طراحی معدن - روش
1396/04/31 

قبل از استخراج مواد معدنی به روش روباز، لازم است که اندازه و شکل نهایی معدن به منظور تعیین میزان ذخیره قابل استخراج و میزان باطله برداری و همچنین تعیین محل سد باطله و دیگرسیسات سطحی، طراحی شود. محدودۀ معدن تابع پارامترهای مختلفی می باشد که ممکن است در طول عمر معدن، بدلیل تغییر این پارامترها چندین بار بازنگری شود. بنابر این استفاده از کامپیوتر برای طراحی مجدد در کوتاهترین زمان ممکن ضروری است. پس از اختراع کامپیوتر و استفاده همه جانبه آن، الگوریتمهای مختلفی نظیر روش مخروط شناور، روش گراف تئوری لرچ و گروسمن و. . جهت طراحی محدودۀ بهینه نهایی معرفی شده است. از میان این الگوریتمها، روش گراف تئوری لرچ و گروسمن تنها روشی است که قادر است محدودۀ بهینه واقعی را در تمام مدلها محاسبه نماید. پیچیدگی این روش و نیاز به وقت کامپیوتری بالا جهت حصول به جواب از معایب روش مذکورمی باشد. روش مخروط شناور به دلیل اینکه در مدت زمان کمتری قادر است محدودۀ بهینه را محاسبه نماید و همچنین به دلیل سادگی، از سایر الگوریتمها بیشتر استفاده می شود. این الگوریتم در بعضی از حالات قادر به تعیین محدودۀ بهینه نیست. به همین دلیل روش مخروط شناور دو برای بر طرف نمودن بعضی از معایب روش مذکور توسط رایت ارائه و ادعا شده است که این روش قادر به تعیین محدودۀ بهینه واقعی می باشد .

 

 

 

قبل از استخراج مواد معدنی به روش روباز، لازم است که اندازه و شکل محدودۀ نهائی معدن جهت تعیین میزان ذخیره قابل استخراج و مقدار باطله برداری، طراحی برنامه ریزی تولید و تعیین محل دیگر تاًسیسات سطحی نظیر مسیرهای دسترسی، دپوی باطله، کارخانه های فرآوری تعیین گردد. محدودۀ معدن که تابع پارامترهای مختلفی نظیر عیار ماده معدنی، عیار حد، هزینه های استخراج، باطله برداری و فرآوری،راندمان و قیمت ماده معدنی می باشد ممکن است در طول عمر معدن بدلیل تغییر این پارامترها و یا کسب اطلاعات اکتشافی جدید چندین بار بازنگری شود. بنابر این استفاده از کامپیوتر جهت طراحی معدن ضروری است. برای تعیین محدودۀ معدن روشهای مختلفی استفاده می شود. این روشها را می توان به سه دسته کلی شامل طراحی دستی، طراحی کامپیوتری و طراحی بهینه تقسیم نمود. از میان اینها روشهای طراحی بهینه که بر اساس الگوریتمهای مشخصی محدودۀ نهائی معادن روباز را تعیین می کنند از اهمیت خاصی برخوردار است. استفاده از کامپیوتر برای طراحی بهینه محدودۀ معادن روباز معمولا" با ساختن یک مدل بلوکی از کانسار شروع می شود. برای این منظور ابتدا ذخیره بصورت یک بلوک بزرگ در نظر گرفته می شود بطوری که تمام نواحی کانه سازی شده را در بر گیرد. سپس در مرحله بعد آنرا به بلوکهای کوچکتر تقسیم نموده و به هر کدام عیار تخمینی کانه یا ارزش آن اختصاص داده می شود. بلوکهای مذکور ممکن است شکل و ابعاد مختلفی داشته باشند. مدلهای بلوکی کانسار با توجه به تقسیم آن به بلوکهای کوچکتر، مدل سه بعدی منظم، سه بعدی نا منظم، دو بعدی منظم و دو بعدی نامنظم گویند که از میان اینها مدل سه بعدی منظم که در آن تمام بلوکها به یک اندازه هستند استفاده بیشتری دارد. ارتفاع بلوکها در این مدل را معمولا" به اندازه ارتفاع طراحی شده پله در نظر می گیرند ولی ابعاد افقی آنها بستگی به اطلاعات اکتشافی و فواصل نمونه برداری دارد. طراحی بهینه محدودۀ نهائی در معادن روباز موضوعی است پیچیده که مستلزم انجام محاسبات بسیاری می باشد. پس از اختراع و توسعه همه جانبه کامپیوتر الگوریتمهای زیادی جهت تعیین محدودۀ بهینه معادن روباز معرفی شده که هدف اصلی همه آنها پیدا کردن مجموعه بلوکهایی است که اگر استخراج شوند سود بدست آمده تحت محدودیتهای فنی و اقتصادی حداکثر شود. مهمترین الگوریتمهای طراحی بهینه محدوده نهائی در معادن روباز عبارتند از: روش مخروط شناور، روش برنامه ریزی پویا ، الگوریتم کوروبوف ،روش لرچ و گروسمن،روش گراف تئوری

در سال 1999 برای بر طرف کردن بعضی ضعفهای روش مخروط شناور از روش مخروط شناور دو اولین بار توسط رایت

 معرفی گردید. بر طبق ادعای نامبرده، روش مذکور در عین سادگی قادر به تعیین محدودۀ بهینه واقعی در معادن روباز می باشد بدون اینکه ادعای مذکور به اثبات برسد .

 

روشهای مختلف مخروط شناور

روشهای مختلف مخروط شناور ساده ترین راه حل را برای تعیین محدودۀ بهینه معادن روباز ارائه می دهد که در سال 1966 توسط کارلسون توضیح داده شده است . در این روش برای هر بلوک مثبت (ماده معدنی) یک مخروط معکوس با توجه به زاویه شیب پایداری معدن طوری ساخته می شودکه راس آن در بلوک ماده معدنی باشد. سپس ارزش بلوکهای واقع در داخل مخروط را با هم جمع کرده ودر صورتیکه نتیجه مثبت باشد تمام بلوکهای واقع در داخل آن جزء، محدودۀ معدن در نظر گرفته میشوند. در غیر اینصورت جستجو برای بلوکهای مثبت دیگر ادامه می یابد. در این روش، جستجو برای بلوکهایماده معدنی از طبقه اول شروع شده و به طرف طبقات پائینتر ادامه می یابد. گرچه این روش بسیار ساده است و تهیه برنامه کامپیوتری آن نیز آسان می باشد ولی این الگوریتم قادر نیست در بعضی از مدلها محدودۀ بهینه را پیدا نماید.

 

روش لرچ و گروسمن

 این روش که بر اساس نظریه گرافها استوار است در سال 1965 توسط لرچ و گروسمن معرفی گردید و تنها روشی است که ثابت شده است در همه حالات محدودۀ بهینه واقعی را بدست می آورد. روش مذکور مدل بلوکی اقتصادی کانسار را به یک گراف مستقیم تبدیل می نماید که در آن هر بلوک با گره و ارتباط بین آنها با بردار طوری نشان داده می شود که نمایانگر یک پیت قابل اجرا باشد.

در گراف مذکور مجمو عه ای از گره ها را که با توجه به شیب پایداری معدن می تواند تشکیل یک پیتقا بل اجرا را نمایدکلوژر می گویند. هر کلوژر دارای ارزشی است که برابر مجموع ارزش گره های(بلوکهای) داخل آن است. لذا این الگوریتم با استفاده از یک سری قواعد سعی می کند که کلوژر یا پیت بابیشترین ارزش اقتصادی را پیدا نماید. مهمترین مزیت این روش قابلیت آن برای پیدا کردن محدودۀ بهینه واقعی معادن روباز در همه حالات است. معایب آن عبارتند از:

1 پیچیدگی روش: یکی از انتقاداتی که بر این روش وارد شده است پیچیدگی الگوریتم وهمچنین مشکل بودن تهیه برنامه کامپیوتری آن است که از عهده یک مهندس معدن بادانش متوسط خارج است. خیلی ها این انتقاد را وارد ندانسته و اظهار داشته اند در صورت تهیه نرم افزار صحیح بر اساس این روش نیاز به دانستن جزئیات آن نیست.

2 صرف وقت کامپیوتری زیاد برای حصول به جواب: در این شکی نیست که این روش با مقایسه با روشهای دیگر نیاز به صرف مدت زمان زیاد وقت کامپیوتر برای رسیدن به جواب دارد. بهمین دلیل الگوریتمهای دیگری برای رفع این عیب معرفی گردیده است. در حال حاضر با توجه به پیشرفت سریع کامپیوتر، این عیب بزرگی نیست

3 مشکلات مربوط به استفاده از شیبهای متغیر: در محدودۀ معدن با توجه تنوع سنگهایمختلف و درزه و شکستگی ها ممکن است شیب پایداری دیواره متغیر باشد. بنا بر این الگوریتمهای طراحی بهینه بایستی قادر باشند محدودۀ معدن را با شیبهای متغیر طراحی نمایند. یکی دیگر از معایب این روش مشکل بودن اصلاح آن برای استفاده از شیبهای متغیر

 می باشد که کوششهای زیادی برای رفع آن صورت گرفته است. این مشکل نیز با طرح یک روش کلی پیشنهاد شده توسط نگارنده بر طرف گردیده و یک نرم افزار تحت ویندوز بر اساس روش مذکور و با شیب های متغییر تهیه شده است لذا با توجه به معایب فوق، تحقیق و جستجو برای تهیۀ یک الگوریتم که در عین سادگی، بتواند محدودۀ بهینه واقعی را در زمان کم تعیین نماید توجیه پذیر است

 

13-1)روش مخروط شناور دو

 روش مخروط شناور دو اولین بار در سال 1999 توسط رایت برای بر طرف کردن بعضی از ضعفهای روش مخروط ارائه شد و بر طبق ادعای نامبرده، روش مذکور قادر به تعیین محدودۀ بهینه واقعی در معادن روباز می باشد. الگوریتم این روش با انجام کمی تغییرات در شکل 2 نشان داده شده است. در روش مذکور، شبیه روش مخروط شناور جستجو برای بلوکهای ماده معدنی از طبقه اول شروع شده و به طرف طبقات پائینتر ادامه می یابد و برای هر طبقه عملیات زیر زیر انجام می شود.

1 برای هر بلوک مثبت( (ماده معدنی) یک مخروط معکوس با توجه به زاویه شیب پایداری معدن طوری ساخته می شود که راس آن در بلوک ماده معدنی باشد و سپس ارزش آن محاسبه می گردد.

2 پس از اتمام محاسبۀ ارزش مخروط استخراجی تمام بلوکهای مادۀ معدنی در طبقۀ مورد بررسی، مخروط استخراجی با بالاترین ارزش را پیدا کرده و آنرا جزء محدودۀ معدن فرض کرده و ارزش تجمعی پیت را محاسبه می نمایند

3 پس از اصلاح مدل بلوکی اقتصادی قدمهای مذکور برای بقیه بلوک های مثبت انجام می گردد. پس از انجام مراحل فوق بلوک با بالاترین ارزش تجمعی را پیدا کرده و در صورتیکه مقدار آن مثبت باشد مخروط های استخراجی برای این بلوک به محدودۀ بهینه اضافه می گردد

 

روش مخروط شناور دو گرچه این روش توانسته است بعضی از ضعفهای روش مخروط شناور رابپوشاند و نتایج بهتری نسبت به آن بدست آورد ولی با توجه بررسی های مذکور این الگوریتم قادرنیست در بعضی از مدلها محدودۀ بهینه واقعی را پیدا نماید. علیرغم معایب مذکور این روش در مقایسهبا روش لرچ و گروسمن دارای مزایای زیر است:

 

1 روش مذکور در مدت کمتری محدودۀ بهینه را محاسبه می نماید.

2 این روش بسیار ساده است و درک و فهم الگوریتم آن نیز آسان می باشد.

3استفاده از زاویۀ شیب متغیر در این روش به سهولت انجام می گیرد.

4 تهیۀ برنامۀ کامپیوتری برای الگوریتم روش مذکور آسان می باشد.