مدل‌سازی شبکه ناپیوستگی‌‌‌ گسسته به‌ منظور برآورد خردشوندگی برجای توده‌ سنگ در روش‌های استخراج تخریبی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری استخراج معدن، دانشگاه صنعتی شاهرود، دانشکده معدن، نفت و ژئوفیزیک

2 دانشیار دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود

3 استادیار دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه یزد.

چکیده

یکی از مولفه­های اساسی به‌منظور ارزیابی قابلیت تخریب‌پذیری توده سنگ در روش‌های استخراج تخریبی، برآورد خردشوندگی برجا در مراحل پیش­امکان‌سنجی است. برآورد ضعیف این مولفه می‌تواند اثر بسیار نامطلوبی را بر فرآیند تخریب داشته باشد. در سال‌های اخیر ناپیوستگی‌ها به عنوان عامل اصلی خردشوندگی برجا با استفاده از روش‌های جدید امکان شبیه‌سازی دقیق‌تری یافته‌اند. گسترش و ابعاد ناپیوستگی‌ها به عنوان یکی از پارامترهای هندسی در سیستم‌های شبیه‌سازی نامحدود مورد توجه قرار نمی‌گیرد در صورتی‌که تاثیر زیادی بر میزان تخریب‌پذیری کانسار در روش‌های استخراج تخریبی، به‌ویژه روش تخریب توده‌ای دارد. در آخرین روش‌های مدل‌سازی هندسی به نام شبکه ناپیوستگی‌های گسسته (DFN) ناپیوستگی‌ها به‌صورت ناپایا در نظر گرفته می‌شود که این امر از افزایش چگالی درزه‌داری جلوگیری کرده و با واقعیت تطابق بیشتری دارد. در این تحقیق با توجه به قابلیت‌های خوب محاسباتی و نمایه‌های بصری از نرم‌افزار Mathematica برای نوشتن کد شبکه ناپیوستگی گسسته دوبعدی (DFN2D) استفاده شد.  از قابلیت‌های کد نوشته شده می‌توان به تولید خروجی رقومی، نمایه‌های بصری، در نظر گرفتن تسلسل درزه‌داری، ساخت مدل درزه‌های پایا و ناپایا، تعیین بلوک‌های کامل حاصل از برخورد درزه‌ها با محاسبه مساحت آن‌ها، ایجاد خروجی مناسب برای استفاده در نرم‌افزارهای تحلیل عددی UDEC و  PFC2Dو خروجی آماری هریک از مشخصه‌های هندسی مدل اشاره کرد. با استفاده از برداشت­های انجام شده از ترانشه­های موجود در یک معدن مس و برآورد بهترین توابع توزیع احتمالاتی ویژگی­های هندسی دسته­درزه­های موجود در این منطقه، مدل هندسی شبکه درزه­ها تهیه شد. خروجی­های حاصل از مدل از جمله چگالی و شدت درزه­داری با واقعیت موجود تطابق بسیار خوبی را نشان داد. میزان خردشوندگی برجای حاصل از درزه­های ناپایا و همچنین نسبت سطح بلوکی شده به سطح کل مدل محاسبه شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Discrete fracture network modeling for estimation of rock mass in-situ fragmentation in caving extraction methods

نویسندگان [English]

  • Enayatollah Emami Meibodi 1
  • Seyed Mohammad Esmail Jalali 2
  • Alireza Yarahmadi Bafghi 3
1 . PhD Student of Mining Engineering, Shahrood University of Technology,
2 Associate Prof., Department of Mining Engineering, Shahrood University of Technology
3 Assistant Prof., Department of Mining Enginneering, Yazd University
چکیده [English]

One of the most critical factors for estimation of cavability in prefeasibility stage in caving extraction methods is evaluation of In situ fragmentation. Poor estimation of this variable can lead to production and processing problems, or in the worst scenario, failure of the project. In recent years with help of new stochastic discontinuity geometrical modeling, joints those are the main factor for in situ fragmentation, modeled more in tune with reality. Often in nature, discontinuity persistence especially in joints is not infinite. This has a great impact on the cavability of ore bodies. In a new recent stochastic geometrical modeling that is named discrete fracture network (DFN), discontinuities modeled finite that is more in tune with reality. Mathematica Software is selected for writing 2dimensional discrete fracture network code (DFN2D), because of its good graphics and calculations abilities. This code (DFN2D) has good different abilities like producing of numerical and graphical outputs, making finite and infinite joints models, defining of complete blocks with computation of their areas from joints intersections, consideration of joints hierarchies, production of suitable outputs for numerical codes like UDEC & PFC2D and statistics outputs of any model geometrical parameters. With processing of information from joint study in a copper mine and fitness of well probability density functions for any geometrical parameters of joint sets, 2D geometrical modeling with DFN2D was made. Statistics outputs from model and joint intensity and density had a good fitness with reality (input data). In situ fragmentation computed from area of complete blocks also rate of blocky area is defined.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Geometrical Modeling
  • Infinite Joints
  • Discrete Fracture Network
  • In-Situ Fragmentation
  • Caving Extraction Methods

امینی، ا.، و  یاراحمدی بافقی، ع.، 1386. مدل سازی سه بعدی هندسی، ژئوتکنیکی توده‌سنگ‌های درزه‌دار به روش آماری ( مطالعه موردی:  بلوک تکتونیکی II معدن چغارت). مجموعه مقالات سومین کنفرانس مکانیک سنگ ایران، دانشگاهصنعتی امیرکبیر، تهران.

امینی، ا.، و  یاراحمدی بافقی، ع.، 1388. شبیه‌سازی شبکه ناپیوستگی‌ها در مدل‌سازی ژئوتکنیکی فضاهای زیرزمینی توسط محیط نرم‌افزاری Mathematica،  مجموعه مقالات هشتمین کنفرانس تونل ایران، تهران.

 گودرزی، ه.، و یاراحمدی بافقی، ع.، 1392. مدل‌سازی سه‌بعدی هندسی ـ ژئوتکنیکی توده‌سنگ‌های درزه‌دار به روش دیسک‌های تصادفی (ارائه برنامه RD3DGM)، مجموعه مقالات دهمین کنفرانس ملی تونل، تهران.

گودرزی، ه.، و یاراحمدی بافقی، ع.، 1393. مدل‌سازی 2 بعدی هندسی ناپیوستگی‌ها در نرم‌افزار تحلیل عددی  UDEC و رفع عیب آن با استفاده از برنامه 3DGM، مجموعه مقالات پنجمین کنفرانس مکانیک سنگ ایران.

Baecher, G., 1972. Site exploration: a probabilistic approach. PhD dissertation. Cambridge, MA: MIT.

Baecher, G.B., 1983. Statistical Analysis  of Rock Mass Fracturing. Journal  of  Mathematical Geology, 15(2), 329-347. DOI 10.1007/BF01036074.

Baghbanan, A., Jing, L., 2008. Hydraulic Properties of Fractured Rock Masses with Correlated Fracture Length and Aperture. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 44(5), 704– 719. DOI:10.1016/j.ijrmms.2006.11.001.

Bang, S.H., Jeon, S., Kwon, S., 2012. Modeling the Hydraulic Characteristics of a Fractured Rock Mass with Correlated Fracture Length and Aperture: Application in the Underground Research Tunnel at Kaeri. Nuclear Engineering and Technology, 44 (6), 639-652. DOI:10.5516/ 02.2011.026.

Brown, E.T., 2003. Block CavingGeomechanics, The International Caving Study Stage I 1997-2000, Julius Kruttschnitt Mineral Research Centre, Brisbane, Australia.

Dershowitz, W.S., Einstein, H.H., 1988. Characterizing Rock Joint Geometry with Joint System Models. Rock Mechanics and Rock Engineering 21(1), 21–51. DOI:10.1007/BF01019674.

Hoek, E.T., 1998. Reliability of the Hoek–Brown estimates of rock mass properties and their impact on design. Int J Rock Mech Min Sci; 35: 63–8.

Hudson, J.A., La Pointe, P.R., 1980. Printed Circuits for Studying Rock Mass Permeability, International journal of rock mechanics and mining sciences and geomechanics abstracts, Technical Note, 17(5), 297-301. DOI:10.1016/0148-9062(80)90812-8.

Hudson, J.A., Priest, S.D., 1983. Discontinuity Frequency in Rock Masses. International Journal of Rock Mechanics, Mining Sciences & Geomechanics, Abstract, 20(2), 73-89. DOI:10.1016/0148-9062(83)90329-7.

Ivanova, V., Xiaomeng, Y., Veneziano, D., Einstein, H.H., 1995. Development  of Stochastic Models for Fracture Systems. Rock Mechanics, Balkema, Rotterdam, ISBN 90 5410 552 6.

Kulatilake, P.H.S.W., Chen, J., Teng, J., 1996. Discontinuity Geometry Characterization in a Tunnel Close to the Proposed Permanent Shiplock Area of the Three Gorges Dam site in China. International Journal of Rock Mechanics, Mining Science & Geomechanics Abstract, 33(3), 255-277. DOI:10.1016/0148-9062(95)00060-7.

Kulatilake, P.H.S.W., Park, J., Um, J., 2004. Estimation of Rock Mass Strength and Deformability in 3-D for a 30 m Cube at a Depth of 485 m at Aspo Hard Rock Laboratory. Geotechnical and Geological Engineering, 22(3), 313–330. DOI:10.1023/B:GEGE.0000025033.21994.c0.

Kulatilake, P.H.S.W., Um, J., Wang, M., 2003. Stochastic Fracture Geometry Modeling in 3-D Including Validations for a Part of Arrowhead East Tunnel, California, USA. Engineering Geology, 70(1), 131-155. DOI:10.1016/S0013-7952(03)00087-5.

Laubscher, D.H., 2003. Cave Mining Handbook, De Beers, p. 138.

Martel, S., Hestir, K., Long, J.C.S., 1991. Generation of Fracture Patterns Using Self-Similar Function Concepts. Earth Sciences Division Annual Report, Lawrence Berkeley Lab, Berkeley, California, 52-56.

Pine R.J., Coggan, J.S., Flynn, Z., Elmo, D., 2006. The development of a comprehensive numerical modelling approach for pre-fractured rock masses. Rock Mechanics and Rock Engineering. 39. 5: 395- 419.

Pine, R.J., Coggan, J.S., Flynn, Z., Elmo, D., 2006. The Development of a New Numerical Modeling Approach for Naturally Fractured Rock Masses. Rock Mechanics and Rock Engineering, 39(5), 395- 419. DOI:10.1007/s00603-006-0083-x.

Priest, S.D., 1993. Discontinuity Analysis for Rock Engineering. Published by Chapman & Hall, London, p. 473. ISBN: 978-94-010-4656-5.

Priest, S.D., Hudson, J.A., 1976. Discontinuity Spacing in Rock. International Journal of RockMechanics, Mining Sciences & Geomechanics, Abstract 13(5), 135-148. DOI:10.1016/0148-9062(76)90818-4.

Priest, S.D., Samaniego, J.A., 1988. The Statistical Analysis of Rigid Block Stability in Jointed Rock Masses. 5thAustralia-New Zealand Conference on Geomachanics, (pp. 398-403), Barton, A.C.T.: Institution of Engineers, Australia, Sydney. ISBN: 0858254271 & 0858254085.

Reyes, O., Einstein, H. H., 1991. Failure Mechanics of Fractured Rock - A Fracture Coalescence Model. 7th International Society for Rock Mechanics, A.A. Balkema. Permission to Distribute -

Robinson, P C., 1983. Connectivity of Fracture Systems - A Percolation Theory Approach. Journal of Physics A: Mathematical and General 16(3), 605–614. DOI:10.1088/0305-4470/16/3/020.

Rogers, S.F., Kennard, D.K., Dershowitz, W.S., Vanas, A., 2007. Characterising the in situ fragmentation of a fractured rock mass using a discrete fracture network  approach, Rock Mechanics: Meeting Society's Challenges and Demands - Eberhardt, Stead & Morrison (eds) Taylor & Francis Group, London, ISBN 978-0-415-44401-9.

Rogers, S.F., Moffitt, K.M., Kennard, D.T., 2006. Probabilistic slope and tunnel block stability analysis using realistic fracture network models. In Proc. 41st U.S. Symposium on Rock Mechanics, Golden, CO. ARM, VUSRMS, 06-1052.

Rogers, S.F., Elmo, D., Catalan, A., 2014. Volumetric Fracture Intensity Measurement for Improved Rock Mass Characterisation and Fragmentation Assessment in Block Caving Operations. International Journal of Rock Mechanics Rock Engineering, 44(5), 704– 719.

Sari, M., 2009. The Stochastic Assessment of Strength  and Deformability Characteristics for Apyroclastic Rock Mass. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 46(3), 613-628. DOI:10.1016/j.ijrmms.2008.07.007.

Tollenaar R.N., 2008. Characterization of discrete fracture networks and their influence on caveability and fragmentation. (Master of Applied Science) The University of British Colombia.

Wanga, C., Tannant, D.D., Lilly, P.A., 2003. Numerical analysis of the stability of heavily jointed Rock slopes using PFC2D. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 40, 415–424.

Wu, F., Wang, S., 2002. Statistical Model for Structure of Jointed Rock Mass. Geotechnique, 52(2), 137–140. DOI: 10.1680/geot.2002.52.2.137.

Yu, X., 1992. Stochastic Modeling of Rock Fracture Geometry. M.S. Thesis, MIT, Cambridge, MA. URI: http://hdl.handle.net/1721.1/12176.

Xu, C., Dowd, P., 2010. A New Computer Code for Discrete Fracture Network Modeling. Computers & Geosciences, 36(3), 292–301. DOI:10.1016/j.cageo.2009.05.012.

Zadhesh, J., Jalali, S.E., Ramezanzadeh, A., 2013. Estimation of Joint Trace Length Probability Distribution Function  in Igneous, Sedimentary, and Metamorphic Rocks. Arabian Journal of Geosciences, DOI 10.1007/s12517-013-0861-1.

Zhang, L., Einstein, H.H., 2000. Estimating the Intensity of Rock Discontinuities. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science, 37(5), 819-837. DOI:10.1016/S1365-1609(00)00022-8.