| 研究課題/領域番号 |
22K04996
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分31020:地球資源工学およびエネルギー学関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
福田 大祐 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (80647181)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2024年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | 鉱物資源開発 / 破砕エネルギー効率向上 / 穿孔発破による岩盤破砕の高度制御 / 発破起砕物の物質移動の高度制御 / 多軸応力作用下での岩盤の複雑な破壊機構 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
鉱物資源開発における破砕エネルギー効率は現在も著しく低く，その向上は喫緊の課題である．この実現のためには，破砕工程最上流の穿孔発破による岩盤破砕と発破起砕物の物質移動の高度制御が必要条件となる．採鉱では，多軸応力作用下にある岩盤を発破により衝撃的に破砕するが，多軸応力作用下での岩盤の複雑な破壊機構には未解明な点が多く，本研究ではこれを高度に解析可能な破壊解析法を開発する．その上で，多軸応力下の影響を受ける発破問題に対して開発した解析法を適用し，発破起砕物内の微視/巨視き裂群の造成機構や発破起砕物の複雑な物質移動機構を解明し，鉱物資源開発における破砕エネルギー効率改善への寄与を目指す．
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| 研究実績の概要 |
鉱物資源開発における破砕エネルギー効率は現在も著しく低く，その向上は喫緊の課題である．その実現のためには，破砕工程最上流の穿孔発破による岩盤破砕と発破起砕物の物質移動の高度制御が必要条件となる．採鉱では，多軸応力作用下にある岩盤を発破により衝撃的に破砕するが，多軸応力作用下での岩盤の複雑な破壊機構には未解明な点が多く，本研究ではこれを高度に解析可能な破壊解析法の開発を試みた．
研究期間全体を通して，モナッシュ大学（豪州）の協力を得て実施した多軸応力下での岩石の衝撃載荷試験(以下，Multiaxial-SHPB)の結果を研究対象とし，軸差応力の影響を載荷速度依存性に新たに組み込んだ破壊力学モデルに基づくCombined Finite-Discrete Element Method（以下，FDEM）による多軸応力下における岩石・岩盤の極めて複雑な動的破壊過程の解析法をタスマニア大学（豪州）とともに独自開発した．一連の破壊シミュレーションを実施することで，発破による岩石・岩盤の破砕エネルギー効率向上を考える上で極めて重要な知見を得た．また，同問題を考える上で極めて重要な，発破における爆轟，岩盤破砕，さらには生成ガスの亀裂内移動などの複雑連成現象解析法に取り組むことで，開発シミュレータの高度化に成功した．
以上から，本研究で開発した岩石・岩盤の極めて複雑な動的破壊過程の解析法により，発破起砕物内の微視/巨視亀裂群の造成機構や発破起砕物の複雑な物質移動機構をこれまでの解析手法と比較して極めて高度に理解し，鉱物資源開発における破砕エネルギー効率改善について高度な検証を行うことができると期待される．得られた成果は，数多くの国際学会で成果を発信し，また，Computers and Geotechnics等のTop Journalで採択された．
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