC3D که قابلیت محاسبه فاکتور ایمنی (FS) به روش کاهش مقاومت برشی را دارا می‌باشد، انجام گرفت. از اینرو، مجموعه‌‌ای از مدلهای عددی سه بعدی (3D) در قالب سناریوهای مختلف با تغییر در مشخصات هندسی شیب دیواره نهایی کاواک معدن (عرض، ارتفاع و شیب پله، ارتفاع پیت و زاویه کلی شیب)، مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفتند. بر اساس تحلیل‌های انجام شده در طول سناریوهای مختلف، نهایتاً سناریوی پنجم با حداقل فاکتور ایمنیِ 20/1 بعنوان طرح پیشنهادی معرفی گردید. بر اساس طرح اولیه معدن (سناریوی اول) با فاکتور ایمنی 39/1، در سناریوی پنجم با کاهش عرض پله‌ها از 8/6 متر به 5 متر و نیز افزایش ارتفاع آنها از 10 متر به 12 متر که منجر به افزایش زاویه شیب سطح پله‌ها (از 70 درجه به 73 درجه) و متعاقباً افزایش زاویه کلی شیب (از 43 درجه به 52 درجه) می‌گردد، فاکتور ایمنی شیب نهایی دیواره کاواک معدن به مقدار حداقل 20/1 کاهش یافته است. بیشترین تاثیر ناشی از تغییر فاکتور ایمنی مربوط به کرنش برشی و جابجایی افقی در مدل می‌باشد به طوریکه حداکثر کرنش برشی (2-e12/1) و حداکثر جابجایی افقی (75/25- سانتی‌متر) مربوط به سناریوی پنجم با حداقل فاکتور ایمنی (20/1) است. در حالیکه بیشترین مقدار جابجایی قائم (63/29 سانتی‌متر) مربوط به مدل سناریوی اول (39/1=FS) با بیشترین ارتفاع دیواره در حدود 219 متر می‌باشد که کمترین تاثیرگذاری از مقدار فاکتور ایمنی را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of geometrical parameters affecting on the optimal slope design of Shadan Gold-Copper Open Pit Mine

نویسندگان [English]

  • Omid Naghipour 1
  • Ali Naghi Dehghan 2
  • Kaveh Ahangari 3
1 M.Sc. in Mining Engineering, Faculty of Engineering; Science and Research Branch; Islamic Azad University; Tehran; Iran
2 Assistant Professor; Department of Mining Engineering; Faculty of Engineering; Science and Research Branch; Islamic Azad University; Tehran; Iran
3 Associate Professor; Department of Mining Engineering; Faculty of Engineering; Science and Research Branch; Islamic Azad University; Tehran; Iran
چکیده [English]

The main objective of this research is to present a stable and optimal design of the ultimate slope of the eastern wall of Shadan Gold-Copper open pit mine based on the calculation of minimum factor of safety (1.20) by numerical modeling method under different conditions of slope geometry. Numerical modeling was performed using finite difference method (FDM) and FLAC3D software which is capable of calculating the factor of safety (FOS) by shear strength reduction method. Therefore, a set of 3D numerical models in different scenarios were investigated by varying the geometrical properties of the pit slope (width, height and face angle of bench, pit depth and overall slope angle). Based on the analysis carried out during the different scenarios, finally the fifth scenario with minimum safety factor of 1.20 was introduced as the proposed pattern. According to the initial design (first scenario) with a safety factor of 1.39, in the fifth scenario by decreasing the benches width from 6.8 m to 5 m and increasing their height from 10 m to 12 m which increases the slope angle of the bench face (from 70 degrees to 73 degrees) and overall slope angle (from 43 degrees to 52 degrees), safety factor of the ultimate slope was reduced to a minimum of 1.20. The maximum impact of the change in the safety factor is related to shear strain and horizontal displacement in the model such that the maximum shear strain (1.12 e-2 m) and the maximum horizontal displacement (-25.75 cm) are related to the fifth scenario with minimum safety factor (1.20). Whereas, the maximum vertical displacement (29.63 cm) is related to the first scenario model (FOS = 1.39) with the maximum slope height (pit height) of about 219 m, which shows the least influence on the value of the safety factor.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Stability analysis
  • Numerical Modeling
  • FLAC3D Software
  • Safety factor
  • Shadan Gold-Copper Mine

منابع

[1] He M.C., Feng J.L., Sun X.M., (2008), “Stability Evaluation and Optimal Excavation Design of Rock Slope at Antaibao Open Pit Coal Mine, China”, International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 45, pp. 289- 302.
[2] Jun Yang, Zhigang Tao, Baoliang Li, Yang Gui, Haifeng Li, (2012), “Stability Assessment and Feature Analysis of Slope in Nanfen Open Pit Iron Mine”, International Journal of Mining Science and Technology 22, pp. 329-333.
[3] Wyllie, D. C., & Mah, C. (2014), “Rock slope engineering”. CRC Press.
[4] Zhang, K., Cao, P., Ma, G., Fan, W., Meng, J., & Li, K. (2016), “A new methodology for open pit slope design in Karst-Prone ground conditions based on integrated stochastic-limit equilibrium analysis”. Rock Mechanics and Rock Engineering, 49(7), 2737-2752.
[5] Kliche, C. A. (1999), “Rock slope stability”. SME.
[6] Hoek, E., & BRAY, J. (1989), “Rock Slopes Design, Excavation, Stabilization” (No. FHWA-TS-89-045).
[7] Jing L., Hudson. J.A. (2002), “Numerical methods in rock mechanics”. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences.                            
[8] Jing L., (2003), “A Review of Techniques, Advances and Outstanding Issues in Numerical Modelling for Rock Mechanics and Rock Engineering”, Division of Engineering Geology, Royal Institute of Technology, Technikenringen 72, Stockholm S-100 44, Sweden.
[9] Abderrahmane, Taleb Hosni, and B. Abdelmadjid. 2016. “Assessment of Slope Stability by Continuum and Discontinuum Methods”. World Academy of Science, Engineering, and Technology, Int. J. of Civil and Environmental Eng., Vol:10 No.4.
[10] You, G., Al Mandalawi, M., Soliman, A., Dowling, K., & Dahlhaus, P. (2017, July), “Finite element analysis of rock slope stability using shear Strength Reduction Method”. In International Congress and Exhibition Sustainable Civil Infrastructures: Innovative Infrastructure Geotechnology" (pp. 227-235). Springer, Cham.
[11] Azarfar, B., Peik, B., Abbasi, B., & Roghanchi, P. (2018, August), “A Discussion on Numerical Modeling of Fault for Large Open Pit Mines”. In 52nd US Rock Mechanics/Geomechanics Symposium. American Rock Mechanics Association.
[12] Azarfar, B., Ahmadvand, S., Sattarvand, J & Abbasi, B. (2019), “Stability Analysis of Rock Structure in Large Slopes and OpenPit Mine: Numerical and Experimental Fault Modeling”. Rock Mechanics and Rock Engineering,  https://doi.org/10.1007/s00603-019-01915-4.
[13] Dawson, E.M, W.H Roth, and A Drescher. (1999), “Slope stability analysis by strength”. Geotechnique 49 (6): 835-840.
[14] Itasca (2017), “FLAC3D (Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions)”, Version 6.0. Minneapolis: Itasca Consulting Group, Inc.
[15] مهندسین مشاور بهینه­گستر کاوش­گران معادن، (1396)، «گزارش نهایی مطالعات مکانیک سنگ معدن طلا-مس شادان».
[16] Richards, J. P., Spell, T., Rameh, E., Razique, A., & Fletcher, T. (2012), “High Sr/Y magmas reflect arc maturity, high magmatic water content, and porphyry Cu±Mo±Au potential: Examples from the Tethyan arcs of central and eastern Iran and western Pakistan”. Economic Geology, 107(2), 295-332.
[17] ISRM (1981), “Suggested Methods for the Quantitative Description of Discontinuities in Rock Masses. Rock Characterization, Testing and Monitoring”, London. Pergamon, Oxford, 221 pp.
[18] ASTM, E. 9. (2001), “Standard test methods for tension testing of metallic materials”. Annual book of ASTM standards. ASTM.
[19] Duncan C. Wyllie and Christopher W. Mah. (2004), “Rock slope engineering civil and mining”. The Institute of Mining and Metallurgy, 4th Edition.
 
پی­نوشت­ها                                                                                                 
[1] Pit
2 Factor of safety
3 Continuum methods
4 Discrete methods
5 Hybrid methods
6 Bishop
7 Strength reduction method
8 Strength reduction factor
9 Diorite and granodiorite porphyry
10 Uplift
11 Eocene volcanic-polotonic
12 Stock work
13 International Society for Rock Mechanics
14 American Society for Testing and Materials
15 Medium
16 Moderate
17 Hydraulic fracturing
18 Flat jack
19 Over coring