پیش بینی نرخ نفوذ حفاری و ارزیابی سایش سرمته های سه مخروطی دورانی در معادن روباز

در معدن¬کاری روباز سرمته¬ سه¬مخروطی دورانی که از جنس مواد کارباید سیمانی¬شده (cc) است و حاوی دندانه¬های تنگستن کارباید (wc) می¬باشد محبوبترین ابزار برای حفاری چال¬های عمیق با قطر زیاد می¬باشند. نرخ نفوذ و نرخ سایش این سرمته¬ها دو پارامتر بسیار تعیین¬کننده در راندمان حفاری می¬باشند که تحقیق و مطالعه جهت بهبود نرخ نفوذ و ارزیابی سایش سرمته¬ها برای تعیین بهترین زمان تعویض آنها با کمترین وقفه در عملیات حفاری الزامی می¬باشند. ساختار کلی این رساله شامل سه موضوع اصلی می¬باشد: (الف) ارائه یک شاخص طبقه¬بندی قابلیت حفاری توده¬سنگ با در نظر گرفتن پارامترهای توده¬سنگ و دستگاه حفاری، (ب) مدل¬سازی احتمالاتی معادله نرخ نفوذ حفاری به روش مونت¬کارلو، (ج) ارزیابی سایش سرمته سه¬مخروطی دورانی به روش پردازش تصاویر. در این تحقیق در ابتدا از روش سیستم¬های مهندسی سنگ برای در نظر گرفتن اندرکنش بین عوامل موثّر حفاری و کل سیستم استفاده شده است و پارامترهایی که در مدل مشارکت دارند از صفر تا چهار امتیاز دهی شدند. ماتریس اندرکنش پارامترها تنظیم شد و از آنجا که اعداد این ماتریس متغیّر بوده و یک عدد یکتا و منحصر به فرد نیستند پس شدت اندرکنش هر ماتریس محاسبه و با استفاده از روش تحلیل سلسله مراتبی فازی وزن پارامترهای مورد نیاز تعیین شد. در نهایت شاخص قابلیت حفاری توده¬سنگ بدست آمد که از صفر (سنگ خیلی سخت از دیدگاه حفاری) تا صد (خیلی آسان) متغیّر است. در ادامه یک معادله جدید نرخ نفوذ سرمته¬های سه¬مخروطی بر اساس مهمترین پارامترهای موثّر در حفاری شامل پارامترهای دستگاه حفاری و خواص سنگ بکر و توده¬سنگ بدست آمد. این پارامترها براساس مطالعات آزمایشگاهی و صحرائی روی نمونه¬های جمع¬آوری شده از دو معدن بزرگ روباز مس سرچشمه و گل¬گهر سیرجان تعیین شدند. با توجه به اینکه پارامترهای بسیاری در نرخ نفوذ سرمته¬های حفاری موثّر می¬باشند در این رساله از تکنیک کاهش ابعاد، آنالیز مولفه¬های اصلی (pca) برای انتخاب مهمترین پارامترهای تأثیرگذار براساس نسبت واریانس آنها استفاده شد. پس از استخراج پارامترهای مهم، معادله نرخ نفوذ به عنوان تابعی از این پارامترها و با استفاده از رگرسیون چندمتغیّره غیر خطی ارائه شد. بیشتر این پارامترها بخصوص پارامترهای توده¬سنگ غیرقطعی بوده و دارای سطحی از عدم اطمینان می¬باشند بنابراین بایستی به صورت احتمالاتی مطالعه شوند. توابع توزیع متغیّرهای ورودی و خروجی معادله بر اساس داده¬های آزمایشگاهی و صحرائی تعیین شدند و در نهایت تحلیل تصادفی روی معادله حفاری با استفاده از تکنیک شبیه¬سازی مونت¬کارلو صورت گرفت. نتایج نشان دادند که pca و روش مونت¬کارلو تکنیک¬های مناسبی برای مدل¬سازی و ارزیابی تغییرات پارامترهای نفوذ توده¬سنگ و عملیاتی دستگاه حفاری می¬باشند. به منظور ارزیابی سایش سرمته¬ها از سه تکنیک در پردازش تصویر در نرم¬افزار matlab، یعنی بافت سطح ، ماتریس رخداد همزمان سطوح خاکستری و طبقه¬بندی¬های مبتنی بر حداقّل فاصله استفاده شدند. برای اعتبارسنجی نتایج این تکنیک¬ها از دو روش استفاده شد. ابتدا سرمته¬ها قبل و بعد از عملیات حفاری به منظور تعیین افت وزن آنها توسط باسکولی با دقت 1/0 گرم توزین شدند. به منظور تعیین افت ابعاد سرمته¬ها از میکرومتری با دقت 02/0میلیمتر استفاده شد. نتایج نشان داد در میان شاخص¬های سطح: مساحت سرمته و محور طولی بزرگ؛ در میان شاخص¬های ماتریس رخداد همزمان سطوح خاکستری: کنتراست، انتروپی و همبستگی؛ و در میان شاخص¬های مبتنی بر حداقّل فاصله: طول اقلیدوسی، فاصله شهری، چبیشف و ضریب همبستگی سطوح خاکستری روابط منطقی با میزان سایش اندازه¬گیری شده داشتند.