مهندسی معدن
سال:1402 | دوره:18 | شماره:60 |تعداد مقالات:6

انجام عملیات استخراج در معادن روباز مستلزم شناخت خواص هیدرولیکی توده سنگ به ویژه هدایت هیدرولیکی است. هدایت هیدرولیکی، میزان توانایی توده سنگ برای انتقال سیالات است که در بررسی مشکلات نشت، زهکشی و پایداری دیواره های کاواک معادن روباز اهمیت زیادی دارد. از این رو، محققان در جستجوی روش مناسبی برای تعیین هدایت هیدرولیکی توده سنگ تشکیل دهنده مناطق معدنی اند. در این مطالعه، برای تعیین رابطه تجربی هدایت هیدرولیکی بر اساس پارامترهای حاصل از گمانه های اکتشافی و ژئوتکنیکی شامل شاخص کیفی توده سنگ (RQD)، فاصله داری درزه ها و مقاومت فشاری، ابتدا تصویر مغزه های گمانه های ژئوتکنیکی حفر شده در آنومالی A کانسار غربی معدن سنگ آهن سنگان بررسی و با نمودارنگاری مجدد مقدار RQD برای هر نوبت حفاری محاسبه شد و با بررسی تصاویر مغزه های حفاری، هدایت هیدرولیکی هر ران حفاری در طول گمانه با متغیرهای کیفی ارزیابی شد. سپس با استفاده از روابط تجربی با شرایط زمین شناسی مشابه و ضرایب هدایت هیدرولیکی ارایه شده بر اساس جنس سنگ متغیرهای کیفی به کمی تبدیل شدند. در نهایت نمودار پراکندگی تغییرات هدایت هیدرولیکی نسبت به هر یک از فاکتورهای RQD، عمق، فاصله داری درزه ها و مقاومت فشاری سنگ رسم و منحنی رگرسیون بر هر یک از نمودارها برازش شده و مشخص شد با افزایش هر یک از فاکتورهای عمق، فاصله داری درزه ها و مقاومت فشاری سنگ، هدایت هیدرولیکی کاهش می یابد اما همبستگی بالایی بین تغییرات هدایت هیدرولیکی با هر یک از این فاکتورها وجود ندارد. نتایج نشان می دهد که رابطه هدایت هیدرولیکی بر اساس RQD ضریب تعیین بسیار بالایی دارد (R2=0.8247)، بنابراین این رابطه تجربی می تواند برای تخمین هدایت هیدرولیکی محدوده مورد مطالعه بسیار مفید واقع شود.

مبحث جانمایی گمانه های تکمیلی و ارایه الگوی بهینه برای حفر گمانه ها از دیرباز مورد توجه در فرآیند معدنکاری بوده و به جزو جدایی ناپذیر آن تبدیل شده است. می توان ریشه این اهمیت را در مباحث مالی مربوط به فرآیند معدن کاری و همچنین بخش اکتشاف و استخراج و مباحث مربوط به رده بندی جست وجو کرد. برای رسیدن به سطح قابل قبولی از عدم قطعیت، در این پژوهش از روش خطای تخمین برای رده بندی بلوک ها بهره برده شد. همچنین به منظور جانمایی گمانه های تکمیلی و وزن دهی به گمانه های احتمالی روش های کریتیک و تاپسیس به کارگرفته شد. روش کریتیک برای تخصیص وزن و روش تاپسیس برای انتخاب 5 عدد از بهترین گمانه استفاده شده است. در ابتدا گمانه ها به روش کریتیک و با نظر متخصص وزن دهی شده و در ادامه با روش تاپسیس رتبه بندی شد. معیارهای استفاده شده برای روش تاپسیس شامل عیار آهن، عیار درصد وزنی باقی مانده آهن (مولفه ژئومتالورژی)، واریانس، خطای تخمین و رده بندی است. در نهایت پس از جانمایی 5 گمانه مورد نظر فرآیند تخمین و رده بندی بار دیگر انجام پذیرفت که بر مبنای تعداد بلوک های با رده بندی قطعی از 380 به 571 عدد ارتقا پیدا کرد و عیار میانگین تخمینی آهن نیز افزایش یافت و 19 درصد ارتقا در رده بندی حاصل شد. ارتقا حاصل شده در تعداد بلوک های با رده بندی قطعی به قطعیت و قابل اتکا بودن مدل می افزاید.

برای ارزش گذاری پروژه های معدنی به دلیل ماهیت پیچیده کانسار همواره باید منابع عدم قطعیت ها شناسایی و تجزیه و تحلیل شوند که در نتیجه منجر به برآورد واقعی تر ارزش خالص فعلی آن پروژه می شود. بر طبق تحقیقات بسیار زیادی که در ارزیابی پروژه های معدنی تحت شرایط عدم قطعیت انجام شده است، بیان شده که استفاده از رویکرد اختیارات حقیقی می تواند تاثیر بسیار زیادی بر ارزش گذاری یک پروژه معدنی داشته باشد. در این مقاله با استفاده از رویکرد اختیارات حقیقی بر طبق مطالعه موردی که در معدن B پروژه معادن سنگ آهن سنگان انجام شده اختیاری با عنوان انباشت سنگ آهن کم عیار(عیار کمتر از 35 درصد) و انباشت سنگ آهن با درصد FEO<10 (اکسید پایین) تعریف شده است. هدف از تعریف این اختیارات بدست آوردن ارزش خالص فعلی در این پروژه تحت شرایط عدم قطعیت به منظور بررسی زمان مناسب برای فروش سنگ آهن کم عیار و سنگ آهن با درصد اکسید پایین است که در نتیجه با لحاظ کردن انعطاف پذیری های مدیریتی نتایج آن باعث برآورد واقعی تر ارزش خالص فعلی در این پروژه شده است.

با رشد روز افزون حفریات عمیق معدنی و عمرانی، شناخت و تحلیل شکست سنگ بکر اهمیت زیادی یافته است. دو مشخصه مهم تنش در شکست سنگ بکر، تنش شروع ترک و تنش خسارت ترک است که اهمیت بسزایی در شناخت رفتار سنگ هنگام شکست دارد. با وجود انجام مطالعات متعدد آزمایشگاهی در زمینه شکست فشاری سنگ بکر، مطالعات بسیار محدودی در زمینه تحلیل این دو سطح تنش در شکست برشی سنگ بکر انجام شده است. در این مطالعه با استفاده از مدل سازی عددی المان مجزا، رفتار سنگ بکر در آزمون برش مستقیم در حالت های مختلف شکست ترد، انتقالی و شکل پذیر بررسی و نسبت تنش شروع ترک و خسارت ترک به مقاومت برشی اوج تعیین شد. برای این منظور، ابتدا خواص ریزمقیاس مدل عددی تحت شرایط مختلف بارگذاری کششی مستقیم، تک محوره و سه محوره برای نوعی سنگ مصنوعی واسنجی شد. سپس آزمون برش مستقیم بر روی سنگ بکر و تحت شرایط تنش نرمال قائم متفاوت شبیه سازی شد. نتایج مدل سازی آزمون برش انجام گرفته با نتایج آزمایشگاهی موجود در مطالعات پیشین مورد مقایسه قرار گرفت و مشخص شد که مدل عددی توانایی مناسبی در پیش بینی رفتار برشی سنگ بکر را دارد. همچنین مشخص شد که تنش شروع ترک و تنش خسارت ترک به ترتیب در بازه های 70 تا 91 و 85 تا 95 درصد مقاومت برشی اوج تحت تنش های قائم مختلف رخ می دهد. نتایج این تحقیق نشان داد که با افزایش تنش نرمال، نسبت تنش شروع ترک و خسارت ترک به مقاومت برشی اوج یک روند کاهشی دارد. از نتایج این تحقیق می توان برای تحلیل سازه های تحت برش همانند دیواره های شیب دار و پیچ سنگ ها استفاده کرد.

محاسبه واریوگرام و پیوستگی فضایی یکی از اولین و مهم ترین فرآیندها در مدل سازی زمین آماری بوده که فرآیندی زمان بر و تجربه محور است. همچنین به دلیل پیچیدگی های محاسبه واریوگرام تجربی، تفسیر و برازش مدل مناسب همواره یکی از چالش های اصلی در این زمینه است. در این مقاله یک روش مدل سازی هوشمند واریوگرام با استفاده از یادگیری عمیق ارایه شده است که می تواند سرعت برازش مدل واریوگرام را افزایش دهد و مانع بروز خطاهای متداول در برازش دستی مدل واریوگرام شود. در این روش از دو شبکه عصبی کانولوشن استفاده شده است. شبکه اول داده های اولیه را تبدیل به نقشه دوبعدی شبیه سازی شده بر مبنای مدل های مختلف واریوگرام می کند. بدین منظور نیاز است تا شبکه اول، با داده های اولیه و شبیه سازی های مانند آن ها آموزش داده شود؛ سپس خروجی این مدل وارد شبکه عصبی کانولوشن دوم شده که در این شبکه تصاویر دوبعدی شبیه سازی شده به عنوان ورودی به شبکه داده می شود و پارامترهای واریوگرام شامل دامنه، آزیموت جهت اصلی، نسبت دامنه جهت اصلی به جهت فرعی و اثر قطعه ای پیش بینی می شود. در این مقاله ابتدا الگوریتم پیشنهادی بر روی داده های دوبعدی مصنوعی پیاده سازی و پارامترهای مدل بهینه شده است. دقت مدل در پیش بینی پارامترهای واریوگرام 97 درصد بوده است. سپس از الگوریتم پیشنهادی برای مدل سازی واریوگرام داده های ژئوشیمیایی منطقه نوچون که شامل عناصر Cu، Zn و Pb استفاده شد که دقت مدل واریوگرام به دست آمده نسبت به مدل دستی برازش شده 90 درصد است.

انتخاب روش حفاری تونل یکی از مهم ترین مراحل اجرای تونل است و نتایج انتخاب نادرست روش حفر ممکن است منجر به ایجاد موقعیت های فاجعه بار شود. در انتخاب گزینه مناسب برای حفر یک تونل پارامترهای مختلفی موثرند که مهم ترین آن ها پارامترهای زمین شناسی و ژئوتکنیکی، هندسی، اجرایی، اقتصادی و پارامترهای مربوط به زیرساخت ها و شرایط لازم برای روش های حفاری است و روش های موجود متکی به تخمین پارامترهای ژئومکانیکی توده سنگ و سنگ بکر و همچنین برخی پارامترهای فیزیکی سنگ ها  است که در آن ها عوامل موثر به صورت همه جانبه در نظر گرفته نشده اند. در این پژوهش، مدلی برای ارزیابی همه جانبه و انتخاب مناسب ترین روش حفاری تونل از بین روش های چالزنی و آتشباری، چالزنی و آتشباری کنترل شده، کند و پوش، روش حفاری اتریشی، ماشین حفاری بازویی و  حفاری با سپر معمولی (TBM)  ارایه شده است. در این مدل پس از مطالعه و بررسی مباحث مربوط، 31 شاخص که در ارزیابی موثرترند در نظر گرفته شد و از آنجا که اهمیت شاخص ها در ارزیابی یکسان نیست برای تعیین وزن آن ها پرسشنامه ای تهیه و با تجمیع نظر خبرگان وزن دهی شد که هزینه ماشین آلات و تجهیزات با 7/9 درصد بیشترین وزن در بین شاخص ها را دارد . امتیازدهی به هر یک از شاخص ها برای هر یک از روش های حفاری نیز به وسیله پرسشنامه های ارزیابی حاوی سوالات به صورت مقدار دهی عددی مانند امتیازدهی روش نیکلاس در استخراج ذخایر معدنی انجام گرفت که در آن با توجه به مطلوب و یا نامطلوب بودن هر یک از ویژگی ها برای روش های حفاری از امتیازهای 0، 1، 2، 3، 4 و 121- استفاده می شود. سرانجام برای محاسبه امتیاز نهایی هر روش از روش وزن دهی ساده(SAW) به طور سلسله مراتبی استفاده شد. در این روش با توجه به شرایط زمین شناسی و ژئوتکنیکی و پارامترهای هندسی تونل موجود، امتیاز هر شاخص در وزن نهایی آن شاخص ضرب می شود و از حاصل جمع آن ها امتیاز نهایی هر روش به دست می آید. در نهایت روشی که بیشترین امتیاز را داشته باشد به عنوان روش مناسب حفر انتخاب می شود.برای اعتبارسنجی، نتایج مربوط به تونل راه پاتاوه- دهدشت (تونل شماره 1) که از سه زون زمین شناسی عبور می کند پیاده سازی و در نهایت برای زون 1 و 2 روش چالزنی و آتشباری و برای زون3 روش حفاری اتریشی (NATM) انتخاب شد در حالی که روش ارایه شده توسط کارفرما بر اساس سایر روش های موجود برای انتخاب روش حفاری تونل برای هر 3 زون روش چالزنی وآتشباری بوده و توصیه شده بود که برای مناطق با مقاومت کمتر از چکش هیدرولیکی استفاده شود.