سایش
در نشریات گروه مهندسی معدن-
مجله محیط و معدن، سال پانزدهم شماره 3 (Summer 2024)، صص 1103 -1129
This study is an attempt to design and manufacture a tunnel boring machine (TBM) simulator to better understand the interaction between soil and cutting tools, due to the lack of an accepted method for this issue. In this paper, Sahand Soil Abrasion Test (SSAT) is introduced, which is built by the Sahand University of Technology. The experimental and real results of tool wear are presented. The results firstly demonstrate that the cutting tools wear in the coarse-grained soils can be less than in the fine-grained ones in the real conditions. However, in the soils with fine grains higher than 10%, the wear of cuttings tools increase in the laboratory condition when grading parameters increase. In soils with fine grains less than 10%, the wear of tools decreases by increasing the grading parameters. Also the results reveal that the coefficient of gradation depend on the amount of silt and clay in the soil samples. The investigations show that sorting is another good criterion for investigating the power of soil abrasively. Furthermore, it indicates that the cutting tools wear increases when the moisture content of the soil structure in the dense condition approaches the optimal moisture content. Finally, the results indicate that the wear and torque of the cutterhead could be reduced by 58% and 34%, respectively, when the excavated materials have the appropriate conditioning.
Keywords: Wear, Cutting Tool, Abrasion, Grading, Moisture -
حفر چال های انفجاری اولین مرحله از چرخه تولید در معادن روباز است که قسمت عمده ای از هزینه های استخراج را به خود اختصاص می دهد. سرمته ها به عنوان یکی از مهم ترین قسمت های حفاری در فرآیندهای عملیاتی، با توجه به نوع کاربرد و هزینه های بالای تمام شده اهمیت بسیار بالایی دارند. با بررسی پارامترهای موثر بر سایش سرمته ها می توان با کاهش اثرات سایش، از هدر رفتن زمان و هزینه های اضافی وارد بر فرآیند حفاری جلوگیری کرد. به همین دلیل در این تحقیق ابتدا با تعیین پارامترهای موثر بر اساس نتایج برازش تک متغیره و تحلیل مولفه های اصلی (PCA)، ارتباط بین این عوامل و سایش سرمته های سه مخروطی دورانی از طریق روش های آماری تعیین شده است، سپس برای پیش بینی مقدار سایش سرمته های سه مخروطی دورانی حین حفاری 100 مدل خطی و غیرخطی بررسی شده است که تنها 21 مدل که شامل 6 مدل خطی و 15 مدل غیرخطی است مورد تایید واقع شده است. عملکرد این مدل ها بر اساس معیارهای ارزیابی جذر میانگین مربعات خطا (RMSE)، ضریب تعیین (R2)، شاخص عملکرد (VAF) و میانگین درصد خطای مطلق (MAPE) بررسی و اولویت هریک از روش ها بر اساس معیارهای ارزیابی و سه استراتژی اولویتبندی میانگین رتبه ها، روش بردا و روش کپلند و در نهایت ادغام این روش ها مشخص شده است. نتایج رتبه بندی نشان می دهد که بهترین مدل پیش بینی سایش سرمته های سه مخروطی دورانی مدل رگرسیونی است که متغیرهای مستقل آن بار روی سرمته (WOB)، مقاومت فشاری تک محوری (UCS) و شاخص مقاومت زمین شناسی (GSI) است. طبق نتایج تحلیل حساسیت، Rij بار روی سرمته (WOB)، با مقدار 982/0 از دو پارامتر دیگر مدل نهایی بیشتر است به همین دلیل این پارامتر بیشترین تاثیر را بر سایش سرمته های سه مخروطی دورانی دارد و مهم ترین پارامتر مدل نهایی محسوب می شود.کلید واژگان: حفاری، سرمته های سه مخروطی دورانی، سایش، روش های آماری، تحلیل حساسیتThe first production cycle in open-pit mines is the drilling of blast holes, which is a major part of the exploitation costs. Bits are considered as one of the most important parts of drilling in operational processes due to the type of application and high costs. Examining the parameters affecting the bits wear can reduce the effect of wear, prevent wasting time and additional costs of the drilling process. Therefore, in this study, first, by determining the effective parameters based on the results of univariate regression and Principal Component Analysis (PCA), the relationship between these factors and the tricone rotary bits wear has been determined through statistical methods. Then, 100 linear and nonlinear models were examined to predict the rate of the tricone rotary bits wears during drilling, of which only 21 models, including 6 linear models and 15 nonlinear models, were approved. The performance of these models is evaluated based on the root mean square error (RMSE), coefficient of determination (R2), Variance accounted for (VAF), and mean absolute percentage error (MAPE). then the priority of each method is determined based on performance evaluation and prioritization strategies. In this research, three strategies of prioritization, the Rank average method, the Borda method, the Copeland method, and finally the Aggregate of these methods have been used. The ranking results show that the best model for predicting the tricone rotary bits wear is the regression model with independent variables of Weight on Bits (WOB), Uniaxial Compressive Strength (UCS), and Geological Strength Index (GSI). According to the results of sensitivity analysis, the Rij value of the Weight on Bits (WOB) is 0.982, which is more than the other two parameters of the final model. Therefore, this parameter has the greatest effect on the tricone rotary bits wear and it is the most important parameter of the final model.Keywords: Drilling, Tricone Rotary Bits, Wear, Statistical methods, Sensitivity analysis
-
استخراج و بهره برداری یکی از بخش های مهم در حوزه ی معادن و صنایع معدنی است. حفر چال های انفجاری اولین مرحله از چرخه ی تولید در معادن روباز می باشد که قسمت عمده ای از هزینه های استخراج را به خود اختصاص می دهند. سرمته ها به عنوان یکی از حساس ترین و مهم-ترین قسمت های حفاری در فرآیندهای عملیاتی، با توجه به نوع کاربرد و هزینه های بالای تمام شده از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. سایش و فرسودگی این ابزار پارامتر مهمی برای برآورد کارایی تجهیزات حفاری در پروژه های معدنی است. سایش سرمته های حفاری تابع عوامل مختلفی است که برخی وابسته به ماشین آلات، پارامترهای عملیاتی و پارامترهای مدیریتی و برخی تابع شرایط و خصوصیات ماده سنگ و توده سنگ و محیط اطراف است. بررسی پارامترهای موثر بر سایش سرمته ها می تواند با کاهش اثرات سایش، از هدر رفتن زمان و هزینه های اضافی وارد بر فرآیند حفاری جلوگیری نماید. لذا در این تحقیق ارزیابی عوامل موثر بر سایش سرمته های سه مخروطی دورانی در معدن مس سرچشمه مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور ابتدا سایش سرمته های سه مخروطی دورانی از طریق افت وزنی محاسبه شده و با تعیین پارامترهای موثر، ارتباط بین این عوامل و سایش سرمته های سه مخروطی دورانی از طریق روش آماری تعیین شده است. سپس با استفاده از تحلیل حساسیت مقدار تاثیر پارامترهای ورودی بر روی هدف تعیین شده است. نتایج این تحلیل ها نشان می دهد که تمامی پارامترهای تحقیق به غیر از شاخص شدت دگرسانی شیمیایی، تخلخل و کوارتز محتوی معادل سنگ بر روی خروجی مورد نظر (سایش سرمته های سه مخروطی دورانی) تاثیرگذارند .
کلید واژگان: حفاری، سایش، سرمته های سه مخروطی دورانی، روش آماری، تحلیل حساسیتExtraction and exploitation is one of the important parts in the field of mines and mining industries. Blast hole drilling is the first stage of the production cycle in open pit mines. Which account for a large part of the exploitation costs. In operational processes, bits are one of the most sensitive and important parts of drilling, due to the type of application and high costs. Wear of these tools are an important parameter for estimating the efficiency of drilling equipment in mining projects. Wear of drilling bits is a function of various factors, some of which are related to machinery, operational parameters and management parameters, and some are dependent on the conditions and rock properties and rock mass and the surrounding environment. Examining the parameters affecting the tricone rotary bits wear can prevent wasting time and additional costs of the drilling process. Therefore, in this study, the evaluation of the factors affecting the tricone rotary bits wear in Sarcheshmeh copper mine has been investigated. For this purpose, the tricone rotary bits wear has been calculated through weight loss and by determining the effective parameters, the relationship between these factors and the tricone rotary bits wear has been determined through statistical methods. Then, using sensitivity analysis, the effect of input parameters on the target is determined. The results of these analyzes show that all the parameters of the study except the Chemical Index of Alteration (CIA), porosity and Equivalent Quartz Content on the desired output (the tricone rotary bits wear).
Keywords: Drilling, Wear, tricone rotary bits, Statistical method, Sensitivity analysis -
One of the most crucial factors involved in the optimum design and cost estimation of rock sawing process is the rock abrasivity that could result in a significant cost increase. Various methods including direct and indirect tests have been introduced in order to measure rock abrasivity. The Schimazek’s F-abrasiveness factor ( ) is one of the most common indices to assess rock abrasivity. is the function of three rock parameters including the Brazilian tensile strength ( ), median grain size ( ), and equivalent quartz content ( ). By considering its formulation, it has been revealed that the coefficient of each parameter is equal, which is not correct because each parameter plays a different role in the rock abrasion process. This work aims to modify the original form of by introducing three correction factors. To calculate these correction factors, an integrated method based on a combination of the statistical analysis and probabilistic simulation is applied to a dataset of 15 different andesite rocks. Based on the results obtained, the values of -0.36, 0.3, and -0.89 are suggested as the correction factors of , and , respectively. The performance of the modified Schimazek’s F-abrasiveness factor ( ) is checked not only by the wear rate of diamond wire but also by the cutting rate of the wire sawing process of Andesite rocks. The results obtained indicate that the wear rate and cutting rate of andesite rocks can be reliably predicted using . However, it should be noted that this work is a preliminary one on the limited rock types and further studies are required by incorporating different rock types.
Keywords: Rock Abrasivity, Schimazek’s F-abrasiveness factor, Rock sawing process, Cutting Rate, Andesite rocks -
طرح مورد مطالعه در این پژوهش، تونلی است به طول 36 کیلومتر و با قطر حفاری 32/6 متر که به منظور انتقال آب از دامنه های غربی زاگرس به حوزه دریاچه اورمیه طراحی شده و در شرایط زمین شناسی تشکیل شده از سنگ های سخت با استفاده از دو دستگاه ماشین حفار تونل (TBM)، در حال اجراست. زمین شناسی مسیر تونل از لحاظ لیتولوژی اغلب از سنگهای گرانیت، گرانودیوریت، هورنفلس، شیست، آهک، دولومیت، شیل، اسلیت و فیلیت تشکیل شده است. یکی از چالش های اصلی تونل مورد مطالعه، سایش دیسکهای برشی است که علاوه بر هزینه، زمان موردنیاز حفاری را افزایش داده است و بر اقتصاد پروژه تاثیر جدی گذاشته است. سایش را می توان به صورت از دست رفتن و زدوده شدن مداوم مواد از سطح یک جسم جامد، در اثر کنش های مکانیکی مانند تماس و حرکت نسبی میان دو جسم تعریف نمود. سایش ساینده و سایش تخریبی جزو مهمترین نوع سایش دیسکهای برشی می باشند. در این مقاله برای بررسی سایندگی سنگ ها از داده های میدانی حاصل از حفاری 9/5 کیلومتر تونل، ویژگی های ژئوتکنیکی و اطلاعات آزمایشگاهی استفاده شده است. مطالعات میدانی نشان می دهد سایش غیر نرمال، 51 درصد سهم خرابی دیسکهای برشی را به خود اختصاص داده و بیشتر از سایش نرمال می باشد. بررسی نرخ مصرف دیسکهای برشی در ارتباط با ویژگی های زمین شناسی و پارامترهای حفاری نشان می دهد که ارتباط نزدیکی بین شاخص سایندگی سرشار و مقاومت فشاری سنگ با نرخ مصرف دیسکهای برشی وجود دارد. نتایج شان می دهد با کاهش نیروی پیشران و گشتاور ماشین حفار و افزایش نرخ نفوذ، میزان مصرف دیسکهای برشی نیز بطور نسبی کاهش یافته است. طول عمر نسبی دیسکهای برشی بر حسب موقعیت آنها برروی کله حفاری در مقایسه با نمودار پیشنهادی توسط برولند (1998)، مطابقت خوبی نشان می دهد
کلید واژگان: دیسک برشی، سایش، ماشین حفار تونل، تونلسازی، شاخص سایندگی سرشارThe research project in this study is a part of a 36 kilometer tunnel with 6.32 m in diameter for conveyance of water from the western of Zagros to the Uromia Lake that is under construction through hard rock by using of two tunnel boring machines. Lithology of the tunnel alignment including of granite, granodiorite, hornfels, schist, limestone, dolomite, shale, slate and phyllite. The wear of cutting tools is one of the main challenges of the studied tunnel, which impact significant cost and serious delays on schedule. Wear can be defined as the continuous and unwanted loss and removal of material from the surface of a solid object, as e result of mechanical actions, such as contact and relative motion between two objects. Abrasive wear and impact wear are one of the most important type of wear occurs on the TBM disc cutters. In this paper field actual cutter wear data belong to 9.5 Km of the bored tunnel, geotechnical properties and laboratory information are used to study the wear phenomena. Field data show that abnormal wear of disc cutters with 51 percent is more than normal wear. Also the study of disc cutter consumption rate in relation the geological characteristics and TBM parameters show that the Cerchar abrasivity index (CAI) and uniaxial compressive strength (UCS) are in agreement with disc cutter consumption rate. The obtained results indicate that thrust, torque and penetration rate have a relatively good relation with disc cutter consumption rate. It was not found any relation between rock mass quality index, geological strength index and disc cutter wear rate. In general the relative cutter life in the studied tunnel is in accordance with the relation proposed after Bruland (1998).
Keywords: Disc cutter, Wear, TBM, tunneling, CAI -
در حال حاضر،بخش عمده ای از فضاهای زیر زمینی عمرانی و معدنی به وسیله دستگاه های مکانیزه حفر می شوند. فرآیند برش و حفر سنگ شامل تماس های متحرک میان سنگ و ابزار برنده است. این مساله باعث بوجود آمدن انواع متفاوتی از آسیب ها بر روی ابزارهای برنده خواهد شد. شناخت کامل شرایط زمین شناسی و ژئوتکنیکی و به خصوصویژگی های سایشی زمین، یکی از پارامترهای مهم در تخمین عمر ابزارهای برنده، هزینه ها و کارآیی عملیات حفاری مکانیزه است. روند عمومی به کار رفته برای ارزیابی ظرفیت سایشی سنگ ها،اجرای آزمایش و اندازه گیری میزان سایش مواد مورد استفاده در آزمایش است. سرعت حرکت نسبی میان دو جسم، یکی از پارامترهای مهم تاثیر گذار در میزان سایش های رخ داده است. با وجود اینکه مطالعات زیادی در مورد تاثیر سرعت بر قدرت سایندگی فلزات در برابر هم انجام شده است، اما اطلاعات چندانی از تاثیر سرعت حرکت نسبی، بر قدرت سایندگی سنگ ها در دست نیست. در این مقاله تاثیر سرعت حرکت نسبی پین روی سنگ، برمقادیر سایش ایجاد شده در آزمایش سایش سورشار،بر روی نمونه های تک کانی مطالعه شد. نتایج نشان دادند که سرعت حرکت نسبی می تواند پارامتری تاثیرگذار در قدرت سایندگی باشد. میزان تاثیر تا حدود زیادی بستگی به سختی کانی مورد آزمایش دارد. نتایج با نتایجی که توسط محققین مختلف، در رابطه با سایش دو فلز نسبت به یکدیگر گزارش شده است، تطابق خوبی نشان دادند. بنابراین، می توان نتیجه گیری کرد که مکانیزم های اتفاق افتاده در نوک پین ها مشابه مکانیزم های گزارش شده در حالتی است که فلزات مختلف همدیگر را دچار سایش می کنند.کلید واژگان: سایش، سرعت حرکت نسبی، اندیس سایش سورشار، آزمون آزمایشگاهی
-
امروزه در کارخانه های فرآوری اغلب از آسیاهای نیمه خودشکن ظرفیت بالا استفاده می شود و چون توقف این آسیاها باعث قطع تولید می شود، زمان در دسترس بودن این تجهیزات بسیار مهم است. در نتیجه، دسترسی به مدل هایی با توانایی پیش بینی عمر آسترها برای تعیین زمان دقیق تعویض آن ها می تواند در افزایش کارآیی عملیات نقش بسزایی داشته باشد. تاکنون مدل های مختلفی برای پیش بینی سایش آسترها پیشنهاد شده که اغلب قابل کاربرد برای یک شرایط خاص می باشند و بر اساس برازش داده های حاصل از اندازه گیری سایش به دست آمده اند. در این پژوهش، یک مدل پدیده شناختی که امکان پیش بینی سایش آسترها بر پایه پارامترهای اساسی مانند شرایط عملیاتی، سختی آستر، فشار وارد بر بالابرها، سرعت نسبی ذرات و جداره آسیا را دارد، بر اساس شکل واقعی بار در آسیا ارایه شد. با استفاده از داده های اندازه گیری صنعتی روند سایش آسترهای جداره آسیاهای نیمه خودشکن مس سرچشمه و شرکت گل گهر، مدل، کالیبره و اعتبارسنجی شد. نتایج اعتبارسنجی، نشان داد که مدل تطابق خوبی با اندازه گیری های صنعتی سایش آسترهای آسیاهای نیمه خودشکن سرچشمه (94/0 ) و گل گهر (97/0 ) داشت.کلید واژگان: آسیای نیمه خودشکن، آستر، سایش، شکل واقعی بار، سرچشمه، گل گهرCurrently, in mineral processing plants most often high throughput SAG mills are used in comminution circuits. Since shut down of these units could result in production stoppage, the availability time of these equipment are of prime importance. One of the main parameters involved in shut down time is the liner replacement time. Hence, models which are able to predict liner life time could have a significant effect on the performance of the operation. In the past decades, various models have been proposed to estimate the liner wear rate, but due to their empirical nature they could only be used in a certain operating conditions. In this research, a phenomenological model which could predict the liner wear rate considering parameters such as operating conditions, liner hardness, pressure on the lifter, relative velocity of particles and mill shell was proposed and tested. Availability to industrially measured liner profiles data during the liner life time at the Sarcheshmeh and Gol-E-Ghohar SAG mills provided a solid base to calibrate and validate the model. The results showed that the model predictions and the actual measurements of the liner wear rate of SAG mills correlate well at Sarcheshmeh (R2=0.94) and Gol-E-Ghohar (R2=0.97) concentrators.Keywords: Liner removal time, phenomenological wear model, charge shape
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.