بررسي تأثير خواص سنگ بر توليد نرمه در فرآيند برش با ابزار مخروطي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

استخراج مواد معدني

دكتري

حفاري سنگ‌ها از گذشته تا به امروزه كاربرد فراواني در پروژه‌هاي مختلف عمراني، معدني و نفتي داشته است. از اين رو ارزيابي عملكرد حفاري مي‌تواند به‌طور قابل‌توجهي بر موفقيت و بهره‌وري عمليات تأثيرگذار باشد. سه پارامتر عملكردي حفاري شامل نيروي وارد به ابزار، انرژي ويژه و ميزان نرمه توليدي از مهم¬ترين پارامترهاي تأثيرگذار بر عملكرد حفاري مي¬باشند و به طور مؤثر بر راندمان عمليات حفاري تأثير مي¬گذارند. بنابراين در اين پژوهش به بررسي پارامترهاي عملكردي برش و اندركنش آن با خصوصيات سنگ¬ها پرداخته شده است. براي اين منظور نمونه سنگ¬هاي طبيعي از نقاط مختلف ايران گردآوري شد و پس از آماده¬سازي، عمليات برش با ابزار مخروطي تحت برش منفرد در عمق¬هاي برش 5/0 تا 6 ميلي¬متر اجرا گرديده است. در ادامه پس از ثبت داده¬ها ارتباط ميان خصوصيات سنگ با پارامترهاي عملكردي برش بررسي گرديده است. براي اين منظور ابتدا با در نظر گرفتن تغييرات انرژي ويژه نسبت به عمق برش، براي هر نمونه عمق برش آستانه تعيين گرديد و سپس با استفاده از تحليل رگرسيون خطي و غيرخطي اقدام به توسعه مدل¬هايي به منظور ارزيابي پارامترهاي عملكردي برش تحت شرايط مؤثر گرديد. نتايج ارزيابي عملكرد مدل¬ها نشان داد كه مدل¬هاي غيرخطي عملكرد بالاتري نسبت به مدل¬هاي خطي دارد و به ترتيب با مقادير R2 برابر 881/0، 917/0 و 908/0 قادر است پارامترهاي نيروي وارد به ابزار برش، انرژي ويژه و نرمه را در شرايط برش مؤثر باتوجه به خصوصيات سنگ تخمين بزند. در ادامه با در نظر گرفتن عمق برش بحراني شكست و با بكارگيري الگوريتم خوشه¬بندي سلسله مراتبي يك طبقه¬بندي سه كلاسه براي ميزان نرمه توليدي توسعه يافت و پس از آن با در نظر گرفتن دو پارامتر نيرو و نرخ برش و بكارگيري الگوريتم ماشين بردار پشتيبان، فضايي دو بعدي به منظور تعيين حد انتقال از نرمه به تراشه توسعه يافت. پس از توسعه فضاي دو بعدي، عملكرد مدل با استفاده از معيارهاي ارزياب عملكرد مربوطه مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه مدل توسعه يافته قادر است با دقت 3/91 درصد حد انتقال از نرمه به تراشه را پيش¬بيني كند. در نهايت با استفاده از سيگنال نيرو و لرزش ثبت شده در هر مرحله، با استفاده از تبديل فوريه سريع، اقدام به بررسي فركانس توليد نرمه و تراشه گرديد. در اين مرحله ابتدا با استفاده از پيش¬پردازش سيگنال¬ها، نويز هركدام از سيگنال¬ها حذف گرديد. پس از آن با استفاده از تبديل موجك هركدام از سيگنال¬ها تجزيه گرديد و به بررسي فركانس توليد نرمه و تراشه پرداخته شد. نتايج نشان داد كه براي سيگنال¬¬هاي نيرو فركانس¬هاي كمتر از 8 هرتز به عنوان فركانس نرمه، فركانس بين 8 تا 60 هرتز به عنوان فركانس انتقال و فركانس بيش از 60 هرتز به عنوان فركانس تراشه و براي سيگنال¬هاي لرزشي، فركانس كمتر از 15 هرتز به عنوان فركانس نرمه، فركانس بين 15 تا 60 هرتز به عنوان فركانس انتقال و فركانس بيش از 60 هرتز به عنوان فركانس تراشه مي¬باشد. پس از تعيين ويژگي¬هاي هر كدام از سيگنال¬ها در دو حوزه زمان و فركانس، با بكارگيري الگوريتم شبكه عصبي مصنوعي اقدام به توسعه مدل¬هايي به منظور پيش¬بيني مقاومت سنگ، انرژي ويژه و ميزان نرمه توليدي گرديده است. نتايج ارزيابي عملكرد مدل¬هاي توسعه يافته نشان داد كه مدل¬ها قادر به ارزيابي اين پارامترهاي با عملكرد بالا مي¬باشند. از اين¬رو مي¬توان در شرايطي كه خصوصيات زمين در حال برش نامشخص است، عملكرد حفاري را به صورت بلادرنگ مورد ارزيابي قرار داد.

230091

استخراج

مهندسي معدن

دانشگاه صنعتي اصفهان