تحلیل بیرون‌زدگی ناشی از پدیده انفجار ناگهانی گاز و زغال‌سنگ در معدنکاری زیرزمینی با استفاده از معیار شکست ناپایدار (مطالعه موردی: معدن پروده زغال‌سنگ طبس)

Abstract

در جریان معدنکاری زیرزمینی زغال‌سنگ، تنش‌های زمین، ناهنجاری‌های زمین‌شناسی مانند گسل‌ها و مناطق برشی منجر به تمرکز تنش، تغییر شکل و شکست زغال‌سنگ و درنهایت ایجاد مخاطراتی نظیر بیرون‌زدگی زغال‌سنگ و گاز می‌شوند. بیرون‌زدگی زغال‌سنگ و گاز، انتشار سریع مقدار زیادی از زغال‌سنگ یا سنگ‌ها، همراه با مقدار زیادی گاز در معادن زیرزمینی زغال‌سنگ است. تاکنون وقوع این پدیده منجر به از بین‌ رفتن تجهیزات و جان بسیاری از معدنچیان در سراسر جهان شده ‌است. ازاین‌رو، پیش‌بینی، تحلیل و کنترل آن ضرورت دارد. شبیه‌سازی عددی یکی از روش‌های توانمند برای مطالعه این پدیده پیچیده است. هدف از این مقاله، پیش‌بینی این پدیده در معادن زیرزمینی زغال‌سنگ با استفاده از روش‌های تحلیلی و عددی است. برای این منظور، یکی از تونل‌های فرعی کارگاه 4E معدن پروده یک طبس که در عمق 472 متری از سطح زمین قرار دارد، در نرم‌افزار Phase2 شبیه‌سازی و احتمال وقوع بیرون‌زدگی در این لایه با فرض وجود یک مخزن گاز بررسی‌شده است. علاوه بر این، به‌منظور پیش‌بینی وقوع بیرون‌زدگی از معیار شکست ناپایدار استفاده‌شده است. با توجه به نتایج این تحقیق، بین احتمال وقوع پدیده موردمطالعه و ضخامت لایه رابطه خاصی پیدا نشد این مطلب توسط محققان قبلی این حوزه نیز تأییدشده است، اما به‌طورکلی لایه ضخیم‌تر بیشتر در معرض این پدیده است زیرا احتمال افزایش زغال نرم‌تر وجود دارد و مقدار کل گاز موجود برای جابه‌جایی زغال‌سنگ بیرون‌زده شده بیشتر است. علاوه بر این، پارامترهای مقاومتی نظیر چسبندگی، زاویه اصطکاک داخلی و مدول الاستیسیته دارای تأثیر معناداری برشدت وقوع بیرون‌زدگی بوده درحالی‌که احتمال وقوع این پدیده مستقل از مقاومت کششی زغال برآورد شده است.