Для инженеров-геомехаников, работающих в отрасли добычи полезных ископаемых, настоятельно необходимо иметь в своем распоряжении самые последние инновации программного обеспечения для исследования геологической среды, чтобы обнаруживать сложные с точки зрения геотехники участки и условия и принимать критически важные решения для обеспечения безопасности и производительности.
PLAXIS 3D позволил Ван Йонгу (Wang Yong), главному научному консультанту Китайской угольной научно-инженерной корпорации (CCTEG), и его исследовательской группе успешно рассчитать сложное взаимодействие грунтов и скальных пород на руднике Лаохутай в Китае. Мы обсудили это подробнее с Микелем Лаосом (Miquel Lahoz) и Питером Нитлингом (Pieter Neethling) из Seequent.
В период, когда на одной из крупнейших открытых выработок Азии на всех парах трудятся многочисленные бригады рабочих, устойчивость массива скальных пород становится актуальной темой.
«Рудник Лаохутай в китайской провинции Ляонин подвержен влиянию очень сложных геотехнических условий», — говорит Микель Лаос, менеджер по продуктам в области геотехнического анализа в Seequent.
Рудничные поезда вызывают сильные вибрации, так как перевозят большие объемы породы в непосредственной близости от склонов рудника и над двумя подземными наклонными шахтами.
Согласно статье, опубликованной научным журналом Многопрофильного института цифровых публикаций (MDPI), было необходимо определить, каким образом интенсивные вибрации железнодорожных путей могут повлиять на безопасность рудника.
«Довольно необычно видеть поезда так близко к рабочей зоне. Эти поезда используются только на руднике, а стандарты позволяют применять технику крупнее и тяжелее обычных железнодорожных составов», — говорит Микель.
«Следовательно, они могут оказать значительное влияние на прочность склона и вырытых ниже тоннелей», — заключает он. «Безопасность превыше всего, и всегда остается опасение по поводу возможности разлома в склоне или обрушения тоннеля».
Шахта Лаохутай в китайской провинции Ляонин: (a) общий вид горной выработки и (b) участок автомобильной дороги и железнодорожного пути. (Изображения предоставлены Многопрофильным институтом цифровых публикаций)
Решайте геотехнические задачи
При помощи программного продукта PLAXIS 3D господин Йонг и исследовательская группа создали комплексную числовую модель, чтобы смоделировать многостороннее взаимодействие между железнодорожным полотном, склоном, тоннелями и подстилающими геологическими структурами.
Используя возможности инновационного трехмерного моделирования, вы можете выполнять проектирование и расширенный анализ деформаций грунта и горных пород методом конечных элементов. Исследователи рассказали, за что они ценят PLAXIS:
«У него крепкая теоретическая основа, удобный в использовании интерфейс и эффективная логика для анализа практически в любой инженерно-геологической области».
Это неотъемлемая часть самого передового в мире пакета Seequent из программных продуктов для геотехнического анализа и решений по управлению данными, включающего GeoStudio и OpenGround.
В исполнение своих обязанностей менеджера по продуктам в Seequent Микель привносит 6 лет опыта работы с PLAXIS и осознает ценность нашего программного обеспечения для решения этих сложных ситуаций.
«PLAXIS способен справиться практически с любым проектом геотехнического моделирования, будь то грунт или скальная порода, или же сочетание того и другого», — говорит Микель. «И может учесть практически все аспекты поведения геоматериала, в том числе устойчивость и деформацию под статической или динамической нагрузкой».
Выводы по результатам аналитической обработки данных в инженерном моделировании
Перед инженерами-геомеханиками стоят задачи по оценке устойчивости склонов и подземных сооружений для того, чтобы содействовать предотвращению вероятных обрушений, скольжений или разломов или их прогнозированию.
«Что нам требуется — так это современные управляемые данными инновации, обеспечивающие поддержку достоверной оценки окружающей геологической среды», — подчеркивает Микель.
Микель усердно трудится в стремлении гарантировать, что наше программное обеспечение разрабатывается наилучшими методами с тем, чтобы помогать решать сложные задачи клиентов.
«Когда я общаюсь со специалистами, использующими наше программное обеспечение, я хочу больше узнать об их работе, их успехах, а также лучше понять их проблемы и задачи», — говорит он.
«И донести это до наших исследователей и разработчиков таким образом, чтобы мы могли предоставить в распоряжение наших клиентов оптимизированное усовершенствованное программное обеспечение».
Чтобы понимать геотехнические проблемы на руднике Лаохутай, необходимо признать чрезвычайно многомерный характер механики свойств грунтов и скальных пород. Шириной в несколько километров, рудник имеет огромные размеры, но внимание данного геотехнического анализа было сконцентрировано на меньшей проблемной области — 200 метров в длину и 120 метров в ширину — вокруг двух тоннелей.
«Рудничная железная дорога проходит на поверхности рядом со склоном рудника и пересекает две наклонные шахты, которые по сути являются тоннелями», — поясняет Микель. «Тоннели проложены через слой неустойчивой хлористой породы и подвергаются воздействию постоянных вибраций от проходящих тяжелых железнодорожных составов».
Сложный верхний горизонт из галечника, песчаник, неустойчивая хлористая порода и нижние слои песчаника, смоделированные в PLAXIS. (Изображение предоставлено Многопрофильным институтом цифровых публикаций)
Обнаруживая геотехнические сложности
PLAXIS — это программное обеспечение, разработанное для специальных задач геотехнического анализа, которое позволило рабочей группе получить картину структурных взаимодействий и смоделировать сложное поведение как верхнего грунтового горизонта, так и горной породы под ним.
Микель заявляет, что специалисты компании добились великолепных результатов: «Их прогнозы подтверждены измерениями, проведенными на месте, а склон признан устойчивым с коэффициентом запаса прочности 1,2, что намного выше стандартного порогового значения для горнодобывающей промышленности Китая, равного 1,05».
«Они обнаружили максимальное смещение в верхнем гравийном горизонте около 5 мм, что немного и ожидаемо, если нижележащие формации устойчивы. Кроме того, воздействие вибрационной нагрузки как на склон, так и на наклонные шахты было минимально, а слой неустойчивой породы в контексте общего анализа также не представлял из себя проблему».
PLAXIS помог рабочей группе не только оценить динамический эффект вибраций от поездов на склоны и тоннели, но также понять влияние разнообразных геологических особенностей, таких как галечник верхнего горизонта, подстилающий песчаник и неустойчивая хлористая порода.
Безопасный рудник — прибыльный рудник
«По всему миру нет двух одинаковых рудников, а инженерам-геомеханикам приходится рассматривать великое множество аспектов условий горнодобывающих объектов», — говорит Питер Нитлинг, директор подразделения Seequent по добыче полезных ископаемых.
«От различных геологических сложностей и нюансов до прочих возникающих по естественным причинам проблем, таких как сейсмическая уязвимость».
Питер обладает более чем 30 годами опыта в горнодобывающей промышленности, которые крайне полезны для его работы в Seequent, и понимает, что безопасность имеет первостепенное значение.
«Мы всегда должны думать о том, каким образом лучше всего обеспечить безопасность наших сотрудников, оборудования и технологического процесса», — говорит он. «А это означает обладать лучшим пониманием окружающих условий».
В отличие от строительных материалов, в сфере которых все вполне понятно и под контролем, в свойствах горных пород существует гораздо больше аспектов, которые необходимо рассматривать с учетом изменений.
«Обладание правильными данными и инновационным инструментом для создания подробных геотехнических моделей, таким как PLAXIS, помогает обеспечить скрупулезную оценку сложного механического поведения грунтов и скальных пород», — говорит Питер.
«На руднике Лаохутай две наклонные шахты выступают в качестве критически важных порталов для всего рабочего процесса», — добавляет он. «С экономической точки зрения крайне важно держать тоннели открытыми, а рудник в рабочем состоянии, и самое главное — поддерживать безопасность».
Модель, созданная в PLAXIS методом конечных элементов, показывает расположение двух наклонных шахт, которые последовательно проходят через различные слои горных пород. (Изображение предоставлено Многопрофильным институтом цифровых публикаций)
Расширение возможностей инженеров-геомехаников в горнодобывающей отрасли
Ценность исследования Института MDPI для инженеров-геомехаников — это возможность видеть PLAXIS в действии с тем, чтобы помогать решать подобные сложные аналитические сценарии, связанные с устойчивостью и поведением «напряжение-деформация».
Сравнение результатов анализа с проведенным на месте мониторингом значительно укрепило веру исследователей в PLAXIS, анализ методом конечных элементов и числовую модель объекта.
«Это серьезное испытание. Мы получаем много знаний и высокий уровень уверенности, когда результаты надежны и подтверждают коэффициент запаса прочности», — говорит Питер.
«И даже когда результаты отличаются, они по-прежнему ценны, поскольку мы можем спросить, что еще необходимо для того, чтобы раздвинуть границы возможного и выстроить нашу технологию, чтобы лучше справляться со сложными промышленными задачами».
Хотите узнать, как PLAXIS может оказывать еще большую поддержку инженерам-геомеханикам в отрасли добычи полезных ископаемых? http://www.seequent.com/products-solutions/plaxis/
Хотите попробовать работать с PLAXIS?: https://go.virtuosity.com/plaxis-trial