A theoretical and numerical approach to investigate critical aspects of ore-flow in deep cave mining
Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und Habilitationsschriften › Dissertation
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Abstract
Der Erzfluss spielt im Bruchbau kann über Effizienz, Rentabilität und Sicherheit des Betriebs entscheiden. Ziel dieser Dissertation war ein Werkzeug, mit dem kritische Punkte des Erzflusses in großen Bergwerken untersucht werden können. Dahingehend wurde die Diskrete-Elemente-Methode (DEM), die auf physikalischen Gesetzen basierende Kontaktmodelle verwendet, zur Untersuchung des Materialverhaltens ausgewählt. Eine Limitierung von DEM-Modellen im realen Maßstab großer Abbaukammern ist der hohe Rechenaufwand. Vereinfachungen des Materials sowie des Modells sind somit innerhalb gewisser Grenzen erforderlich. Das Material muss anschließend in der Software kalibriert werden. Dies gilt insbesondere für Material, das aufgrund seiner Größe oder der inhomogenen Fragmentierung für übliche Laborexperimente ungeeignet ist. Hinsichtlich der Vereinfachungen wurde die Methode der künstlichen Schubmodulreduktion getestet und konnte in ihren Grenzen angewandt werden. Weiterhin wurde die Partikel-Skalierungsmethode für ein einfaches und ein komplexes Materialgemisch getestet und erfolgreich in die Simulationen implementiert. Nach erfolgreicher Testung wurde die Berechnung mit Grafikkarten (GPUs) in dieser Arbeit verwendet. Durch die Kombination dieser Maßnahmen konnte die Berechnungszeit um ein Vielfaches gesenkt werden. In einer Parameterstudie wurde untersucht, wie eine realistische Schüttdichte beim Befüllen eines großen DEM-Modells erreicht werden kann. Anschließend wurde eine neuartige Kalibrierungsmethode für große DEM-Simulationen im Bergbau etabliert. Die Basis für die Kalibrierung bilden Messungen des Böschungswinkels an Abzugspunkten im Bergwerk und empirische Erzflussdaten aus Blockbruchbauten. Dies führte zur erfolgreichen Kalibrierung eines repräsentativen Materials, das in weiterer Folge zur Untersuchung des Erzflusses in unterschiedlichen Situationen eingesetzt wurde. Erste Anwendung fand das entwickelte Werkzeug im neuartige Raise-Caving (RC) Verfahren, das derzeit in Zusammenarbeit mit LKAB Kiruna, Schweden, entwickelt wird. Verfügbare Materialdaten wurden aus dem Bergwerk Kiruna entnommen, um eine Verbindung zum dortigen Eisenerz herzustellen. Als erster Punkt wurde der Einfluss der Ausfluss-Dynamik sowie der Wandstruktur auf das Ergebnis getestet. Weiters wurde der Einfluss der Ziehglocken-Neigung auf den Erzfluss analysiert, um einen günstigen Winkel zu finden. Anschließend wurden die Abzugspunkt-Abstände untersucht, um den optimalen Abstand für eine vollständige Gewinnung bei gleichzeitig geringem Infrastruktur-Kosten zu finden. Die Ergebnisse deuten dabei auf einen Vorteil der großen Ziehglocke im Vergleich zu konventionellen BC Ziehglocken hin. Es wurden verschiedene Ziehpunktmuster vorgestellt und Konzepte der Ziehglocken- und Abzugspunktgestaltung vorgeschlagen. Ein horizontaler Querschnitt zeigte zudem elliptische Flusszonen anstelle von vollkommen kreisförmigen Zonen. Dies wurde bereits von Forschern in der Literatur diskutiert, ist aber in den BC-Leitlinien noch nicht berücksichtigt. Es wurden Untersuchungen zur Form der Stirn des Abzugspunktes durchgeführt. Die Erkenntnisse daraus sind besonders wichtig für die korrekte Positionierung von Abzugspunkten bei der Grubenplanung. Des Weiteren wurde festgestellt, dass es einen Zusammenhang zwischen der Ausrichtung des Abzugspunktes zur Ziehglocke und der Mitte der Flusszone gibt. Weiters wurde die notwendige Entnahmemenge untersucht, um genügend freie Oberfläche oberhalb der Abbaukammer zu schaffen. Das freie Volumen muss sichergestellt werden, um das Volumen des gesprengten Materials sowie die Sprenggase zu beherbergen. Eine einfache Berechnung der gesprengten Schicht könnte die benötigte Entnahmemenge unterschätzen und eine Überwachung des freien Volumens wird als notwendig erachtet. Schließlich wurde ein großmaßstäbliches Modell der neuartigen großen Ziehglocke mit 2
Details
Titel in Übersetzung | Ein theoretischer und numerischer Ansatz zur Untersuchung kritischer Aspekte des Erzflusses im tiefen Bruchbau |
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Originalsprache | Englisch |
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Betreuer/-in / Berater/-in |
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Status | Veröffentlicht - 1800 |