坑内空洞崩壊メカニズム解明のための物理モデル実験と数値シミュレーションの活用：事例研究

科学分野:

• 地盤工学
• 鉱山工学
• 岩盤力学

背景:

• 大規模裏込め後の地下金属鉱山において、屋根および周囲岩盤の崩壊の理解と制御は極めて重要である。
• 既存の手法では、これらの複雑な破壊挙動の正確なシミュレーションと緩和策に課題がある。

研究 の 目的:

• 大規模裏込め地下鉱山における空洞破壊後の屋根および周囲岩盤の崩壊メカニズムを調査すること。
• これらの崩壊現象の研究と補強のための包括的な手法を開発し、検証すること。

主な方法:

• 現場調査に基づいた崩壊圧力アーチのアーチ厚計算式の導出。
• 岩盤破壊の動的影響と空間的影響を分析するための実験室規模の類似実験。
• 動的破壊プロセスと安定性進化を分析するための離散要素法（3DEC）シミュレーション。
• 新規の金型と工法を用いた原地グラウチング補強計画の設計と試験。

主要な成果:

• 類似実験は、複雑な条件下での屋根および周囲岩盤の崩壊を正確に表現した。
• 3DECシミュレーションは実験結果とよく一致し、U字型の崩壊ゾーンと屋根の最大変位を示した。
• スラリー補強工法は、現場適用と一致した有効性を示した。
• 新規のグラウチング金型と工法は、シミュレーションの効率と精度を向上させた。

結論:

• 物理的および数値的シミュレーションを組み合わせた包括的なアプローチは、裏込め鉱山における空洞崩壊後の屋根および周囲岩盤の制御の研究に実行可能である。
• 開発されたグラウチング技術は、原地補強と安定性制御のための効果的なソリューションを提供する。
• 本研究は、地下金属鉱山の安全性と運用効率の向上に貴重な洞察を提供する。