روش های تحلیلی و عددی در مهندسی معدن
سال:1395 | دوره:6 | شماره:11 |تعداد مقالات:9

در این مقاله از روش شبکه ارزیابی گرافیکی و بازنگری تکنیکی (GERT) جهت مدیریت پروژه اکتشافی در فعالیت های مختلف روش های تفکیک آنومالی و ایجاد الگویی مناسب با ترکیب دو روش هندسه فضایی فراکتالی و آماره فضایی U استفاده شده است. به همین دلیل در کارهای معدنی به وفور شبکه بندی GERT مورد استفاده قرار می گیرد و منجر به افزایش دقت فرآیند می شود. بنابراین احتمالی بودن انجام یا عدم انجام تعدادی از فعالیت ها در روش فراکتالی و یا احتمال برگزیدن یکی از روش های فراکتالی و یا آماره U متناسب با پروژه اکتشافی و همچنین تکرارپذیر بودن یک مجموعه فعالیت ها در آماره فضایی U را تنها می توان با شبکه بندی GERT تفسیر نمود. شبکه حاصل از تلفیق این دو روش در نهشته مس-طلا دالی شمالی اجرا و نتایج مشابه ای را حاصل نمود و میزان همپوشانی این دو روش موقعیت آنومالی را با دقت هرچه بیشتر مشخص نمود. با اجرای گام به گام فعالیت های احتمالی در هر دو روش، طلا و مس نتایج بسیار نزدیک به هم نشان می دهند که حاکی از قدرت و دقت بالای این دو روش در شناسایی آنومالی ها می باشد. روش فرکتال مقادیر 560ppb برای طلا و 1700ppm برای مس را بعنوان آنومالی مشخص نمود اما روش آماره U این مقادیر را به ترتیب 1.47 (حدودا برابر 500ppb) و 1.45 (حدودا برابر 1650ppm) نشان داد که با رسم آنها همپوشانی و انطباق خوبی مشاهده گشت.

روش قطبش القایی طیفی (SIP) به عنوان یک روش ژئوفیزیکی، نقش مهمی در زمینه اکتشافات زیرسطحی از جمله هیدروژئوفیزیک، مسائل زیست محیطی، باستان شناسی و غیره دارد، با این وجود کاربرد این روش با محدودیت های جدی به دلیل اثر جفت شدگی الکترومغناطیس روبرو شده است. این اثر به دلیل القای جریان الکتریکی متناوب از طریق کابل جریان متصل به زمین رسانای الکتریکی است. این اثر القایی باعث تغییر پتانسیل الکتریکی ثبت شده بین دو نقطه پتانسیل می گردد، بطوری که عاملی بر پنهان ماندن پاسخ قطبش القایی زمین در پاسخ القای متقابل بوده و حتی می تواند طیف فاز را در فرکانس های کم تر از 100 هرتز آلوده سازد. از این رو ارائه مدلی برای توصیف رفتار طیفی مقاومت ویژه الکتریکی ساختارهای زیرسطحی در فرکانس های پایین به دلیل عدم شناخت کافی از رفتار طیفی اثرات جفت شدگی الکترومغناطیس سخت خواهد بود. در این پژوهش پیشرفت های اخیر در این ارتباط بررسی می شود. مطالعات اخیر نشان می دهد که پارامترهای رسانندگی زمین، فرکانس جریان تحریک و فاصله بین دو قطبی های جریان و پتانسیل رابطه ای مستقیم با اثر جفت شدگی الکترومغناطیس دارند. همچنین استفاده از چینش مناسب کابل جریان در آرایه های مختلف الکترودی می تواند در کاهش اثر جفت شدگی الکترومغناطیس موثر باشد.

طراحی ابعاد پایه در معدنکاری زیرزمینی به دلیل مسایل ایمنی و اقتصادی از اهمیت زیادی برخوردار است. به دلیل محدودیت های موجود در روش های طراحی سنتی و تجربی، امروزه روش های عددی به طور وسیعی برای طراحی پایه به کار می روند. با کاربرد این روش ها امکان در نظر گرفتن بعضی از عوامل، نظیر ترتیب مراحل استخراج و اثر تنش های محصور کننده که نمی توان آنها را در روش های تجربی منظور نمود، وجود دارد. طراحی پایه در لایه های شیب دار متفاوت از لایه های افقی است. پایه ها در شیب به طور قابل ملاحظه ای تحت تاثیر تنش های فشاری و برشی هستند. در این تحقیق با استفاده از نرم افزار عددی FLAC2D، با استفاده از مدل های عددی مختلف (شیب متغیر لایه و عرض متفاوت پایه) به بررسی توزیع تنش های وارد بر روی پایه های بین دو کارگاه استخراج پرداخته شده است. نتایج حاصل از تحلیل بر روی مدل های عددی در شیب های 30، 45 و 60 درجه با پایه های10 و 15 متری نشان می دهد که هر چه شیب لایه و عرض پایه افزایش یابد مقدار تنش های قائم وارد بر پایه کاهش می یابد. علاوه بر این با افزایش شیب لایه تنش های برشی در پایه افزایش می یابد. در نهایت با توجه به مدلسازی عددی انجام شده می توان بیان نمود که در شیب های زیاد باید از پایه های با عرض بزرگتری استفاده نمود.

استخراج زیرزمینی زغال سنگ همواره به عنوان یکی از پرمخاطره ترین فعالیت های معدنی شناخته می شود. خطرات ناشی از وقوع حوادث احتمالی در این معادن می تواند باعث صدمات جبران ناپذیر جانی، خرابی و از بین رفتن تجهیزات و همچنین ایجاد وقفه در فرآیند تولید معدن شود. به همین دلیل تحلیل ریسک در معادن زغال سنگ از اهمیت بالایی برخوردار است. اولین مرحله از یک فرآیند آنالیز ریسک، شناسایی مخاطرات است. در این پژوهش ابتدا مهمترین مخاطرات استخراج مکانیزه زغال سنگ، با استفاده از ترکیب روش های کتابخانه ای و قضاوت متخصصان شناسایی شد. اولویت بندی مخاطرات شناسایی شده با استفاده از فازی سازی روش تصمیم گیری TOPSIS با کاربرد معیارهای اصلی احتمال وقوع، شدت پی آمد و واکنش و همچنین زیرمعیارهای آسیب پذیری و قابلیت شناسایی انجام گرفت. نتایج نشان می دهد شدت پی آمد با وزن 0.416 و واکنش با وزن 0.293 به ترتیب دارای بیشترین و کمترین میزان تاثیر در رتبه بندی مخاطرات استخراج مکانیزه زغال سنگ است. کاربرد مدل ارایه شده در معدن طبس نشان می دهد ریزش در سقف کارگاه استخراج و ریزش در راهروهای پهنه های استخراجی با شاخص شباهت 0.832 و 0.823 به عنوان مهمترین مخاطرات این معدن شناخته می شوند. همچنین نشست سطح زمین و هجوم آب های زیرزمینی با شاخص شباهت 0.492 و 0.482 دارای کمترین شاخص شباهت در میان مخاطرات شناسایی شده است. به منظور بررسی حساسیت رتبه بندی گزینه ها به تغییرات وزن شاخص ها، یک تحلیل حساسیت نیز انجام شد. نتایج نشان دهنده عدم حساسیت مدل ارایه شده نسبت به وزن معیارهای تصمیم گیری مورد استفاده است.

یکی از اساسی ترین پایه های اقتصاد هر کشور را منابع معدنی آن تشکیل می دهند که با توجه به فراوانی ذخایر کرومیت در استان سیستان و بلوچستان، ایجاد یک واحد فرآوری در این استان ضروری به نظر می رسد. این پژوهش، باهدف مکان یابی کارخانه فرآوری کرومیت در استان سیستان و بلوچستان انجام شد. روش تحقیق از حیث هدف، کاربردی و از حیث شیوه جمع آوری اطلاعات پیمایشی است. جهت دستیابی به هدف مذکور، با استفاده از تکنیک های AHP گروهی و SAW و با کمک گرفتن از 15 نفر از خبرگان دانشگاهی و صنعتی آگاه به علم معدن و همچنین جمع آوری اطلاعات از ادارات دولتی مورد نیاز، معیارهای موثر در مکان یابی مورد بررسی قرار گرفتند. پس از تعیین گزینه های مناسب، برای انتخاب بهترین گزینه، 8 معیار مورد بررسی قرار گرفت. تکنیک های AHP گروهی و SAW، زاهدان را به عنوان گزینه برتر شناسایی کردند. همچنین از روش ترکیبی Borda برای قضاوت بهتر و تلفیق روش های مذکور استفاده شد که در نهایت بهترین مکان برای احداث کارخانه فرآوری، شهرستان زاهدان معرفی شد.

مکانیزم غالب شکست درآسیاهای غلتکی فشار بالا (HPGR)، شکست فشارشی است. جهت تحقیقات پایه و کاربردی شکست فشارشی، آزمایش های ساده، سریع الانجام و دانش بنیان مورد نیاز است. بنابراین برای اولین بار در ایران با طراحی جدید و ساخت سیلندر و پیستون و همچنین پانچی برای جداسازی محصول مرکزی و محصول لبه، آزمایش های شکست فشارشی با فشار 1730 بار با استفاده از پرس هیدرولیکی قابل کنترل، بر روی خوراک خط چهارم این مجتمع انجام شد. محصول لبه با خوراک تازه با نسبت بار در گردش 0.8 با هم ترکیب شدند و در سیلندر با همان فشار، مجددا مورد خردایش قرار گرفتند. در این حالت D50 محصول نهایی با استفاده از بار در گردش به میزان 25% کاهش یافت. بررسی ذرات کیک محصول آزمایش سیلندر و پیستون با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی (SEM) نشان داد که تعداد کمی از آنها دارای ترک سطحی هستند. بنابراین، ایجاد بار در گردش محصول لبه، احتمال شکست یا ایجاد ترک را برای ذرات افزایش خواهد داد. با توجه به این نتیجه، فلوشیت پیشنهادی برای ایجاد بار در گردش در مقیاس صنعتی ارایه شد. همچنین جهت محاسبه انرژی مصرفی ویژه از گراف نیرو-جابجایی که از داده های آزمایش سیلندر و پیستون به دست آمد، استفاده شد. در واقع انرژی جذب شده در طی فشارش، تابعی از فشار اعمال شده بر پیستون است و از مساحت زیر نمودار نیرو-جابجایی، به دست می آید. این مساحت با استفاده از روش محاسبات عددی به نام فرمول ذوزنقه (trapezoid formula) محاسبه شد.

شکست هیدرولیکی به عنوان یکی از مهمترین روش های تحریک و ازدیاد برداشت مخازن نفت و گاز شناخته می شود. تعیین راستای گسترش شکست و هندسه شبکه شکست ایجاد شده توسط فرآیند شکست هیدرولیکی در افزایش نفوذپذیری مخزن نقش بسزایی دارد. محیط مخزن حاوی شکستگی های طبیعی است و اندرکنش شکست هیدرولیکی با این شکستگی ها در تعیین هندسه شبکه شکستگی های ایجاد شده اهمیت زیادی دارد. توقف، عبور و بازشدگی، شرایط ممکن در برخورد شکست هیدرولیکی با شکستگی های طبیعی است. در این پژوهش روش عددی ناپیوستگی جابه جایی با المان های درجه بالا برای مدلسازی عددی استفاده شد. این روش توسط چند راه حل تحلیلی از مسائل متداول در مکانیک شکست سنگ اعتبارسنجی شد. دو معیار تحلیلی اندرکنش شکست هیدرولیکی و شکست طبیعی معرفی شد. سپس یک الگوریتم برای تعیین رفتار در اندرکنش شکست هیدرولیکی و طبیعی ارائه شد. مقایسه نتایج حاصل از حل تحلیلی و روش عددی (با بهره گیری از الگوریتم پیشنهادی) با نتایج آزمایشگاهی موجود، درستی و دقت الگوریتم را به اثبات رساند. این الگوریتم در غالب روش عددی جهت مدلسازی شرایط مختلف اندرکنش شکستگی های هیدرولیکی و طبیعی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج تحلیل اندرکنش شکست هیدرولیکی و شکست طبیعی در حالات مختلف نشان داد که در زوایای برخورد بزرگتر، احتمال عبور شکست هیدرولیکی از شکست طبیعی بیشتر است. همچنین با هر بار عبور شکست هیدرولیکی از شکستگی های طبیعی، از انرژی آن کاسته می شود و احتمال عبور آن از شکستگی های طبیعی بعدی کاهش می یابد.

هدف اساسی برنامه ریزی تولید بلند مدت، اتخاذ تدابیری جهت اجرای عیارهای حد استخراجی و برنامه ریزی تولید کوتاه مدت است. یکی از مهمترین پارامترها در طراحی معادن روباز، تعیین عیار حد بهینه است. عیار حد بهینه منجر به بیشینه نمودن سود و یا بیشینه نمودن ارزش خالص فعلی می شود. بیشنه نمودن ارزش خالص فعلی که در چند دهه اخیر مورد توجه قرار گرفته است، یک مساله برنامه ریزی غیرخطی است. لین برای تعیین عیار حد بهینه با احتساب عواملی همچون ظرفیت های هر یک از قسمت های مختلف معدن (ظرفیت های استخراج از معدن، کارخانه تغلیظ، کارخانه تصفیه و بازار)، ارزش زمانی پول و توزیع عیار کانسار، الگوریتم خود را ارایه داده است. روند محاسبه عیار حد با استفاده از الگوریتم لین بسیار طولانی است. در این مقاله به منظور تعیین عیار حد بهینه از روش الگوریتم بهینه سازی رقابت استعماری، که در رده الگوریتم های هوشمند قرار می گیرد، استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که تعیین عیار حد با استفاده از این روش از دقت وسرعت بالایی برخوردار است.

بارگذاری دینامیکی پدیده ای است که ممکن است در طبیعت به توده سنگ اعمال شده و حتی باعث تغییر در برخی ویژگی های ژئومکانیکی آن شود. نفوذپذیری یکی از خواص مهم و حیاتی توده سنگ در پروژه های معدنی و عمرانی است که ممکن است تحت تاثیر بارگذاری های دینامیکی مذکور، دچار تغییر شود. از طرفی طبیعت توده سنگ شامل شبکه شکستگی های مجزا است که می توان آن را با رویکرد تلفیقی شبکه درزه منفصل و روش المان مجزا (DFN-DEM) و نرم افزار UDEC مدل کرد. ازاین رو در این مطالعه، مدلسازی هیدرومکانیکی عددی تحت شرایط استاتیکی و دینامیکی به منظور مشخص کردن تاثیر بارگذاری دینامیکی بر نفوذپذیری انجام گرفته است. پس از بارگذاری های مذکور، جریان سیال در مدل ها شبیه سازی شده و مولفه های نفوذپذیری محاسبه و با یکدیگر مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهد که بر خلاف نظرات منعکس شده در مطالعات قبلی، بارگذاری دینامیکی قابلیت انتقال درزه ها را تغییر داده و به تبع آن نفوذپذیری توده سنگ درزه دار را تحت تاثیر قرار می دهد. با وجود سختی نسبتا بالای درزه ها در این مطالعه، نفوذپذیری محاسبه شده در شرایط بارگذاری دینامیکی به میزان 26% بیشتر از بارگذاری استاتیکی است. علت عمده این مساله جابه جایی پی درپی بلوک ها طی بارگذاری دینامیکی و تا حدود اندکی تغییر در نحوه قرارگیری آنها نسبت به حالت قبل از عبور موج است.