PGCA---基于元胞自动机算法的崩落过程模拟(Cellular Automata)
1. 引言
崩落采矿(包括分段崩落和自然崩落)的崩落和应力再分布过程涉及大变形、沿着预存在的节理和层理面的剪切、完整岩石块体的断裂以及岩体的破碎，理论上离散元软件PFC和3DEC完全可以模拟岩石块体的崩落过程。不过，由于计算规模和时间要求，使用离散元模拟矿山尺度的问题是不可能的。离散元发展早期(大约1985年)，曾经使用离散元和边界元的耦合方法(Hybrid DEM-BEM)来克服这一限制。2001年，Dr. Cundall在他的论文《A discontinuous future for numerical modelling in geomechanics?(地质力学数值模拟的不连续未来?)》中陈述到“The application of particle methods to large-scale problems is currently difficult or impossible because of high computional demands. It is shown that such applications should be feasible with ten years, and certainly within 20 years.(由于计算要求高，颗粒方法在大规模问题上的应用目前是困难的或不可能的。研究表明，这种应用在10年内应该是可行的，在20年内肯定能实现。)"
尽管现在的算力已经远远超越了21世纪初，但要使用离散元模拟矿山规模的问题仍然面临着巨大挑战。Itasca除了开发专用的REBOP(Rapid Emulator Based On PFC)外，CAVESIM使用元胞自动机(cellular automata)算法模拟崩落过程，元胞自动机方法非常适用于离散系统中的大和复杂的问题。在此基础上，使用REBOP–FLAC3D(2018)和CAVESIM–FLAC3D(2018,2022)耦合方法模拟矿山规模的崩落全过程。近期推出的MASSFLOW则是从另外一种途径模拟崩落过程。除了Itasca的研究之外，其它研究者也开发了不考虑颗粒之间相互作用的模拟方法，如同CAVESIM一样，使用的是均为元胞自动机(cellular automata)算法，典型的软件有FlowSim和PGCA。下面仅讨论PGCA。PGCA (Power Geotechnical Cellular Automata) 是一种基于颗粒流的模拟技术，用于模拟崩落采矿中破碎岩石的流动。该技术考虑了材料特性、崩落带后部限制以及流动过程中的其他影响因素。研究表明，PGCA在运营水平上可以很容易地进行校准，使其成为各种类型和规模的崩落采矿操作的准确预测和规划工具。PGCA的速度和灵活性使其能够快速评估各种类型和规模的崩落作业，使其成为采矿业预测和规划的宝贵工具。并且它包含可以用于优化资源回收的关闭算法。PGCA已经应用于回收预测、调度和放矿优化。PGCA通过使用元胞自动机(cellular automata)来工作，元胞自动机是由细胞网格组成的离散计算模型，每个细胞具有有限数量的状态。细胞根据一组规则随时间进化，这些规则取决于相邻细胞的状态。在PGCA中，细胞代表破碎岩石的颗粒，规则根据材料属性和崩落约束来控制它们的相互作用和运动。与其他模拟技术相比，PGCA中的颗粒间相互作用可以更准确地表示崩落采矿中破碎岩石的流动。这是因为该模型可以考虑这些环境中发生的复杂流动机制，例如细颗粒迁移和崩落反向传播的影响。
PGCA最先应用在Ernest Henry矿(Transition of the Ernest Henry Mine from Open Pit to an Underground Sublevel Cave)，随后应用在一些全球知名的分段崩落法的矿山，例如Malmberget, Kiirunavaara和Carrapateena，详情参看文后的参考文献。
3. PGCA与Deswik集成
PGCA集成在Deswik【采矿软件Deswik 2023使用方法】的Deswik.Caving模块中，称作"Open caving simulator"，如下图所示。操作步骤参看PGCA用户手册(照片版共89页)。
4. 参考
[3] (2016) Increasing NPV by a third at an operating SLC mine using draw strategy optimisation. (pdf)【64位GEOVIA Whittle 2022发布】[6] (2018) Draw Control Strategy for Sublevel Caving Mines - A probabilistic approach. (pdf)【CAVING 2022---第5届块体崩落和分段崩落法国际会议】
