مهندسی معدن
سال:1398 | دوره:14 | شماره:44 |تعداد مقالات:11

گاز متان یکی از گازهای منتشرشده از لایه های زغال سنگ است که براثر تهویه از معدن خارج شده و در جو (هوا) انتشار می یابد. بر اساس تحقیقات انجام گرفته سالانه چندین میلیارد مترمکعب گاز متان از معادن زغال سنگ جهان انتشار می یابد. به دلیل اهمیت منابع انرژی هم اکنون در بسیاری از معادن زغال سنگ دنیا عملیات زهکشی در حال انجام است و در این خصوص گاز متان تولیدشده در لایه های زغال سنگ با استفاده از روش های خاص جمع آوری شده و به وسیله خطوط لوله به خارج از معدن منتقل می شود. این گازبر اساس عیار و مقدار، به منظور تولید برق، فروش و استفاده سرمعدن به کار گرفته می شود. معدن زغال سنگ طبس تنها معدن زغال سنگ مکانیزه کشور است که به روش جبهه کار بلند در حال استخراج است. گاز خیری لایه های زغالی در منطقه طبس بالا است و از حدود 10 مترمکعب بر تن در عمق 100 متر به حدود 20 مترمکعب در عمق 600 متری می رسد و همین امر باعث شده است با افزایش عمق مشکلاتی در حین استخراج به وجود آید. به منظور مقابله با این موضوع در طرح پایه طبس عملیات زهکشی گاز متان از داخل معدن در نظر گرفته شده است. هدف اصلی این تحقیق بررسی امکان استفاده از گاز متان زهکشی شده برای تولید برق در معدن زغال سنگ طبس است. بر این اساس با محاسبه هزینه های سرمایه گذاری و جاری و نیز درآمد حاصل از فروش گاز سنتزی به نیروگاه برق و تشکیل جدول DCF مشخص شده است که مقدار مقدار NPV روش زهکشی گاز متان با نرخ بهره 15 درصد برابر با 44/952 میلیون ریال و IRR حدود 5/26درصد است که نشان دهنده توجیه اقتصادی اجرای روش گازکشی به منظور تامین خوراک گازیک نیروگاه تولید برق است. به هرحال زهکشی گاز متان در معدن زغال سنگ طبس علاوه بر بهره وری انرژی و تولید متان به عنوان سوخت، از انتشار این گاز گلخانه ای به اتمسفر جلوگیری می شود.

آلودگی فلزات سنگین یکی از اصلی ترین مشکلات زیست محیطی در ارتباط با فعالیت های معدنی، صنعتی و کشاورزی در جهان به شمار می آید که به دلیل ماندگاری بالای این فلزات سمی و درجه انحلال پذیری مختلف در شرایط اسیدی و حتی غیر اسیدی، می تواند اثرات مخرب بر روی آب، خاک و انسان را در بلند مدت داشته باشد. معدن سرب-روی انگوران یکی از بزرگترین ذخایر سولفیدی-کربناتی در حد کلاس جهانی می باشد که در اثر معدن کاری، حجم قابل توجهی از باطله معدنی را به وجود آورده که می تواند منبع انتقال فلزات سنگین به آب و خاک مناطق پایین دست گردد. از اینرو استفاده از روش های سریع و مقرون به صرفه جهت کلاسه بندی ریسک آلودگی این نوع باطله ها می تواند ابزار مفیدی برای پایش و برنامه های احیاء و بازسازی در آینده باشد. هدف از این تحقیق به کارگیری تکنیک های آماری چند متغیره از جمله روش آنالیز تمایز و بهره گیری از تکنیک هوش مصنوعی به منظور کلاسه بندی و پیش بینی پتانسیل آلودگی در باطله های معدنی می باشد. به همین منظور پس از نمونه برداری از بخش های مختلف سطح دمپ باطله، غلظت فلزات سنگین همچون Al، As، Cd، Co، Cr، Cu، Fe، Mn، Mo، Ni، Pb، Sb و Zn با استفاده از روش (ICP-MS) مورد آنالیز قرار گرفت. سپس محدوده آلودگی توسط شاخص های ارزیابی ریسک زیست محیطی و بار آلودگی شناسایی و مدل-سازی گردید. سرانجام با بکارگیری از دو تکنیک آنالیز تمایز و شبکه عصبی، ریسک و پتانسیل آلودگی بر روی محدوده دمپ باطله به سه سطح آلودگی پایین، متوسط و بالا با صحت قابل قبول 49/91 و 6/93 کلاسه بندی شد. نتایج همچنین نشان داد که این تکنیک ها می تواند ابزار کارآمدی جهت کلاسه بندی باطله های جدید و طراحی و احداث دمپ ها بر اساس سطح آلودگی آنها باشد.

روش چال و انفجار یکی از عمومی ترین روش های حفاری تونلها و معادن در سراسر جهان است. اگر چه روش چال و انفجار از لحاظ فنی پیشرفت قابل ملاحظه ای کرده است، ولی به هر حال این روش با مشکل از رفتن کیفیت توده سنگ وتشکیل ناحیه آسیب دیده با پارامترهای مقاومتی و سختی کاهش یافته روبروست. در روشهای سنتی تحلیل تونلها برای استخراج پارامترهای سختی و مقاومتی هوک و براون از مقدار ضریب به هم خوردگی D واحدی برای کل توده سنگ استفاده می شود. بر اساس این روش پایداری توده سنگ دست پایین تخمین زده می شود. در واقع ناحیه آسیب دیده ناشی از انفجار با ضخامت محدود در طراحی و تحلیل پایداری تونلها از اهمیت بالای برخوردار است. در این مقاله رفتار یک تونل در شرایط آسیب دیدگی مختلف بررسی می شود. در این ارتباط یک روش حل بسته ارائه خواهد شد. این روش تحلیل برای یک تونل حفاره شده در توده سنگ الاستوپلاستیک ترد با معیار گسیختگی مور-کولمب ارائه می شود. فرض می شود که ناحیه آسیب دیده استوانه ای شکل با ضریب به هم خوردگی D باشد. نتایج به دست آمده از روش ارائه شده نشان می دهد که تأثیر تغییر پارامترهای توده سنگ در ناحیه پلاستیک و الاستیک بر پایداری تونل می تواند قابل ملاحظه باشد.

تخمین فشار سینه کار و نیروی تراست ماشین های حفاری تونل از ملزومات اساسی در حفاری مکانیزه می باشد. در صورت تخمین نادرست آن ها احتمال ناپایداری سینه کار، جمع شدگی سپر و گیر افتادن ماشین وجود دارد که منجر به افزایش هزینه ها و طولانی شدن زمان اتمام پروژه می شود. تونل کانی سیب از دو بخش سنگی و آبرفتی تشکیل شده است. با توجه به وجود آب زیرزمینی، پائین بودن پارامترهای مکانیک سنگی و روباره زیاد در بخش آبرفت، این بخش جز نقاط پرمخاطره در مسیر این تونل می باشد. به همین دلیل در این مقاله به تخمین فشار سینه کار و نیروی تراست در حفاری مکانیزه بخش آبرفت پرداخته شده است. برای انجام این کار ابتدا فشار سینه کار مورد نیاز برای نگهداری به روش تحلیلی محاسبه گردید و به کمک مدل عددی صحت سنجی شد. پس از بررسی صحت فشار انتخابی، فشار وارده بر سپر و نیروی تراست که شامل نیروی اعمال شونده از طرف سینه کار، نیروی اصطکاک سپر، نیروی دیسک کاتر و نیروی کشنده سپر دنباله است، تعیین گردید.

طول 22 سال گذشته، بیش از 21 مگا تن باطله زغال در کارخانه زغالشویی انجیر تنگه واقع در شمال ایران، تولید شده است. باطله های زغال، بدون درنظرگرفتن هرگونه ملاحظات محیط زیستی در طبیعت بکر محیط رها شده است. از طرفی، بررسی های پیشین، حاکی از تولید زهاب اسیدی معدن در این باطله ها است. از اینرو، بررسی ریسک احتمالانی ناشی از تولید زهاب اسیدی معدن، امری ضروری است. برای این منظور در این مقاله، از روش پیش بینی احتمالاتی برای تخمین فرآیند اکسایش پیریت در محل انباشت باطله های زغال البرز مرکزی، استفاده شده است. برای این منظور، ابتدا پارامترهای عمق، فرکشن اکسیژن و غلظت کربنات به عنوان ورودی و میزان pH و پیریت باقیمانده به عنوان پارامترهای خروجی انتخاب شدند. سپس، توابع توزیع احتمالاتی بر روی پارامترهای ورودی برازش شدند. در ادامه پس از پیدا کردن بهترین روابط آماری خطی بین هر یک از پارامترهای هدف و پارامترهای ورودی و جایگذاری توابع توزیع احتمالاتی، به کمک شبیه سازی مونت کارلو میزان پیریت باقیمانده و pH تخمین زده شدند. نتایج حاکی از آن است که به احتمال 5% میزان pH و پیریت باقیمانده در محل انباشت باطله ها به ترتیب کم تر از 6/4 و 894/0 بوده است.

معدن و صنایع معدنی ازجمله مواردی است که همواره یکی از منابع اصلی نگرانی های زیست محیطی برای جوامع بشری بوده است. فرآیند استخراج و فرآوری زغال سنگ با توجه به ماهیت آن پتانسیل بسیار بالایی در ایجاد انواع مختلف آلودگی های زیست محیطی دارد. در این پژوهش کارخانه زغال شویی البرز شرقی در ایران و تأثیرات آن بر روی محیط زیست با استفاده از روش های مختلف ارزیابی اثرات زیست محیطی بررسی شده است. در ابتدا فهرستی از فعالیت های کارخانه و اثرات زیستمحیطی ناشی از این فعالیت ها تهیه گردیده و در ادامه با استفاده از سه روش ماتریس فولچی اصلاح شده، روش تحلیل سلسله مراتبی و ماتریس سریع یا پاستاکیا اثرات زیست محیطی کارخانه سنجیده شده است. برآیند نظر کارشناسان نشان داد که پساب کارخانه، انتشار آلاینده ها به هوا و نشت آلاینده ها از تیلینگ به ترتیب با امتیازهای 8، 7. 9 و 7. 9 مهمترین فعالیت های تأثیرگذار زیست محیطی کارخانه می باشند. تفاوت پاسخ های روش های مختلف ارزیابی اثرات زیست محیطی همواره یکی از چالش های این موضوع بوده است. در پژوهش حاضر تلاش شده است تا با استفاده از استراتژی های ادغام مختلف مانند بوردا، کوپلند، کمنی، کوهلر و روش ابداعیDirect Ranking Strategy (DRS)، نتایج روشهای مختلف تجمیع شود. استفاده از روش ترکیبی ارزیابی اثرات زیست محیطی (Coupled Environmental Impact Assessment – C-EIA) به منظور تجمیع روش های مختلف نشان داد که چهار مؤلفه «آب های زیرزمینی»، «چشم انداز منطقه»، «خاک منطقه» و «بوم شناسی» با حدود مقدار 0. 12 به ترتیب بحرانی ترین مؤلفه های محیط زیستی برای این کارخانه هستند.

پیش بینی و بهینه سازی هزینه انفجار برای رسیدن به خردایش مطلوب با در نظر داشتن کنترل پیامدهای نامطلوب ناشی از انفجار قابل توجه است. در این پژوهش با جمع آوری داده های انفجار از 6 معدن سنگ آهک در ایران با استفاده از رگرسیون چند متغیره غیر خطی با ارائه مدلی به منظور پیش بینی هزینه انفجار پرداخته شد. این مدل در مقایسه با مدل رگرسیون چند متغیره خطی ضریب همبستگی بالاتری (913/0) و جذر متوسط مربعات خطا کمتری (1089) دارد و مدل غیرخطی در مقایسه با مدل خطی تطابق بهتری را با هزینه های واقعی انفجار نشان می دهد. براساس آنالیز حساسیت انجام گرفته، فاصله داری و تعداد چال ها به ترتیب بیشترین و کمترین تأثیر را بر روی مدل هزینه انفجار داشتند. هم چنین در این پژوهش با استفاده از روش رگرسیون چند متغیره غیرخطی علاوه بر دست یابی به تابع هزینه انفجار، توابع محدودکننده مورد نظر در انفجار شامل خردایش، پرتاب سنگ و عقب زدگی مدل و این توابع به عنوان ورودی در الگوریتم فرا ابتکاری تراکم ذرات ((PSO برای بهینه سازی هزینه انفجار استفاده شد. با استفاده از این روش فاصله داری، تعداد و طول چال ها به ترتیب 6/3 متر، 462 حلقه و 13 متر به عنوان پارامترهای طراحی انفجار و متوسط دانه بندی، پرتاپ سنگ و عقب زدگی به ترتیب 44 سانتی متر، 5/84 متر و 6/3 متر به عنوان محدودیت های انفجار و هزینه انفجار 6235 ریال بر تن به دست آمد که منجر به کاهش 9/12 درصدی هزینه انفجار و کنترل بهینه پیامدهای نامطلوب ناشی از انفجار شد.

یکی از تصمیمات کلیدی در خصوص کانسارهایی که قابلیت استخراج ترکیبی به هر دو روش روباز و زیرزمینی را دارا باشند، تعیین تراز گذار معدنکاری روباز به زیرزمینی است. حد گذار ترازیست که در پایین تر از آن، استخراج به روش زیرزمینی و در بالای آن استخراج به روش روباز، از جنبه های فنی و اقتصادی در اولویت است. سهولت، کاربردی بودن روش اجرا و سرعت دستیابی به جواب قابل قبول جزو الزامات مراحل اولیه مطالعات معدن از جمله تعیین حد گذار معدنکاری محسوب میشوند. در این تحقیق، روشی کاربردی مبتنی بر ترکیب دو رویکرد الگوریتم لرچ و گروسمن و روش نسبت باطله برداری تعادلی (ESR) روباز و زیرزمینی، برای تعیین حد گذار ارائه شده است. بر اساس الگوریتم پیشنهادی، نخست می بایست پیت های لانه ای و پیت های توسعه ای با هدف بیشینه سازی تابع هدف ارزش خالص فعلی (NPV) ایجاد شده و سپس نسبت باطله برداری حاشیه ای (ISR) هر یک از این پیت های بهینه بدست آمده محاسبه گردد. با توجه به روش( های) معدنکاری زیرزمینی جایگزین، نسبت باطله برداری تعادلی (ESR) محاسبه و در نهایت تراز گذار با مقایسه نسبت باطله برداری حاشیه ای (ISR) هر یک از این پیت های بهینه با نسبت باطله برداری تعادلی (ESR) تعیین می شود. در تحقیق حاضر، از این رویکرد برای تعیین تراز گذار در یک کانسار واقعی سنگ آهن استفاده شده است. برای اعتبارسنجی تراز گذار پیشنهادی روش ارائه شده، از برآورد و مقایسه ارزش خالص فعلی تراز گذار استفاده شده است. مقایسه ارزش خالص فعلی تجمعی بدست آمده از معدنکاری ترکیبی در پایین تر از پیت و تراز گذار بدست آمده با روش پیشنهادی، نشان دهنده افزایش بطور میانگین، 23 درصدی در ارزش خالص فعلی کلی معدنکاری نسبت به حالت تداوم معدنکاری به روش روباز می باشد که مؤید قابلیت روش در تعیین تراز گذار است.