فهرست مطالب

روش های تحلیلی و عددی مهندسی معدن - پیاپی 19 (تابستان 1398)

نشریه روش های تحلیلی و عددی مهندسی معدن
پیاپی 19 (تابستان 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/06/01
  • تعداد عناوین: 11
|
  • زهیر صداقتی، رضا میکائیل*، عزالدین بخت آور، مجتبی محمدنژاد صفحات 1-16

    بدون تردید یکی از پیچیده ترین شرایط برای تونل سازی، حفاری در زیر سطح آب های زیرزمینی است. در مناطقی که ارتفاع سطح آب از تراز تونل زیاد باشد، امکان وقوع مخاطرات مختلفی وجود دارد. احتمال ورود آب با فشار بالا، تبدیل هجوم آب به جریان گل در مناطق سست، آسیب به کارکنان و تجهیزات، سخت شدن فعالیت در محیط کار و کاهش راندمان حفاری از جمله مهم ترین پیامدهای تونل سازی در زیر سطح ایستابی آب های زیرزمینی به شمار می رود. این مخاطرات می توانند هزینه های زیادی برای پروژه داشته باشند، به ویژه در روش حفاری مکانیزه که سرمایه گذاری بالای مالی نیاز دارد. پروژه قطعه دوم تونل راه امام زاده هاشم (ع) واقع در شمال شرق استان تهران، طولانی ترین تونل راه کشور است که طبق برنامه ریزی انجام شده، عملیات اجرایی آن به روش مکانیزه انجام خواهد شد. در این تحقیق، با مطالعه مشخصات مسیر، دبی آب ورودی به تونل با روش عددی و استفاده از نرم افزار FLAC2D محاسبه شده است. در ادامه با بررسی پروژه های مشابه در خارج از کشور و وضعیت آن ها در برخورد با پدیده هجوم آب، ریسک این مخاطره به صورت کلاسیک و با روش FMEA ارزیابی و مدیریت شده است. در ادامه به منظور افزایش دقت نتایج به دست آمده، تحلیل فازی بر مبنای روش FMEA انجام گرفته است. نتایج به دست آمده از تحلیل فازی و کلاسیک نشان می دهد که در ناحیه میانی مسیر تونل، به دلیل احتمال هجوم آب با فشار بالا همراه با تبدیل به جریان گل ریسک تونل سازی زیاد است. همچنین مقایسه نتایج تحلیل کلاسیک و فازی دقیق تر بودن فرآیند تحلیل فازی را به دلیل بهره گیری از نظرات تیم کارشناسی نشان می دهد.

    کلیدواژگان: تونل، ریسک، تحلیل فازی، هجوم آب
  • حسین سالاری راد، هادی فتحی پور، مسعود مزرعه لی * صفحات 17-35

    مطالعه درزه ها و تاثیر آنها بر رفتار توده سنگ زمینه تحقیقاتی فعالی در ژئومکانیک فراهم آورده است. تغییرشکل پذیری یک توده سنگ حاوی دسته درزه های سیستماتیک ممتد به طور بالقوه ناهمسانگرد بوده و به صورت عمده به وسیله خصوصیات مکانیکی و هندسی درزه ها کنترل می شود. خصوصیات تغییرشکل سنگ ها به طور معمول با استفاده از آزمون های آزمایشگاهی و برجا تعیین می شوند. آزمایشات برجا بر اساس بارگذاری توده سنگ و اندازه گیری تغییرشکل حاصله استوار هستند. از روش های عددی و تحلیلی می توان به عنوان جایگزین آزمایش های برجای پر هزینه و وقت گیر برای مطالعه خصوصیات تغییرشکل سنگ ها استفاده کرد. در مدل های تحلیلی، فرضیاتی مانند تعامد دسته درزه ها موجب ساده سازی هایی می شوند که ممکن است از واقعیت به دور باشند. روش های عددی در مقایسه با خط مشی های تحلیلی دارای این مزیت هستند که در استنتاج خواص توده سنگ می توان تاثیر نامنظم بودن هندسه سیستم درزه داری را به طور مستقیم در مدلسازی دخیل نمود. در این مقاله، مدل های عددی اجزای مجزا فارغ از ساده سازی های هندسی مفروض در روش های حل دقیق اجرا شده اند. بررسی آماری نتایج عددی حاصل به منظور اطلاع از نحوه پراکندگی داده ها انجام شده است. سپس، میزان انحراف تغییرشکل برآورد شده با استفاده از روابط ساختاری شامل مدل های پیشنهادی (1) آمادیی و گودمن و (2) هوانگ و همکاران نسبت به مدل های عددی جهت ارزیابی صحت روابط مذکور در شرایط هندسی واقعی درزه ها مورد بررسی قرار گرفته است. مولفه های تغییرشکل در بیشتر موارد بیانگر تاثیر قابل توجه پارامترهای هندسی مورد مطالعه در روند تغییرات است. این نتایج برای بررسی صحت روابط مذکور در برآورد میدان تغییرشکل توده سنگ های درزه دار غیرمتعامد ارایه شده است.

    کلیدواژگان: توده سنگ درزه دار، تغییر شکل پذیری، محیط پیوسته معادل، روش اجزای مجزا
  • اسماء کریمی نژاد، فریبا کارگران، علیرضا یاراحمدی * صفحات 37-53

    مدلسازی زمین شناسی مستلزم تجربه و دقت بالاست که سابق به روش دستی و امروزه به صورت دستی- کامپیوتری و یا کامپیوتری تهیه می گردد. اغلب این مدل ها بر اساس داده های فاصله ای به دست آمده از مغزه های حفاری اکتشافی و به روش درون یابی خطی به دست می آیند. امروزه روش های زمین آماری به خصوص کریجینگ شاخص قابلیت بالایی در تهیه مدل های هندسی- زمین شناسی یافته اند اما در اغلب مواقع تغییرات ریز زون های زمین شناسی تدریجی است و این نوع مدل ها را دچار ابهامات گوناگونی می نماید که این مسئله در تفکیک زون های آلتراسیون معادن مس پورفیری اهمیت ویژه ای می یابد. در این پژوهش به کمک پردازش عکس مغزه ها و تبدیل آنها به داده های فاصله ای رنگ در سیستم RGB با استفاده از  Core Processing و از داده های کمی رنگ های قرمز، سبز و آبی به طور مجزا استفاده شد. ابتدا برای منطقه معدن کهنگ مدلی به ابعاد 700 در 300 متر و ارتفاع 400 متر در محدوده چاه های اکتشافی منطقه تهیه و مقادیر R، G و B برای بلوک های با ابعاد 5×5×5 به روش کریجینگ معمولی مورد تخمین قرار گرفت و امکان تهیه مقطع زمین شناسی بر اساس سیستم رنگ بندی سه گانه RGB ممکن گردید. جهت اعتبارسنجی شاخصی با عنوان Irgb که طول بردار در محورهای سه گانه R، G وB است، تعریف گردید و مقاطع  این شاخص با مقاطع سنگ شناسی و مقاطع آلتراسیون معدن کهنگ مورد مقایسه قرار گرفت، که با مقاطع سنگ شناسی تطابق خوبی نشان نداد. اما مقایسه نقشه آلتراسیون افق 1700 با شاخص Irgb همان تراز در معدن کهنگ تطابق قابل قبولی را نشان داد. برای اطمینان از امکان استفاده از مدل زمین آماری سیستم رنگ RGB و شاخص Irgb به عنوان معرف مدل آلتراسیون در معادن مس، مدل شاخص Irgb معدن مس میدوک بر اساس 13 گمانه ژئومکانیکی و 35 گمانه ژئوشیمیایی تهیه گردید. از طرفی عملیات برداشت ژئوفیزیکی معدن به منظور تعیین زون های آبدار انجام و مقاطع ضریب مقاومت الکتریکی تهیه شده با مقاطع شاخص Irgb مقایسه گردید. و نتیجه مقایسه توانست با توجه به حساسیت رنگ به آلتراسیون، این زون ها را تشخیص و تفکیک نماید و از اینکه زون های با مقاومت الکتریکی پایین زون آبدار تلقی شود، جلوگیری کند.

    کلیدواژگان: مدل زمین آماری، پردازش تصویر، جعبه مغزه حفاری، سیستم رنگ RGB، معدن کهنگ، معدن میدوک
  • اعظم صادقیان، سیدابوالفضل شاهزاده * صفحات 55-61

    اکتشاف معادن شامل چهار مرحله پی جویی، اکتشاف مقدماتی، اکتشاف تفضیلی و اکتشاف تکمیلی (یا حین استخراج) است. در مرحله پی جویی بعد از بررسی اطلاعات موجود محدوده اکتشافی و برداشت های اولیه بر اساس یک بررسی فنی و اقتصادی سرانگشتی، امکان سنجی ورود به مرحله اکتشاف مقدماتی صورت می گیرد. برای شروع مرحله پی جویی در مورد کانسار معدنی باید ابتدا ظرفیت کلی منطقه برای تشکیل مقدار قابل توجه ماده معدنی که دارای ارزش اقتصادی است، مشخص شود. به صورت معمول این ظرفیت یابی بر اساس دانش و تجربه بالای زمین شناسان و مهندسین معدن صورت می گیرد، لذا این مرحله از اکتشاف مستلزم صرف هزینه هایی با ریسک بالاست و روش هایی که بتواند هزینه را کاهش داده و یا از عدم قطعیت های موجود بکاهد، مورد توجه هستند. از طرفی مجموعه ای از داده های مرتبط با منطقه مورد مطالعه و مناطق اطراف با پراکندگی بالا موجود است که تحلیل آنها، می تواند هدف اشاره شده را برآورده نماید. با استفاده از روش های داده کاوی ریاضی مانند روش های مختلف خوشه بندی، می توان محدوده های دارای ماده معدنی مشخص را بر اساس شرایط زمین شناسی مشابه در مناطق مختلف دسته بندی کرد. تجزیه مقدار تکین یکی از ابزارهای پر استفاده در ریاضیات است و کاربرد آن بیشتر در مسائل خوشه بندی و سیستم های پیشنهاد دهنده است. در این مقاله با استفاده از تجزیه مقدار تکین و اطلاعات معادن فلزی استخراج شده از پایگاه داده معادن ایران، استان ها خوشه بندی شده اند. استان هایی که در یک خوشه قرار می گیرند دارای بخش هایی با شرایط زمین شناسی مشابه اند و می توان انتظار داشت که اگر کانساری در یک استان وجود دارد، در استان های هم خوشه آن نیز امکان شناسایی آن کانسار وجود داشته باشد.

    کلیدواژگان: اکتشاف معادن، تجزیه مقدار تکین، خوشه بندی، سیستم های پیشنهاد دهنده
  • حسین فریدونی، رضا احمدی* صفحات 57-72

    در پژوهش حاضر از روش ژئوفیزیکی رادار نفوذی به زمین (‏GPR‏) برای شناسایی پارامترهای هندسی اهداف استوانه ای مدفون و سرعت ‏سیر امواج الکترومغناطیسی در محیط، استفاده شده است. برای این منظور ابتدا مدلسازی پیشرو داده های ‏GPR‏ با استفاده از روش ‏تفاضل محدود دوبعدی حوزه زمان (‏FDTD‏) به کمک نرم افزارهای ‏GPRMAX، ‏ReflexW‏ و ‏Radexplorer‏ برای چندین مدل مصنوعی ‏متناظر با اهداف متداول در کاربردهای ژئوتکنیکی و تاسیسات زیرسطحی انجام شد. سپس به منظور استخراج پارامترهای فیزیکی و ‏هندسی اهداف استوانه ای مدل های مصنوعی، یک الگوریتم کاربردی در محیط نرم افزار ‏MATLAB‏ پیاده سازی شد که رفتار پاسخ ‏GPR‏ را در حوزه مکانی، مورد بررسی قرار می دهد. عملکرد این الگوریتم برای چندین مدل مصنوعی ازجمله استوانه افقی فلزی توخالی، ‏استوانه افقی توخالی از جنس پلاستیک پی وی سی و مدل شامل جفت استوانه افقی توخالی از جنس پلاستیک پی وی سی مورد ارزیابی ‏قرار گرفت که در تمام موارد دقت بسیار بالایی را در برآورد پارامترهای مدل نشان داد. الگوریتم مذکور برای استفاده در مورد تصاویر ‏واقعی ‏GPR‏ که آمیخته با مقدار زیادی از انواع نوفه می باشند، بهبود داده شد. در این الگوریتم ابتدا با به کارگیری الگوریتم آشکارکننده ‏متوالی اشیاء (‏Cascade Object Detector‏) ناحیه مطلوب تعریف گردیده به گونه ای که نواحی تهی، حذف شده و الگوریتم بر روی ناحیه ‏محدود مطلوب، اجرا می شود. ازجمله قابلیت های الگوریتم پیشنهادی که براساس تعریف تصاویر مثبت و منفی آموزش می بیند، آن است ‏که می تواند بدون نیاز به اعمال مراحل پیش پردازشی، مراحل پردازشی پیشرفته را بر روی تصاویر واقعی ‏GPR‏ سرشار از نوفه، اعمال ‏نماید. عملکرد الگوریتم پیشنهادی برای نگاشت راداری واقعی ‏GPR‏ یکی از پروفیل های برداشت شده در میدان امام حسین (ع) روبروی ‏شهرداری شهر اصفهان، مورد ارزیابی قرار گرفت که در این مورد نیز نتیجه مطلوبی از برآورد پارامترهای هندسی و فیزیکی هدف ‏زیرسطحی حاصل شد.‏

    کلیدواژگان: رادار نفوذی به زمین (‏GPR‏)، پارامترهای هندسی اهداف استوانه ای، الگوریتم آشکارکننده متوالی اشیاء (‏COD‏)، هذلولی ‏پاسخ، تصاویر مثبت و منفی
  • حمیدرضا نظارت*، سید محمد اسماییل جلالی، محسن نظری صفحات 73-84

    آگاهی از الگوهای توزیع جریان هوا در داخل ماشین حفاری تمام مقطع تونل می تواند یک محیط ایمن برای پرسنل و ماشین آلات ایجاد کند. کمیت و کیفیت جریان هوا در فضاهای زیرزمینی بسیار مهم است به طوری که مقدار هوا در تهویه فضاهای زیرزمینی باید برای ترقیق گازها و گرد و غبار کافی باشد و دمای هوا را کنترل نماید. در این مقاله به منظور بررسی الگوهای توزیع جریان هوا در قسمت قاب اصلی ماشین حفاری تمام مقطعS124  شرکت هرنکنشت از دینامیک سیالات محاسباتی و مطالعات میدانی استفاده شده است. به منظور بررسی استقلال شبکه، چهار مقدار مختلف از ابعاد شبکه اجرا شده و نتایج آن برای اطمینان از یک راه حل مستقل با سرعت محلی در یک نقطه مقایسه شده است. مدلسازی سیالاتی به روش حجم محدود مبتنی بر المان انجام شده است. نتایج نشان می دهد جریان هوای کافی در 2/89 درصد از فضای ماشین وجود ندارد و از قسمت پشت اتاق کنترل تا انتهای قاب اصلی ماشین، منطقه مرده وجود دارد. این منطقه می تواند محل تجمع گازهای خطرناک، گرد و غبار و سایر آلاینده ها باشد. یکی از راهکارها برای کاهش مناطق مرده، افزایش دبی هوای ورودی است. افزایش میزان سرعت ورودی هوا و مطالعه توزیع جریان هوا انجام شد. مطالعات نشان داد در صورت استفاده از بیشینه ظرفیت جت فن ها، امکان کاهش مناطق مرده و ایجاد مناطق امن به صورت قابل قبولی وجود ندارد. لذا استفاده از جت فن با سرعت های بیشتر کمکی به بهبود توزیع جریان هوا نکرده و تنها هزینه های انرژی را افزایش خواهد داد.

    کلیدواژگان: مدلسازی، جریان هوا، ماشین حفاری تمام مقطع تونل، دینامیک سیالات محاسباتی
  • محمدحسین صابری*، محمد جواد صیدی، احمد رضا ربانی صفحات 85-94

    در مطالعه حاضر به بررسی ویژگی های ژئوشیمیایی چهارده نمونه میعانات گازی در بخش مرکزی خلیج فارس و نواحی ساحلی این بخش پرداخته شده و همچنین با استفاده از آنالیز شیمی سنجی جهت دسته بندی و اختصاص حدود اطمینان، برای تعیین ژنتیکی خانواده های کاندنسیت در این حوضه استفاده شده است. نمونه های مورد مطالعه از مخازن دالان و کنگان (پرمین پسین - تریاس) مربوط به شش میدان گازی (میعانات گازی) که مهم ترین مخازن گازی ایران را تشکیل می دهند، جمع آوری شده اند. به منظور تخمین میزان بلوغ حرارتی نمونه ها و همچنین تعیین محیط رسوب گذاری سنگ منشا و نوع لیتولوژی آن از پارامترهای بایومارکری به دست آمده از نتایج کروماتوگرافی گازی- طیف سنجی جرمی استفاده می شود. روش آماری مورد استفاده خوشه بندی سلسله مراتبی متراکم است که نشان می دهد گازهای مورد مطالعه در سه گروه ژنتیکی اصلی قرار دارند. در محدوده مورد بررسی از لحاظ بلوغ حرارتی یک روند کلی مشاهده می شود، به گونه ای که بلوغ از سمت غرب به شرق خلیج فارس و همچنین از فارس ساحلی به سمت خلیج فارس افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: بایومارکر، ارتباط ژنتیکی، آنالیز شیمی سنجی، بلوغ حرارتی، خلیج فارس
  • سحر معظم، حمید آقاجانی*، محمد رضایی صفحات 95-105

    سنگ های سرپانتینی شده فوق بازی محلی برای تمرکز کانی با ارزش کرومیت است. وجود اختلاف چگالی قابل ملاحظه این کانه با سنگ های میزبانش، سبب شده تا از روش گرانی سنجی برای شناسایی محدوده های کانی زایی کرومیت استفاده شود و براساس آن مناسب ترین محل برای حفر گمانه های اکتشافی تعیین شود. تعیین حدود توده های معدنی کرومیت به طور معمول با استفاده از فیلترهای فاز محلی و تشخیص لبه انجام می شود. فیلتر زاویه تمایل یکی از فیلترهای آشکارساز لبه است که می تواند مرز ساختارهای زیرسطحی را به شکل کمی تعیین نماید. فیلتر انحنای تانسور گرادیان گرانی نیز برای شناسایی کمی مرز ساختارهای زیرسطحی توسعه داده شده است. در این مقاله از این دو فیلتر برای شناسایی مرز توده های زیرسطحی از روی آنومالی های گرانی حاصل از مدل مصنوعی و نیز داده های واقعی گرانی برداشتی از روی مناطق کرومیت دار استفاده شده است. نتایج بررسی نشان می دهد فیلتر انحنای تانسور گرادیان گرانی مرز توده ها و ساختارهای زیرسطحی را با دقت بیشتری تفکیک و بارز می کند. به کارگیری فیلترهای زاویه تمایل و انحنای تانسور گرادیان گرانی بر روی داده های گرانی بوگه محدوده کرومیت دار در ایالت کاماگئی کشور کوبا توانست مرز کانی زایی کرومیت را مشخص نماید. با توجه نتایج مطالعات زمین شناسی و اطلاعات حاصل از گمانه های اکتشافی در این محدوه می توان گفت استفاده از فیلتر انحنای تانسور گرادیان گرانی دقت بالایی در شناسایی مرز توده ها داشته است. با توجه به اینکه داده های گرانی این محدوده دارای آنومالی مشخصی بود، لذا از داده های گرانی کانسار کرومیت شرق سبزوار که به نسبت پیچیده تر است، نیز استفاده شد. نتایج به کارگیری این فیلتر روی داده های این محدوده اکتشافی نیز جواب های قابل قبولی را ارائه داده است. بنابراین از این فیلتر می توان در شناسایی ساختارهای زیرسطحی در داده های میدان پتانسیل استفاده نمود.

    کلیدواژگان: کرومیت، گرانی سنجی، تانسور، آشکارسازی لبه، زاویه تمایل، کاماگئی
  • امین جوکار*، مهدی نجفی، فرهنگ سرشکی صفحات 107-120

    فرآیند تبدیل به گاز کردن زیرزمینی زغالسنگ یک فرآیند سازگار با محیط زیست است که در آن لایه های زغالسنگ به صورت برجا به گاز تبدیل شده و سپس استخراج می شوند. هدف اصلی از اجرای فرآیند UCG، تولید گاز سنتزی دارای ارزش حرارتی و یا تولید هر یک از گازهای حاصل از فرآیند UCG (مثلا تولید هیدروژن) است. پیش بینی مقدار و ارزش حرارتی گاز تولیدی پیش از اجرای فرآیند UCG، برای انجام تحلیل های اقتصادی ضروری است. از این رو در این پژوهش یک مدل با استفاده از نرم افزار کامسول توسعه داده شده که قادر است تاثیر پارامترهای عملیاتی را بر مقدار، ترکیب و ارزش حرارتی گاز تولیدی پیش بینی نماید. در این پژوهش یک الگوی جدید برای گازی کردن کل زغالسنگ موجود در پهنه های استخراجی معرفی شده است. طبق این الگو که مراحل آن توسط یک الگوریتم نشان داده شده است، علاوه بر این که کل زغالسنگ موجود در هر پهنه تبدیل به گاز می شود؛ ارزش حرارتی گاز تولیدی در حد مورد نیاز به دست می آید. الگوی ارائه شده در این پژوهش با یک مطالعه موردی برای لایه K10 منطقه تخت، معرفی شده است. در نهایت پارامترهای عملیاتی برای تولید گاز سنتزی با مقدار و ارزش حرارتی مناسب برای گازی کردن لایه K10 منطقه تخت به دست آمده است. نتایج نشان می دهد که در یک دوره 11 ماهه باید 9 کارگاه همزمان با هم فعال باشند و پارامترهای عملیاتی در هر کارگاه شامل دما، فشار کاواک، نرخ تزریق اکسیژن، نرخ تزریق بخارآب و زمان عملیات به ترتیب باید 1273 کلوین، 1 مگاپاسکال، 10 مول بر ثانیه، 20 مول بر ثانیه و 11 ماه باشد. در این صورت لایه ی K10 می تواند خوراک یک نیروگاه برق 27 مگاواتی سیکل ترکیبی گازی (IGCC) را به مدت 22 سال تامین کند.

    کلیدواژگان: UCG، پارامترهای عملیاتی، شبیه سازی عددی، ارزش حرارتی گاز سنتزی، لایه K10 منطقه تخت
  • عطاالله بهرامی، جعفر عبدالهی شریف، محمد جواد رحیم دل*، امیر ضیالامع صفحات 121-133

    بخش معدن و صنایع معدنی از مهم ترین مسیرها در دستیابی به توسعه پایدار است. منابع معدنی نقش چشم گیری در پویایی اقتصاد کشور داشته و با سرمایه گذاری صحیح در بهره برداری از این منابع، امکان کسب ارزش افزوده مناسب در بخش های مختلف اقتصادی وجود دارد. بنابراین، تعیین مزیت های نسبی و اولویت بندی بهره برداری از فعالیت های معدنی به منظور اطمینان در سرمایه گذاری های آینده ضرورت دارد. در این مقاله، به اولویت بندی بهره برداری از منابع معدنی استان آذربایجان غربی، به عنوان یکی از استان های مهم معدنی کشور پرداخته شده است. برای این منظور، از روش های تصمیم گیری چندمعیاره در محیط فازی استفاده شده است. با توجه به نتایج، مسائل زیست محیطی و فرهنگی- اجتماعی از مهم ترین شاخص ها در بهره بردای از معادن استان آذربایجان غربی هستند. از این رو، استخراج سنگ آهن و طلا، کرومیت، منگنز و سرب و روی به ترتیب بالاترین اولویت در بهره برداری را دارند. علاوه بر این، سنگ های تزئینی، نما و سنگ گچ، باریت و خاک سرخ و زرد، کائولن، خاک نسوز و دولومیت به ترتیب در اولویت های دیگر استخراج قرار می گیرند.

    کلیدواژگان: منابع معدنی، معدنکاری، آذربایجان غربی، تصمیم گیری چندمعیاره فازی
  • رضا پور حسینی*، پرهام شرف زاده صفحات 135-145

    شمع ها ضمن مشارکت در باربری پی- شمع، نشست را به طور قابل ملاحظه ای کاهش می دهند. در این پژوهش با مدلسازی سه بعدی پی- شمع ها در نرم افزار اجزا محدود PLAXIS 3-D Foundation در دو نوع خاک رس متوسط و ماسه متراکم، تاثیر چیدمان شمع ها و شکل رادیه بر عملکرد مجموعه پی مطالعه شد. نتایج مدل ها مشخص کرد که در دو پی همجوار و متقارن در ماسه که تحت بارگذاری یکنواخت هستند با انتقال شمع های گوشه ای و جایگذاری شمع های بلندتر در نزدیکی محور تقارن بین آنها، می توان نشست و دوران پی را بیش از 50 درصد کاهش داد. همچنین برای پی های مربعی با نشست کلی 154 میلی متر در دو نوع خاک رسی و ماسه ای، اثر چیدمان های مختلف شمع بررسی شد. بر اساس نتایج عددی، در خاک رسی با چینش شمع های بلندتر در مرکز پی و در خاک ماسه ای با تمرکز شمع ها در هسته مرکزی پی، بیش ترین کاهش نشست حاصل می شود. در مدل ها حجم شمع ها باهم مساوی است.

    کلیدواژگان: پی - شمع، شمع کاهنده نشست، ماسه متراکم، رس نرم، مدلسازی عددی
|
  • Zoheir Sedaghati, Reza Mikaeil *, Ezzaddin Bakhtavar, Mojtaba Mohammadnejad Pages 1-16
    Summary

     Tunneling under the water table is a compatible condition for projects. Most important consequences of tunneling in this situation are water inrush, bad working condition, mudflow, low advance rate, and humans injuring. Especially for TBM tunneling that required high investments funds, these hazards can impose high costs for a project. This paper estimates water inflow by the finite element method in the second part of Emamzade Hashem tunnel and providing risk management for these hazards using the FMEA method. 

    Introduction

    The second part of Emamzade Hashem tunnel is the longest road tunneling project in Iran that will be excavated by a TBM. TBM tunneling in hard rock and faulty zone have lots of hazards that may cause many stops in the project according to previous similar projects around the world. Risk management could classify hazards and make them predictable and controllable.

    Methodology and Approaches

    In this paper, water flow ratio was estimated by numerical simulation with FLAC 2D. In the following, the classical risk of water inrush was calculated by the FMEA method with studding some similar projects. A fuzzy analysis was then applied to increase the accuracy of the results. To this end, after estimating water inflow for each section of the tunnel, the time and costs of each hazard were calculated by studying similar projects. Risk number was estimated and managed through the FMEA method based on the calculations. The reduction actions were suggested for the hazards with high-risk numbers.

    Results and Conclusions

    The results of the study indicated that tunneling in the middle part of the tunnel has high risk due to high water pressure according to classical and fuzzy analysis. It has resulted that the performance of fuzzy analysis is higher than classical analysis.

    Keywords: Tunnel, Risk, Fuzzy analysis, Water inrush
  • Masoud Mazraehli *, Hossein Salarirad, Hadi Fathipour Pages 17-35
    Summary


    This work is aimed to investigate the effects of joints configuration in a rock mass on validity of the deformation values obtained using equivalent continuum approach. For this purpose, discrete element method is utilized to numerically model complicated joint configuration comparing to in-built assumptions of equivalent continuum equations. Then, deformation components obtained by equivalent continuum solutions were compared with the results of discrete element numerical analyses and in-situ tests to demonstrate the effect of geometric parameters. Finally, these results are provided to evaluate validity of equivalent continuum relations in deformation analysis of non-orthotropic rock masses, unlike their assumptions.
     

    Introduction

    There are two different techniques to determine deformation behavior of jointed rock masses: direct and indirect methods. Direct methods include laboratory tests on rock specimens and in situ tests on field rock masses. The overall characteristics of large-scale rocks are often not available through direct measurements due to lack of time and financial resources. Indirect methods consist of empirical correlations, analytical solutions and numerical modelling. Empirical methods are based on correlation between rock mass deformability and its classification indices such as rock quality designation (RQD), rock mass rating (RMR) and geological strength index (GSI). In spite of their simplicity, it is not possible to capture anisotropic and scale-dependent behavior of rock mass using empirical techniques. Analytical or closed-form methods consider rock mass as an equivalent continuum in which the deformation is the sum of deformation of the intact rock and deformation of the joint sets. These solutions are digest and simple, and only can be used to analyze deformation of regularly jointed rocks. Most of them are inapplicable when dealing with irregular joint systems which are more common in nature. On the other hand, numerical modelling is advantageous to study the effect of joint sets configuration on deformation behavior of a jointed rock mass, and can be used to determine the accuracy of closed-form deformation analysis of irregularly jointed rock masses.
     

    Methodology and Approaches

    For analysis purposes, the applicability of equivalent continuum approaches in estimating deformation behavior of rock masses with three intersecting joint sets was studied. Two different cases were considered, namely, deviation of the intersection angle and dip direction of the second joint set. 3DEC software contains several different behavior models for intact rock in which one or more of them can be used depending on governing assumptions. According to analytical approaches, isotropic elastic and Coulomb slip models were assigned to intact rock and joints, respectively. Note that joints were prevented to deform plastically because the purpose was to study the elastic deformation of jointed rock masses using both analytical and numerical analysis.
     

    Results and Conclusions

    According to the obtained results, following conclusions can be reported for the conducted study:
    Axial analytical and numerical deformation values have a high sensitivity to intersection angle but there is no evidence to know how they change with this parameter.
    Further deviation of intersection angle results in increasing difference of numerical and analytical lateral deformation in the direction perpendicular to intersecting joint sets.
    Low discrepancies were recorded for lateral strains parallel to intersecting joint sets strike while changing intersection angle. Therefore, it can be concluded that the application of equivalent continuum method to estimate this component would be somehow accurate.
    The effect of dip angle of intersecting joint sets is not considered in the non-orthotropic equivalent continuum approach. However, results generally show a considerable effect of this parameter on the discrepancy of analytical and numerical values.
    Differences between analytical and numerical deformation results show that changing the dip direction does not significantly affect the results, but applicability of the corresponding equivalent continuum solution is questionable in some cases.
    Application of analytical equation for axial strain estimation is not recommended when dip angle of intersecting joint sets has a dominant contribution to deformation.
    In the case of dip direction deviation, lateral strain estimation parallel to joints strike through the corresponding analytical solution has an acceptable accuracy.

    Keywords: Jointed rock mass, deformability, equivalent continuum media, discrete element method
  • Asma Kariminejad, Fariba Kargaran, Alireza Yarahmadi * Pages 37-53
    Summary

    Geo-statistical modeling requires a high level of experience and precision that was formerly hand-made and nowadays is semi-computer or computer generated. Most of these models are based on interval data obtained from exploratory drilling cores and linear interpolation techniques. Nowadays, geo-statistical methods, especially indicator kriging, have been found to be highly capable of producing geometric-geological models but most of the time the changes in the geological micro-zones are gradual, and these models have various ambiguities, which is particularly important in the separation of alteration zones in porphyry copper mines.

    Introduction

     Among the data provided during geochemical and geotechnical exploration drilling, the images of drill core boxes are important and comparatively inexpensive. In this study, the quantitative data of red, green and blue were separately used by processing these types of images and converting them into color interval data in the RGB system instead of using the qualitative geological log data. The operation was carried out in a C-Shop program called Core Processing and executed on 20 boreholes of Kahang copper mine. Then, a database of joint density and RGB color system with a lag of 2 meters was prepared. One of the main features of color data is the normality of their distribution function in this region.

    Methodology and Approaches

    This geostatistical study also yields the validated spherical variograms. Initially, a model for the Kahang Mine with a dimension of 700 × 300×400 m was developed and the values of R, G and B for rock blocks of 5 × 5 × 5 were estimated using ordinary kriging. This made it possible to obtain a real colors of geological section based on the triple RGB color system. For the verification of the validity of the proposed method, the color sections were compared with the lithology and alteration sections (already prepared by geologists) of Kahang Mine. For this purpose, a new index was defined as Irgb, which interpreting the length of the vector on the three axes R, G, and B (which did not show good agreement with the lithological sections). However, an acceptable similarity was obtained by comparing the alteration map in 1700 horizon with the Irgb index at the same level in Kahang Mine.

    Results and Conclusions

       To ensure the feasibility of using the geostatistical model of RGB color system and the Irgb index another comparison was made at the Miduk Copper Mine and the colored model of this mine was prepared too. The tomography operation was performed in several profiles to determine the mine's hydro zones where the sections of electrical resistance coefficients were already prepared. These sections were then compared with the Irgb index sections prepared from the RGB model proposed in this study.  The comparison was able to detect and distinguish alteration zones due to the sensitivity of the color to the alteration and also to prevent zones with low electrical resistance from being considered as hydro zones by mistake.

    Keywords: Geological-Geostatistical Model_Image Processing_Core Drilling_Kahang Mine & Meiduk Mine
  • Seyed Abolfazl Shahzadeh* Pages 55-61
    Summary

    In this paper, by using the mines information of Iran provinces and singular value decomposition, the provinces of Iran are clustered. By using these clusters information, a recommender system is developed to help geologists and mining engineers.
     

     Introduction

    Mining exploration consists of prospecting, early exploration, detailed and complementary stages (even extraction process). Prospecting stage begins with gathering and studying the information of mining area and preliminary sampling. Based on thumbnail technical and economic review, the feasibility of entering the preliminary stage of exploration is realized. At the start of prospecting stage, the total capacity of the area for production of significant and economic mineral deposits must be identified. Usually detecting of valuable deposits is performed according to information and experience of geologists and mining engineers. Therefore, the stage of exploration involves high cost and risk. Thus, the methods that can reduce costs and uncertainties are considered. On the other hand, there is a collection of data related to the studied area and its surrounding with high dispersion that their analysis can lead researchers to the aim. By using mathematical methods in data mining such as clustering data, the mines with specific deposits according to similar geological conditions could be classified.
     

    Methodology and Approaches

    Singular value decomposition is one of the most powerful tools in mathematics. This method is widely used in clustering problems and recommender systems. In this paper, at the first stage, the provinces of Iran are clustered by using singular value decomposition and metal mines data which are extracted from the mines database. The provinces in the same clusters are similar in geological conditions. Finally, recommender system for exploration of a specific mine, the provinces that are in the cluster having higher  number of this mine are allocated top priority.
     

    Results and Conclusions 

    The results show that by using singular value decomposition and the mines information of Iran provinces, the provinces can be clustered.  Moreover, the provinces  in the same clusters, are similar in geological conditions. It is expected that, if a mineral deposit was discovered in a province, it would be found in another province in the same cluster too.

    Keywords: Mining exploration, Singular value decomposition, Clustering, Recommender system
  • Hosein Fereydooni, Reza Ahmadi * Pages 57-72
    Summary


    In present research, GPR method has been used to identify geometrical parameters of buried cylindrical targets. To achieve this goal, first forward modeling of GPR data has been carried out for several synthetic models corresponding to common targets in geotechnical and subsurface installations. Afterward, an applied algorithm on the basis of signal processing on a radargram (A Scan) with high accuracy was implemented in MATLAB environment. The performance of the algorithm was validated for several synthetic models so that led to the favorite results in all cases. The primitive algorithm was improved to employ for real GPR images having a large amount of various noises.
     

    Introduction

    One of the most important tasks in engineering design is extraction of geometrical parameters of subsurface hidden objects. In this research, has been attempted to investigate the treatment of GPR responses in spatial domain using simulated response of various synthetic models by forward modeling. Then after extraction of relationships between existence mathematical models with GPR system response, geometrical parameters of buried cylindrical targets and physical parameters of host medium are identified through employing appropriate algorithms and image processing methods.
     

    Methodology and Approaches

    An applied algorithm based on signal processing on a radargram (A Scan) was implemented in MATLAB environment which investigates the treatment of GPR response in spatial domain. The performance of the algorithm was validated for several synthetic models such as empty metallic and PVC horizontal cylinders and also the model including the couple of empty horizontal cylinders made by PVC. The algorithm was improved by applying Cascade Object Detector (COD) algorithm, interest of region is defined so that null regions are removed, implementing on the finite interested region. Then the algorithm is trained based on definition of positive and negative images. The performance of the proposed algorithm was evaluated for a real GPR radargram related to one of the profiles surveyed in Imam-Hossein square, opposite the municipality of Isfahan city so that also yielded a favorite result in this regard.
     

    Results and conclusions

    In order to evaluate the accuracy of curve fitting the hyperbolic equation on the data, statistical validation criterion well-known as determination coefficient has been used. According to this criterion fitting accuracy of hyperbolic equation on the data for all synthetic models except the couple of horizontal cylinders is up to 93 percent. The algorithm has estimated the geometrical parameters of cylindrical targets with an error less than 8 percent. Also using the improved algorithm, determination coefficient of the fitted curve is 83.99 percent that is a favorite result. The algorithm could estimate radius, burial depth and horizontal location of the buried horizontal cylinder in the real GPR image with the errors of 7.6, 1.7 and 1.1 percent, respectively

    Keywords: Ground-Penetrating Radar (GPR), Geometrical parameters of cylindrical targets, Cascade‏ ‏Object‏ ‏Detector ‎‎(COD) algorithm, Hyperbolic response, Positive, negative images
  • hamidreza nezarat, Seyed Mohammad Esmail Jalali, Mohsen Nazari Pages 73-84

    The numerical study of airflow has mainly concentrated on underground mines and road tunnels. Ventilation during the construction of long tunnels, especially the ventilation of TBMs, has received less attention. This paper aims to study airflow pattern in TBMs with regard to safety and as such reduce dead zones area. The results show that the airflow pattern of a TBM ventilation system, which can help to design an effective ventilation system for the TBMs.

    Introduction

    The Tunnel Boring Machines (TBMs) has revolutionized the tunneling industry to create underground space safer, healthier and more economical. Ventilation is one of the main components of mechanized tunneling. The airflow quality and the related mass flow rate in the ventilation system should be sufficient to dilute gases and remove the dust inside the tunnel. Since most of TBM crews stay and work in the mainframe area, ventilation of this zone is very important.

    Methodology and Approaches

    In this study, we modeled the TBM ventilation system using CFD method to understand airflow behavior in TBM. Numerical solution of the governing equations and boundary conditions are performed by utilizing the commercial CFD code Ansys CFX 18.1. Tests of mesh-independence were conducted based on four different meshing creations. To define the boundary conditions, airflow velocity sampling was performed using multi-point sampling method in the ductwork outlet. To complete the discretization of the advection term, the high-resolution scheme was computed. Root Means Square (RMS) < was considered as the convergence criterion of mass and momentum equations.

    Results and Conclusions

    The results show that there is not enough air flow in 89.2% of TBM space in its current state. There are many dead zones from control cabin to the end of mainframe. The main direction of the back airflow moves along the segment feeder and increasing air mass flow has no effect in decreasing dead zones area. The results from the study present show that by increasing the air mass flow rate by 60% the volume of the dead zones in TBM is decreased by 13.42% and has no effective decrease dead zone in the personnel breathing zone. The results from the present study clearly indicate that maximum mass flow capacity of jet fans is not possible to reduce dead zones that will only increase energy costs

    Keywords: Air flow, Tunnel boring machine, Ventilation, Computational fluid dynamics, Modeling
  • Mohammad Hossein Saberi *, Mohammad Javad Seydi, Ahmad Reza Rabbani Pages 85-94
    Summary

    Comprehensive geochemical study shows the genetic relationship between 14 samples of gas condensates from the Persian Gulf. In this study, the samples were examined merely in terms of maturity, which led to a general trend towards maturation of the region. In this process, maturation increases from west to east of the Persian Gulf and also from the coastal Fars to the Persian Gulf and then to the Arabian section.
     

    Introduction

    By using data collected including data biomarkers derived from gas chromatography-mass spectrometry analysis to provide relevant diagrams for maturity and source rock sedimentation environment, as well as statistical analysis of existing samples for all fields, which ultimately, by matching the interpretations of these two to the desired results, the purpose of this Research has been achieved.

    Methodology and approaches

    The Samples were collected from Dalan and Kangan reservoirs (Late Permian – Triassic) from 6 gas fields (gas condensate), Which constitute the most important Iranian gas/gas condensate reservoirs. In this  study, in order to estimate the maturity of samples (for the purpose of determining the thermal maturity of gas condensates and determining their range of placement in the maturity chart), as well as determining the sedimentary environment of the source rock and type of lithology, the available biomarker parameters obtained from the results gas chromatography - mass spectrometry (GC-MS) were used. The statistical methods used are agglomerative hierarchical clustering (AHC) and principal component analysis (PCA), which show that the studied gases are in three main genetic groups.

    Results andConclusions

    According to the results of this study, the origin of hydrocarbons in the region of marine organic matter with some organic matter of continental origin, which maturity range is in the late stages of petroleum production and early gas window. This gas condensate is derived from the clastic lithological sources that have been generated under reducing environmental conditions and from type II and III kerogens. The three main groups of gas condensate from statistical analysis and make correlation to the source rock were identified using biomarker parameters related to maturity and sedimentation environment. The maturity from the Golshan field to the Salman field (from west to east of the Persian Gulf) increases and the sedimentary environment is different in the southern Persian Gulf Salman and Golshan fields (marine carbonate) from its northern fields such as Khayyam, Tabnak and Madar (marine shale).

    Keywords: Biomarker, Genetic linkage, Chemometry analysis, Thermal maturation, Persian Gulf
  • Sahar Moazam, Hamid Aghajani *, Mohammad Rezaie Pages 95-105
    Summary

     Chromite exploration is really important in mineral exploration. Gravity method is really important in chromite exploration. Edge detection methods are used to determine lenses of chromite. In this paper, we used the curvature gravity gradient tensor (CGGT) along with the tilt angle method to detect chromite lenses. Application of the methods on synthetic and real gravity data showed that the CGGT can determine the edges of chromite lenses better than the tilt angle method.

    Introduction

    Chromite is a strategic mineral. Therefore, the exploration of chromite mineral reserves is the main mineral exploration priorities. Chromite has a marked density contrast with the host rock, so the gravity method can be applied for exploration of the chromite ore bodies. The boreholes locations are usually determined after finding the edges of the chromite lenses by edge detection of the gravity anomalies. There are various edge detection methods. Most of the edge enhancement techniques are interpreted qualitatively. The Tilt angle method is a traditional method that can detect edges of subsurface structures quantitatively. The value of Tilt angle is zero above edges of subsurface bodies. The curvature gravity gradient tensor (CGGT) was also used to interpret the geological structure quantitatively. The value of eigenvalues of CGGT are zero above edges of subsurface bodies. In this paper, we used CGGT for edge detection of chromite lenses.

    Methodology and Approaches

    In order to obtain CGGT, at first, horizontal vector gradients of gravity gradient tensors are computed from the vertical component of gravity data with a Fourier transform technique. Then the eigenvalues of CGGT are obtained. The large eigenvalue determines the edges of negative density bodies while the small eigenvalue only can be used to outline edges of positive density bodies. The chromite has positive density contrast with the host rock and produce positive gravity anomaly. Therefore, we choose the small eigenvalue to outline edges of the chromite lenses. Finally, the tilt angle is also applied to compare with the CGGT.

    Results and Conclusions

    The robustness of the codes used for the edge enhancement is tested with gravity field anomaly map caused by four prisms of synthetic bodies. The results indicated that the proposed method can enhance the edges of the synthetic bodies with zero contour of the small eigenvalue of the CGGT. Then, the proposed method has been applied on the real gravity data from chromite deposits In Camaguey province, Cuba. The results showed that the zero contour of the small eigenvalue of the CGGT can outline the edges of synthetic bodies and chromite lenses better than the zero contour of the tilt angle method. Therefore, we can use the small eigenvalue of the CGGT to detect edges of chromite lenses precisely.

    Keywords: Chromite, Gravity, Tensor, Edge detection, Tilt angle, Camaguey
  • Amin Jowkar *, Mehdi Najafi, Farhang Sereshki Pages 107-120
    Summary

    In this paper developed a model by COMSOL software that able to predict operational parameters effect on the components and heating value of produced gas during underground coal gasification. In this model for shown the effects of Operational Parameters on UCG process a Case Study has been developed. The results show that this model able to predict the effects of operational parameters on the components and heating value of produced gas in UCG process.

    Introduction

    Underground Coal Gasification (UCG) process have a good adaptation with environment, in this process at the first insitu-coal seam converted to syngas and then would be explorated. The main purpose in UCG process is producing syngas with a heating value or producing each gases that producing in UCG process (for example Hydrogen production). Before implement of UCG process, predict of the components and heating value of syngas is necessary to economic analysis. In this paper presented a new model to gasify all coal in each stope, however; the produced gas have a high heating value.

    Methodology and Approaches

    According to this model, moreover to gasify all of coal in each stope, the extent of heating value of produced gas is the same requested amount. Presented model in this research have been introduced with a Case Study for K10 coal seam of Takht region. Finally Operational Parameters to produce syngas with appropriate components and heating value for gasify K10 coal seam is calculated (it should be noted that this design shows only one possible scenarios).

    Results and Conclusions

    The results for this case study shown that in a period of 11 months, 9 stopes must be active simultaneously and Operational Parameters in each stope including temperature, cavity pressure, oxygen injection rate, steam injection rate and operation time should be consider 1273K, 1MPa, 10 mol/s, 20 mol/s and 11 months respectively. In this case, K10 coal seam can support feed of 27 MW IGCC-based power plant for 22 years.

    Keywords: UCG, Operational Parameters, Numerical Simulation, Heating Value of Syngas, K10 Coal Seam of Takht Region
  • Attaollah Bahrami, Jafar Abdollahei Sharif, Mohammad Javad Rahimdel *, Amir Zialame Pages 121-133

    Mines and mining industries are an important way to reach the sustainable development and investing in these sectors creates the suitable economics value added. Therefore, prioritization of the mineral activities are helpful for persuasion of future investments. The main aim of this research is to rank the mining activities of the Azerbaijan-e-Gharbi Province in Iran with considering five main criteria including economic, cultural and social, environmental, technical and also political criteria.

    Methodology and Approaches

    In this study, the main in-operation mines are considered. The technique for order of preference by similarity to ideal solution and also the analytical hierarchy process are used to prioritize the mining activities. To reduce the uncertainties, all calculations are done under the fuzzy environment. Results and

    Conclusions

    Results of this study show that, the cultural, social and environmental criteria have the highest importance degree in comparison to the other criteria. The iron and gold mines are in the first priority, while the chromic and manganese mines and lead and zinc mines are respectively in the second and third priority. The quarry and gypsum mineral types, the barite, red and yellow soil, kaolin, fireclay and dolomite, salt and silica, sand, rubble, mica, limestone and ballast mines are respectively ranked.

    Keywords: Mineral Resources, Mining, Azerbaijan-e-Gharbi, Fuzzy MCDM
  • Reza Pourhosseini *, Parham Sharafzadeh Pages 135-145
    Summary

    Piled- raft foundation is a complex system that overall load divided between the piles and raft upon pile-soil-raft interaction, in which piles mainly act as settlement reducer. Piled- raft foundations with different piles arrangement and soil type, i.e. medium clay and dense sand, were modeled in 3-D finite element software, PLAXIS 3-D Foundation. Influence of piles on differential settlement depends on the piles arrangement and soil properties. The numerical results showed that in two adjacent foundations on sand under uniform surcharge, when corner piles was removed and placing longer piles about their  symmetry axes, the foundation settlement and rotation decreased considerably, at least 50%. For piled- raft foundation on soft with placement of longer piles in the center raft and shorter piles out of center, the optimal piles arrangement was achieved, while in dense sand piles concentration in the central region of raft was optimal arrangement. These later results obtained from rafts on clay and sand with different surcharge that has been analyzed to attain equal 154mm settlement.  

    Introduction

    One of the effective ways to improve the footing bearing capacity is using pile foundations. The piled-raft foundation is a new design concept as one of the effective methods of foundation to reduce settlements of structures.  In piled raft foundation role of raft foundation is to provide adequate bearing capacity and role of pile foundation is mainly to act as settlement reducers. In this paper 3-D finite element analysis of piled raft foundations on dense sand and medium clay is studied. The purpose of the present study is to investigate the role of piles arrangement in reducing settlement of the piled raft foundation. 

    Methodology and Approaches

    Numerical method used for analysis of piled raft foundation, due to complex soil-structure interaction. A 3-D finite element software, PLAXIS 3-D Foundation utilized to analyze three dimensional models of piled raft foundation. The model results validated among settlements of Messe–Torhaus structure in Germany which was modeled in ABAQUS. Different pile arrangement plan in dense sand and medium clay was molded. Soil behavior was modeled by Mohr-Coulomb elastoplastic model.  

    Results and Conclusions

    Piles arrangement has a significant influence on the performance of piled raft foundation. Numerical results show that appropriate arrangement of piles which has maximum reduction in settlement strongly depends on soil type. Additionally, increasing the piles length has more influence on the performance of piled raft foundation, rather than pile diameter growth, when the volume of concrete in piles bodies has been constant.

    Keywords: Piled- Raft, Settlement, Soil, Piles Arrangement, Numerical Analysis