Finite Element Method Application to Determine Appropriate Splitting Parameters for Dimensional Stone Quarries

• Autorzy: Pham Van Viet , Nguyen Anh Tuan , Pham Van Hoa

Identyfikatory

DOI

10.29227/IM-2020-02-13

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie metody elementów skończonych do określania odpowiednich parametrów łupania w kamieniołomach kamieni blocznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In dimension stone extraction, there have existed many block cutting techniques from intact rock or from a large block to smaller blocks such as disc sawing, chainsawing, diamond wire sawing and splitting techniques, one of which still has recently been used with the other modern methods is splitting techniques. The usage of the splitting methods has still based on the practical experience of mining workers on calculating the spacing of two holes in the co-planar line, resulting in increasing the roughness of the cutting face. The paper studies a relationship between beating force and two-hole spacing based on rock mass properties of dimension stone in order to find proper splitting parameters. The paper deploys the Finite Element Method (FEM) with computer simulation in 2D using Phase2 software. From input data including rock mechanics (unit density, Young’s modulus, Poisson’s rate), compressive pressure on the hole wall due to the force, the spacing, the simulation represents stress and displacement distributions along the two adjacent holes. A regression function for a relationship between the pressure and the spacing is established with the results of stress distribution along the two adjacent holes, compared to uniaxial tensile strength through running the software, which leads to making suggestions to appropriate splitting parameters.

PL

W zakresie wydobywania złoża kamieni blocznych istniało wiele technik cięcia bloków, od nienaruszonej skały lub od dużych bloków do mniejszych bloków, takich jak piły tarczowe, piły łańcuchowe, piły diamentowe i tech-niki łupania, z których jedna jest ostatnio używana z drugą nowoczesną metody to techniki dzielenia. Stosowa-nie metod łupania nadal opiera się na praktycznym doświadczeniu górników przy obliczaniu rozstawu dwóch otworów w linii współpłaszczyznowej, co skutkuje zwiększeniem chropowatości czoła skrawania. W artykule zbadano zależność między siłą uderzenia a rozstawem dwóch otworów na podstawie właściwości górotworu kamieni blocznych w celu znalezienia odpowiednich parametrów rozłupywania. W artykule zastosowano meto-dę elementów skończonych (MES) z symulacją komputerową 2D przy użyciu oprogramowania Phase2. Na pod-stawie danych wejściowych obejmujących mechanikę skał (gęstość jednostkowa, moduł Younga, współczynnik Poissona), ciśnienie ściskające na ścianę otworu spowodowane siłą, rozstaw, symulacja przedstawia rozkłady naprężeń i przemieszczeń wzdłuż dwóch sąsiednich otworów. Na podstawie wyników rozkładu naprężeń wzdłuż dwóch sąsiednich otworów, w porównaniu z jednoosiową wytrzymałością na rozciąganie po uruchomieniu oprogramowania, ustala się funkcję regresji zależności między ciśnieniem a rozstawem, co prowadzi do sugestii dotyczących odpowiednich parametrów rozłupywania.

Słowa kluczowe

EN

dimension stone; splitting techniques; simulation; finite element method; FEM

PL

kamienie bloczne; techniki łupania; symulacja; metoda elementów skończonych

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2020
• Tom: no. 2, vol. 1
• Strony: 95--103
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Pham Van Viet

• Hanoi University of Mining and Geology, Hanoi, Vietnam

autor

Nguyen Anh Tuan

• Hanoi University of Mining and Geology, Hanoi, Vietnam

autor

Pham Van Hoa

• Hanoi University of Mining and Geology, Hanoi, Vietnam

Bibliografia

• 1. Ashmole, I., & Motloung, M. (2008). DIMENSION STONE : THE LATEST TRENDS IN EXPLORATION AND PRODUCTION TECHNOLOGY Greenstone Marble and Granite ( Pty ) Ltd Finstone (SA ) ( Pty ) Ltd. 35–70.
• 2. Carvalho, J. F., Henriques, P., Falé, P., & Luís, G. (2008). Decision criteria for the exploration of ornamental-stone deposits: Application to the marbles of the Portuguese Estremoz Anticline. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 45(8), 1306–1319. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2008.01.005
• 3. Koutromanos, I. (2018). Fundamentals of Finite Element Analysis: Linear Finite Element Analysis. John Wiley & Sons.
• 4. Luodes, H., Selonen, O., & Pääkkönen, K. (2000). Evaluation of dimension stone in gneissic rocks -- A case history from Southern Finland. Engineering Geology, 58(2), 209–223. https://doi.org/10.1016/S0013-7952(00)00059-4
• 5. Majeed, Y., Emad, M. Z., Rehman, G., & Arshad, M. (2019). Block Extraction of Himalayan Rock Salt by Applying Conventional Dimension Stone Quarrying Techniques. 55(4), 610–625. https://doi.org/10.1134/S1062739119045965
• 6. Merke, G. (2000). Sustainable development in the natural stone industry. Roc Maquina, 56–58.
• 7. Mining, I. A.-S. S., & 2004, U. (n.d.). Dimension stone: the small scale mining potential in South Africa.
• 8. Rocscience Inc. (2005). a two-dimensional finite element analysis program (Phase2 v6.0).
• 9. Sanchidrian, J. A., Garcia-Bermudez, P., & Jimeno, C. L. (2000). Optimization of granite splitting by blasting using notched holes. Fragblast, 4(1), 1–11. https://doi.org/10.1080/13855140009408059
• 10. Shafer, S. L. (2010). Wedge components of the Hydraulic Stone Splitter. Anesthesia and Analgesia, 111(6), 1561. https://doi.org/10.1213/ANE.0b013e3182009a22
• 11. Shi, G., Huang, C., Liao, W., Li, J., & Minxiong, X. (2020). Study of the influence of heat treatment process on the mechanical performance of wedge shaped components. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 738(1). https://doi.org/10.1088/1757-899X/738/1/012021
• 12. Tambovtsev, P. N. (2015). Physical simulation of stone block cutting under impact action on plastic substance in drill hole. Journal of Mining Science, 51(1), 73–80. https://doi.org/10.1134/S106273911501010X

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).