نشریه مهندسی معدن

نشریه مهندسی معدن

تحلیل پایداری جبهه‌کار در روش جبهه‌کار طولانی مکانیزه با استفاده از مدل‌سازی عددی، مطالعه موردی: معدن زغال سنگ طبس

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 گروه استخراج مهندسی معدن، دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، تهران
2 دانشگاه صنعتی شاهرود
چکیده
برقراری پایداری جبهه‌کار در زمان استخراج زغالسنگ به روش استخراج جبهه‌کار طولانی، از جمله مهم‌ترین عوامل موثر در اقتصادی بودن اجرای این روش است. پارامترهای متعددی در پایداری جبهه‌کار موثرند. بنابراین لزوم شناخت و بررسی تاثیر آن‌ها بر یک معدنکاری ایمن و اقتصادی امری ضروری است. در این پژوهش، پایداری جبهه‌کار یک پهنه‌ استخراجی در ابعاد واقعی برای بررسی تاثیر معدنکاری و جابه‌جایی لایه‌ها بر پایداری جبهه‌کار با استفاده از یک مدل عددی مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا پارامتر‌های موثر بر پایداری جبهه‌کار دسته‌بندی و بررسی شده است. سپس با استفاده از نرم‌افزار FLAC3D پایداری جبهه‌کار پهنه E3 از معدن زغالسنگ پرورده‌ طبس در زمان استخراج شبیه‌سازی و بررسی شد. از معیارهای ساکورایی برای بررسی پایداری دیواره‌ها و جبهه‌کار پهنه E3 با محاسبه‌ مقادیر تنجش برشی در این نواحی استفاده شد. با انجام شبیه‌سازی تاثیر گام نخست و دوره‌ای معدنکاری بر پایداری جبهه‌کار استخراجی در زمان استخراج زغالسنگ مورد بررسی قرار گرفت. گام نخست و دوره‌ای تخریب به ترتیب در حدود 5/11 و 5/2 متر محاسبه شد. تخریب اولیه سقف پس از استخراج برش چهارم رخ می‌دهد. بر اساس نتایج به دست آمده از مدل‌سازی عددی، احتمال رخداد ناپایداری و پوسته‌ شدن جبهه‌کار در فاصله  6 تا 10 متری پس از پیشروی در جبهه‌کار، همزمان با تخریب اولیه و دوره‌ای سقف وجود دارد. بطور کلی جبهه‌کار در پهنه ‌E3 معدن زغالسنگ پروده‌ طبس در حالت بینابینی ریزش و پایداری قرار دارد ولی سقف بالای آن بعد از استخراج 6 برش زغال‌سنگ مستعد ریزش است. فشار وارد بر بازکننده ته‌میله به دلیل شیب لایه‌های سقف و انتقال نیروی وزن لایه‌های بالایی در جهت شیب و عمق قرارگیری بیشتر به نسب سرمیله به مراتب بیشتر از فشار وارده در سمت سر‌میله است. جبهه‌کار در طول فرایند استخراج زغال‌سنگ در نزدیکی بازکننده‌های اصلی فرو خواهد ریخت. برای جلوگیری از ریزش جبهه‌کار و سقف از پیچ‌سنگ‌های برش‌پذیر پیشنهاد شده است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Numerical Analysis of the Mechanized Mining Face Stability in Parvadeh No.1 Coal Mine, Tabas

نویسندگان English

Emad Ansari Ardehjani 1
mohammad Ataei 2
Ramin Rafiee 2
1 Faculty of Mining, Petroleum & Geophysics Eng., Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
2 shahrood university of technology
چکیده English

Ensuring the stability of the working face in longwall coal extraction is a crucial factor in the economic viability of this method. Numerous parameters influence working face stability, necessitating a comprehensive understanding of their impact on safe and economical mining. This study investigates the stability of a mining face in the actual extraction area, focusing on the E3 Panel of the Tabas Parvade coal mine. A numerical model is employed to examine the effects of mining and layer displacement on working face stability.
Initially, the influential parameters for working face stability are categorized and analyzed. Subsequently, using FLAC3D software, the stability of the E3 Panel working face in the Tabas Parvade coal mine is simulated and evaluated. Sakurai criteria are applied to assess wall and working face stability by calculating shear strain values in these areas.
The simulation explores the impact of initial and periodic wall weighting effects on the stability of the extraction face during coal extraction. Initial and periodic collapses are predicted to occur at approximately 11.5 and 2.5 meters, respectively, with the initial roof collapse following the extraction of the fourth coal seam. Results from numerical modeling indicate a likelihood of instability within 6 to 10 meters after progressing in the working face, coinciding with initial and periodic roof collapses.
In summary, the working face in the E3 Panel of the Tabas Parvade coal mine is described as transitioning between slippage and stability, with the upper roof prone to sloughing after extracting six coal seams. Pressure on the mine openings is notably higher on the Tailgate side, and there's a risk of the working face collapsing near the main cutters during the coal extraction process. Cuttable Rock Bolts are recommended to prevent roof and face falls.

کلیدواژه‌ها English

longwall method
collapse
face unstably
numerical modelling
  عطایی، محمد، روش‌های تخریبی در معدنکاری، چاپ اول، 1394، انتشارات دانشگاه صنعتی شاهرود.##
  Bai, Q. S., Tu, S. H., Chen, M., & Zhang, C. (2016). Numerical modeling of coal wall spall in a longwall face. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences88, 242-253.##
   Quang, D. Cai, Y. & Hebblewhite, B. (2007). Numerical Analysis of Some Geotechnical Factors Influencing the. 27th International Conference on Ground Control in Mining. Sydney, NSW, Australia: The University of New South Wales.##
    Ardehjani, E. A., Rafiee, R., & Ataei, M. (2021). The effect of the seam slopes on the strata behavior in the longwall coal mines using numerical modeling.##
    Ansari, E., Rafiee, R., & Ataei, M. (2024). Investigating Effect of Induced Stresses due to Coal Panel Extraction on Next Panel Strata behavior during Mechanized Longwall Mining: a Case Study. Journal of Mining and Environment15(1), 381-399.##
  Singh, G. S. P., & Singh, U. K. (2012). Influence of strata characteristics on face support requirement for roof control in longwall workings–a case study. Mining Technology121(1), 11-19.##
    Bai, Q. S., Tu, S. H., Zhang, X. G., Zhang, C., & Yuan, Y. (2014). Numerical modeling on brittle failure of coal wall in longwall face—a case study. Arabian Journal of Geosciences7, 5067-5080.##
    Saeedi, G., Shahriar, K., & Rezai, B. (2013). Estimating volume of roof fall in the face of longwall mining by using numerical methods. Archives of Mining Sciences58(3), 767-778.##
   Bai, Q., Tu, S., Li, Z., & Tu, H. (2015). Theoretical analysis on the deformation characteristics of coal wall in a longwall top coal caving face. International Journal of Mining Science and Technology25(2), 199-204.##
   Zhang, H. W., Fu, X., & Shen, Y. Z. (2016). Study on rib spalling mechanism and spalling depth in large mining height fully-mechanized face.##
  Wang, J., Yang, S., & Kong, D. (2016). Failure mechanism and control technology of longwall coalface in large-cutting-height mining method. International Journal of Mining Science and Technology26(1), 111-118.##
   Li, X., Wang, Z., & Zhang, J. (2017). Stability of roof structure and its control in steeply inclined coal seams. International Journal of Mining Science and Technology27(2), 359-364.##
  انصاری، ع.، عطایی، م.، رفیعی، ر.، بشری، ع. (1397)."  بررسی پارامترهای موثر در گام تخریب در معادن جبههکار طولانی مکانیزه، مطالعه موردی: معدن زغال‌سنگ طبس". چهارمین کنگره ملی زغال‌سنگ. شرکت زغال‌سنگ پروده طبس، طبس، خراسان جنوبی.##
 Ardehjani, E. A., Ataei, M., & Rafiee, R. (2020). Estimation of first and periodic roof weighting effect interval in mechanized longwall mining using numerical modeling. International Journal of Geomechanics20(2), 04019164.##
    Song, G., & Chugh, Y. P. (2018). 3D analysis of longwall face stability in thick coal seams. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy118(2), 131-142.##
    Yang, S., Song, G., & Kong, D. (2019). An evaluation of longwall face stability in thick coal seams through a basic understanding of shield–strata interaction. Journal of Geophysics and Engineering16(1), 125-135.##
    Pan, W., Nie, X., & Li, X. (2019). Effect of premining on hard roof distress behavior: a case study. Rock Mechanics and Rock Engineering52, 1871-1885.##
  Das, S. K. (2000). Observations and classification of roof strata behaviour over longwall coal mining panels in India. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences37(4), 585-597.##
   Oraee, K., & Rostami, M. (2008). Qualitative and quantitative analysis of hangingwall caving in longwall mining method using a fuzzy system. In 21st World Mining Congress & Expo 2008. World Mining Congress.##
  Vaziri, V., Khademi Hamidi, J., & Sayadi, A. R. (2018). An integrated GIS-based approach for geohazards risk assessment in coal mines. Environmental earth sciences77, 1-18.##
گزارشات زمین‌شناسی و مهندسی معدن زغال‌سنگ پروده ‌طبس (1396). طبس، خراسان‌جنوبی، معدن زغال‌سنگ پروده‌ طبس.##
Sakurai, S. (1997). Lessons learned from field measurements in tunnelling. Tunnelling and underground space technology12(4), 453-460.##
   Kai, W. A. N. G. (2011). Study of reasonable hanging roof length on hard roof. Procedia Engineering26, 772-777. ##
دوره 19، شماره 64
پاییز 1403
صفحه 43-64

  • تاریخ دریافت 28 آبان 1402
  • تاریخ بازنگری 15 اسفند 1402
  • تاریخ پذیرش 18 اردیبهشت 1403