روش های تحلیلی و عددی در مهندسی معدن
سال:1396 | دوره:7 | شماره:13 |تعداد مقالات:10

فرایند شکست بسته به شرایط تنش و جنس سنگ، متفاوت است و این موضوع در پایداری سازه ها اهمیت زیادی دارد. یکی از تکنیک های بررسی فرآیند شکست انجام آزمایش سه محوره است. در این تحقیق هدف به دست آوردن راستا و فرآیند شکست نمونه های سنگ توف ریولیتی در شرایط تنش های جانبی متفاوت در آزمایشگاه و سپس مطالعه جزئیات فرآیند شکست در مدل عددی ساخته شده با روش تفاضل محدود سه بعدی است. راستا و نحوه شکست سنگ در آزمایشگاه، تحت تاثیر تنش های همه جانبه مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که با افزایش تنش جانبی، زاویه شکست از حالت قائم به مایل تغییر می کند. سپس مدل عددی با داده های آزمایشگاهی کالیبره گردید و در مدل عددی، جزئیات فرآیند شکست که در آزمایشگاه قابل مشاهده نیست، تجزیه و تحلیل شد. بررسی ها نشان داد راستای گسیختگی و جزئیات فرآیند شکست، از تجمع کرنش های پلاستیک در مرکز نمونه شروع شده و تا تبدیل شدن به صفحه گسیختگی برشی ادامه می یابد. هم چنین مدل عددی با دقت بسیار بالا با آزمایش های آزمایشگاهی تطابق نشان داد.

داده های ورودی در فرآیند بهینه سازی محدوده نهایی پیت روباز، مجموعه ای از بلوک ها است که هر یک از آن ها دارای یک ارزش اقتصادی خالص بوده و طراح با انتخاب بلوک های مناسب از میان بلوک های ذکرشده اقدام به بهینه سازی طراحی و بیشینه سازی ارزش خالص معدنکاری می نماید. ارزش خالص اقتصادی تخصیص داده شده به هر بلوک با استفاده از اطلاعاتی چون قیمت ماده معدنی، هزینه های عملیاتی، هزینه های ذوب وپالایش وهزینه های فرآوری و غیره محاسبه می گردد. روند تغییرات قیمت فلزات و همچنین هزینه های معدنکاری در سال های مختلف نشان می دهد که قطعی فرض کردن این پارامترها موجب بروز خطا در روند محاسبه ارزش اقتصادی بلوک های معدنی می شود. در روش های معمول برای محاسبه ارزش اقتصادی بلوک، همواره تاکید بر ثابت فرض کردن پارامترهایی چون عیار، هزینه های عملیاتی، قیمت ماده معدنی و... بوده است. این در حالی است که عدم قطعیت پارامترهایی چون قیمت کاملا بدیهی بوده و ثابت فرض کردن آن ها منجر به بروز خطا در فرآیند محاسبه ارزش اقتصادی بلوک می شود. در تحقیق حاضر سعی شده است که ابتدا به بررسی نقش عدم قطعیت اقتصادی پرداخته شده و سپس با استفاده از روش شبیه سازی مونت کارلو ارزش اقتصادی بلوک با در نظر گرفتن عدم قطعیت های قیمت ماده معدنی و هزینه های عملیاتی محاسبه شود. برای نیل به این هدف از داده های اقتصادی معدن مس گرسبرگ اندونزی استفاده شده است. نتایج این تحقیق نشان داد که روش شبیه سازی مونت کارلو توانایی بالایی در تخمین عدم قطعیت های اقتصادی پروژه های معدنی داشته و ارزش اقتصادی بلوک محاسبه شده از این روش با خطای کمتری نسبت به سایر روش ها به مقدار واقعی نزدیک تر است. همچنین ملاحظه شد که ارزش فعلی خالص به دست آمده از روش مونت کارلو از روش های معمول بیشتر بوده و به واقعیت نزدیک تر است.

یکی از عوارض زمین شناسی بسیار مهم در تعیین مقاومت و پایداری توده سنگ ها موقعیت و آرایش درزه ها و شکستگی ها است. در اینجا شکل درزه شکل هندسی است که از جهت عمود بر سطوح درزه ها دیده می شود. در مورد شکل هندسی درزه ها اطلاعات زیادی وجود ندارد. بعضی از مراجع به صورت تقریبی شکل آنها را مربعی، مستطیلی، دایره ای و بیضوی ذکر کرده اند. به دلیل آن که معمولا محل تقاطع صفحه یا رویه درزه با صفحه رخنمون سنگی به صورت یک پاره خط قابل رویت است، به سختی می توان شکل درزه ها را در رخنمون های سنگی مشاهده نمود. در این تحقیق درزه های موازی که تشکیل سیستم درزه می دهند توسط شبیه سازی آماری و برای اشکال مختلف تولید گردیده اند. سپس با مطالعه چگونگی توزیع آماری درزه های شبیه سازی شده و مقایسه آن با توزیع آماری واقعی درزه ها در رخنمون سنگی می توان فرم و شکل درزه ها در توده سنگ را پیش بینی نمود. بررسی های حاصله نشان می دهند، توزیع آماری طول درزه ها شبیه سازی شده برای سیستم های درزه از توزیع های آماری رایج و کلاسیک توانی، لگاریتمی و پواسون پیروی نمی کند. طول درزه ها در واقع دارای توزیع پیچیده و اکثرا دارای چولگی به سمت چپ هستند.

نفوذپذیری توده سنگ یکی از مهمترین پارامترهای کنترل کننده پروژه ‎‎ های مختلف مهندسی سنگ اعم از مخازن دفن زباله های اتمی، پی سدها، فضاهای زیرزمینی همانند تونل‍ ها و مغارها، پروژه های ژئوترمال و تولید نفت و گاز است. به طور کلی نفوذپذیری توده سنگ متشکل از نفوذپذیری سنگ بکر و ناپیوستگی های موجود در آن است اما در حوضه های با سنگ میزبان سخت و کریستالی نفوذپذیری سنگ بکر تقریبا ناچیز و قابل اغماض است و کنترل کننده اصلی جریان عبوری از توده سنگ، درزه ها و ناپیوستگی ها هستند. در چنین شرایطی، علاوه بر پارامترهای هندسی درزه لازم است تاثیر عواملی همانند جابجایی برشی و تنش نرمال نیز بررسی گردد. در این مقاله با روش عددی المان مجزاء یک کد عددی توسط نرم افزار UDEC برای بررسی کوپل هیدرومکانیکی درزه های منفرد تحت برش با مدل درزه داری بارتن- باندیس توسعه داده شده است. در کد عددی توسعه داده شده تاثیر پارامترهایی همانند جابجایی برشی، تنش نرمال و سختی درزه بررسی شده است. برای راستی آزمایی مدل عددی نتایج آن با نتایج تجربی بدست آمده توسط السون- بارتن (2001) مقایسه شده است. بررسی های انجام شده، نشان می دهد که نتایج مدلسازی عددی هماهنگی خوبی با نتایج آزمایشگاهی السون بارتن (2001) دارد. همچنین تحلیل های عددی انجام شده حاکی از آنست که متناسب با افزایش جابجایی برشی، مقدار بازشدگی هیدرولیکی و نرخ جریان افزایش می یابد.

در مطالعه پیش رو به منظور کاهش خطا و ریسک در راستای صرف هزینه، زمان، انرژی و نیز دستیابی به پیشگوئی هایی به مراتب ارزنده تر، به بررسی ترکیب روش های داده کاوی و جدایش آنومالی پرداخته می شود. اهمیت تشخیص مقادیر آنومال از زمینه بر هیچ یک پوشیده نیست، به این منظور روش های متعددی ابداع گشته است که از آن جمله می توان به روش جدایش فواصل ماهالانوبیس اشاره کرد که روشی موثر و چند متغیره در جدایش مقادیر آنومال از زمینه محسوب می شود. از طرفی، پیش بینی ابزاری قدرتمند در فرآیند برنامه ریزی در هر فعالیتی هست، پس به کارگیری روش های داده کاوی در جهت یافتن الگو و روابط نهفته در دل داده ها، نیاز ما را در این زمینه مرتفع می سازد. لذا در مطالعه حاضر، به بررسی عملکرد ترکیب روش جدایش فوق با سه روش داده کاوی K -نزدیک ترین همسایه، طبقه بند ساده بیز و درخت تصمیم گیری پرداخته می شود. به این ترتیب که پس از جدایش مقادیر آنومال مس و مولیبدن در مورد 377 نمونه حاصله از عملیات نمونه برداری سطحی در محدوده پرکام به کمک روش فواصل ماهالانوبیس، به منظور پیش بینی این مقادیر برای هر نمونه تصادفی، سه روش داده کاوی مذکور، مورد استفاده قرار می گیرند. در نهایت نیز جهت بررسی شبکه های طراحی شده، نمونه های آموزشی به عنوان داده های تست در اختیار شبکه های مذکور قرار گرفته اند. نتایج حاصله نشان می دهند که روش درخت تصمیم گیری به مراتب قوی تر ظاهر شده، زیرا در شبکه طراحی شده توسط این روش، تنها دو نمونه از بین 377 نمونه، اشتباها شناسایی شده اند که نشان دهنده دقت بالای شبکه طراحی شده است. یعنی مقدار خطای Resubstitution گزارش شده برای این شبکه برابر با 0.0053 هست. لازم به ذکر است که تعداد نمونه های به اشتباه پیش بینی شده برای دو روش KNN و بیز به ترتیب برابر با 9 و 23 و به تبع، مقدار خطای محاسبه شده برای آنها نیز به ترتیب برابر با 0.0239 و 0.061 گزارش شده اند. به این ترتیب با توجه به میزان خطای به مراتب قابل قبول تر برای شبکه طراحی شده توسط ترکیب روش درخت تصمیم گیری و فواصل ماهالانوبیس، ترکیب مذکور به عنوان روشی قابل اطمینان و سودمند جهت رسیدن به صحیح ترین پیشگوئی ها به تصمیم گیران این صنعت معرفی شده است.

امروزه عملیات حفاری انحرافی به طور گسترده ای در انواع شرایط زمین شناسی به کار می رود، اما استفاده بهینه از این فناوری در شرایط سنگی و سخت به دانش و تجربه بالای مهندسی نیاز دارد. مقدار گشتاور چرخشی یکی از پارامترهای بسیار مهمی است که باید برای انجام عملیات حفاری انحرافی پیش بینی شود. در این پژوهش جهت ارائه راهکار جدید برای پیش بینی گشتاور چرخشی موردنیاز برای انجام عملیات حفاری انحرافی در لایه های سنگی از روش ترکیب شبکه عصبی مصنوعی و الگوریتم بهینه سازی مبتنی بر جغرافیای زیستی استفاده شده است. درواقع برای بهینه سازی وزن های شبکه عصبی مصنوعی و بالا بردن توانایی های شبکه از الگوریتم مبتنی بر جغرافیای زیستی بهره گرفته شده است. هم چنین از نیروی محوری، سرعت چرخش مته، طول رشته حفاری، تغییر زاویه کلی گمانه، قطر i امین برقو، سرعت جریان گل و ویسکوزیته گل حفاری به عنوان پارامترهای ورودی مدل برای پیش بینی گشتاور چرخشی استفاده شده است. برای ارزیابی توانایی مدل در پیش بینی گشتاور چرخشی، از داده های پروژه انتقال گاز طبیعی غرب به شرق چین استفاده شده است. تعداد کل داده ها در این پروژه 84 داده است که از این تعداد به طور تصادفی، 75 درصد داده ها برای آموزش مدل و 25 درصد داده ها برای آزمون مدل استفاده شده است. نتایج حاصل از این مطالعه بیانگر آن است که مدل پیشنهادی می تواند به عنوان یک ابزار قدرتمند برای مدلسازی مسائل حفاری انحرافی مورد استفاده قرار گیرد.

معادن سرب و روی ایرانکوه در رشته کوهی به همین نام در 20 کیلومتری جنوب غرب اصفهان واقع شده است. بخش های معدنی تپه سرخ، گوشفیل، خانه گرگی و ... در این منطقه شناسایی شده که جداگانه تعیین ذخیره شده و بعضا مورد بهره برداری قرار گرفته است. این مطالعه به منظور شناسایی آنومالی ها و اندیس های سرب و روی در بین دو منطقه معدنی تپه سرخ و گوشفیل انجام گردیده است. در این مطالعه 804 نمونه خاک به طور سیستماتیک در دو مرحله برداشت شده و نمونه ها پس از آماده سازی های لازم برای 35 عنصر آنالیز شده اند. در این مطالعه از 12 عنصر برای تجزیه و تحلیل استفاده شده است. برای شناسایی و تفکیک آنومالی ها در این مطالعه از سه روش آمار کلاسیک، هندسه فرکتال و EDA (تحلیل اکتشافی داده ها) استفاده شده است. قبل از انجام تجزیه و تحلیل اصلی با روش های فوق الذکر، ابتدا پردازش اولیه داده ها شامل اصلاح داده های سنسورد و جداسازی داده های خارج از رده انجام گردید. سپس نرمال بودن داده ها بررسی شد. داده های اولیه عناصر Ca، Mg و S نرمال بودند ولی بقیه عناصر با تبدیل لگاریتمی ساده و یا سه پارامتری نرمال سازی شدند. روش آمار کلاسیک با توجه به پارامترهای آماری به دست آمده و فرمول های استاندارد، مقادیر آنومالی و زمینه در مورد هر عنصر جداسازی گردید. برای جداسازی زمینه از آنومالی با روش فرکتال از مدل عیار- مساحت در محیط GIS استفاده شد. جداسازی آنومالی از زمینه با روش EDA نیز به کمک نمودار جعبه ای انجام گردید. سپس نقشه های مربوط به هر عنصر با کاربرد سه روش نامبرده رسم شدند. به طورکلی نقشه های تهیه شده انطباق خوبی با هم دارند ولی روش فرکتالی به علت ساختاری بودن دارای قابلیت اعتماد بیشتری است. مناطقی که در سه روش آنومالی نشان دادند، دارای اولویت بالاتری جهت مطالعات بعدی می باشند. عناصر اصلی شامل Pb، Zn و Cd در شمال غرب، مرکز و جنوب شرق آنومالی نشان می دهند. آنومالی های به دست آمده با نتایجی که از مطالعات سطحی به دست آمده انطباق خوبی نشان می دهند. جهت انجام مراحل بعدی اکتشاف و بررسی های بیشتر آنومالی ها، استفاده از روش ژئوفیزیکی IP پیشنهاد گردید.

در طی پدیده خستگی جسم به علت تجمع آسیب و گسترش ترک ناشی از تکرار روند بارگذاری، در تنشی کمتر از مقاومت استاتیکی خود به صورت ناگهانی و ترد می شکند. سازندها و سازه های سنگی ازجمله گسل ها، درزه ها، صفحات لایه بندی، مخازن زیرزمینی، دیواره تونل ها، دیواره حائل پل ها، پی راه ها و سدها و... می توانند تحت تاثیر بارهای دینامیکی ناشی از زمین لرزه های بزرگ، انفجار سنگ، آتشباری، حفاری، ترافیک قرار گیرند. در این کار تحقیقاتی رفتار سنگ ها تحت تاثیر بارگذاری کاملا معکوس شونده (کشش- فشار) و به کمک دستگاه آزمایش خستگی ساخته شده بر اساس آزمایش رایج خستگی فولاد بررسی شده است. از دو نمونه سنگ بلوری گابروی نطنز و مرمر سبز با ترکیب کانی شناسی و منشا ساخت متفاوت جهت بررسی پدیده خستگی با این روش استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که در نمودار S-N برای هر دو نوع سنگ با کاهش مقدار تنش اعمالی به نمونه، تعداد دوره تحمل شده به صورت لگاریتمی افزایش پیدا می کند و نمودار هر دو سنگ از رابطه وهلر پیروی می کنند. همچنین امکان ارزیابی حد دوام به کمک این نوع آزمایش وجود دارد، درحالی که در تحقیقات قبلی این امکان وجود نداشته است. نتایج نشان می دهد که حد دوام برای گابروی نطنز در حدود 14.7 مگا پاسکال (53% مقاومت کششی در حالت استاتیکی) و برای مرمر سبز حدود 10.8 مگا پاسکال (60% مقاومت کششی در حالت استاتیکی) است. مقایسه نتایج حاصل شده با نتایج سایر مصالح تایید می کند که دستگاه ساخته شده و روش مورداستفاده در این تحقیق برای برآورد خستگی در سنگ های بلوری مناسب است.

در این مطالعه داده های ژئوشیمیایی رسوبات آبراهه ای برگه 1:50000 میرده به روش حوضه آبریز نمونه بررسی شده است. 299 نمونه از رسوبات آبراهه ای در مساحتی حدود 617 کیلومترمربع از منطقه مورد مطالعه برداشت شده و تحت آنالیز شیمیایی قرار گرفته است. به دلیل وجود پتانسیل کانی سازی طلا در منطقه روش حوضه آبریز نمونه، بر روی غلظت های تک عنصری طلا اعمال شده است. پس از انجام محاسبات مربوط به روش حوضه آبریز نمونه، آنالیز PCA بر روی نتایج حاصل انجام شده و نقشه های توزیع فضایی آنومالی های طلا با استفاده از روش فرکتالی عیار- مساحت ترسیم شده است. هدف از این مطالعه، بررسی قابلیت روش حوضه آبریز نمونه در تعیین حوضه های آنومال و معرفی مناطق پر پتانسیل در منطقه مورد نظر است. بر این اساس، مناطق پر پتانسیل معرفی شده توسط روش حوضه آبریز نمونه در جنوب غربی منطقه قرار گرفته است که با کانی سازی شناخته شده در منطقه مطابقت دارد.

امروزه سازه های بزرگ زیرزمینی به منظور توسعه راه و راه آهن، انتقال آب، ذخیره سازی نفت و گاز، نیروگاه های زیرزمینی، دفن زباله های اتمی و غیره احداث می شوند. از مهم ترین اهداف طراحی این فضاها، ارزیابی پایداری و در صورت لزوم طراحی سیستم نگهداری آنها است. در این پژوهش، پایداری محل انشعاب تونل های پنستاک از تونل انتقال آب سد رودبار لرستان بررسی شده است. با تجزیه و تحلیل آماری روی نتایج حاصل از آزمایش های آزمایشگاهی و برجای انجام شده در ساختگاه سد، روابط تجربی موجود و اعمال قضاوت مهندسی، پارامترهای ژئومکانیکی توده سنگ محل انشعاب تعیین شد. با توجه به ضعیف بودن توده سنگ محل انشعاب، محیط سنگی محل انشعاب، به صورت محیط پیوسته در نظر گرفته شد و با استفاده از نرم افزار FLAC3D، مدل سازی گردید. با توجه به نتایج حاصل از مدل سازی عددی و نیز تعیین ناحیه تاثیر (زون پلاستیک)، جهت مهار جابجایی ها و پایدارسازی فضای مذکور، سیستم نگهداری موقت به صورت ترکیبی از شاتکریت و شبکه پیچ سنگ با طول مناسب طراحی شد. مقادیر بیشینه جابجایی به وجود آمده در سقف، کف و دیواره های فضای محل انشعاب، پس از 16 مرحله حفاری و نصب سیستم نگهداری، نشان دهنده پایداری فضای محل انشعاب و مناسب بودن فاصله بین دو تونل پنستاک از یکدیگر است. همچنین بررسی منحنی اندرکنش نیروی محوری- ممان خمشی نشان داد، مقطع شاتکریت طراحی شده پایدار است.