مهندسی معدن
سال:1389 | دوره:5 | شماره:10 |تعداد مقالات:11

از مهم ترین مراحل طراحی شبکه اکتشافات ژئوتکنیکی، تعیین تعداد و موقعیت گمانه های اکتشافی است، که به منظور کسب اطلاعات و نمونه برداری، حفر می شوند. یکی از مسایل چالش برانگیز در نمونه برداری، تعیین تعداد و موقعیت نمونه ها است. منطق طراحی نمونه برداری بهینه، منطق نمونه برداری مرحله ای است. در این بررسی، به مقایسه نمونه برداری تک مرحله ای و چند مرحله ای در ساختگاه سد سمیلان، پرداخته شده است. در مرحله اول، نمونه برداری تک مرحله ای، با استفاده از اطلاعات ژئوتکنیکی (لوژون و شاخص کیفی سنگ) 23 گمانه، و با به کارگیری تابع شاخص، مورد مطالعه قرار گرفت. بر اساس تابع شاخص، پارامتر لوژون به چهارشاخص و شاخص کیفی به سه شاخص طبقه بندی شد. از دیگر کاربرد تابع شاخص، تبدیل داده های کیفی به کمی است که به منظور شاخص گذاری درجه اهمیت سازه های مختلف ساختگاه سد سمیلان و سنگ شناسی منطقه، مورد استفاده قرار گرفت. سپس، بر اساس توابع شاخص، واریوگرافی در جهات مختلف انجام شده و با استفاده از پارامتر های واریوگرام، کریجینگ شاخص انجام شد. واریانس کریجینگ برای پارامتر های لوژون، شاخص کیفی سنگ و شاخص سنگ شناسی منطقه محاسبه و میانگین گیری و سپس به چهار شاخص تقسیم شد. به این ترتیب، تابع تعیین محل حفاری های اضافه، بر اساس رابطه هر یک از پارامتر ها با ریسک و خطای طراحی، تعریف شد. این تابع عبارتست از: حاصلضرب مقدار کریجینگ شاخص لوژون در مقدار شاخص اهمیت سازه های مختلف سد در شاخص خطای تخمین؛ تقسیم بر حاصلضرب مقدار کریجینگ شاخص خصوصیت کیفی سنگ در شاخص سنگ شناسی منطقه.در ادامه بررسی ها، از نمونه برداری دو مرحله ای استفاده شد که در مرحله اول، تعداد 12 گمانه از 23 گمانه، بر اساس چگالی نمونه ها، انتخاب شدند. در اینجا نیز تمام مراحل قبل تکرار شد و طبق تابع شاخص تعیین محل حفاری های اضافه، تعداد 8 گمانه برای مرحله دوم انتخاب شد. بر اساس تخمین گرهای کریجینگ و شبکه عصبی، با استفاده از مقادیر نرمال شده، پارامتر های مورد نظر تخمین زده شد و تمام مراحل قبل تکرار گردید. در بررسی حاضر، واریانس کریجینگ و خطای تخمین در حالت دو مرحله ای نسبت به تک مرحله ای کاهش یافته؛ باوجود آنکه تعداد گمانه ها از 23 عدد به 20 عدد کاهش یافته است. عامل مهم در کاهش خطای تخمین، نحوه آرایش گمانه های مرحله اول، در بین گمانه های مرحله دوم بوده است.

تراوایی مخزن یک پارامتر حیاتی برای ارزیابی هیدروکربور مخزن نفتی می باشد. نمودار های چاه پیمایی زیادی در ارتباط با این پارامتر در چاه ها وجود دارند. در این مطالعه تخمین تراوایی با استفاده از این نمودارها و شبکه های عصبی صورت گرفته است. شبکه عصبی بکار گرفته شده، یک شبکه مرکب (Committee Machine (CM)) نظارت شده است. بدلیل بازه وسیع و چند جامعه ای بودن مقادیر تراوایی، هر یک از شبکه های معمولی این شبکه مرکب با یک دیدگاه آماری، از دو شبکه جهت تخمین تراوایی در بازه تراوایی بالا و پایین استفاده می کند. شبکه سوم یک شبکه Gating است که در حقیقت نقش کلاسه- بندی داده های ورودی را به دو کلاس تراوایی بالا و پایین بر عهده دارد و به عنوان تصمیم گیرنده عمل می کند. شبکه حاضر بر روی داده های از یک مخزن نفتی در جنوب غرب ایران پیاده سازی گردید. تعداد داده های موجود برای این پروژه 210 نمونه بوده، که به دلیل تعداد اندک این داده ها از 80% آنها برای آموزش و از 20% مابقی برای اعتبارسنجی و تست شبکه استفاده شد. نتایج شبکه مرکب CM حاکی از ضریب تبیین 86/97 درصدی در نمودار تراوایی تخمینی در مقابل تراوایی اندازه گیری شده است. این در حالی است، که شبکه عصبی معمولی بهینه شده در بهترین حالت ضریب تبیین 14/84 درصدی از خود نشان می دهد. مقایسه این مقادیر نشان دهنده قدرت و کارایی بالای شبکه های ترکیبی نظارت شده در تخمین تراوایی مخازن نفتی می باشد.

یک ویژگی جریان در هیدروسیکلون، تشکیل ستون هوای مرکزی است. جریان شدید چرخشی، ناحیه کم فشاری را در مرکز به وجود می آورد که معمولا به تشکیل سطح آزاد مایع در حال دوران، به شکل استوانه منجر شده و در تمام طول هیدروسیکلون برقرار است. این ستون هوا بر کارایی جدایش تاثیر گذار است. در این پژوهش، برای تخمین قطر ستون هوای مرکزی از نقاط کم فشار در داخل هیدروسیکلون استفاده شده است. به منظور تعیین توزیع فشار در داخل هیدروسیکلون، از روش دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) استفاده شده است. از سه مدل جریان آشفته RNG k-ε،RSM  و LES در غالب نرم افزار Fluent برای تخمین قطر ستون هوای مرکزی استفاده شده است. برای تعیین قطر ستون هوای مرکزی از سه صفحه؛ یک صفحه در قسمت استوانه ای و دو صفحه دیگر در بخش مخروطی هیدروسیکلون استفاده شده است. نتایج نشان داده اند که؛ مدل RNG k-ε در تخمین کارایی هیدروسیکلون چندان موفقیت آمیز نبوده است. مدل آشفتگی LES در پیش بینی سرعت ها در داخل هیدروسیکلون دقیق بوده است. از بین سه مدل انتخابی، مدل آشفتگی RSM در تخمین قطر ستون هوای مرکزی در مقایسه با دو مدل دیگر دارای دقت بیشتری است.

برای کنترل نشست ناشی از حفر تونل در مناطق شهری و ایمنی سازه های مجاور، عوامل تاثیرگذار در عملیات حفر باید با توجه به شرایط ژئوتکنیکی منطقه و روش اجرا به درستی تعیین شود. در روش حفاری مرحله ای، طول گام و توالی مراحل حفاری اصلی ترین عوامل تاثیرگذار از بعد اقتصادی و اجرایی هستند. این دو عامل ارتباط تنگاتنگی با زمان و هزینه اجرای تونل ها به روش حفاری مرحله ای دارند، بنابراین تعیین بهینه آنها یکی از چالش های اصلی به شمار می آید. در این مقاله، تاثیر تغییرات طول گام و مراحل حفاری در خط 4 متروی تهران، با توجه به در حال اجرا بودن آن، بر میزان نشست سطح مورد بررسی قرار گرفت. از روش سه بعدی اجزای محدود برای تخمین نشست در حالت های مختلف طول گام و توالی مراحل حفاری استفاده شد. نتایج نشان داد که با توجه به خواص ژئوتکنیکی منطقه و ابعاد حفریه، طول گام های حفاری محافظه کارانه تعیین شده و پیشنهاد می شود برای بالا بردن راندمان اجرایی، واحد طول گام حفاری در زیر خیابانها در قسمت فوقانی 2 متر و در قسمت زیرین 3متر، و در زیر ساختمانها واحد طول گام حفاری در قسمت فوقانی 1 متر و در قسمت زیرین 3متر انتخاب شود.

عملیات معدنکاری اغلب سبب آلودگی زیست محیطی طولانی مدت شده و مشکلات زیادی را به بار می آورد. از جمله این اثرات می توان تولید زهاب اسیدی و تخلیه فلزات سنگین به داخل آب های سطحی و زیرزمینی را نام برد. این مسایل در نتیجه اکسید شدن پیریت و دیگر کانی های سولفیدی در مجاورت آب و اکسیژن هوا رخ می دهند و سبب تولید زهاب اسیدی می شوند. اکسیژن طی مکانیزم های مختلفی می تواند وارد دمپ های باطله شده و با کانی های سولفیدی تماس حاصل نماید که غالبترین آن ها مکانیزم نفوذ اکسیژن در فازهای گازی و آبی از طریق منافذ موجود در دمپ است. در این تحقیق سعی شد تا میزان نفوذ اکسیژن و اکسسیداسیون پیریت در دمپ های باطله معدن مس سرچشمه مورد بررسی و مدل سازی قرار گیرد. مدل سازی عددی با استفاده از نرم افزار PHOENICS انجام شد. نتایج حاصل از مدل سازی عددی با استفاده از روش های تحلیلی مقایسه گردید و مشخص شد که در هر دو روش تحلیلی و عددی، ضریب نفوذ اکسیژن می تواند نقش مهمی در فرآیند اکسیداسیون و تولید آلودگی داشته باشد. بعلاوه، نتایج به دست آمده از مدل سازی نشان می دهد که پس از 4 سال از آغاز فرآیند اکسیداسیون، درصد پیریت باقیمانده در نمونه های سطحی به 8/13 درصد می رسد. این درصد با افزایش عمق به صورت تدریجی افزایش یافته تا اینکه در عمق تقریبی 5/2 متر به مقدار اولیه پیریت در باطله ها یعنی حدود 5/18 درصد می رسد. نتایج به دست آمده از چنین مطالعاتی می تواند در طراحی روش هایی مناسب جهت به حداقل رساندن آلودگی های زیست محیطی و اثرات آنها روی منابع آب مورد استفاده قرار گیرد.  

کنسانتره سولفید روی تولیدی از سنگ معدن ایرانکوه اصفهان حاوی مقادیری از ایندیم است. در این مطالعه شرایط بازیابی ایندیم از پسماند لیچینگ خنثی کنسانتره تشویه شده سولفید روی مورد بررسی قرار گرفت. پسماند لیچینگ کنسانتره سولفید روی مورد بررسی حاوی145 ppm  ایندیم بود. مقادیر بهینه عوامل موثر بر لیچینگ ایندیم از پسماند، شامل غلظت اولیه محلول اسیدسولفوریک، دما، زمان لیچینگ و مقدار سولفید سدیم جهت احیا آهن به ترتیب 100 گرم بر لیتر، دمای90°C ، زمان 3 ساعت و 5/1 برابر نسبت استکیومتری با آهن به دست آمد. ایندیم از محلول لیچینگ به صورت انتخابی رسوب داده شد و محلول غلیظ ایندیم مناسب برای انجام فرآیند استخراج حلالی تهیه گردید. برای رسوب انتخابی ایندیم، در دمای90°C ،pH  محلول لیچینگ به وسیله آمونیاک به 6 رسانده شد و در زمان 10 دقیقه رسوب ایندیم به دست آمده حاوی 2650 ppm ایندیم بود. سپس رسوب به دست آمده با محلول اسیدسولفوریک گرم حل و محلول حاصل مورد بررسی آزمایش های استخراج حلالی و سمنتاسیون با پودر روی قرار گرفت. بازیابی کل ایندیم ازپسماند لیچینگ خنثی کنسانتره تشویه شده سولفید روی بیش از 92 درصد و خلوص محصول نهایی 5/94 درصد به دست آمد.

تخمین نرخ پیشروی ماشین های حفر تونل، به منظور تعیین برنامه زمانی و برآورد هزینه های اجرایی در پروژه های تونلسازی با حفر مکانیزه، ضروری می باشد؛ برای این منظور لازم است تا ضریب بهره وری ماشین حفر تونل مشخص شده تا بر اساس آن نرخ پیشروی ماشین تعیین شود. هدف از انجام این مطالعه تعیین ضریب بهره وری ماشین TBM باز، بر اساس سیستم های طبقه بندی سنگ RMR) و (Q و نیروی نفوذ ماشین می باشد. برای این منظور مجموعه ای از داده های مربوط به تونلسازی با ماشین TBM باز جمع آوری شده و با انجام آزمون پیرسن بر روی داده ها میزان همبستگی ضریب بهره وری باRMR ، Q، نیروی نفوذ تیغه،NRMR) RMR  اصلاح نشده) و Q) MQ اصلاح شده) تعیین شده است. از آنجایی که ضریب بهره وری ماشین TBM ارتباط نزدیکی با وضعیت پایداری تونل ها دارد؛ انتظار می رود شاخص های مربوط به سیستم های طبقه بندی مهندسی سنگ ارتباط نزدیکی با ضریب بهره وری ماشین های حفر تونل داشته باشند. بر اساس تحلیل های انجام شده مشخص شده است که رابطه معناداری بین ضریب بهره وری و شاخص های MQ و NRMR وجود دارد؛ لذا پس از بررسی روابط متعدد، مناسب ترین رابطه برای تخمین ضریب بهره وری ماشین های TBM باز، بر اساس شاخص های MQ، NRMR، نیروی نفوذ تیغه ماشین و همچنین با در نظر گرفتن سایر تاخیرهای اجرایی ارایه شده است.

رخ داد حوادث احتمالی در معادن زیرزمینی زغال سنگ و خطرات ناشی از آن، محیط کاری ناامنی را برای کارگران و تجهیزات عملیاتی ایجاد کرده است. بر اثر این حوادث ممکن است آسیب های جانی و مالی قابل ملاحظه ای به صورت مرگ، از کارافتادگی یا نقص عضو و شکستگی های گوناگون، خرابی و از بین رفتن تجهیزات معدن، بسته شدن کارگاه های استخراج و گالری ها وارد شوند. در این مقاله، با توجه به اهمیت موضوع مذکور به ویژه در معادن زغال سنگ البرز شرقی و با هدف کاهش خطرات وارده، بر اساس احتمال وقوع حادثه، شدت و نتایج حاصل از آن طی سال های 1382 الی 1386 ریسک های مربوطه مورد تجزبه و تحلیل قرار گرفتند. بدین منظور، نخست یک سری جدول های استاندارد در ارتباط با شدت و احتمال وقوع حوادث تنظیم و پایه گذاری شد. سپس، عدد اولویت ریسک (RPN) تعیین و به واسطه آن موثرترین عامل ایجاد عدم قطعیت در معادن مورد بررسی شناسایی شد. با استفاده از روش مذکور نتیجه گیری شد که موثرترین عامل ایجاد عدم قطعیت در معادن زغال سنگ البرز شرقی عوامل ژئوتکنیکی می باشند، به طوری که نمره RPN برای این حوادث 690 از 1000 است.

برنامه ریزی تولید کوتاه مدت چگونگی ترتیب استخراج بلوک های کانسنگ و باطله را برای دوره های زمانی شیفتی، روزانه، هفتگی یا ماهانه تعیین می کند. هدف از این برنامه ریزی تعیین زمان استخراج بلوک ها به گونه ای است که محدودیت هایی نظیر حداقل و حداکثر عیار مواد ارسالی به کارخانه فرآوری، تناژ کانسنگ و باطله استخراجی از معدن، شیب معدن و غیره در هر دوره زمانی برآورده شوند. تاکنون مدل های ریاضی متعددی برای برنامه ریزی تولید کوتاه مدت ارایه شده است، اما به دلیل این که این مدل ها نتوانستند محدودیت فضای کاری برای ماشین آلات را در مدلسازی به طور موثر پیاده کنند، از لحاظ عملیاتی قابل اجرا نیستند. در این مقاله، مدل موجود برای برنامه ریزی تولید کوتاه مدت طوری بسط داده شده است که جواب بدست آمده از حل آنها تضمین می کند که قبل از استخراج هر بلوک نه تنها باید 9 بلوک فوقانی آن برداشت شود بلکه باید 2 یا 3 بلوک موجود در پیش روی آن بلوک، در همان سطح، نیز استخراج شود. در این راستا محدودیت دسترسی به بلوک های موجود در یک تراز معدن روباز تعریف شد. این مدل ها دارای یک تابع هدف و تعدادی محدودیت هستند و شرط فراهم بودن فضای کاری برای ماشین آلات در قالب محدودیت دسترسی وارد مدل شد. همچنین در این مقاله ابتدا سه مدل ریاضی مختلف برای برنامه ریزی تولید کوتاه مدت بیان شده است. هر سه مدل بر پایه برنامه ریزی خطی عدد صحیح می باشند و تفاوت آنها در روش دسترسی به بلوک های واقع در پله هم تراز است. در نهایت با ذکر یک مثال این سه مدل در نرم افزار Excel 2007 پیاده شد و سپس توسط نرم افزار Premium Solver Version 9.0 مدل های ساخته شده حل گردیده و نتایج حل آنها با هم مقایسه شده اند.

مقاله حاضر پیرامون تحلیل پایداری و طراحی سیستم نگهداری تونل های انتقال آب و مخزن ضربه گیر سد گتوند علیا است. تحلیل پایداری فضاهای زیرزمینی یکی از مهمترین موضوعات در علم مکانیک سنگ می باشد. چهار روش مختلف برای تحلیل پایداری فضاهای زیرزمینی وجود دارد که عبارتند از: روش فرم بسته، روش عددی، روش تجربی و مدل های فیزیکی. امروزه روش های عددی و تجربی به طور گسترده ای در جهان مورد استفاده قرار می گیرند. در این مقاله تحلیل پایداری با روش تفاضل محدود و طبقه بندی Q و RMR که به ترتیب جزو روش های عددی و تجربی می باشند، انجام شده است. برای تحلیل عددی پایداری فضای زیرزمینی نرم افزار FLAC3D مورد استفاده قرار گرفته است. این نرم افزار توانایی تعیین تنش ها و جابجایی ها را در اطراف فضای زیرزمینی دارد. نتایج به دست آمده از تحلیل ها نشان می دهد که فضای زیرزمینی ناپایدار است. لذا به منظور پایدارسازی، نصب سیستم نگهداری ضروری است. بعد از نصب سیستم نگهداری میزان ماکزیمم جابجایی کمتر از مقدار جابجایی بحرانی ساکورایی می شود، بنابراین فضای زیرزمینی پایدار خواهد شد. سیستم نگهداری پیشنهادی شامل 1) نصب پیچ سنگ تزریقی به طور سیستماتیک به طول 7 متر و فاصله داری 5/1×5/1 متر به همراه شاتکریت به ضخامت 150 میلی متر در مخزن ضربه گیر و نصب پیچ سنگ تزریقی به طور سیستماتیک به طول 5 متر و فاصله داری 2×2 متر به همراه شاتکریت به ضخامت 70 میلی متر در تونل انتقال آب و باکس می باشد.