مهندسی معدن
سال:1397 | دوره:13 | شماره:40 |تعداد مقالات:13

یکی از مواردی که همواره مورد توجه مهندسین سنگ قرار دارد، عدم قطعیت موجود در پارامترهای مورد نیاز در تحلیل و طراحی سازه های سنگی است که ناشی از روابط توسعه داده شده و ماهیت ذاتی سنگ می باشد. مدول دگرشکلی یکی از پارامترهای ژئومکانیکی است که کاربرد فراوانی در تحلیل و طراحی ها دارد. اما تخمین این پارامتر با روش های تجربی همواره با عدم قطعیت همراه است و این موضوع باعث تردید مهندسان کاربردی در تصمیم گیری ها می شود. هدف از این مقاله توسعه مفهوم جدیدی با عنوان ماتریس عدم قطعیت برای تخمین عملی مدول دگرشکلی با درجه قطعیت بالاتر است. در ابتدا روش تخمین مدول دگرشکلی با استفاده از ماتریس عدم قطعیت و روش های آماری بیان شده و سپس با استفاده از ماتریس عدم قطعیت و توزیع t دامنه ای که مدول دگرشکلی مورد نظر در آن می تواند تغییر کند تعیین می شود. به منظور مطالعه موردی و برای تشکیل درآیه های ماتریس عدم قطعیت، از مدل هایی که تنها تابع سیستم طبقه بندی توده سنگ RMR هستند و از داده های شیروانی های ماسه سنگ سازند کهر استفاده شد. نتایج بیانگر این است که، پیش بینی مدول دگرشکلی توده سنگ با روش توسعه داده شده در مقایسه با روش های متداول از قطعیت بیشتری برخوردار است. همچنین مدول دگرشکلی با حد اطمینان %95 برای شیروانی مذکور در دامنه 23. 67-30. 00(GPa) قرار دارد.

منطقه سه هزار در جنوب شهرستان تنکابن در استان مازندران واقع شده است که در نزدیکی کمربند طارم-هشتجین قرار دارد، وجود توده گرانیتوئیدی در منطقه می تواند از نظر پتانسیل کانی زایی دارای اهمیت باشد. مجموعه زمین شناختی در اطراف محدوده برونزد یافته عمدتا دربرگیرنده واحدهای سنگی پالئوزوییک تا سنوزوئیک می باشد. در مطالعه اخیر تعدادی نمونه جهت مطالعات میکروسکوپی و پتروگرافی و نیز تعدادی نمونه از گرانیت های منطقه جهت طبقه بندی سنگ ها مورد استفاده قرار گرفت. با توجه به بررسی های انجام شده بر روی مقاطع صیقلی، کانی های پیریت، کالکوپیریت و مگنتیت مشاهده شدند. بافت هایی که در نمونه مقاطع نازک مشاهده می شود شامل گرانولار، هیالوپورفیریتیک و ویتروفیریک است. وجود بافت های پورفیری نشان دهندهنفوذی های همزمان با آتش فشانی و آواری های منشا گرفته از آن هاست. کانی های اصلی موجود در منطقه شامل کوارتز، فلدسپار پتاسیم، پلاژیوکلاز و در برخی نمونه ها هورنبلند بیوتیت، و پیروکسن به عنوان کانی اصلی ظاهرشده اند. کانی های فرعی موجود در نمونه ها نیز شامل اسفن، اکسیدهای آهن پیروکسن، آپاتیت و کانی های اپک می باشند. مطالعات سنگ شناسی نشان داد سنگ های منطقه از نوع گرانیت، گرانودیوریت، سینیت تا کوارتزسینیت و کوارتزمونزونیت می باشد. ماگما در این منطقه از نوع آلکالن تا کالک آلکالن است و از نوع منیزین و در محدوده متاآلومین تا پرآلومین می باشد. گرانیت های منطقه از نوع پرآلومین و دارای جایگاه تکتونیکی حاشیه فعال قاره و از نوع تیپ I می باشد. برای تایید ارتباط بین عناصر Au-Cu-Fe از زمین آمار بر روی داده های آبراهه ای استفاده شد. مطالعات واریوگرافی بر روی داده های آبراهه ای نشان داد مدل کروی بهترین مدل برازش داده شده و دامنه وابستگی مکانی برای سه عنصر Au، Cu و Fe تقریبا 350 متر است. ارزیابی نتایج زمین آمار با محاسبه مجذور میانگین مربعات خطا (RMSE) و محاسبه میانگین خطا (MAE) نشان دهنده دقت قابل قبول مدل واریوگرام است. با توجه به نمودارهای ماینرت، بررسی های انجام شده و همبستگی مکانی عناصر این نتیجه به دست می آید که این توده ها می تواند با ذخایر آهن-طلا-مس مرتبط باشد.

با وجود اهمیت زیاد زغال سنگ در توسعه ی اقتصادی کشورها، مخاطرات شغلی و سلامتی مرتبط با تولید آن در کارگران معدن یکی از نگرانی های اساسی دست اندرکاران این زمینه است. شناخت عوامل موثر در ایجاد مخاطرات شغلی معادن زیرزمینی زغال سنگ می تواند مانع از خسارات جبران ناپذیر جانی و مالی شود. در این تحقیق، نخست، عوامل موثر بر ایجاد مخاطرات شغلی معادن زیرزمینی زغال سنگ ایران شناسایی شد. سپس، اثرات مستقیم و متقابل این عوامل در ایجاد مخاطرات معادن زیرزمینی زغال سنگ با استفاده از روش نقشه شناختی فازی بر اساس رویکرد تحلیل اثرات متقابل علت و معلولی بین عوامل ارزیابی و تعیین شد. نتایج بیانگر آن بود که غلظت گرد و غبار، سهل انگاری ها و اشتباهات فردی و تهویه نامناسب و ناکافی، اشتباهات طراحی، برنامه ریزی و اجرایی و حجم و غلظت گاز متان به ترتیب مهمترین عوامل موثر در ایجاد مخاطرات شغلی در معادن زیرزمینی زغال سنگ ایران هستند. بررسی آماری حوادث معادن زغال سنگ ایران به ویژه حوادث اخیر تا حدود زیادی تاییدکننده نتایج این تحقیق است.

در شرکت سنگ آهن گل گهر و مجتمع مس سرچشمه از آسیاهای نیمه خودشکنی به ترتیب با قطر 9 و 10 متر و طول 2 و 9/4 متر برای خردایش سنگ معدن استفاده می شود. پایش عملیات در این دو کارخانه نشان داد که تناژ آسیای گل گهر کمتر از حد انتظار و دارای نوسان زیاد و آسیای سرچشمه همواره متحمل شکستگی آستر و توقفات خارج از برنامه بود. جهت رفع این مشکلات و افزایش کارایی عملیات، مسیر حرکت بار که عامل مهمی در فرایند خردایش است، مورد بررسی قرار گرفت. جهت شبیه سازی مسیر حرکت ذرات در آسیا، از نرم افزار KMPCDEM که برمبنای روش اجزای گسسته کدنویسی شده است، استفاده گردید. نتایج شبیه سازی مسیر بار با دو طرح آستر مختلف، با اندازه گیری مسیر واقعی در آسیایی با رویه قابل مشاهده با قطر یک متر و طول 22 سانتی متر اعتبارسنجی شدند. بررسی نتایج شبیه سازی نشان داد که موادی که در آبشاری بزرگ قرار دارند مستقیما به آستر برخورد می کنند. برای حل این مشکل، با طرح های مختلف با شرایط آسیای کارخانه ها مسیر بار برای رسیدن به حالتی که محل برخورد بار روی پاشنه باشد، شبیه سازی شد. برای دستیابی به این هدف مشخص شد که برای آسیای گل گهر زاویه ی بالابرها باید از 7 به 30 درجه افزایش یابد و برای آسیای سرچشمه علاوه بر کاهش تعداد بالابرها از 60 به 40، زاویه آنها از 15 به 30 درجه باید تغییر کند. این طرح آستر ها برای دو کارخانه ساخته و نصب شدند و کارآیی این آسیاها مورد پایش دقیق قرار گرفتند. در آسیای گل گهر، تناژ ورودی به آسیا 17 درصد افزایش یافت و نوسان آن نشان از پایداری فرآیند داشت 31% کاهش نشان داد. در آسیای سرچشمه تعداد متوسط آستر شکسته شده از 2/4 قطعه به یک قطعه و نوسان تناژ آسیا 30% کاهش یافت.

در این تحقیق تاثیر سه حالت عمده زبری ناپیوستگی ها به صورت دندانه دار، زبر موجدار و صفحه ای صاف با جهت یافتگی مختلف نسبت به فشار جانبی بر مقاومت سنگ تحت تنش های سه محوری مورد بررسی قرار گرفته است. 15 گروه نمونه های دارای سه نوع زبری سطح ناپیوستگی و دارای پنج نوع شیب از صفر تا 90 درجه با موفقیت آماده سازی شده و مقاومت هر گروه تحت تنش های سه محوری در فشارهای جانبی مختلف اندازه گیری شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش زاویه شیب ناپیوستگی از 30 تا 45 و 60 درجه تحت فشار جانبی ثابت مقاومت محوری نمونه های دارای ناپیوستگی صاف شدیدا کاهش می یابد. اما مقاومت محوری ناپیوستگی های زبر موجدار و دندانه دار با افزایش زاویه شیب از 30 تا 45 درجه تحت فشار جانبی ثابت نسبت به ناپیوستگی دارای صفحه ای صاف به مقدار کمتری کاهش می یابد و در کل مقاومت ناپیوستگی دارای صفحه ای صاف دارای جهت یافتگی مختلف و تحت تغییرات فشار جانبی کمتر از ناپیوستگی های زبر موجدار و دندانه دار است. برای نمونه های دارای ناپیوستگی های زبر موجدار و دندانه دار در شیب 30 درجه شکست در سنگ سالم اتفاق افتاد. در صورتی که برای نمونه های دارای ناپیوستگی های دندانه دار در شیب 45 درجه به ویژه تحت فشار جانبی بیشتر، نیز شکست در سنگ سالم اتفاق افتاد. همچنین در نمونه های دارای ناپیوستگی های دندانه دار در شیب 60 درجه تحت تنش یک محوری لغزش در یک طرف سطوح دندانه ها اتفاق افتاده و باعث جابجایی دو صفحه کلی ناپیوستگی گردید. اما با افزایش فشار جانبی دندانه ها شکسته شدند. نسبت مقاومت محوری حداکثر به مقاومت محوری حداقل سنگ (Rtriax) دارای حداکثر مقدار برای فشار جانبی صفر بوده و به صورت تابع توانی منفی ابتدا با افزایش فشار جانبی به شدت کاهش یافته سپس به مقدار ثابتی نزدیک می شود.

کنسانتره فسفات اسفوردی با عیار 2/1 درصد مجموع عناصر نادر خاکی، یکی از منابع غنی عناصر نادر خاکی موجود در کشور است که مهمترین عناصر نادر خاکی موجود در آن عبارتند از سریم (5608 گرم در تن)، لانتانیم (1959) و نئودیمیم (2227). در تحقیق حاضر، انحلال در اسید نیتریک (بدون فعال سازی) و فعال سازی-انحلال در اسید نیتریک بررسی شد. برای بررسی اثر فعال سازی مکانیکی بر انحلال عناصر نادر خاکی، از آسیای سیاره ای با گلوله های فولادی به قطر 20 میلیمتر، در شرایط نسبت جرم گلوله به پودر، برابر با 2 و 15 و زمان 90 دقیقه در محیط خردایش خشک و اتمسفر هوا استفاده شد. همچنین با توجه به انحلال پذیری زیاد فلوئورآپاتیت و کم کانی های حاوی عناصر نادر خاکی در اسید نیتریک، از روش انحلال دو مرحله ای استفاده شد و پسماند انحلال مرحله اول، که حاوی بیش از 99 درصد عناصر نادر خاکی موجود در نمونه اولیه بود، با نسبت جرم گلوله به پودر 12 فعال سازی و مجددا حل شد. نتایج نشان داد که فعال سازی مکانیکی تاثیر مهمی بر انحلال عناصر نادر خاکی از کنسانتره فسفات داشته و انحلال عناصر نادر خاکی را از حدود 1 درصد (بدون فعال سازی) برای عناصر سریم، لانتانیم و نئودیمیم به ترتیب تا 79/35، 61/42 و 34/30 درصد افزایش داد. در اثر فعال سازی مکانیکی با نسبت جرم گلوله به پودر 2و 15، میزان آمورف شدگی نمونه به ترتیب برابر با 2/1و 57 درصد اندازه گیری شد. همچنین میزان کرنش شبکه ای و اندازه کریستالیت به ترتیب از 0. 08 درصد و 225 نانومتر برای نمونه اولیه به 0. 09 درصد و 225 نانومتر برای نمونه فعال سازی شده با نسبت جرم گلوله به پودر برابر 2 و به 0. 63 درصد و 81. 8 نانومتر برای نمونه فعال سازی شده با نسبت جرم گلوله به پودر برابر 15 تغییر پیدا کرد.

مهمترین گام در آغاز یک فعالیت معدنکاری، تعیین محدوده ماده معدنی است. براساس محدوده تعیین شده طراحی معدن، برنامه ریزی استخراج و خوراک کارخانه فرآوری انجام می شود. برای تعیین این محدوده روش های مرسوم به صورت تقریبی و بدون درکی از میزان خطای محدوده تعیین شده، صورت می گیرد، اما زمین آمار به عنوان یک ابزار قدرتمند قادر است که با استفاده از آمار فضایی داده ها، این محدوده را مشخص کند. برای مشخص کردن محدوده ماده معدنی به عنوان یک متغیر گسسته از انواع روش های شبیه سازی می توان استفاده کرد که از این جمله روش یک گوسی است که بر مبنای شبیه سازی یک تابع گوسی تصادفی و قانون نوع سنگ، تخمین محدوده را میسر می سازد. در کنار این روش ها، می توان از روابط ساده ای نیز برای تعیین محدوده یک دامنه مشخص بهره برد، از این جمله میتوان روش تابع فاصله را نام برد که با استفاده از فواصل اقلیدسی بین نقاط غیر مشابه و کالیبراسیون این فواصل، محل مرز ماده معدنی قابل تعیین است. برای تعیین بهترین شبیه سازی در روش تک گوسی از اعتبارسنجی های آماری و زمین آماری استفاده شد. برای مقایسه بین دو روش نیز از محاسبه ماتریس پیچیدگی در راستای تعیین میزان خطا و دقت تعیین محدوده و همچنین مقایسه کیفی مقاطع و پلان های مختلف بهره برد. اعتبارسنجی کیفی نتایج در کنار اعتبارسنجی های آماری و زمین آماری نشان از نتایج کارآمد روش تک گوسی می باشد. در مقام مقایسه روش تک گوسی دقت بالایی در شبیه سازی واحد کانسنگی و باطله دارد و دقت آن از روش تابع فاصله بالاتر است. الگوریتم تک گوسی قادر به بازتولید بهتر ناهمسانگردی در مقیاس های کمتر از تابع فاصله است در صورتی که تابع فاصله تغییرپذیری و ناهمسانگردی را در مقیاس بزرگتر بهتر بازتولید می کند.

طراحی و انتخاب ماشین مناسب و پیش بینی عملکرد آن به منظور برنامه ریزی و تخمین هزینه های پروژه در استخراج مکانیکی و حفر مکانیزه تونل ها ضروری است. ارزیابی برش پذیری سنگ در روش های حفر مکانیزه شامل بررسی رفتار سنگ و اندرکنش آن با تیغه است و انجام آزمون های برش در مقیاس آزمایشگاهی، مطمئن ترین راه برای ارزیابی دقیق رفتار سنگ و تیغه در شرایط نزدیک به محیط واقعی است. در این مطالعه، از آزمون برش خطی کوچک مقیاس برای ارزیابی برش پذیری سنگ و ارتباط آن با پارامترهای مکانیکی سنگ استفاده شده است. بدین منظور، نمونه هایی از ماسه سنگ قرمز بالایی قم انتخاب شده و همزمان آزمون های استاندارد برای شناسایی نوع سنگ و تعیین خواص فیزیکی و مکانیکی آن انجام شده است. نتایج آزمون های برش خطی کوچک مقیاس نشان می دهد نیرو و انرژی ویژه برش به ترتیب یک رابطه خطی مستقیم و یک رابطه غیرخطی با عمق برش دارد. همچنین، سرعت برش رابطه ی معنی داری با نیرو و انرژی ویژه ندارد. علاوه بر این، نیروهای حاصل از آزمون برش خطی با نتایج مدل ایوانس (Evans) مقایسه شد. مقایسه نتایج، تطابق خوب روش آزمایشگاهی با مدل نظری را نشان داد. با وجود این، آزمون های بیشتری به منظور دریافت نتایج دقیق تر و ارائه یک مدل جدید برش پذیری سنگ در حال انجام است.

ایجادپدیده ی حفر بیش از اندازه مقطع تونل یا همان اضافه حفاری مقطع تونل در مراحل اجرایی پروژه های تونل سازی، همواره از مهم ترین مسائلی است که ذهن متصدیان فنی و اجرایی این پروژه ها را به خود معطوف داشته است. امروزه با توجه به پیشرفت صنعت و ورود فناوری های نوین به صنعت تونل سازی و پذیرفته شدن تدریجی، روش های جدیدی جایگزین روش های سنتی (حفاری و آتشکاری) شده است. اگرچه تا حد زیادی مسئله ایجاد حفاری خارج از طرح و نقشه، به کنترل اجراکنندگان پروژه درآمده، ولی هیچ گاه وجود این مسئله مهم و اساسی در پروژ ه های تونلی به طورکلی حذف نشده است. در این تحقیق با استفاده از شبکه های هوشمند پیش بینی و بهینه سازی اضافه-حفاری مورد بحث قرار گرفت. پس از انتخاب بهترین مدل براساس امتیاز دهی، مدل منتخب برای بهینه سازی مورد استفاده قرار گرفت. مقادیر شاخص های آماری ضریب تعیین (R2) و مجذور میانگین مربعات خطا (RMSE) مدل منتخب به ترتیب برای آموزش و آزمایش برابر با 921/0، 4028/0 و 923/0 و 4277/0 بود. الگوریتم زنبور عسل که یکی از الگوریتم های جدید بهینه سازی است برای بهینه سازی این پارامترهای الگوی انفجار استفاده شد. با توجه به اینکه اضافه حفاری از مشکلات اصلی در حفر تونل می باشد، کاهش این مقدار می تواند کمک به سزایی برای تونل و پایداری آن داشته باشد. پس از ساختن چندین مدل بهینه سازی و تغییرات وزن های آن، مقدار بهینه آن برای اضافه حفاری مقطع تونل 63/1 مترمربع بدست آمد که نسبت به کمترین مقدار تجربه شده در اجرا (055/3 مترمربع) 47 درصد کاهش یافته است.