矿石崩落重力流模拟器MassFlow (1)

文摘   科技   2024-10-01 09:35   内蒙古  
1. 引言
破碎岩石的重力流模拟【破碎岩石的重力流 (gravity flow of broken rock)】是崩落采矿的一个非常重要的研究方向【崩落地质力学(Caving Geomechanics)---基于公众号文章的回顾】,因为它直接影响着矿石回收和矿石贫化,模拟的主要方法有元胞自动机(cellular automata)法,如CAVESIM和PGCA【PGCA---基于元胞自动机算法的崩落过程模拟(Cellular Automata)】及离散元法,如PFC3D和REBOP。

MassFlow是Itasca开发的重力流模拟器(gravity flow simulator),它旨在模拟采矿作业中崩落岩石的流动,特别是块体崩落法(block caving)。MassFlow用于优化放矿点布置、预测气隙(air gaps)、估算回收率、贫化和细粒迁移。MassFlow 可以独立运行,也可以与 FLAC3D 或 3DEC 结合使用,评估应力和岩石屈服,从而在分析中集成应力效应(stress effects)。

本文概述了Massflow的特性和功能,介绍什么是Massflow、它目前的应用以及我们可以用它来做什么,还将讨论Massflow背后的一些历史、Massflow 是如何工作的,以及它背后的算法和逻辑。此外,还将介绍 Massflow 的顺序模拟(sequential modeling)。目前,使用 Massflow 有两种选择:一种是独立使用,另一种是与FLAC3D和3DEC结合使用。

2. MassFlow的主要特点
(1) 重力流模拟(Gravity Flow Simulation):模拟崩落岩石在重力影响下流动时的行为,这对于了解地下采矿的开采过程至关重要。
(2) 改进REBOP的逻辑(Improved Logic Over REBOP):MassFlow 建立在之前REBOP 程序的概念之上,提高了流动行为模拟的准确性和效率。REBOP(Rapid Emulator Based On PFC)是基于PFC3D发展出来的。
(3) 交互式放矿(Interactive Draw):它模拟隔离运动区域 (IMZ, isolated movement zones)之间的停滞材料之间的相互作用,有助于更好地预测流动和出矿。
(4) 综合输入要求(Comprehensive Input Requirements):用户需要提供各种参数,包括崩落岩石的预期特性(如破碎度和孔隙度),这些参数会显着影响模拟结果。
(5) 基于标记的跟踪(Marker-Based Tracking):使用标记(markers)来量化和可视化崩落过程中岩石的运动,从而可以对岩石行为进行详细分析。
总体而言,MassFlow 是采矿工程师和研究人员的重要工具,可提供有关材料流动动力学(flow dynamics)和出矿效率的重要见解。
参考:

(1) MassFlow Theory and Background

(2) Massflow Coupling Example

(3) massflow compute command

(4) Massflow SLC Example

(5) Massflow Tutorial

(6) massflow drawpoint import-drawbell command


3. 应用领域
目前,MassFlow应用的主要采矿方法有:
(1) 块体和盘区崩落法
(2) 分段崩落法
(3) 分段空场法
(4) 露天-地下相互作用
MassFlow可以用于:
(1) 优化放矿点间距,实现均匀放矿,最大限度地减少孤立放矿;
(2) 优化放矿策略,最大限度地提高回收率并减少贫化;
(3) 了解碾压、细粒迁移和二次破碎对崩落性能的潜在影响;
(4) 跟踪崩落区内材料的流动和混合情况;
(5) 估算崩落增长和沉降对地表的影响。

4. 解题步骤
(一) 输入数据
MassFlow的输入数据可以分解为4个步骤:
(1) 导入块体模型
massflow mine-block import "mineBlocks.csv"
(2) 导入放矿点位置
massflow drawpoint import "drawpoints.csv"
(3) 导入放矿点形状
massflow drawpoint import-drawbell "drawbells.csv"
(4) 导入每个周期每个放矿点的放矿吨位
massflow drawpoint import-drawperiod "drawperiod.csv"

(二) 计算设置
(1) marker

massflow marker initialize spacing 0.2

massflow marker report-period 10

massflow marker import-trace "tracemarkers.txt"


(2) record mass in tables

massflow record name 'Sublevel Caving' 

massflow record name 'all DPs' cumulative true

massflow record name 'DP1' drawpoint 'DP1' cumulative true


(3) initialize

massflow initialize layer-thickness 0.5 percent-empty 0.75 save-days 100 compute-days 500

massflow clean


(4) compute

model update-interval 100

massflow compute

model save "massflow.sav"


(5) results

massflow marker trace-report

massflow drawpoint extraction-report

massflow marker size-distribution


(三) 结果输出
MassFlow的计算结果可图形输出以下数据:

5. MassFlow输入向导
MassFlow输入向导是MassFlow软件的一个结构化设置过程,便于用户定义和准备进行MassFloe模拟所需的输入数据,该向导简化了与采矿作业、放矿点和分析所需的材料属性有关的参数输入。
上图输入向导步骤产生出如下代码:
model new
massflow mine-block import "mineBlocks.txt"
massflow drawpoint import "drawpoints.txt"
massflow drawpoint import-drawbell "drawpoints.txt"
massflow drawpoint import-drawperiod "drawperiods.txt"
massflow marker import-trace "tracemarkers.txt"
massflow initialize save-days 100 compute-days 500 filename "markers" tensile-ucs-ratio 0.1 base-fragment-size 0.05 layer-thickness 0.5 percent-empty 0.75 imz-update 2 massbalance-lower 0.1 massbalance-upper 2.0 rill-days 1
massflow record name "table" cumulative true
massflow marker initialize spacing 0.25
massflow marker filename "markers"
massflow marker report-days 100
massflow clean 
massflow fines-migration on
massflow secondary-fragmentation on
massflow compute

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