מודל של זרימת סלוריות ב Mining Tailings Dams for Stability Analysis Using Ansys Fluents

שם הסרטון: Tailings Dam Stability and Slurry Flow

סכרי זנב מינון הם בין המבנים המונדסים הגדולים ביותר על פני כדור הארץ, שנועדו לאחסן את תוצרי לוואי של פסולת מחוסנים (פרטים) המיוצרים במהלך מיצוי מינרלים.מכשולים אלה חייבים להישאר יציבים במשך עשרות שנים, לעתים קרובות בתנאים סביבתיים קשים ועומסים סיסמיים.כישלון של סכרים זנב יכול לשחרר מיליוני מ"ק של מ"ק של מזחלות רעילות, מה שגורם נזק סביבתי ואובדן חיים עדכניים והפסדים בכישלונות כגון אלה ביציבות גבוהה יותר.

הערכות יציבות גיאוטכניות מסורתיות מסתמכות על שיטות איזון מוגבלות והנחות מדכאות פשוטות.בעוד שהגישות הללו מועילות, הן לעתים קרובות אינן מצליחות לתפוס את ההתנהגות המורכבת, התלת הזמן של הסכר בתוך הסכר. Slurries הם רב-phase, לא-Newtonian נוזל אשר מתפתח לאורך זמן כמו חלקיקים להתיישב, לחזק, ולבטלה.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « להבין את ההבנה של ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

סליגורים הם השעיה של חלקיקים מוצקים דקים (בדרך כלל < 200 מיקרומטר) במים, לעתים קרובות עם ריכוז מוצק גבוה (40%-60% על ידי מסה) התנהגות זרימה של השעיה אלה נשלטת על ידי התפלגות גודל חלקיקים, מינרלים וכימיה מים. בריכוזים גבוהים, מזחלות להראות תכונות לא ניוטוניות: הם יכולים להיות thixotropic (time תלויות), היא חייבת להיות בעלת רמות גבוהות יותר (אונדנטיות), כלומר, כלומר, עד כמה לחץ על ידי לחץ, לפני שצריכים להתגבר על ידי לחץ או לחץ גבוה, אם הם יכולים להיות מושפעת, או לחץ, אם הם משפיעים באופן משמעותי, אם הם נמצאים על ידי נפיחות, אם הם עלולים, כלומר, אם הם יכולים להיות מושפעת, אם הם משפיעים באופן משמעותי, על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי גירויים, אם הם יכולים להיות מושפעת, אם הם יכולים להיות מושפעת, אם הם יכולים להיות מושפעת, או ירידה משמעותית, אם הם יכולים להיות מושפעת, אם הם יכולים להיות מושפעת, אם הם נמצאים על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי גירויים (עד, לפני לחץ על ידי נפיחות, 000).

מודלים לוגיים לטאילינגס סליאורries

כדי מודל סלורי לזרום במדויק ב- ANSYS Fluent, מהנדסים חייבים להגדיר מודל ריאה מתאים.מודלים נפוצים כוללים:

(ב) [ה]] [ה]]: [ה] [ה]]] [ה]]]] [ה]], [ה]], [ה]], [ה]]]]], [היחסים] בין [התעלו] [התעלו] [ה] [התחילה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה]] [ה] [ה]] [ה[ה] [ה] [ה] [ה[ה] [ה] [ה] [ה] [ה]] [ה]]]]]] [ה]]]] [ה] [ה] [ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה]]]]]]]]] [ה[ה[ה[ה[ה[ה]]]] [ה[ה]]]]]]]]]]]] [ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה]]]]]]]]]]]]]]]]] [ה[ה[
(FLT:0)Herschel-BulkleyFreaLT:1) - מודל כללי יותר אשר מהווה מודל מרח-התכום או הירק-התקינג לאחר התשואות.רחבה בשימוש עבור זנבים כי הוא מתאים נתונים ניסיוניים היטב על פני מגוון רחב של שערי Shear.
(ב) ,0) ,Power LawveFLT:1 - שימושי כאשר מתח התשואות הוא רשלני, אך לעתים קרובות לא מספיק עבור מזחלות מוכווצות או מרוכזות מאוד.
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אפיון ניסיוני (למשל, באמצעות רצף סיבובי) חיוני להשיג את הפרמטרים עבור מודלים אלה.ללא נתונים ריתולוגיים מדויקים, סימולציות CFD יכול לייצר תוצאות מטעה.

כוונון ונחישות

עם הזמן, חלקיקים להתיישב תחת כוח הכבידה, להרכיב מיטה צפופה, קומפקטית בקומת הסכר.ההסתירה זו משנה את הקרדי הקרה מקומית ומשפיעה על האבולוציה של לחץ גורר.בכרים רבים, הסכרה מופקדת בשכבות דקות (בהנחה), ומאפשרת מים כדי decant ו מוצק כדי לאחד.

תפקיד ה-CFD ב- Tailings Dam Stability Analysis

ניתוח היציבות של סכר זנב כרוך הערכה של האיזון בין כוחות נהיגה (גריעה, לחץ בעמוד) והתנגדות לכוחות (כוח השרים של חומרי סכר והזנבים עצמם) לחץ מים פור הוא גורם קריטי כי זה מפחית מתח יעיל, הורדת כוח הירר.פיD מאפשר למהנדסים לדמות את האבולוציה של לחץ פואר לאורך כל סכר כמו שול, מלוכד, ומחולק ממגמים אלה לא ניתן להשיג.

יכולות המדיה הרב-תכליתיות וה ⁇ של ANSYSent מאפשרות לטפל בזנבים כתערובת נוזלית-סולנית נעה דרך מדיום ⁇ (הזנבים המשולבים ומבנה הסכר) Coupling CFD עם ניתוח התקנה סופית גיאוטכני (למשל, באמצעות מסלול אחד או שני-דרכות נתונים) מספקת אפילו יותר תובנה, אך ורק לשרירים יכולים כבר לבד, להזין את המהירות הקונבנציונאלית, לתחומים חופשיים, ליציבות של אבטחה חופשית.

שיטות דוגמנות ב- ANSYS Fluent

בחירת המודל הפיזי הנכון ב Fluent היא אבן הפינה של סימולציה מוצלחת.התתתות הבאות מפרטות את הגישות הרלוונטיות ביותר עבור זנבים סכרים.

מודלים של Multiphase Flow Models

לוחות טאילינג הם רב-phase מטבעם. ANSYS Fluent מציעה מספר אפשרויות:

(FLT:0) כרכים של פלויד (VOF) מודל ההרחבה 1:1 - הטוב ביותר בעת מעקב אחר ממשק ייחודי בין הזחלים ואוויר (או מים), למשל, במהלך החוף או בבריכה דה קנטנט. VOF לוכד דינמיקות ללא הגבלת ביטחון, אך אינו מודל של חלקיקים נפרדים; הזחלות מטופלות כנוזל יחיד עם מתודולוגיה מוגדרת למשתמש.
(FLT:0)Eulerian-Eulerian ModelFearLT:1 ; מתייחס לכל שלב (מים, מוצקים) כהמשך בין-יבשתי עם מהירות משלו, טמפרטורה ושבריר נפח.זוהי הגישה הקפדנית ביותר עבור מזחלות צפופות שבו אינטראקציות חלקיקים חלקיקים חלקיקים חלקיקים-חלקיק הם משמעותיים.הוא דורש מודלים סגורים לגרור, להרים, לחץ גרפי (למשל, התיאוריה של מידע קינטית היא מספקת חישובי מורכב).
(FLT:0) Mixture ModelFLT:1 - מודל אוילרי פשוט שמפתור משוואה תנופה אחת לתערובת ומשתמש ביחסים אלגבריים למהירויות חלקות בין השלבים.
<חזק>Discrete שלב מודל (DPM) - מתייחס חלקיקים כמו אלמנטים בודדים Lagraian בנוזל מתמשך. Appropriate עבור טעינה דלת מוצקה (<10% נפח) אבל לא מעשי עבור זנבים צפופים בשל עלות חישובית.

עבור סכרים זנבות פתורים טיפוסיים, הגישה האורלרית-Eulerian או מודל התערובת (עם סגירה מתאימה לגרור וליישב) מומלץ להשתמש במודל VOF בשילוב עם אחד הדגמים האלה למעקב חופשי-מבטיח.

מודלים לא-ניו-טוניים Rheology

Fluent מאפשר למשתמשים להגדיר את הסטיות הלא-ניוטוניות באמצעות פונקציות מבוססות משתמש (UDFs) או על ידי בחירת אחד הדגמים המובנות (Bingham, Herschel-Bulkley וכו ') עבור סימולציה זנב:

בחר את המודל התרולוגי המתאים המבוסס על נתונים ניסיוניים.אחסן את הפרמטרים (לחץ כבד, אינדקס עקביות, אינדקס זרימה) במסד הנתונים החומרי.
אם השבר המוצק משתנה באופן מרחבי, השתמש ב- UDF כדי להפוך את הפרמטרים התרולוגיים תלויים בשבריר הנפח המקומי של מוצקים.זה קריטי כי הנפיחות ליד נקודת השחרור פחות מרוכזת מאשר המיטה המתיישבת.
אזורי מדיה דינמיים חזקים או אזורי מדיה ⁇ לאזורים שקמו לתוך עוגה מוצקה כמו.

נפילה נפוצה היא באמצעות היערכות של ניוטון, אשר מפספס לחלוטין את התנהגות התובלה של התשואה. מתח קטן (למשל, 5 Pa) יכול להשפיע באופן דרמטי על פירוק מתח וזרימה חזיתית.

תקשורת פורה וקונסולה

ברגע שהזנבים נרגעים, הם מתנהגים כמדיום ⁇ עם יכולת מופחתת כמו עצירות התקדמות העצירה.בפלונט, אתה יכול להגדיר אזורי ⁇ עם אחריות כיוון ותפקוד מוגדר למשתמש לעדכן את הכדאיות בהתבסס על שבריר מוצק מקומי.זה מאפשר סימולציה של תהליך ההסתה: בתחילה שבריר מוצק נמוך (שלמות גבוהה) בהדרגה מעבר לרמה נמוכה של יכולת ניתוח להפחתה נמוכה.

צעדים בתהליך הדוגמנות

זרימת עבודה חזקה מבטיחה כי הסימולציה היא מדויקת וניתנת לחישוב.

גאומטריה ודור מרש

הגיאומטריה של סכר זנב כולל את האמבנקמנט סכר, רצפת אגן, את בריכת דה קנט, ואת צינור הפרשות הזחלות או spigot. במקרים רבים, הסכר גדל לאורך זמן; מודל 3D יכול לשלב בנייה ממותת באמצעות אזורים מרובים או תנועה דינמית.

משטח חופשי (שנוקק באופן חטוף ליד ממשק האוויר-החל).
אזור השחרור של סליורי (High Speed ⁇ s).
דאם בפנים ובסיס (שם כוננו לחצים).

מברשות היברידיות (tetrahedral באזורים מורכבים, hexahedral בסעיפים סטרייטיים) נפוצים. a Network-independentence יש לבצע לפחות שתי מלקות (coarse / fine) כדי להבטיח כי הלחץ המפונק וחזיתות זרימה לא רגישים.

תנאים מורכבים ונכסים חומריים

תנאי גבול מרכזיים כוללים:

(ב) ,0) ,Inletph1 (ב) - שיעור הזרימה, חלקיק נפח מוצק, פרמטרים ריאה (או UDF כדי לשנות אותם).
(ב) ⁇ :0Outletph:1 ; decant Mountain Surface או toe ניקוז בדרך כלל להגדיר לחץ החוצה עם ראש הידרוסטטי קבוע.
(ב) ,0Wallssph 1 (ב) - פני סכר ורצפה אגן: אין צליף מתאים לשלבים הנוזליים, עם לחץ הרהר הנצמד מהריולוגיה.
(ב) ,0) ,SymmetryFLT:1 - השתמש אם הגיאומטריה של סכר הוא סימטרי.

תכונות חומריות חייבות להיות מוגדרות לכל שלב.עבור שלב מוצקים במודל אוילרי, לציין צפיפות, קוטר חלקיקים ומודלים של סטיות גרניט.שלב הנוזלי (מים) משתמש בתכונות סטנדרטיות.זכור לציין גודל זמן מתאים: תוכניות מפורשות עשויות לדרוש צעדים קטנים מאוד (למשל, 0.001 s) כדי לשמור על יציבות באזורים בעלי מתח גבוה.

הגדרות Solver וסימולציות

עבור סימולציות קבועות של חיפוי ומיזוג:

השתמש ב- PISO או באלגוריתם SIMPLE עבור הפיכה בלחץ.
ניתן למשוואה השברירית של ה-Eslerian Model, או להגדיר את תוכנית ה-VOF במפורש אם תעקבו אחר פני השטח החופשי.
בחר דיסקרטיזציה מרחבית מסדר שני עבור מומנטום ושבריר נפח כדי להפחית את ה diffusion המספרי.
הגדר את הגורמים להפחתה בתשומת הלב – זרימת מתחים קלים יכולה להיות רגישה לגורמי הרפיה מתחת ל 0.3.
ראשית, השתמש התחום עם נפח אוויר קטן מעל המיטה הראשונית זנבות. השתמש באזורים תיקון כדי להגדיר גובה סלורי ראשוני.

הפעל את הסימולציה מספיק זמן פיזי כדי ללכוד את מחזור ההצבה המלא (שעות עד ימים של זמן אמיתי) צ'ק התכנסות בכל שלב: שאריות צריך לרדת לפחות שלוש פקודות של גודל.

פוסט-Processing and אימות

לאחר הסימולציה, הכלים של ANSYS Fluent יכולים לדמיין:

סיורים של לחץ פועם ולחצים יעילים.
חלקיק נפח של מוצקים כדי להראות את פרופיל החוף ואת החזית של איחוד.
לוחות Vector של מהירות סלורית, המציין אזורים של זרימה מועדפת שעלולה להוביל לצנרת.
מיקום חופשי-surface להשוואה עם תמונות אוויריות או תמונות של מזל"טים.

אימות הוא חיוני.השוואה בין לחץ פוחת במעמקים שונים עם קריאה מדפסת בפועל.אם הסימולציה מתאימה נתונים שדה בתוך סובלנות מקובלת (למשל, ±15%), ניתן להשתמש במודל כדי לחזות התנהגות עתידית או לבחון שינויים בעיצוב.

שיקולים מעשיים לניתוח יכולת

המטרה הסופית של סימולציה CFD היא לספק נתונים לניתוח יציבות כמותית.התצומים הבאים שימושיים במיוחד:

(FLT:0)שדה מדכא-הלחץ של FLT:1 - ישירות שקוע בתוכנות של הגבלת-equilibrium (למשל, SLIDE, GeoStudio) באמצעות מפת לחץ. לחץ גבוה במסה של זנבות להפחית כוח יעיל להעלות את הסיכון ללחיצת תגמול סטטי.
(ב) ,0) , Shear Stress DistributionFLT:1 - פלורנט יכול למקם את הלחץ של שר מופעל על ידי הקררה על רצפת הסכר והקירות. השוואת אלה לכוח העצום של חומרי היסוד מעידה על כך שכישלון הוא סביר.
(FLT:0) מיקום חופשי-קרקעות (FLT:1) - גובה פני השטח הפדרטיים בתוך הסכר הוא קלט קלאסי עבור תרשימים יציבות.
(ב) ,0) ,Slurry Flow PathsFLT:1 ; וקטורים מהירים יכולים לחשוף שחיקה פנימית (פיפינג) אם אזורי שפע גבוהים נמצאים ליד הליבה או הבסיס של סכר.

מהנדסים משלבים לעיתים קרובות את תוצאות ה-CFD עם ניתוח לחץ סופי (למשל, באמצעות Ansys מכני) כדי לחדד את הגורם של בטיחות נגד כישלונות מתפתלים ועיוותים. גישה זו מספקת תמונה מלאה יותר מאשר כל שיטה לבד.

מחקרים ויישומים

כמה פעולות כרייה השתמשו ב- ANSYS כדי לנתח את ניהול הזנב שלהם.

מכרה נחושת בצ'ילה עיצבה את הפירוק של זנבים בסכר בעמק כדי לייעל את המיקום הניגוט ולהקטין את הסיכון להפחתה יתר.הסימולציה הראו כי העברת נקודת השחרור 20 מ' במעלה הזרם הפחיתה את גובה פני השטח הפפראטי על ידי 3 מ', שיפור הגורם של בטיחות מ-1.2 עד 1.5.
מכרה זהב במערב אפריקה השתמש במודל Eulerian-Eulerian עם Herschel-Bulkley rheology כדי להעריך את שיעור הניתוק בלחץ סכר זנב עבה.התוצאות הובילו למתקן של שכבות ניקוז אופקיות נוספות, אשר קוצר את זמן ההנצחה מ 18 חודשים עד 10 חודשים.

בעוד פרטים הם קנייניים, דוגמאות כאלה מראות את הערך המעשי של CFD בזינבכי סכר הנדסה.

גבולות ואתגרים

אין סימולציה מושלמת.מגבלות מפתח של הגישה המתוארת כוללות:

(FLT:0) חישוביות עלות גבוהה (FLT:1) - סימולציות גבוהות של Eulerian-Eulerian עם מודלים DEM-coupled יכול לקחת ימים על ריבוי של יצירות.
(FLT:0)RheologicalureFLT:1 - זנבים תכונות להשתנות עם תוכן מינרלים, צורה חלקיקים וכימיה מים.הסימולציה היא רק טובה כמו נתוני rheology קלט, אשר ייתכן שלא נציג של כל שלבי הפירוק.
(FLT:0Simplified Geotechnical constitutive LawsFLT) 1:1 - פלורנט אינו מודל טבעי של התנהגות הלחץ של מבנה הסכר המוצק. coupling CFD עם FEA גיאוטכני עדיין משימה מיוחדת הדורשת מיפוי נתונים זהיר.
(FLT:0)Validation DataFLT:1 - מכרות רבות חסרות כלי מקיף (piezometers, Inclinometers) כדי להשוות נגד ללא אימות, הסימולציה נותרה כלי צפוי עם דיוק לא ידוע.

למרות האתגרים הללו, השימוש ב-CDC ליציבות סכרים גדל במהירות ככל שהכוח החישובי גדל, וככל שהלחץ הרגולטורי דורש הערכות סיכון כמותיות יותר.

מסקנה

מודלים של זרימת סלורים באגדות כרייתות באמצעות ANSYS Fluent מספק בסיס חזק לניתוח יציבות. על ידי לכידת האופי הרב-phase של הזחלות, הקרות הלא-ניו-טוניות שלה, והאבולוציה של לחץ חזק לאורך זמן, מהנדסים יכולים לזהות מנגנונים של ניהול קפדני יותר שיטות פשוטות יותר להחמיץ את זרימת העבודה - יצירתמטריה, תנאי גבול, פריסת, ניתוח שפעת, ואפקט בטוח יותר, כמו טיפול פסיכולוגי, כמו גם שיפור חזק יותר ויותר בטוח יותר, כמו גם לחץ על פני זמן, כמו גם לחץ חזק יותר ויותר בטוח יותר ויותר.

(ב) לקרא עוד על הפיזיקה הבסיסית והפרקטטיקות הטובות ביותר, להתייעץ עם ה-FLT:0;01 ;01) ,(הועד הבינלאומי על Mining and Metals (ICMM) להנחיות ניהול זנבות של יישומים של LT 3, ו-FLT:4Geoengineer.orgs סכרים משאבים נוספים על Minings;5 תובנה נוספת ל-Rraology ניתן למצוא באמצעות זחלים.