روش های تحلیلی و عددی در مهندسی معدن
سال:1399 | دوره:10 | شماره:22 |تعداد مقالات:7

بهینه سازی محدوده نهایی معادن روباز یکی از مهم ترین بخش های طراحی در این معادن است. برای تعیین محدوده نهایی الگوریتم های مختلفی ارایه شده است که مهم ترین آنها الگوریتم لرچ و گروسمن (LG) است. هدف این روش ها تعیین محدوده نهایی با بیشینه سازی سود تنزیل نشده است. در مقابل، روش مناسب تر برای تعیین محدوده نهایی استفاده از ارزش خالص فعلی (NPV) به عنوان هدف بهینه سازی است. بر این اساس، در این پژوهش ابتدا مدل ریاضی غیرخطی این مسیله ارایه شده است. در ادامه با ارایه پیشنهادهایی تابع هدف ارایه شده در دو مرحله خطی سازی شده است که هر مرحله دارای تعداد متغیرهای کمتری نسبت به تابع هدف غیرخطی اصلی است. با توجه به این که تابع هدف غیرخطی اصلی و مراحل خطی سازی آن از نوع مسایل NP-Hard هستند، حل آنها از طریق روش های ریاضی بسیار زمان بر و مشکل است. بر این اساس برای حل این مدل ریاضی الگوریتم ابتکاری جدیدی توسعه داده شده است. این الگوریتم روشی مناسب و با سطح پیچیدگی کم را برای بیشینه سازی NPV در محدوده نهایی در زمانی مناسب و با دقت مناسبی پیشنهاد می دهد. نتایج به دست آمده از الگوریتم ارایه شده با چند الگوریتم ریاضی و ابتکاری مقایسه شده است. میزان تطابق ارزش محدوده دارای بالاترین NPV در الگوریتم ابتکاری با محدوده های الگوریتم های ریاضی و ابتکاری مشابه در مدل دوبعدی 7/93 درصد بود. همچنین در یک مدل بلوکی سه بعدی با نرخ بهره صفر، ارزش محدوده نهایی این الگوریتم با روش لرچ و گروسمن 55/98 درصد تطابق داشت.

محاسبه جریان سیال در محیط های سنگی درزه دار یکی از موضوعات بسیار مهم در مباحث تراوایی در مهندسی سنگ است. توده سنگ شامل شبکه درهم تنیده ای از ماده سنگ و شکستگی ها است. تعداد و الگوی اتصال پذیری شکستگی ها دو عامل کلیدی کنترل کننده جریان سیال در توده سنگ هستند. یکی از روش هایی که می تواند ساختار هندسی توده سنگ را به دقیق ترین شکل ممکن نشان دهد، روش شبکه شکستگی های مجزا (DFN) است. با توجه به این که ناهمگنی و ناهمسانگردی توده های سنگی در جهات مختلف می تواند در محاسبه جریان سیال بسیار اثرگذار باشد، روش شبکه شکستگی های مجزای سه بعدی بیشتر در کانون توجه قرار دارد. محاسبه ی عددی جریان در توده سنگ مستلزم حل معادلات پرتعداد و پیچیده ای است که توسط روش های عددی نظیر روش المان محدود تولید می شوند. حل دستگاه های معادلات مذکور معمولا ساده نیست و نیازمند روش های خاصی است که یکی از بهترین آنها، روش های تکراری زیرفضای کریلف است. در این تحقیق پس از اعتبارسنجی محاسبات روش های مختلف زیرفضای کریلف با یک روش مستقیم و مدلسازی 3DEC، ارزیابی کارایی این روش ها مورد بررسی قرارگرفته و کارآمدترین آنها از طریق یک سری تحلیل های حساسیت بر روی پارامتر های دقت و سرعت انجام محاسبات، تعیین شده است. با توجه به تحلیل های انجام شده در این تحقیق، روش های CG، CR و IOM جزو سریع ترین و دقیق ترین روش های زیرفضای کریلف انتخاب شده اند. نتایج این پژوهش می تواند راهنمای خوبی برای پژوهشگرانی باشد که بر روی حل جریان سیال در توده سنگ متمرکز هستند.

مواد پایه سیمانی به دلایلی همچون ارزانی و مقاومت بالا به عنوان یکی از پرمصرف ترین مواد در ساخت وسازهای عمرانی و به شکل های مختلفی همچون ملات، بتن و شاتکریت به کار برده می شوند. مقاومت خمشی پایین مواد پایه سیمانی به عنوان یک ضعف ذاتی در این مواد محسوب می گردد. با توجه به کاربرد گسترده این ماده، در این پژوهش توانایی استفاده از نانوسلولز حاصل از باکتری به منظور بهبود خصوصیات مکانیکی و فیزیکی ملات سیمانی تحت ارزیابی قرار گرفت. بدین منظور از نانوسلولز باکتریایی در حالت پودر، ژل و پوشش دهنده الیاف پلی پروپیلن به عنوان تقویت کننده در ملات سیمانی استفاده شد. نتایج مقاومت خمشی نشان داد که استفاده از 5/0 درصد وزنی پودر نانوالیاف سلولزی، مقاومت خمشی ملات سیمان را تا 103 درصد نسبت به نمونه شاهد افزایش می دهد. همچنین نمونه های حاوی الیاف پلی پروپیلن تقویت شده با نانوسلولز باکتریایی نسبت به نمونه های حاوی پلی پروپیلن ساده، مقاومت فشاری و خمشی را بهبود داد.

در معیارهای دوبعدی گسیختگی، نقش تنش اصلی میانی (σ 2) کمتر از تنش های اصلی بیشینه و کمینه در نظر گرفته شده و به منظور ساده سازی، از معیار گسیختگی حذف شده است. با این حال برخی از شواهد تجربی نشان می دهد که تنش اصلی میانی می تواند در بعضی از حالت ها و حداقل برای برخی از سنگ ها، بر روی روند گسیختگی موثر باشد. یکی از این موارد، رفتار سنگ های مقاوم در شرایط تنش سه بعدی بالا (اعماق زیاد) است. در این مقاله برای بررسی تاثیر تنش اصلی میانی بر روی رفتار گسیختگی سنگ، از نتایج آزمایش مقاومت فشاری سه محوره واقعی انجام شده بر روی 175 نمونه از 5 نوع سنگ متفاوت، استفاده شد. بررسی ها نشان داد که تاثیر تنش اصلی میانی بر گسیختگی سنگ های مقاوم بیشتر از سنگ های سست است. همچنین دقت معیارهای سه بعدی فون میزز، دراکر-پراگر و پن و هادسون در تخمین گسیختگی این نمونه های سنگی بررسی شد که معیار پن و هادسون با میانگین خطای نسبی 24/0 دارای خطای کمتری (دقت بیشتر) بوده و معیارهای فون میزز و دراکر-پراگر در رتبه های بعد قرار دارند. سپس با استفاده از روش رگرسیون خطی و غیرخطی معیار سه بعدی جدیدی با مربع ضریب همبستگی 96/0 و میانگین خطای نسبی 05/0 ارایه شد. در ادامه معیار پیشنهادی برای نتایج آزمایش 190 نمونه از 7 نوع سنگ مختلف دیگر نیز اعتبارسنجی شد که مربع ضریب همبستگی 94/0 و میانگین خطای نسبی 06/0 حاکی از همبستگی مناسب و دقت بالای این معیار نسبت سایر معیارهای موجود برای پیش بینی رفتار گسیختگی سایر سنگ ها است.

حضور لایه های پرسرعت معمولا مهم ترین عامل ایجاد تباین سرعت بالا در ساختارهای پیچیده است. استفاده از مزایای هر دو روش توموگرافی شبکه ای و لایه ای در ساخت مدل سرعت می تواند بر بخشی از مشکلات تصویر سازی لرزه ای در این گونه ساختارها فایق آید. بنابراین روش های هیبریدی به منظور افزایش صحت مدل سرعت معرفی شدند. در این پژوهش با تغییر استراتژی روش هیبریدی، اثر تباین بالای مدل سرعت در به روز رسانی مدل و به دنبال آن تصویرسازی عمقی کاهش داده شد. در ابتدا مدل سرعت ساده به روش توموگرافی تهیه شده و محدوده با تباین بالای سرعت مشخص می شود. سپس محدوده آنومالی سرعت به عنوان محدوده سخت با مرزهای سخت انتخاب شده و سایر قسمت ها محدوده نرم شناخته می شوند. مرزهای با عدم قطعیت بالا در تعییم موقعیت مکانی رخدادها، به عنوان مرزهای نرم شناخته می شوند. در ادامه محدوده های جدا شده هم زمان ولی مستقل به روش توموگرافی به روزرسانی شده و مدل سرعت میانی حاصل می شود. در گام نهایی با انجام چند تکرار و به روز رسانی به روش توموگرفی برای کل مدل سرعت، مرزهای تیز از بین رفته و مدل سرعت نهایی حاصل می شود. مرزهای سخت دارای کمترین و مرزهای نرم دارای بیشترین تغییر در مکان خواهند بود. در بین گام های تهیه مدل سرعت، فرایند کوچ عمقی جهت کنترل صحت مدل سرعت انجام می شود. در نهایت کوچ عمقی به کمک مدل سرعت نهایی انجام خواهد شد. این روش بر روی یک داده لرزه ای دارای گنبد نمکی پیاده گردید. نتیجه نهایی کوچ عمقی بیانگر توانایی استراتژی پیشنهادی در برطرف کردن معضل به روز رسانی سرعت در فراند توموگرافی است.

شناسایی نواحی مستعد مرتبط با کانی سازی و تلفیق مجموعه داده های چندمنبعی اکتشافی در مدلسازی پتانسیل معدنی ضروری است. در این پژوهش، از روش تحلیل داده های حجیم و یک الگوریتم یادگیری عمیق بدون ناظر، جهت شناسایی اهداف اکتشافی مرتبط با کانی سازی مس-طلای پورفیری در پهنه اکتشافی دهسلم، شرق ایران استفاده شده است. بر اساس شرایط زمین شناسی و تشکیل این تیپ کانی سازی، در این پژوهش 32 متغیر ورودی، شامل داده های زمین شناسی (لیتولوژی و ساختاری)، سنجش از دور (دگرسانی های آرژیلیک و اکسید آهن)، آنالیز 27 عنصر ژیوشیمی رسوبات آبراهه ای و نقشه برگردان به قطب مغناطیس هوابرد جهت مدلسازی اکتشافی مس و طلای پورفیری با به کارگیری الگوریتم شبکه خودرمزنگار عمیق، استفاده و نتایج حاصل با خروجی مدل میانگین هندسی مقایسه گردید. ارزیابی عملکرد مدل های پتانسیل معدنی تولیدشده با استفاده از نمودار آهنگ پیش بینی-مساحت بهبودیافته بررسی شد. نتایج حاصل از این پژوهش نشان دهنده عملکرد مناسب مدل تولیدشده به روش خودرمزنگار عمیق، در شناسایی اهداف اکتشاف جهت برنامه ریزی فعالیت های اکتشافی تفصیلی است. خروجی مدل تولید شده منجر به شناسایی اهداف اکتشافی جدیدی در قسمت های شرق، شمال، غرب و جنوب غرب منطقه مورد مطالعه شده است. نتیجه این پژوهش، نشان دهنده پتانسیل روش های مبتنی برتحلیل داده های حجیم و یادگیری عمیق در مدلسازی پتانسیل معدنی است.

آستر آسیاهای گردان، عامل انتقال انرژی به مواد داخل آسیا است و تاثیر قابل توجهی بر رفتار بار در داخل آسیا دارد. برای دستیابی به فناوری بومی طراحی آستر، با بهره گیری از تجهیزات و نرم افزارهای طراحی و ساخته شده داخلی، یک بسته تخصصی و دانش بنیان در زمینه طراحی آسترهای آسیاهای گردان ارایه شد. برای اجرای طراحی آستر، ابتدا با استفاده از نرم افزار شبیه ساز GMT و روش اجزا گسسته (راگ، DEM) سه بعدی (3D-DEM) با استفاده از نرم افزار KMPCDEM، طرح آستر جدید که مسیر مناسب برای گلوله را در داخل آسیا فراهم می کند، به دست می آید. در مرحله بعد با کمک آسیای مدل، مناسب بودن طرح، تایید و نقشه های ساخت تهیه می شود. پس از ساخت و نصب آسترهای پیشنهادی، وضعیت سایش آسترهای جداره با استفاده از دستگاه اندازه گیری مخصوص ثبت و با تهیه مدل سه بعدی از آسترها، طرح آستر به منظور افزایش عمر آن و کاهش میزان قراضه، بهینه سازی می شود. به کارگیری این فناوری در طراحی آسترهای آسیاهای خودشکن مجتمع معدنی و صنعتی گل گهر و افزایش زاویه صفحه بالابر از 7 به 30 درجه، باعث افزایش 17 درصدی ظرفیت آسیا شد. استفاده از این بسته طراحی در آسیای نیمه خودشکن مجتمع مس سرچشمه باعث شد با افزایش زاویه صفحه بالابر آستر از 15 به 30 درجه، کاهش تعداد ردیف بالابرها از 60 به 40، متوسط نرخ خوراک ورودی به آسیا از میزان 860 به 878 تن بر ساعت افزایش یابد و مهم تر از آن تعداد شکست آسترها نیز از متوسط 2/4 قطعه به یک قطعه، کاهش یابد.