روش های تحلیلی و عددی در مهندسی معدن
سال:1398 | دوره:9 | شماره:20 |تعداد مقالات:9

شبیه سازی روش جبهه کار طولانی، یکی از متداول ترین روش های استخراج لایه های زغالی محسوب می شود. بررسی گذشته معدنکاری، گویای این واقعیت است که عمده خطرات ناشی از استخراج زیرزمینی زغال سنگ، مربوط به ریزش های ناگهانی و کنترل نشده سقف در کارگاه های استخراج است. پیش بینی رفتار سنگ سقف و قابلیت تخریب آن، در اجرای موفقیت آمیز این روش و کاهش خطرات ناشی از آن، از اهمیت بالایی برخوردار است. در این پژوهش، سعی شده است تا با استفاده از تئوری مجموعه های فازی و رویکرد فازی چندمعیاره، سیستم طبقه بندی فازی جدیدی به منظور ارزیابی کیفیت سقف معادن زغالی ارائه شود. در گام نخست، پس از بررسی پارامترهای تأثیرگذار بر کیفیت سقف، هشت پارامتر مشتمل بر مقاومت فشاری تک محوری، مقاومت کششی، حساسیت در مقابل رطوبت، فاصله داری و تداوم ناپیوستگی ها، ضخامت لایه بندی، شیب درزه ها و در نهایت اختلاف امتداد کارگاه و درزه های بحرانی، به عنوان پارامترهای مؤثر در سیستم طبقه بندی انتخاب شدند. در ادامه، پس از تعیین وزن پارامترها، سیستم طبقه بندی فازی ارائه شده است. این سیستم طبقه بندی فازی، قادر است تا کیفیت سنگ سقف معادن زغالی را در سه رده و به صورت کیفی در رده های خوب، متوسط و ضعیف مورد ارزیابی و طبقه بندی قرار دهد. به منظور بررسی عملکرد سیستم طبقه بندی فازی، داده های مربوط به 15 کارگاه استخراج زغال سنگ در حوضه البرز شرقی با توجه به میزان گام پیشروی در هر کارگاه، مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل از این بررسی ها نشان داده است که می توان با قابلیت بالایی کیفیت سنگ سقف را با سیستم طبقه بندی فازی مورد ارزیابی قرار داد.

امروزه روش های تحلیل عددی نقش عمده ای را در پیشرفت علم بازی کرده و توانایی خود را در حل مسائل فیزیکی با دقت بالا به اثبات رسانیده اند. روش های تحلیل عددی بسیار متنوع هستند ولی بیشتر این روش ها، مانند روش اجزاء محدود، برای مدلسازی محیط ها ی پیوستار استفاده می شوند. یکی از روش های تحلیل عددی که برای مدلسازی محیط ها و مواد ناپیوستار استفاده می شود، روش المان مجزا است. معمولاً در این روش، مواد ناپیوستار به صورت مجموعه ای از بلوک ها ی(ذرات) مجزا در نظر گرفته می شوند که این بلوک های مجزا می توانند به صورت صلب یا تغییر شکل پذیر رفتارکرده و هم چنین امکان جابه جایی ها و چرخش های بزرگ را داشته باشند. مواد ناپیوستار، مانند سنگ ها و مواد گرانول، دارای ذراتی با شکل تصادفی و نامنظم هستند. لذا ایجاد یک الگوریتم به منظور شبیه سازی ذرات تصادفی، بسته بندی آنها و در نهایت استفاده از این مجموعه ذرات بسته بندی شده به عنوان ورودی اولیه نرم افزارهایی که از روش المان مجزا استفاده می کنند؛ می تواند کمک شایانی در تحلیل محیط ها و مواد ناپیوستار، مخصوصاً در مکانیک پودر، صنایع معدنی، مکانیک سنگ، جریان مواد گرانول و غیره انجام دهد. در این مقاله ابتدا یک الگوریتم جدید برای تشخیص برخورد و بسته بندی احجام تصادفی از طریق تعریف نقاط کنترل، ارائه می گردد. از ویژگی های این الگوریتم بسته بندی آن است که قابلیت بسته بندی ذرات با هر شکلی را دارد. سپس با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات، حالت بهینه این الگوریتم بسته بندی، برای N ذره به دست آورده می شود. در نهایت به منظور اعتبار بخشی به این الگوریتم بهینه سازی شده، نتایج حاصل از آن با نتایج حاصل از الگوریتم های بسته بندی موجود مقایسه می شود. نتایج حاصل از این الگوریتم، افزایش کیفیت و تراکم بسته بندی اولیه ذرات را نسبت به روش بسته بندی دیجیتال نشان می دهد که این امر نمایانگر کارایی و قابلیت بالای این روش بسته بندی جدید است.

رفتار مکانیکی سازه های مصالح بنایی و به طور خاص سازه های آجری، رفتاری ناپیوستار و به شدت تحت تاثیر سطح مشترک بین آجر و ملات است. تحقیق حاضر به بررسی و مقایسه رفتار برشی سطح مشترک آجر-ملات، بر اساس آزمایش برش مستقیم تعدادی نمونه، جهت مدلسازی رفتار دیوارهای باربر غیر مسلح بنایی در مقابل بارهای برشی و نرمال وارده با استفاده از روش عددی المان مجزا پرداخته است. روش المان مجزا به دلیل قابلیت های خاص خود در مدلسازی سازه های مصالح بنایی، که تغییر شکل ها و مودهای گسیختگی آن به شدت به نقش درزه های ملات بستگی دارد، جزو یکی از روش های مناسب جهت مدلسازی محیط های ناپیوستار به شمار می رود. در مدلسازی به روش المان مجزا برای بلوک های آجری از مدل رفتاری الاستو پلاستیک موهر-کلمب و برای ناپیوستگی ها از مدل لغزش کلمب استفاده شده است. متوسط پارامتر سختی برشی و نرمال برای سطح مشترک بین آجر و ملات به ترتیب 82/42 و 46/122 مگاپاسکال بر میلی متر، چسبندگی سطح مذکور 7/0 مگاپاسکال و زاویه اصطکاک آن 7/37 درجه به دست آمده است. رابطه بین تنش برشی و جابجایی برشی سطوح مشترک نمونه های آجر-ملات، در حالت عددی و آزمایشگاهی با یکدیگر مقایسه گردیده و حداکثر بار اعمالی مجاز بر دیوار باربر غیر مسلح بنایی به روش المان مجزا محاسبه شده است.

عدم قطعیت پارامترهای اقتصادی نقش غیرقابل انکاری را در فرآیند ارزیابی پروژه های معدنی ایفا می کنند، به گونه ای که ارزیابی یک پروژه معدنی بدون در نظر گرفتن عدم قطعیت های موجود غیرقابل اعتماد و نادرست است. از جمله مهم ترین منابع عدم قطعیت های اقتصادی می توان به عدم قطعیت قیمت ماده معدنی اشاره نمود. محققین بسیاری به مطالعه بررسی نقش عدم قطعیت های اقتصادی در فرآیند برنامه ریزی تولید پروژه معدنی پرداخته اند، اما بیش تر تحقیق های انجام شده در ذخایر تک عنصره بوده و کم تر به نقش عدم قطعیت قیمت در ذخایر دو عنصره توجه شده است. در این تحقیق با استفاده از روش درخت دوجمله ای، ارزشیابی برنامه ریزی تولید در ذخایر دو عنصره تحت عدم قطعیت قیمت برای چهار سناریو: قطعیت قیمت هر دو عنصر، عدم قطعیت قیمت عنصر اول و قطعیت قیمت عنصر دوم، قطعیت قیمت عنصر اول و عدم قطعیت قیمت عنصر دوم و در سناریو آخر عدم قطعیت قیمت هر دو عنصر، محاسبه شده است. نتایج حاصل از حل یک مثال فرضی تحت چهار سناریو در این تحقیق نشان می دهد که کم ترین ارزش خالص فعلی با مقدار 05/245 هزار دلار مربوط به زمانی است که عدم قطعیت در پروژه لحاظ نشود و بیش ترین ارزش خالص فعلی با مقدار 6/349 هزار دلار زمانی حاصل می شود که عدم قطعیت قیمت برای هر دو عنصر لحاظ شده باشد.

از مهم ترین نتایج فرآیند برش خطی سنگ، برآورد دقیق و واقعی نیروهای برش وارد بر تیغه دیسکی است که می تواند مقدمه ای برای توسعه مدل هایی جهت پیش بینی عملکرد ماشین های حفر تمام مقطع تونل (TBM) باشد. در این مطالعه، مدلسازی عددی فرآیند برش سنگ با تیغه دیسکی با استفاده از کد تجاری المان محدود ABAQUS انجام شده است. برای راستی آزمایی مدل، از نتایج آزمایشگاهی آزمون برش خطی (LCM) محققان پیشین استفاده شده است. پس از حل مدل پیشنهادی، نیروهای وارد بر دیسک در سه راستا از مدل برش نتیجه شد و میانگین هر کدام با استفاده از کدی که در محیط نرم افزار MATLAB توسعه داده شد، محاسبه شده است. مقایسه نتایج آزمایشگاهی و مدلسازی عددی خطای 1/11 درصد برای میانگین نیروی نرمال، 6/5 درصد برای میانگین نیروی غلتشی، و 10 درصد برای میانگین نیروی جانبی را نشان می دهد. با مقایسه نتایج حاصل از مدلسازی عددی و آزمایش برش خطی، می توان نتیجه گرفت که مطابقت بسیار خوبی میان آنها برقرار است.

استان اردبیل به دلیل قرارگیری در زون های ساختاری مختلف و تکتونیک فعال آن، می تواند دارای مناطق با پتانسیل بالای ژئوترمال باشد. در این پژوهش، با استفاده از داده های تصاویر سنجنده هایETM+، ASTER و مقایسه آن با نتایج پردازش داده های ژئوفیزیکی مغناطیس سنجی هوابرد به بررسی پتانسیل یابی منابع ژئوترمال در منطقه شمال سبلان تا سراب استان اردبیل و آذربایجان شرقی پرداخته شده است. با استفاده از بررسی های سنجش ازدور، بی هنجاری های حرارتی منطقه شناسایی شدند. دمای سطح زمین با استفاده از بررسی های سنجش از دور و روش های الگوریتم پنجره مجزا تعمیم یافته، نرمال سازی گسیلندگی و روش تخمین دمای سطح زمین سنجندهETM+ و سنجندهASTER جهت شناسایی بی هنجاری های حرارتی منطقه و تخمین اینرسی حرارتی ظاهری که در ارتباط با منابع ژئوترمال سطحی بوده، محاسبه شده است. با استفاده از نقشه برگردان به قطب بی هنجاری های مغناطیسی مطلوب و نقاط امیدبخش از نظر ظرفیت اکتشافات ژئوترمال مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از بررسی داده های مغناطیس سنجی هوابرد مناطق شمال و شمال شرقی سبلان، جنوب شرقی سبلان و شمال سراب را به عنوان مناطق امیدبخش و نتایج حاصل از پردازش داده های دورسنجی حرارتی مناطق شمال شرقی سبلان و دره موئیل در شمال غربی سبلان و شمال سراب را به عنوان مناطق امیدبخش معرفی می کند. در مجموع کلیه مناطق امید بخش از هر دو روش با موقعیت چشمه های آب گرم و دگرسانی های موجود در منطقه که گواه روشنی از وجود ذخایر ژئوترمال هستند، مقایسه شده است.

روش مهاجرت زمانی معکوس (Reverse Time Migration) به عنوان یک روش تصویرسازی لرزه ای نوین، با حل دو طرفه معادله موج و از طریق یک فرایند سه مرحله ای شامل برون یابی پیشرو و پسرو میدان موج چشمه و گیرنده و اعمال یک شرط تصویرسازی مناسب اجرا می شود. این روش همه انواع موج را بدون هیچ محدودیت زاویه ای مدلسازی می کند، این امر با توجه به ضعف روش های تصویرسازی پرتو-مبنا و حل یک طرفه موج در تصویر نمودن درخور ساختارهای موجود در محیط های زمین شناسی پیچیده، بسیار حائز اهمیت است. علی رغم برتری های گفته شده، نوفه های فرکانس پایین که عمدتاً در زاویه های بازتاب بزرگ تولید می شوند (60 تا 90 درجه)، محدودیت عمده روش RTM به شمار می آید که تصویر مهاجرت یافته را پوشش داده و کیفیت آن را کاهش می دهند. لذا هدف از مقاله حاضر آن است که با بهبود شرط تصویرسازی به عنوان قلب روش RTM، ضمن حذف نوفه های فرکانس پایین، اطلاعات مفید مربوط به زاویه های بازتاب 60 تا 90 درجه را حفظ و از آنها در جهت تولید یک تصویر با کیفیت بهتر استفاده نماید. این کار با ارائه یک شرط تصویرسازی نوین و با اضافه نمودن یک تابع وزنی بر اساس زاویه های بازتاب انجام شده است. در نهایت نتایج روش RTM با استفاده از شرط تصویرسازی جدید ارائه و با نتایج برخی روش های سنتی و مدرن مشابه مقایسه شده است.

شکست هیدرولیکی یکی از مهم ترین روش های تحریک مخازن نفت و گاز است که برای افزایش جریان سیال از مخازن با تراوایی پایین به سمت چاه استفاده می شود. عوامل مختلفی، همچون تنش های برجا، شکستگی های طبیعی سازند، رئولوژی سیال، خواص مکانیکی سازند، شدت جریان سیال تزریقی و مشبک کاری بر روی فشار شکست و چگونگی عملیات تأثیرگذار هستند. در این مطالعه، برای بررسی آزمایشگاهی شکست هیدرولیکی با در نظر گرفتن شرایط مخزن، دستگاه سه محوره ای با قابلیت اعمال تنش های اصلی، طراحی و ساخته شد. برای این منظور، تعداد 38 نمونه مصنوعی با اندازه 10 10 10 سانتی متر ساخته شد. سپس تأثیر پارامترهای مختلف مشبک کاری، همچون هندسه مشبک (شامل طول، قطر و شکل)، فاز مشبک کاری (در دو حالت چاه عمودی و افقی) و تنش افقی کمینه، مطالعه و بررسی شد. با رسم نمودار فشار-زمان، نحوه گسترش ریز ترک ها و شکستگی های متقاطع ارزیابی شد. نتایج نشان داد که با افزایش زاویه مشبک نسبت به تنش افقی بیشینه در چاه قائم، کاهش زاویه مشبک نسبت به تنش افقی بیشینه در چاه افقی و همچنین، افزایش تنش افقی کمینه، فشار شکست افزایش می یابد.

در این مقاله با تمرکز بر پتانسیل معدنی واقع در شرق اصفهان به عنوان مطالعه موردی، در ابتدا به انتخاب مناسب ترین روش استخراج با استفاده از تکنیک نیکولاس و منطق فازی پرداخته شده است. نتایج نشان داد که با توجه به ویژگی های کانسار، روش تخریب بلوکی اقتصادی ترین روش برای کانسار موردنظر است. سپس بر اساس روش آنالیز مقطع موثر، محدوده معدنی موردنظر انتخاب شده است. در ادامه، طراحی زیربرش، پایه های اصلی و قیف های تخلیه انجام شده است. از آنجا که در روش تخریب بلوکی، لازم است پایه ها و راهروهای باربری برای مدت زمان زیادی و تا پایان عمر معدن پایدار بمانند، لذا تعیین تنش های القا شده و بررسی وضعیت پایداری و میزان جابجایی آنها و در نهایت ارایه یک سیستم نگهداری به منظور فراهم آوردن پایداری پایه ها و راهروهای باربری، بسیار ضروری و حایز اهمیت است. در این مقاله، روش عددی تفاضل محدود برای تعیین مقدار تنش های القا شده بر روی پایه ها و راهروها که به علت ایجاد زیربرش و چرخه های معدنکاری پس از ایجاد زیربرش به وجود می آید، مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج تحلیل های عددی نشان داد که باید از ترکیب قاب های فولادی و شاتکریت برای پایداری پایه ها و راهروهای باربری استفاده شود که در نهایت قاب فولادی IPE120 و شاتکریت با ضخامت 20 سانتی متر به عنوان سیستم نگهداری مناسب برای مورد مطالعاتی انتخاب شد.