فهرست مطالب

روش های تحلیلی و عددی مهندسی معدن - پیاپی 30 (بهار 1401)

نشریه روش های تحلیلی و عددی مهندسی معدن
پیاپی 30 (بهار 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/03/11
  • تعداد عناوین: 7
|
  • هادی فتاحی*، حسین قائدی، فرشاد ملک محمودی صفحات 1-14

    یکی از مباحث مهم در طراحی تونل های غیر هم سطح، تعیین جانمایی بهینه تونل ها نسبت به هم هست. این موضوع در مناطق متراکم شهری که اغلب به صورت تونل های غیرمسلح انجام می شود، اهمیت بیشتری پیدا می کند. در این تحقیق به منظور جانمایی بهینه از دو عامل نشست سطح زمین و پایداری (ضریب ایمنی) تونل ها استفاده شده است. جانمایی بهینه تونل های غیر هم سطح در شرایط متنوع زمین شناسی بایستی از روش های احتمالاتی و قابلیت اعتماد استفاده کرد. از طرفی آگاهی از میزان تاثیر هر یک از پارامترهای طراحی در مقدار نشست سطح زمین و ضریب ایمنی می تواند منجر به کاهش صدمات سازه های سطحی شود. در این مقاله از نرم افزار المان محدود PLAXIS3D جهت مطالعه حالت های مختلف تونل های غیر هم سطح استفاده شده است. سپس به کمک الگوریتم جستجوی هارمونی دو تابع حالت حدی به صورت جدا برای ضریب ایمنی و حداکثر نشست سطح زمین تخمین زده شده است. در ادامه با استفاده از دو تابع حالت حدی به دست آمده از مرحله ی قبل و روش های قابلیت اعتماد مرتبه اول و شبیه سازی مونت کارلو در نرم افزار RT بهترین جانمایی برای حفر تونل جدید نسبت به تونل قبلی (موجود) بر مبنای داشتن بیشترین ضریب ایمنی و کمترین نشست سطح زمین پیشنهاد شده است. نتایج نشان می دهد که احتمال شکست تونل اول (موجود) تقریبا 0/3 درصد بوده و ازنظر پایداری و عکس العمل نسبت به موقعیت بهینه تونل جدید شرایط ایده آلی خواهد داشت.

    کلیدواژگان: تونل های غیر هم سطح، الگوریتم جستجوی هارمونی، شبیه سازی مونت کارلو، قابلیت اعتماد مرتبه اول، نرم افزار PLAXIS3D
  • حسین برزگر قهفرخی، محمدرضا صمدزاده یزدی* صفحات 15-30

    مجتمع فسفات اسفوردی به عنوان مهم ترین تولیدکننده فسفات در ایران، از ذخیره ای با منشا آذرین، به روش فلوتاسیون کنسانتره آپاتیت تولید می کند. مدار فعلی این کارخانه برای جدایش فسفات از کانی های آهن دار طراحی شده است. بخشی از ماده معدنی، دارای کانی های سیلیکاته منیزیم دار به عنوان باطله می باشد که به سنگ سبز معروف است. تا به امروز از سنگ سبز به عنوان خوراک کارخانه فرآوری استفاده نشده است. درحالی که پنج میلیون تن از ذخیره معدن را سنگ سبز با عیار متوسط 7 درصد P2O5 تشکیل می دهد. در این تحقیق فرآوری سنگ سبز با استفاده از مدار فرآوری فعلی بررسی شد. برای این منظور نمونه سنگ سبز مورد شناسایی قرار گرفت و کانی های موجود و درجه آزادی آن ها مشخص شد. نتایج نشان داد که بخشی از کانی های آهن دار به صورت مگنتیت می باشند. آزمایش های جدایش مغناطیسی شدت بالا مشخص کرد که بخشی از کانی های سیلیکاته به کنسانتره جدایش مغناطیسی آهن راه می یابند (بازیابی 38/10 درصد MgO درشدت 5000 گوس). آزمایش های فلوتاسیون نشان داد که بازیابی برای نمونه سنگ سبز بسیار پایین است و در شرایط معمول بازیابی و عیار P2O5، 39/7 و 11/21 درصد به دست آمد که بعد از نرمه گیری به 65/38 و 98/27 درصد ارتقا یافت. پایش کارایی مدار فعلی با خوراک دهی سنگ سبز انجام شد و بازیابی کم فلوتاسیون، همراه با پایداری زیاد کف مشاهده گردید. همچنین کارایی مدار آسیا کنی و سیکلون های نرمه گیری بررسی شد. در ادامه پیشنهادهایی جهت بهبود مدار فعلی کارخانه برای فرآوری سنگ سبز ارایه گردید.

    کلیدواژگان: فسفات اسفوردی، سنگ سبز، فلوتاسیون، اصلاح مدار فرآوری، کانی های سیلیکاته
  • حامد بایسته*، کامران هوشیار صفحات 31-43

    یکی از روش های موثر بهسازی خاک روش ستون سنگی است. در این روش خاک مسئله دار با ستون هایی از جنس مصالح شنی جایگزین می شود و منتج به افزایش ظرفیت باربری و کاهش نشست پذیری و افزایش توان زهکشی خاک می گردد. یکی از عوامل مهم باربری ستون های سنگی، کیفیت محصورشدگی آن ها در خاک است. در خاک های سست فشار جانبی اعمالی به ستون کافی نبوده و ستون سنگی تحت اثر بارهای اعمالی دچار کمانش جانبی می شود. مدل سازی عددی سازوکار باربری ستون های سنگی با استفاده از روش های تحلیلی و شبیه سازی های عددی مبتنی بر مکانیک محیط های پیوسته درگذشته انجام شده است. در این پژوهش با استفاده از روش عددی اجزای مجزا که توانایی خوبی در شبیه سازی رفتار مکانیک محیط های گسسته دارد، ظرفیت باربری ستون سنگی و سازوکار کمانش جانبی ایجادشده در زنجیره های باربر ذرات ستون سنگی سست بررسی شده است. در ادامه برخی پارامترهای موثر بر ظرفیت باربری ستون سنگی مانند دانه بندی، قطر و شرایط انتهایی ستون سنگی مورد ارزیابی قرارگرفته است. نتایج این شبیه سازی با نتایج تیوری اعتبار سنجی شده است که نشان می دهد روش عددی اجزای مجزا، توانمندی لازم را در شبیه سازی ستون سنگی دارا است. نتایج نشان می دهد افزایش قطر ستون سنگی باعث افزایش ظرفیت باربری می شود و ستون سنگی گیردار بین 25 تا 30 درصد ظرفیت باربری بیشتری نسبت به ستون سنگی شناور دارد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد کاهش اندازه دانه بندی تاثیرات محدودی بر کاهش ظرفیت باربری مجموعه ستون سنگ-خاک سست دارد. چراکه با افزایش تعداد ذرات در واحد سطح و به دنبال آن با افزایش تعداد تماس ها، تعداد ذرات بیشتری در باربری مشارکت داشته و چنانچه ذره ای که در زنجیره اصلی باربر واقع شده است، از مسیر خارج شود، باز توزیع نیرو صورت گرفته و کمانش کلی زنجیره های نیرویی رخ نمی دهد.

    کلیدواژگان: مدل سازی عددی، روش اجزای مجزا، ستون سنگی، کمانش زنجیره های باربر، دانه بندی
  • ابوالفضل هفت آبادی، شکرالله زارع* صفحات 45-61

    شکست هیدرولیکی به عنوان یکی از مهم ترین تکنیک های تحریک مخزن دارای پیچیدگی های خاصی است. ازآنجاکه این عملیات بسیار هزینه بر و حساس است، انجام آن نیازمند یک طراحی دقیق بوده و لازمه طراحی عملیات، آگاهی از میزان رشد شکاف در نرخ های تزریق مختلف و پارامترهای هندسی شکاف در شرایط متفاوت است؛ بنابراین مدل سازی سه بعدی تنها راه به دست آوردن این مجهولات با بالاترین دقت است. در این تحقیق با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود آباکوس و بر پایه روش ناحیه چسبناک، یک مدل سه بعدی غیرخطی کوپله سیال- جامد ایجاد شده است. این عملیات در یک چاه قایم به وسیله این مدل شبیه سازی شده است. در ساخت این مدل از گزارش های فنی و نیز تست های آزمایشگاهی و برجای انجام شده، در مخزن و چاه مدنظر استفاده شد. از ویژگی های این مدل سازی می توان به مقیاس میدانی آن اشاره کرد. پس از تزریق سیال هندسه شکستگی تحت نرخ ها و ویسکوزیته های مختلف سیال تزریق شده موردمطالعه قرار گرفت. با توجه به نتایج به دست آمده با افزایش مدت تزریق و همچنین نرخ پمپاژ طول شکستگی افزایش می یابد و حداکثر طول ایجاد شده برای سیال با ویسکوزیته یک سانتی پواز در زمان تزریق 5 دقیقه با نرخ 35 بشکه در دقیقه یا در زمان تزریق 18 دقیقه و با نرخ 10 بشکه در دقیقه حدود 22 متر است. درحالی که حداکثر ارتفاع شکستگی حدود 70 متر است. به علت اختلاف کم تنش برجای شکست هیدرولیکی بیشتر تمایل به رشد ارتفاعی دارد. همچنین حداکثر بازشدگی شکستگی حدود 9 میلی متر است. افزایش ویسکوزیته سیال موجب افزایش بازشدگی و تا حدودی باعث بیشتر شدن طول شکستگی می شود. درنهایت هندسه شکاف پس از شروع و گسترش شکاف تحت نرخ ها و ویسکوزیته های مختلف سیال شکاف موردمطالعه قرار گرفت.

    کلیدواژگان: شکست هیدرولیکی، مدل سازی سهبعدی، روش ناحیه چسبناک، نرخ تزریق سیال، ویسکوزیته سیال
  • محمدعلی طهماسبی، رضا شیرین آبادی*، اسماعیل رحیمی، احسان موسوی، امیرحسین بانگیان تبریزی صفحات 63-78

    یکی از مهم ترین مواردی که در طراحی، تحلیل و ساخت تونل های شهری NATM موردتوجه قرار می گیرد میزان نشست سطح زمین در حین ساخت تونل است. نشست بیش ازحد زمین معمولا به تاسیسات، ساختمان های مجاور و زیرساخت های شهری آسیب های جبران ناپذیری وارد می کند؛  جهت تحلیل واقعی و بررسی دقیق نشست سطح زمین در حفاری تونل های شهری لازم است تا شرایط واقعی خاک موردتوجه قرار گیرد. روش های استفاده شده مرسوم در ارزیابی نشست سطح زمین معمولا تغییرپذیری مکانی خصوصیات خاک را در نظر نمی گیرند بلکه خصوصیات خاک به صورت قطعی در محاسبات لحاظ می شود بنابراین در این مطالعه سعی شده جهت مدل سازی شرایط واقعی خاک، تغییرپذیری مکانی مدول یانگ خاک با استفاده از یک میدان تصادفی سه بعدی مدل شده و با روش عددی تفاضل محدود ترکیب شود سپس با تحلیل های پارامتریک از مقیاس های مختلف نوسان توسط شبیه سازی مونت کارلو، برای هر میدان تصادفی ایجادشده حداکثر نشست سطح زمین به دست آید. نتایج نشان می دهد که مقدار میانگین و ضریب تغییرات مربوط به حداکثر نشست  به ترتیب با افزایش مقیاس نوسان از 28 میلی متر به 31 میلی‎متر و از 02/0 به 35/0 افزایش می یابد. همچنین تغییرپذیری خصوصیات خاک هم در بزرگی و هم در توزیع تغییر شکل زمین در سه بعد، موثر بوده و نادیده گرفتن آن منجر به دست کم گرفتن خطر نشست بیش ازحد سطح زمین می شود.

    کلیدواژگان: میدان تصادفی، مقیاس نوسان، تغییرپذیری مکانی خصوصیات خاک، نشست سطح زمین، تونل زنی NATM
  • علی حسینی، مهدی نجفی*، امین حسین مرشدی صفحات 79-89

    انتشار زیاد گاز متان از محدوده کارگاه استخراج فعال و همچنین از لایه‏ های بالا و پایین لایه استخراجی می‏ تواند بر ایمنی و بهره وری معادن زیرزمینی زغال سنگ اثرگذار باشد. ازآنجاکه تهویه به تنهایی ممکن است برای کنترل سطح گاز متان در محیط استخراج جبهه کار طولانی کافی نباشد، استفاده از گزینه های استاندارد کنترل متان مانند گاززدایی لازم است انجام شود. استفاده از روش های مختلف گاززدایی می تواند منجر به کاهش انتشار متان به محیط کاری استخراج و پایین آمدن خطر انفجار و نهایتا افزایش ایمنی و تولید شود. در معدن زغال سنگ شماره یک پروده طبس، گاززدایی با روش گمانه های متقاطع صورت می پذیرد. این روش با حفر گمانه‏ هایی از راهرو بالایی در لایه‏های بالای لایه زغال‏سنگ در حال استخراج و در ایستگاه‏هایی با فواصل متفاوت در طول پهنه استخراجی صورت می‏گیرد. هدف اصلی این تحقیق تعیین مقادیر مناسب پارامترهای مختلف گمانه‏ های گاززدایی به منظور افزایش راندمان گاززدایی است. پارامترهای موردبررسی شامل طول گمانه‏ های گاززدایی، زاویه گمانه‏ ها نسبت به محور راهرو بالایی و زاویه گمانه‏ ها نسبت به کف راهرو یا افق می باشند. بر این اساس تحلیل داده های عملیاتی حاصل از گاززدایی از پهنه E4 نشان داده است که با افزایش شیب پهنه زاویه گمانه‏ های گاززدایی نسبت به محور راهرو بالایی را باید کمتر در نظر گرفت همچنین به طورمعمول دبی گاز خروجی ایستگاه‏های گاززدایی در فاصله بین 15 تا 25 متری از لبه کارگاه شروع به افزایش می‏کند درنتیجه طول گمانه‏ های گاززدایی را نباید بیشتر از 45 متر در نظر گرفت.

    کلیدواژگان: زغال‏سنگ، جبهه کار طولانی، گاززدایی، گمانه ‏های متقاطع
  • رامین صائبی نیا، امین الله موسوی*، احمدرضا صیادی صفحات 91-101

    عملیات باربری تشکیل دهنده سهم قابل توجهی از هزینه های عملیاتی استخراج در یک معدن روباز است؛ بنابراین، بهینه سازی زمان بندی کار کامیون ها، به عنوان اصلی ترین ماشین باربری، امری ضروری و تاثیرگذار در بهره وری عملیات استخراج است. بهینه سازی زمان بندی عملیات باربری به طور سنتی، در قالب دو مسئله بهینه سازی تخصیص و سپس گسیل کامیون ها تعریف می شود و تاکنون مدل ها و روش های مختلفی مبتنی بر تکنیک های شبیه سازی و مدل سازی ریاضی چندمرحله ای، برای بهینه سازی این دو مسئله ارایه شده است. لیکن با توجه به گسترش روزافزون سیستم های جمع آوری اطلاعات، ارتقا سیستم های محاسباتی و ضرورت تصمیم سازی برخط، وجود یک مدل ریاضی تک مرحله ای برای حل هم زمان این دو مسئله در یک سیستم یکپارچه و پویا، ضروری است. در این تحقیق، یک مدل ریاضی کارگاه گردش کاری، به عنوان ابزاری قدرتمند برای مدل سازی مسایل زمان بندی و بهینه سازی تخصیص و گسیل کامیون های معادن روباز توسعه داده شده است. این مدل برای یک مطالعه موردی کوچک مقیاس پیاده سازی شده است و نتایج آن موردبحث قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که این مدل ریاضی یک ابزار کارا برای بهینه سازی تخصیص و گسیل پویای کامیون ها است که می تواند منجر به افزایش توان تولیدی معدن شود.

    کلیدواژگان: مدل سازی ریاضی، برنامه ریزی خطی، CPLEX، کارگاه گردش کاری، باربری معادن روباز
|
  • Hadi Fattahi *, Hossein Ghaedi, Farshad Malekmahmudi Pages 1-14
    Summary

    One of the important issues in designing non-level tunnels is determining the optimal location of tunnels relative to each other. In this research, to optimally locate the two factors of land subsidence and stability (safety factor) of tunnels have been used. Optimal placement of non-level tunnels in various geological conditions should use probabilistic methods and reliability. In this paper, PLAXIS3D finite element software is used to study different states of non-level tunnels. Then, using the harmony search algorithm, two limit state functions are estimated separately for the safety factor and maximum ground surface subsidence. Then, using the two limit state functions obtained from the previous step and the first-order reliability methods and the Monte Carlo simulation in RT software, the best location for excavation of the second tunnel in relation to the previous (existing) tunnel is based on having the highest safety factor and lowest ground subsidence. 

    Introduction

    Due to the complexity of the interaction between the tunnels and also due to the uncertainty in the design parameters, in this paper, using probabilistic analyzes such as the Monte Carlo simulation method and first-order reliability, the optimal stability and placement of non-level tunnels in RT probabilistic software was discussed. Because RT software requires a correct and accurate limit state function, the harmonic search algorithm in MATLAB was used to calculate the stability and also to achieve this limit state function. 

    Methodology and Approaches

    In this paper, using PLAXIS3D software, the tunnel was modeled in 32 different rock masses and the results are different in each of the 32 rock masses due to the inequality in the input parameters (safety factor and maximum settlement). To evaluate the reliability of the new tunnel excavation (existing sub-tunnel), 32 models which were analyzed by PLAXIS3D software were compared with the predicted model to achieve the lowest settlement rate and the highest safety factor by the harmony search algorithm. The comparison showed good consistency between the model predicted by the harmony search algorithm and the model performed by numerical methods. Therefore, due to the proximity of the performed model and the predicted model, the limit state function is accurate to obtain the probability of failure of the new tunnel. 

    Results and Conclusions

    According to the results obtained in both Monte Carlo simulation methods and first-order reliability, the probability of failure (approximately 0.33%) and the high-reliability index are shown and the tunnel position is in very good condition. According to the analysis of tunnel random variables by RT software, it was found that the geological durability index is very important and effective. It should be noted that the results of this study show that the reliability methods used in the RT program to stabilize and locate the new tunnel under the existing tunnel can be used as a high-performance method in analyzing underground space problems.

    Keywords: Harmony search algorithm, RT software, PLAXIS3D, First-order reliability methods, Non-level tunnels
  • Hossein Barzegar, Mohamad Reza Samadzadeh Yazdi * Pages 15-30
    Summary

    As the most important phosphate producer in Iran, the Esfordi phosphate complex produces apatite concentrate from the igneous ore by the flotation method. This plant is designed to separate phosphate from iron minerals. There is a type of rock in the Esfordi deposit that contains magnesium-bearing silicate minerals as gangue, which refers to green rock. Although the green rock includes five million tons of the mine reserve with an average grade of 7% P2O5, it has not been fed to the beneficiation plant, so far. In this research, the green rock processing was investigated using the current processing plant. A representative sample of green rock was prepared and characterized to evaluate the chemistry, mineralogy, and degree of freedom of apatite minerals. The laboratory magnetic separation and flotation tests along with the plenary sampling and characterization from the processing plant were performed. 

    Introduction

    Esfordi Phosphate Mine has the largest reserves of igneous phosphate in the country. At present, the feed for the dressing plant is supplied from apatite and iron-apatite. The green rock is an alternative feed for the beneficiation plant. The presence of magnesium-bearing silicates and fine particles are the two main obstacles of green rock flotation. In this research, flotation experiments were performed to process green rock, and the performance of the current phosphate processing plant was assessed. 

    Methodology and Approaches

    Sampling was performed in two stages. In the first step, a sample was taken from the stock to identify the characteristics of green rock. The laboratory magnetic separation experiments at different magnetic field intensities and flotation experiments were performed. Fatty acid collector (to float apatite) and corn starch (for depressing iron ores and silicate minerals) were used in the flotation tests. The industrial-scale investigations were made by feeding the green rock to the plant, and sampling procedures were performed from different grinding, classification, and flotation streams. 

    Results and Conclusions

    The results of High-intensity magnetic separation experiments showed that some of the silicate minerals found their way to the iron magnetic separation concentrate (recovery of 10.38% MgO at 5000 gausses). Flotation experiments showed that the recovery for green rock samples was very low and under normal conditions, recovery and P2O5 grades of 7.39 and 21.11% were gained, which increased to 38.65 and 27.98% after desliming. The efficiency of feeding green rock to the current circuit was monitored and low flotation recovery was observed along with high froth stability. The efficiency of the grinding circuit and desliming cyclones was also evaluated. Then, suggestions were made to improve the current processing circuit for green rock beneficiation.

    Keywords: Phosphate, Green rock, Flotation, Processing circuit modification, Silicate minerals
  • Hamed Bayesteh *, Kamran Hooshyar Pages 31-43
    Summary

    In this study, using the DEM (which exhibits suitable abilities to simulate the mechanical behavior of discrete media), the bearing capacity of a stone column has been modeled. The results showed that increasing the diameter of the stone column increases the bearing capacity and the trapped stone column has between 25 to 30% more bearing capacity than the floating stone column. 

    Introduction

    It is necessary to study the actual behavior of stone columns in different boundary conditions and soils and against incoming loads. In this regard, researchers have used laboratory tools to study the performance of these columns. However, due to some limitations of laboratory methods, it is impossible to control all effective microstructural parameters in understanding stone column behavior. In this regard, some numerical studies based on the continuum mechanics were performed. Numerical modeling based on the mechanics of continuous media has provided valuable results on subsidence, lateral deformation, and stress-strain diagrams based on macroscopic behavior. However, stone columns are generally composed of washed sand materials and their behavioral nature is distinct sometimes their behavior depends on the performance of their particles in interaction with loose soil particles and it is not possible to accurately evaluate the performance of stone columns using finite element modeling. The discrete component method has been considered as the purpose of this research. 

    Methodology and Approaches

    The dimensions of the model were selected due to the limited number of particles due to the increase in the time of analysis on the scale of the laboratory physical model. These dimensions are determined in such a way that, with a scale of 20 times, they are similar to real projects and represent the diameter of a column of 1 meter with a length of 6 meters in reality. To eliminate the effects of lateral borders on the results, the distance of the borders from the center of the stone column was considered to be 5 times the diameter of the column. A behavioral model with rolling resistance was used. 

    Results and Conclusions

    The modeled stone column is a tall stone column. Because the soil around the stone column is loose, the failure of the stone column is in the form of lateral expansion, which in this form is the tendency of the main force chains. The tall stone column, without lateral restraint, which rests on the trapped end and the forces are transmitted along with them, acted like a tall and thin column, which if its axis exceeds the thinness of the column. The buckle follows it. Evaluation of the behavior of the stone column can be simulated with the DEM, and micro-mechanical evaluations, especially the buckling of force-carrying chains and the path of particles can be observed. Also, the reduction of particle size has limited effects on reducing the bearing capacity of the loose stone-soil column complex.

    Keywords: Numerical simulation, DEM, Stone column
  • Abolfazl Haftabadi, Shokrollah Zare * Pages 45-61
    Summary

    According to the results, as the injection duration and the pumping rate increase, the fracture length increases and the maximum length created is about 22 meters by applying a fluid with a viscosity of one centipoise during 5 minutes injection time and the rate of 35 barrels per minute or similarly by the same fluid with 18 minutes injection time and the rate of 10 barrels per minute. 

    Introduction

    Hydraulic fracturing if properly implemented can be one of the least costly ways to increase the maximum production of the reservoir. Due to the complexity of the hydraulic fracturing process, various modeling has been performed to find the closest predictions of the actual fracture characteristics. Linear elastic fracture mechanics (LEFM), adhesion zone method, and plastic criteria can be used to evaluate the fracture onset time and its expansion in rock. 

    Methodology and Approaches

    To investigate the effect of injection duration on fracture growth, fluid was injected into the well with a viscosity of 1 cp and an injection rate of 0- 10 barrels per minute for periods of 5, 8, 10, 12, 15, and 18 minutes. This injection is made by drilling a well in the middle part of the reservoir. In the first 5 seconds, the injection rate increases linearly from zero to 0.07 barrels per minute and remains constant until the end of injection time. This distribution of injection rate over time is chosen to avoid sudden pressure. As the injection begins, the fluid pressure within the fracture increases, and as the fracture pressure is reached, fracture occurs. 

    Results and Conclusions

    The purpose of designing hydraulic fracturing operations is to make some predictions to optimize these operations. There are five important factors to design for a hydraulic fracture: the length, height, and fracture opening that the propane holds, the fracture initiation pressure, and the fracture orientation. Four of these critical parameters are derived from hydraulic fracture modeling, so modeling provides 80% of the required solutions.The main input parameters for modeling hydraulic fractures are surface stresses, pore pressure, Young's modulus, Poisson's coefficient, porosity, permeability, angle of friction, and rock adhesion, and parameters related to rock fracture mechanics such as fracture energy, toughness, and components. As the injection duration and pumping rate increase, the fracture length increases, and the maximum length created for a fluid with a viscosity of one centipede at an injection of 5 min at 35 barrels per minute or 18 min at 10 barrels, is about 3 meters high while its maximum height is about 70 meters. Also, the maximum fracture opening in its opening is about 1 mm. Fluid viscosity affects the fracture width more than its length and also increases with the fracture width viscosity.

    Keywords: Hydraulic Fracturing, 3D modeling, Cohesive Zone Method (CZM), Fluid Injection Rate, Fluid Viscosity
  • Mohammad Ali Tahmasebi, Reza Shirinabadi *, Seyed Esmaiel Rahimi, Ehsan Moosavi, Amirhossein Bangian Tabrizi Pages 63-78
    Summary

    One of the problems with NATM tunneling in urban areas is the risk of excessive surface settlement during excavation operations. For real analysis and detailed study of surface settlement, it is necessary to pay attention to the real soil conditions. However, the conventional methods are always deterministic, rather than taking the natural spatial variability of soil properties into account. Therefore, in this study, an attempt has been made to model the real soil conditions by spatial variability of the soil young modulus based on a three-dimensional random field. By combining finite difference analysis with random field theory, a preliminary investigation has been performed into the surface settlement with spatially random Young modules. For this purpose, a combination of finite difference numerical method, random field, and Monte Carlo simulation is used which is known as the random finite difference method (RFDM). The procedure used is re-implemented by the authors in a MATLAB environment to combine it with The FLAC3D program and a series of parametric analyses were conducted to study the effects of uncertainty due to the variability of soil Young’s modulus on ground movements.

     Introduction

    Excessive surface settlement is one of the major problems we encounter when constructing shallow tunnels in soft grounds. For the analytical study of surface settlement, it is necessary to consider soil properties in design calculations with high accuracy. In this research, the complex RFDM method is used to express the spatial variability of soil properties so that we can show its effects on surface settlement. The results demonstrate that soil variability exerts an influence both on the magnitude and distribution of surface settlement. In addition, it is concluded that negligence of the spatial variability of soil properties in surface settlement probability analysis can lead to underestimation of tunnel design parameters.

     Methodology and Approaches

    To create a random field, the values of SOF are determined first. Then, a three-dimensional random field is created by the random field generation functions. The random field created is assigned to the finite difference mesh by the embedded FISH language in FlAC3D.Finally, 1000 Monte Carlo simulations are performed and 1000 surface settlement curves for each SOF are generated. 

    Results and Conclusions

    The mean values ​​of the Smax in numerical stochastic analysis when the SOF is 60 m is approximately equal to the obtained Smax from the numerical model because with increasing SOF the spatial correlation of the Young modulus parameter increases and is closer to the soil characteristics of the tunnel. In addition, the COV of the Smax tends to be 0.3 with increasing the SOF, but in general, it increases significantly (from 0.01 to 0.3), which causes changes in the magnitude of the Smax (between 5 and 80). Mm) becomes.The spatial variability of the Young modules causes the change in the magnitude of the surface settlement as well as a change in its location, so three-dimensional numerical analyzes can accurately display the maximum displacement of the Smax in both a vertical and longitudinal section of the tunnel.

    Keywords: Random field, Spatial variability, Scale of fluctuation, NATM tunneling, Surface settlement
  • Ali Hosseini, Mehdi Najafi *, Amin Hussein Morshedy Pages 79-89
    Summary

    This research deals mainly with the degassing method with cross-measure boreholes in the longwall mining method. Determining the appropriate values ​​of different parameters of methane drainage boreholes is necessary to increase efficiency. These parameters include the length of the methane drainage boreholes, the angle of the boreholes relative to the axis of the tailgate, and the inclination of the boreholes. Accordingly, the analysis of operational data obtained from the methane drainage of the E4 panel has shown that with increasing the dip of the panel, the angle of boreholes relative to the axis of the tailgate should be considered less. Also, typically, the exhaust gas flow of methane drainage stations starts to increase at a distance of 15 to 25 meters from the edge of the face, so the length of methane drainage boreholes should not be considered more than 45 meters. 

    Introduction

    Cross-measure boreholes method involves drilling boreholes from the tailgate to a stress-free area in the roof and floor layers of a working seam of coal. To prevent methane from entering the work area or reducing the amount of gas entering, it is necessary to perform methane drainage in this area. After specifying this area, the parameters of methane drainage boreholes can be specified. These parameters include the distance between the degassing stations, the angle of the drainage boreholes to the horizon, the angle to the longitudinal axis of the upper corridor, and the length of the drainage boreholes. Therefore, the main purpose of this paper determines the appropriate value of cross-methane drainage borehole parameters to increase the amount of removed gas from each borehole by analyzing operational data. 

    Methodology and Approaches

    To determine the appropriate values of the parameters of methane drainage boreholes in the cross-measure boreholes method, data from 67 methane drainage stations including 280 boreholes drilled in the E3 panel and 68 stations containing 152 boreholes in the E4 panel were collected.  These data include the length of the boreholes, the angle to the axis of the upper corridor, the dip of the borehole, the distance between the stations, and the amount of exhaust gas from each station and borehole in cubic meters per minute. The collected data had been analyzed using Minitab and Excel software. 

    Results and Conclusions

    The steeper the dip of the coal seam, the more the boundary of the methane disposal area tends to the tailgate. As a result, the angle of methane drainage boreholes relative to the tailgate axis should be considered less. Reducing the distance of gas stations from 18 to 22 meters to about 9 to 12 meters leads to an increase in exhaust gas from the stations. The discharge of the stations starts to increase at a distance of about 15 to 25 meters from the edge of the face, so considering the boreholes angle and other parameters it is suggested that the length of the boreholes be between 35 and 45 meters.

    Keywords: Coal, Longwall, Methane drainage, Cross measure boreholes method
  • Ramin Saebinia, Amin Mousavi *, Ahmad Reza Sayadi Pages 91-101
    Summary

    Since a significant part of mine operating cost belongs to hauling operations, optimizing the allocation and scheduling of trucks in a dynamic system is essential and significantly affects production efficiency. So far, different models and methods have been proposed for optimizing haulage scheduling. In this paper, scheduling models have been reviewed, and a flow-shop model has been developed to optimize truck dispatching systems in open-pit mines. The proposed model has been implemented on a small-scale example, driven by a real-world case study, and results have been discussed. Numerical investigation demonstrates that this model is a powerful tool for optimizing truck scheduling and can result in an enhancement in the productivity of mining operations. The most crucial challenge that must be addressed in future work is the development of fast solution techniques to solve real-scale instances of the developed model.  

    Introduction

    The hauling operation is responsible for a significant portion of the operating cost in an open pit mine operation. Therefore, as the main hauling machine, trucks' optimum scheduling is crucial and can dramatically affect mine production productivity. Conventionally, assignment and dispatching of the trucks are defined as two main optimization problems in scheduling hauling operations. Simulation and stepwise mathematical programming have been proposed in the literature to solve these two problems. However, a dynamic and integrated optimization model is required to optimize hauling operations of the state-of-the-art revolution in data collection systems, computational capacity, and the necessity of real-time decision-making. Therefore, this study aims to develop an integrated and single-stage optimization model to optimize truck scheduling problems.

     Methodology and Approaches

    In this study, the truck dispatching problem has been discussed, and a flow-shop scheduling model has been suggested as the best model to be considered for modeling open-pit hauling operations. In a flow shop problem, a set of jobs flow through several stages in the same machine order. The proposed flow shop model has been evaluated using an example from real case study data.  

    Results and Conclusions

    The results show that job scheduling models for truck optimization can optimize haulage scheduling and truck dispatching in open-pit mines. Using the developed flow shop model, it is possible to incorporate different mining KPI’s such as production time, production productivity, and fuel consumption. This model can also provide a prototype tool for real-time scheduling. Future work is on track to develop fast and reliable metaheuristic solution techniques for this problem's large-scale instances.

    Keywords: Mathematical modeling, linear programming, Flow Shop, Open-Pit Hauling System, CPLEX