پيش بيني خردشدگي در معادن روباز؛ يك مدل فازی

1386مهر 26 الي 24 -سومين كنفرانس مكانيك سنگ ايران ايران- تهران- صنعتي اميركبير دانشگاه

721

ك ي در معادن روباز؛ي خردشدگينيش بيپ يمدل فاز

∗∗∗∗ حسين نظام آبادي پور;∗∗∗حميد منصوري ;∗∗ محمد علي ابراهيمي فرسنگي ;∗يحجت اله دربان

چكيده. در مهندسي انفجار خردشدگي يك مسئله كاربردي است كه به نوع استفاده از سنگ بستگي دارد

از ،فرآيندهاي پايين دست هزينه هاي واحد زيادي را بردر معادن روباز ميزان خردشدگي تاثير از اينرو پيش بيني خردشدگي و انتخاب الگوي انفجار . جمله بارگيري، باربري و سنگ شكني دارد

پارامترهاي موثر بر خردشدگي . بر اساس آن به كاهش هزينه هاي ذكر شده منجر خواهد شدبوده و همچون ساير ناغلب دقيق ) وي انفجار الگ ويژگي هاي ماده منفجره ومشخصات سنگ،(

بطوريكه كوشش . همواره درجه اي از عدم قطعيت در آن ديده مي شود،زمينه هاي مرتبط با سنگ منجر شدههاي گذشته براي پيش بيني آن معموال به ساده سازي مسئله و حذف اين عدم قطعيت

با جود در مسئله، با ايجاد يك مدل فازي تا با پذيرش ابهام مو در اين پژوهش سعي شده است. استبارسنگ، نسبت فاصله داري بر بار سنگ، نسبت طول چال بر بار سنگ، : شاملپارامترهاي ورودي

نسبت طول گل گذاري بر بارسنگ، تعداد رديف، خرج ويژه، سرعت انفجار ماده منفجره، نسبت ترهاي تابع توزيع رزين راملر بعنوان خرج بر تاخير، انديس قابليت انفجار و آبداري چال، پارام

در ادامه مدل تهيه شده به كمك داده هاي حاصل از آناليز . خروجي هاي مدل پيش بيني شوند و شبكه ، توسط مولفيندو معدن سنگ آهن گل گهر و مس سرچشمهتهيه شده از ،تصويري با مدلهاي تحليلي ارزيابي مدل فازي، در مقايسه نتايج. فازي بهينه سازي شده است-عصبي

همبستگي بيشتري را با داده هاي آناليز تصويري نشان داده است كه قابليت مدل فازي را در اين .زمينه به اثبات مي رساند

ي فاز-ي، شبكه عصبيستم فازي، سي انفجار، معادن روباز، خردشدگيمهندس : كليديواژه هاي

مقدمه -1مواد خرد شده . توليد مواد ورودي به سنگ شكن اوليه استدر معدنكاري روباز اغلب هدف از انفجار،

بايد عالوه بر اين كه براي بارگيري و باربري مناسب باشند، به اندازه كافي كوچك باشند تا از دهانه

: دانشگاه شهيد باهنر كرمان; بخش مهندسي معدن; ارشد استخراج معدني كارشناسيدانشجو∗ir.ac.uk.graduate@darbani . .ir.ac.uk.mail@maebrahimi : . دانشگاه شهيد باهنر كرمان; معدنيار بخش مهندسياستاد∗∗ .ir.ac.uk.mail@hmansouri: دانشگاه شهيد باهنر كرمان; معدنيار بخش مهندسياستاد∗∗∗ .ir.ac.uk.mail@nezam: دانشگاه شهيد باهنر كرمان; برقي مهندسبخشار ياستاد∗∗∗∗


722

از سالها پيش . درجه خردشدگي يك پارامتر اقتصادي موثر است. ورودي سنگ شكن عبور كنندبه علت پيچيدگي مكانيزم خرد . زان خرد شدگي انجام شده استتالشهاي زيادي براي پيش بيني مي

Langefors and) 1963(در بين اين مطالعات . شدن توسط انفجار، اغلب اين تالشها تجربي بوده اندKihlstrom با استفاده از تستهاي . تاتير بارسنگ و خرج ويژه را بر روي خردشدگي مطالعه كردند

. يك مدل خرد شدگي ارائه كرد كه بر اساس قانون باند استوار است) da Gamma )1971آزمايشگاهي در تالشهاي گذشته براي پيش بيني خردشدگي همواره پارامترهاي موثر بر نتايج انفجار بصورت دقيق و كمي مورد تحليل قرار گرفته اند، و بر اساس روابط تجربي نتايجي ارائه مي دهند كه اغلب با نتايج

اين مشكل از آنجا ناشي مي شود كه اكثر پارامترهاي موثر، حتي در يك الگوي . دارندواقعي تفاوتحفاري، با پيچيدگي ها و تغييرات زيادي همراه هستند و ناديده گرفتن اين عدم قطعيت، به انحراف

در از طرف ديگر، منطق فازي با استفاده از پارامترهاي كيفي، عدم قطعيت موجود . نتايج منجر مي شودتحليلي بصورت -طبيعت را وارد مسئله نموده و با استفاده از دانش فرد خبره كه در روشهاي تجربي

در .كمي ارائه مي شود-روابط رياضي بيان مي شود، مسئله تحليل و نتيجه بصورت يك پارامتر كيفيفازي مبتني بر اين مقاله براي پيش بيني خردشدگي ناشي از انفجار در معادن روباز ابتدا يك سيستم

مشخصات سنگ، ماده منفجره و الگوي انفجار هستند، ايجاد : پارامتر ورودي كه شامل10دانش شامل ركورد اطالعاتي حاصل از آناليز تصويري در 24شده است، در ادامه سيستم ايجاد شده با استفاده از

] 2[منصوري . و ح] 1[تقي زاده . دو معدن سنگ آهن گل گهر و مس سرچشمه كه بترتيب توسط ننتايج سيستم فازي بهينه . فازي بهينه سازي شده است-گزارش شده است، به كمك شبكه هاي عصبي

شده نسبت به روشهاي تحليلي بيان شده در اين مقاله همگرايي مناسب تري را با نتايج آناليز .تصويري نشان داده اند

SVEDEFO و KAZ-RAM با استفاده از روش ي خردشدگينيش بيپ -2 KAZ-RAMمدل -2-1 -در آفريقاي جنوبي و بر اساس منحني توزيع دانه بندي رزين) 1983(كانينگهام . ين مدل توسط كا

و معادله تجربي اندازه متوسط قطعه حاصل از انفجار كه توسط كوزنتسف ارائه ) 1رابطه (راملر . ]3[ گرديد، بسط داده شده است

)1( n

cxx

eR)(−

= درصد 2/63اندازه دهانه سرندي است كه ( اندازه مشخصه Xc اندازه دهانه سرند، x در اين رابطه كه

معادله . درصد مواد باقي مانده بر روي سرند استR انديس يكنواختي، و n، )مواد از آن عبور مي كند .است) 2(براي پيش بيني انديس يكنواختي مطابق رابطه ) 1987(كانينگهام

)2( ))(1(

2

1)*142.2(

21

HL

BWB

S

DBn −

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡ +−=

انحراف چال بر حسب W قطر چال بر حسب ميليمتر، D بارسنگ بر حسب متر، Bكه در اين رابطه براي پيش بيني بعد متوسط سنگ . ارتفاع پله بر حسب متر استH طول خرج بر حسب متر، Lمتر،

وردن اندازه بدست آ يبرا. استاستفاده شده) 3رابطه ) (1973(خرد شده از رابطه كوزنتسف . شوداستفاده مي) 4(مشخصه از رابطه


723

)3( ( )633.0

167.08.0 115⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= −

ANFOe S

QPFAX

)4( n

cXx 1

)693.0(=

10 براي سنگ هاي متوسط، 7( فاكتور سنگ A بعد متوسط بر حسب سانتيمتر، Xكه در اين رابطه خرج PF، )گهاي سخت با درزه و شكاف كم براي سن13براي سنگهاي سخت با درزه و شكاف زياد و

نسبت قدرت SANFO وزن خرج بكار رفته بر حسب كيلو گرم، Qeويژه بر حسب كيلوگرم بر متر مكعب، ). براي آنفو100( وزني ماده منفجره مورد استفاده به قدرت وزني آنفو

SVEDEFOمدل -2-2 .]4[ ارائه شد) 5(مطابق رابطه d50 ميالدي توسط الرسون براي تعيين 1973اين مدل در سال

)5( ( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛−

=82.018.1145.058.0

50 . CqLn

BSLnBLn

b eCd بار B خرج ويژه بر حسب كيلوگرم بر متر مكعب، q فاصله داري بر حسب متر، Sكه در اين رابطه

ثابت سنگ كه معادل خرج ويژه ديناميت ژالتيني الزم براي خرد كردن سنگ Cسنگ بر حسب متر، ثابت قابليت انفجار پذيري Cbرم بر متر مكعب در نظر گرفته مي شود، كيلوگ5/0 تا 3/0بوده و بين

.بدست مي آيد) 1(است كه به ساختار توده سنگ بستگي دارد و از جدول

يريت انفجار پذي ثابت قابل):1(جدول يريت انفجار پذيقابل ت توده سنگيوضع

6/0 ادي زيلي درزه و شكاف خيدارا 55/0 اديا ز درزه و شكاف نسبتيدارا

5/0 زي ري تركهاي و دارايتوده معمول 45/0 نسبتا همگن

4/0 همگن

به همين دليل كو و روستن از . در اين مدل تاثير ارتفاع پله و طول گل گذاري در نظر گرفته نشده است ه با اضافه كردن اين دو پارامتر معادله نهايي را ب1993موسسه تحقيقات آتشباري سوئد در سال

. ارائه كردند) 6(صورت رابطه

)6( ( )

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−

−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+=

82.02 18.1

25.129.05.2

50 .67.41 CqLnSBLn

b eLTCd

يا درصد R(x)در اين مدل . عمق چال بر حسب متر مي باشندL طول گل گذاري و Tكه در اين رابطه

.بدست مي آيد) 7( از رابطه xوزني تجمعي قطعات خرد شده با آبعاد كوچكتر از

)7( 35.1

5076.0

1)(⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

−= dx

exR . است35/1 معادل رابطه رزين راملر با ضريب يكنواختي )7(رابطه

ركورد ثبت شده از آناليز تصويري در معادن گل گهر و 24 براي n و xcمقادير در اين تحقيق رام و سوئديفو پيش بيني شده است و به همراه مقدار اندازه گيري شده -سرچشمه، توسط مدلهاي كاز


724

. آورده شده اند)2( و) 1(در شكل هاي

ي توسط مدلهاn ينيش بيسه پيمقا): 1(شكل KAZ-RAM و SVEDEFO

ي توسط مدلهاXc ينيش بيسه پيمقا ):2(شكل KAZ-RAM و SVEDEFO

ي خردشدگينيش بي پي برايمدل فاز -3. ه و داراي ابهام استمنطق فازي يكي از قدرتمند ترين روشها براي مدل سازي سيستمهاي پيچيد

با ... امروزه سيستمهاي فازي در بسياري از علوم از جمله مهندسي، پزشكي، مديريت، اقتصاد و مدل كردن فرآيندها يا سيستم ها در روش فازي به دو شكل عمده . موفقيت به كار گرفته مي شود

). از طريق داده هاي آموزشييادگيري(مبتني بر داده. 2مبتني بر دانش فرد خبره . 1: صورت مي گيرددر سيستم هاي مبتني بر دانش، ساختار سيستم از جمله توابع عضويت و قوانين فازي، بر اساس دانش فرد خبره از مسئله مورد نظر شكل مي گيرد، اما در سيستم هاي مبتني بر داده ساختار سيستم

شبكه هاي ( شبكه هاي عصبيبر اساس داده هاي اندازه گيري شده از سيستم واقعي و به كمك .است) 3(شماي فرآيند در يك سيستم فازي به صورت شكل . ايجاد مي شود) فازي-عصبي

يستم فازيك سيند در ي فراي شما):3(شكل

ت ي و توابع عضوي و خروجي وروديرهايمتغ -3-1رين و در دسترس ترين پارامترها در انتخاب متغيرهاي ورودي سيستم فازي سعي شده است تا موثرت

9براي پيش بيني خردشدگي . انتخاب شوند) سيستمهاي مبتني بر دانش(به كمك دانش فرد خبره راملر بعنوان خروجي هاي –متغير بعنوان پارامترهاي ورودي سيستم و پارامترهاي تابع رزين

.است) 2(طابق جدول پارامترهاي بكار رفته در ايجاد سيستم م. سيستم انتنخاب شده اند


725

ين خردشدگي تخمي براي بكار رفته در مدل فازيرهاي متغيمعرف ):2(جدول گروه پارامتر نماد واحد راتييتغ5/7-5 m B بارسنگ 31/1-18/1 - SPB بر بارسنگينسبت فاصله دار

3-6/1 - KPB نسبت ارتفاع چال بر بارسنگ 45/1-53/0 - TPB بر بارسنگينسبت طول گل گذار

5-2 - R فيتعداد رد

يمشخصات الگو )يورود( يحفار

29/1-37/0 Kg/m3 PF ژهيخرج و 5500-2700 m/s VOD سرعت انفجار

277-29 Kg/ms CPD رينسبت خرج بر تاخ

مشخصات ماده منفجره )يورود(

72-33 - BI ت انفجار يس قابلياندLilly

75/0-0 - W چاليبدارآ )نسبت ارتفاع آب درون چال بر طول چال(

مشخصات توده سنگ )يورود(

cm Xc اندازه مشخصه - n يكنواختيب يضر

Rosin تابعيپارامترهاRammler )يخروج(

پس از انتخاب متغييرهاي ورودي، توابع عضويت همه متغيرها بصورت مثلثي و با دو زير مجموعه براي تحقيق انجام .انتخاب شده است) 2جدول (ات آن متغير فازي و به صورت يك شكل در بازه تغيير

.آورده شده است) 4( توابع عضويت متغير بارسنگ به عنوان نمونه در شكل شده

نمودار توابع عضويت بار سنگ ):4(شكل

با افزايش . گرفته شده استدر نظر) محدوده زباني(براي هر متغير فازي تنها دو زير مجموعه فازي زير مجموعه هاي فازي هر متغير، قوانين موردنياز در پايگاه قاعده فازي به شدت افزايش مي يابد و

در اين مورد با توجه به پيچيدگي زياد سيستم كمترين تعداد زيرمجموعه . دقت نتايج نيز باال مي رود .هاي فازي انتخاب شده است

پايگاه قاعده فازي -3-2قواعد . توسط فرد خبره تعيين مي شود"آنگاه-اگر"پايگاه قاعده فازي، دانش بوسيله قوانين در

استفاده شده براي پيش بيني خردشدگي حاصل از انفجار ابتدا توسط فرد خبره تعيين شده و در ادامه گاه پاي.م شده است فازي، ضرايب قواعد تنظي–به كمك داده هاي اندازه گيري شده و شبكه عصبي

براي ارزيابي سيستم فازي . قاعده بهينه سازي شده در سيستم نهايي مورد استفاده قرار گرفته استبدين صورت كه يك . استفاده شده استLeave One Outآموزش داده شده از روش اعتبار سنجي

سپس ارزيابي . ركورد آموزش به عنوان داده ارزيابي، حذف و سيستم، آموزش داده شده استاين فرآيند براي همه ركوردهاي موجود انجام، و خطاي . ستم از ركورد حذف شده، ثبت شده استسي

نتايج در اين تحقيق،. ارزيابي بعنوان خطاي ارزيابي سيستم معرفي شده است24متوسط حاصل از ) 6(و) 5(پيش بيني دو مدل فازي خام و بهينه شده و مقادير حاصل از آناليز تصويري در شكل هاي

براي مقايسه مدلهاي بكار رفته در اين مقاله، متوسط خطاي نسبي هر مدل براي . نشان داده شده است


726

.درج شده اند) 3( محاسبه شده است و نتايج در جدول 8داده هاي موجود، بر اساس رابطه )8( ∑ −

=Y

YYN

e*1

. مقدار پيش بيني شده است*Yقعي و مقدار واY تعداد داده ها، N متوسط خطاي نسبي، e آن،كه در مقايسه خطا در مدلهاي مختلف ):3(جدول

مدل )درصد(خطا Xc n

40 78 رام-كاز 29 33 سوئديفو

53 100 مبتني بر دانش فازي 11 17 آموزش 20 33 ارزيابي

بر ي مبتني فازيستمهايستوسط n مقايسه ):5(شكل

يريز تصويج آنالينه شده با نتايانش و بهد توسط سيستمهاي فازي مبتني بر Xcمقايسه ):6(شكل

دانش و بهينه شده با نتايج آناليز تصويري

جهينت -4مقايسه مدلهاي مختلف بكار رفته در اين مقاله نشان مي دهد كه مدل فازي نتايج نزديك و بهتري را

بطوريكه نتايج پيش . رام كامال برتر است–و نسبت به مدل كاز . كند نسبت به مدل سوئديفو ارائه ميرام -نيز تا حدودي قابل رقابت با مدل كاز) بدون آموزش(بيني سيستم فازي مبتني بر دانش فرد خبره

بديهي است كه با افزايش داده هاي اندازه گيري شده براي آموزش مدل، نتايج حاصل به واقعيت . استبا اين حال مشكل كمبود داده را مي توان با گردآوري دانش موجود، و به كمك . بودنزديكتر خواهند

بطور كلي با توجه به نتايج بدست . افراد با تجربه براي ايجاد مدل اوليه، تا حدود زيادي كاهش داد ها آمده و انعطاف پذيري باالي مدل هاي فازي و سادگي در ايجاد و كاربرد آنها، استفاده از اين مدل

.به عنوان يك ابزار عملي قابل توجيه است

مراجع -5تعيين دانه بندي جبهه كار خرد شده و مطالعه پارامترهاي موثر در خردايش در معدن سنگ آهن گل "؛ تقي زاده، ناصر] 1[

.1383 پايان نامه كارشناسي ارشد، بخش مهندسي معدن، دانشگاه شهيد باهنر كرمان، ،" گهر .1379 مدرسه عالي معادن پاريس، ، رساله دكتري،" عوارض ناشي از انفجار"؛منصوري، حميد] 2[

[3] Hustrulid, W.; “Blasting Principles for Open Pit Mining”, Vol. 1, p.p. 108-115, 1999. دومين ،" سنگ ها در اثر انفجار در معدن سنگ آهن سنگانيع خردشدگي توزيبررس "؛ نادر،زياري، محمد؛ عطائي] 4[

.1374، كنفرانس معادن روباز ايران

پيش بيني خردشدگي در معادن روباز؛ يك مدل فازی

Documents