شبیه سازی عددی
در نشریات گروه مهندسی معدن-
در پدیده انفجار، مواد منفجره پس از انفجار مقادیر بسیار زیاد انرژی آزاد می کنند، که موجب تخریب و شکستگی توده سنگ برجا می شود. از جمله پارامترهای موثر در نتایج انفجار، نحوه خرج گذاری درون چال انفجاری است. در مطالعات پیشین، انفجار بالشتک هوایی به عنوان یک روش انفجاری برای کاهش یا حذف اضافه حفاری، بهینه سازی خردایش و کاهش نتایج نامطلوب معرفی شده است. هدف از این پژوهش بررسی تاثیر روش انفجار بالشتک هوایی بر توزیع فشار چال و تخریب توده سنگ اطراف چال انفجاری نسبت به روش مرسوم است. در این راستا، شبیه سازی عددی تک چال انفجاری به روش های مرسوم و بالشتک هوایی با استفاده از نرم افزار LS-DYNA انجام شد. نتایج نشان داد که در روش بالشتک هوایی، در ناحیه ستون هوا فشار اولیه چال نسبت به انفجار مرسوم کاهش می یابد و فشارهای ثانویه تولید می شود که این امر به کاهش 45 درصدی طول بازشدگی چال در امتداد ستون هوا و افزایش چند مرحله ای تخریب منجر می شود. از طرف دیگر تولید فشارهای ثانویه در روش بالشتک هوایی باعث افزایش 30 و 48 درصدی طول تخریب توده سنگ در ناحیه کف چال نسبت به روش مرسوم می شود. در نتیجه، روش انفجاری بالشتک هوایی با استفاده از ماده منفجره کمتر، مقدار بازشدگی و تخریب را بهبود می بخشد که نشان دهنده استفاده بهینه از انرژی ماده منفجره است.کلید واژگان: انفجار، بالشتک هوایی، فشار چال، تخریب، شبیه سازی عددیIn the blast phenomenon, the explosives release a lot of energy, which causes damage and fractures the rock mass. One of the influencing parameters in the blasting results is the way the blast hole is charged. Power Deck blasting has been introduced as a blasting method to reduce or eliminate sub-drilling, optimize crushing, and reduce undesirable results. The purpose of this research is to investigate the impact of the Power Deck blasting method on the borehole pressure and damage to the rock mass compared to the conventional method. In this regard, the numerical simulation of a single blast hole was carried out using conventional and Power Deck methods by using LS-DYNA software. The results showed that in the Power Deck method, in the area of the air deck, the initial pressure of the hole is reduced compared to conventional blasting, and secondary pressures are produced, which leads to a reduction in the expansion of the hole along the air deck by 45% and increases the destruction in multi-stage. On the other hand, the generation of secondary pressures in the Power Deck method causes a 30% and 48% increase in rock mass destruction in the area of the bottom of the hole compared to the conventional method. As a result, the Power Deck blasting method improves the amount of expansion and destruction by using less explosive, which indicates the optimal use of the explosive energy.Keywords: Blasting, Power Deck, Borehole Pressure, Damage, Numerical Simulation
-
یکی از چالش های اصلی حفاری تونل در مناطق شهری کنترل نشست است که می تواند سازه های سطحی و زیرزمینی را تحت تاثیر قرار دهد. امروزه اجرای سیستم قوس چتری به عنوان یک راه حل موثر برای کنترل نشست و حفاری تونل در شرایطی که جبهه کار ناپایدار است، پذیرفته شده است. در این پژوهش با استفاده از داده های حاصل از ابزاربندی تونل بیرگل و روش اجرای فورپولینگ در تونل مذکور، مدل عددی کالیبره شده و سه سناریوی تیر طره، تغییر شکل مجاز و زون تحکیم یافته با استفاده از شبیه سازی عددی مورد برررسی قرار گرفته است. سناریوی اول نشان داد که در صورت بررسی نیروهای داخلی المان شمع، فاکتور پایداری 1 باید به عنوان ملاک طراحی قرار گیرد. در سناریوی دوم از سطح 3 هشدار ساکورایی به عنوان معیار طراحی استفاده شود و در سناریوی سوم روابطی برای محاسبه هندسه و پارامترهای ژیومکانیکی زون تقویت شده با استنباط از سناریوی دوم ارایه شده است. نتایج تحلیل نشان داد که می توان از تغییرات زاویه اصطکاک داخلی در زون تقویت شده چشم پوشی کرد و صرفا مقدار مدول تغییرشکل و چسبندگی را مطابق با روابط پیشنهاد شده افزایش داد.
کلید واژگان: فورپولینگ، نشست، شبیه سازی عددی، تونل بیرگلOne of the main challenges of tunnel excavation in urban areas is subsidence control, which can affect surface and underground structures. Nowadays, the performance of the umbrella arch system is accepted as an effective solution for controlling subsidence and tunnel excavation in conditions where face of tunnel is unstable. In this research, using the Birgel tunnel instrumentation data and its construction method, the numerical model has been calibrated and the three scenarios of cantilever beam, critical strain and reinforced zone have been investigated applying numerical simulation. The first scenario showed that if the internal forces of the pile element are examined, the stability factor 1 should be used as the design criterion. In the second scenario, using the level there of Sakurai warning is proposed as a design criterion. In the third scenario, relationships are developed to calculate the geometry and geomechanical parameters of the reinforced zone considering the second scenario. Based on the analysis results, the internal friction angle in the reinforced zone could be kept unchanged and just the modulus of deformation and cohesion in the reinforced zone are raised up according to the proposed relationships.
Keywords: Forepoling, ground subsidence, Numerical Simulation, Birgel Tunnel -
با افزایش نیاز های متعدد بشر، سازه های سنگی با کاربرد های متنوع معدنی، نفتی، عمرانی، دفاعی و هسته ای به کار گرفته شده است. این نیاز موجب افزایش ابعاد و عمق سازه های زیرزمینی شده که شرایط حاکم بر بارگذاری آنها معمولا موجب گسترش ناحیه تخریب پیرامون فضای زیرزمینی می شود. شناخت رفتار غیر الاستیک سنگ تخریب شده در برگیرنده سازه های سنگی به ویژه پس از مقاومت حداکثر برای تحلیل پایداری سازه سنگی لازم است. روش های مبتنی بر مکانیک خرابی ویژگی های رفتار سنگ چون کاهش ظرفیت باربری پس از مقاومت حداکثر و زوال صلبیت الاستیک را به خوبی در نظر می گیرد. به طور کلی با دو رویکرد پدیدارشناسانه و ریزمکانیکی می توان خرابی سنگ را تشریح و تفسیر کرد. در این تحقیق به دلیل کارایی بیشتر مدل های خرابی ریزمکانیکی در برقراری ارتباط بین رفتار ریز مقیاس و بزرگ مقیاس سنگ از مدل های خرابی ریزمکانیکی استفاده شده است. در این مقاله، مدل خرابی ریزمکانیکی برای ریزترک های اصطکاکی بسته و باز با در نظر گرفتن کوپل بین لغزش اصطکاکی و بروز خرابی مورد بررسی قرار گرفته است. ازاینرو، ابتدا مفاهیم پایه مکانیک خرابی ریزمکانیکی ارایه شده است. برای محاسبه تانسور تاثیر از الگوی همگن سازی پونته کاستاندا و ویلیس استفاده شده است. سپس فرمول بندی این مدل در محیط برنامه نویسی نرم افزار FLAC کدنویسی شد و مدل رفتاری پلاستیک-خرابی ریزمکانیکی توسعه داده شده در محیط نرم افزار استفاده عملی شد. به منظور اعتبار سنجی مدل توسعه داده شده در مقیاس آزمایشگاهی، از آزمایش مقاومت فشاری تک محوره انجام شده بر روی سنگ آهک مارنی سازند پابده به عنوان مبنا استفاده شد که مدل عددی با نتایج آزمایشگاهی تطابق قابل قبولی داشت.کلید واژگان: خرابی ریزمکانیکی، همگن سازی، شکست سنگ ترد، شبیه سازی عددیUnderstanding the non-elastic behavior of demolished rock in the rock structures, especially after maximum resistance, is required for the stability analysis of the rocky structure. Mechanical failure theory is a method for analyzing the behavior of rocks, especially after maximum resistance. Methods based on fracture mechanics consider the behavior of the rock well, such as reducing load capacity after maximum resistance and elastic rigidity. In this research, a microstructural failure model for open and closed friction microcrack is considered, taking into account the coupling between frictional slip and damage. Therefore, the basic concepts of mechanical mechanics failure are presented first. To calculate the effect tensor, the Ponte-Castaneda and Willis (1995) homogenization pattern has been used. Then, the formulation of this model was coded in FLAC software environment and the micromechanics damage behavior model developed in the FLAC software environment was called as a new behavioral model. In order to use the developed model and validate it on a laboratory scale, a axial compressive strength test on limestone was used as the basis, and its results with acceptable numerical model were acceptable.Keywords: MicroMechanical damage, Homogenization, brittle rock failure, numerical simulation
-
The dynamic fracture characteristics of rock specimens play an important role in analyzing the fracture issues such as blasting, hydraulic fracturing, and design of supports. Several experimental methods have been developed for determining the dynamic fracture properties of the rock samples. However, many used setups have been manufactured for metal specimens, and are not suitable and efficient for rocks. In this work, a new technique is developed to measure the dynamic fracture toughness of rock samples and fracture energy by modifying the drop weight test machine. The idea of wave transmission bar from the Hopkinson pressure bar test is applied to drop weight test. The intact samples of limestone are tested using the modified machine, and the results obtained are analyzed. The results indicate that the dynamic fracture toughness and dynamic fracture energy have a direct linear relationship with the loading rate. The dynamic fracture toughness and dynamic fracture energy of limestone core specimens under the loading rates of 0.12- 0.56kN/µS are measured between 9.6-18.51MPa√m and 1249.73-4646.08J/m2, respectively. In order to verify the experimental results, a series of numerical simulation are conducted in the ABAQUS software. Comparison of the results show a good agreement where the difference between the numerical and experimental outputs is less than 4%. It can be concluded that the new technique on modifying the drop weight test can be applicable for measurement of the dynamic behavior of rock samples. However, more tests on different rock types are recommended for confirmation of the application of the developed technique for a wider range of rocks.
Keywords: Dynamic fracturetoughness, Drop weight, Numerical simulation, Limestone -
فرآیند تبدیل به گاز کردن زیرزمینی زغالسنگ یک فرآیند سازگار با محیط زیست است که در آن لایه های زغالسنگ به صورت برجا به گاز تبدیل شده و سپس استخراج می شوند. هدف اصلی از اجرای فرآیند UCG، تولید گاز سنتزی دارای ارزش حرارتی و یا تولید هر یک از گازهای حاصل از فرآیند UCG (مثلا تولید هیدروژن) است. پیش بینی مقدار و ارزش حرارتی گاز تولیدی پیش از اجرای فرآیند UCG، برای انجام تحلیل های اقتصادی ضروری است. از این رو در این پژوهش یک مدل با استفاده از نرم افزار کامسول توسعه داده شده که قادر است تاثیر پارامترهای عملیاتی را بر مقدار، ترکیب و ارزش حرارتی گاز تولیدی پیش بینی نماید. در این پژوهش یک الگوی جدید برای گازی کردن کل زغالسنگ موجود در پهنه های استخراجی معرفی شده است. طبق این الگو که مراحل آن توسط یک الگوریتم نشان داده شده است، علاوه بر این که کل زغالسنگ موجود در هر پهنه تبدیل به گاز می شود؛ ارزش حرارتی گاز تولیدی در حد مورد نیاز به دست می آید. الگوی ارائه شده در این پژوهش با یک مطالعه موردی برای لایه K10 منطقه تخت، معرفی شده است. در نهایت پارامترهای عملیاتی برای تولید گاز سنتزی با مقدار و ارزش حرارتی مناسب برای گازی کردن لایه K10 منطقه تخت به دست آمده است. نتایج نشان می دهد که در یک دوره 11 ماهه باید 9 کارگاه همزمان با هم فعال باشند و پارامترهای عملیاتی در هر کارگاه شامل دما، فشار کاواک، نرخ تزریق اکسیژن، نرخ تزریق بخارآب و زمان عملیات به ترتیب باید 1273 کلوین، 1 مگاپاسکال، 10 مول بر ثانیه، 20 مول بر ثانیه و 11 ماه باشد. در این صورت لایه ی K10 می تواند خوراک یک نیروگاه برق 27 مگاواتی سیکل ترکیبی گازی (IGCC) را به مدت 22 سال تامین کند.
کلید واژگان: UCG، پارامترهای عملیاتی، شبیه سازی عددی، ارزش حرارتی گاز سنتزی، لایه K10 منطقه تختJournal of Aalytical and Numerical Methods in Mining Engineering, Volume:9 Issue: 19, 2019, PP 107 -120SummaryIn this paper developed a model by COMSOL software that able to predict operational parameters effect on the components and heating value of produced gas during underground coal gasification. In this model for shown the effects of Operational Parameters on UCG process a Case Study has been developed. The results show that this model able to predict the effects of operational parameters on the components and heating value of produced gas in UCG process.
IntroductionUnderground Coal Gasification (UCG) process have a good adaptation with environment, in this process at the first insitu-coal seam converted to syngas and then would be explorated. The main purpose in UCG process is producing syngas with a heating value or producing each gases that producing in UCG process (for example Hydrogen production). Before implement of UCG process, predict of the components and heating value of syngas is necessary to economic analysis. In this paper presented a new model to gasify all coal in each stope, however; the produced gas have a high heating value.
Methodology and ApproachesAccording to this model, moreover to gasify all of coal in each stope, the extent of heating value of produced gas is the same requested amount. Presented model in this research have been introduced with a Case Study for K10 coal seam of Takht region. Finally Operational Parameters to produce syngas with appropriate components and heating value for gasify K10 coal seam is calculated (it should be noted that this design shows only one possible scenarios).
Results and ConclusionsThe results for this case study shown that in a period of 11 months, 9 stopes must be active simultaneously and Operational Parameters in each stope including temperature, cavity pressure, oxygen injection rate, steam injection rate and operation time should be consider 1273K, 1MPa, 10 mol/s, 20 mol/s and 11 months respectively. In this case, K10 coal seam can support feed of 27 MW IGCC-based power plant for 22 years.
Keywords: UCG, Operational Parameters, Numerical Simulation, Heating Value of Syngas, K10 Coal Seam of Takht Region
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.