فهرست مطالب

Mining and Environement - Volume:13 Issue: 2, Spring 2022

Journal of Mining and Environement
Volume:13 Issue: 2, Spring 2022

  • تاریخ انتشار: 1401/04/29
  • تعداد عناوین: 18
|
  • شاحسین شفایی، فرهاد محمدتراب* صفحات 325-340

    کانسار مس عینک یکی از مهمترین کانسارهای مس استراتی باند در افغانستان است. هدف اصلی این تحقیق، تعیین مرز کانیسازی و تخمین ذخیره کانسار مس عینک مرکزی با استفاده از روش های زمین آماری است. تعیین مرز بهینه و ارزیابی ذخیره این کانسار با استفاده از روش های کریجینگ معمولی، کریجینگ شاخص و شبیه سازی شاخص متوالی صورت پذیرفت. سپس نتایج، دقت و کارآیی این سه روش باهم مقایسه شد. قبل از ارزیابی ذخیره، پیش پردازش داده ها شامل تجزیه و تحلیل آماری و زمین آماری روی داده ها صورت پذیرفت. برای فرآیند دقیق تخمین، لازم است که مرز بهینه کانسنگ که بیانگر فضای واقعی تخمین است، مشخص شود. بنابراین، روش های کریجینگ شاخص و شبیه سازی شاخص متوالی جهت اصلاح و تعیین مرز بهینه کانی سازی (که ابتدا با روش سنتی بدست آمده بود)، مورد استفاده قرار گرفت. در ابتدا، مدل رویه سه بعدی با استفاده از روش سنتی (روش مقاطع قایم) بدست آمد تا مدل بلوکی که دربرگیرنده ی فضای کانیسازی است، توسط مدل محدود شود. سپس مدل سه بعدی کانسنگ با استفاده از روش های زمینآماری (کریجینگ شاخص و شبیه سازی شاخص متوالی) تعدیل شده و بهبود یافت. در نهایت تخمین مس در هر بلوک با استفاده از روش لاگکریجینگ که یک تخمینگر نااریب است و حداقل خطای تخمین را تضمین میکند، صورت پذیرفت و منحنی تناژ- عیار رسم شد. در این مطالعه، تناژ کانسار بر اساس عیارحدهای مختلف محاسبه شد. با درنظر گرفتن عیارحد 2/0 درصد مس، تناژ ذخیره براساس روش های کریجینگ معمولی، کریجینگ شاخص و شبیه سازی شاخص متوالی به ترتیب 4/453 ،1/459 و 7/467 میلیون تن با عیار متوسط 077/1 ، 08/1 و 05/1 درصد مس، برآورد شد. نزدیکی نتایج تخمین به دست آمده با استفاده از روش های مختلف به دلیل تغییرپذیری کم عیار و نظم ژنتیکی در کانسار مس چینهکران عینک است که صحت و دقت نتایج ارزیابی ذخیره را تضمین میکند.

    کلیدواژگان: ارزیابی ذخیره، زمینآمار، مدلسازی مرز ماده معدنی، کریجینگ شاخص، شبیه سازی شاخص متوالی، کانسار مس عینک
  • کوثر سلطان شاه، مهد حزیزان بن محد هاشم*، حافظ الرحمن، کمرشاه بن عارفین صفحات 341-355

    اهمیت شکست سنگ را میتوان از این واقعیت دریافت که پیدایش و ادغام ریزشکستگی در توده سنگ منجر به شکستگی در مقیاس بزرگ میشود. سنگ ممکن است به دلیل افزایش تنش موضعی، شکستگیهای طبیعی، ایجاد ریزترک ناشی از هوازدگی شکسته شود. بنابراین، درک جامع مکانیسم شکست در مقیاس میکرو ماسه سنگهایی با درجه هوازدگی مختلف بر اساس مشاهده سطح میکرو و شبیه سازی مبتنی بر ساختار میکرو ضروری است. شکست در مقیاس میکرو ماسه سنگهایی با درجه هوازدگی مختلف در شرایط مرطوب و خشک مورد مطالعه قرار گرفت. هر نمونه برای شناخت ریز ساختار و ریزشکستگی با استفاده از آنالیز تصویر مورد مطالعه قرار گرفت. علاوه بر این، میکروگرافهای به دست آمده نیز برای ایجاد مدلهای مبتنی بر ریزساختار استفاده شدند که سپس در نرم افزار ANSYS شبیهسازی بکار رفت. یافته های بدست آمده نشان داد، ماسه سنگهایی با درجه هوازدگی متوسط نسبت به ماسه سنگها با درجه هوازدگی کمتر کاهش وزن کمتری را نشان میدهند. همچنین نتایج به دست آمده نشان میدهد که با تر و خشک کردن نمونه تاثیر کمی بر شکل و اندازه ذرات دارند. با این حال، تغییر در شکل و اندازه ذرات نشان دهنده ی برهمکنش غالب سنگ و ذرات آب است. شبیه سازی در مقیاس میکرو نشان میدهد که هر دو UCS و BTS از 37 مگاپاسکال به 19 مگاپاسکال و 9 مگاپاسکال به 4 مگاپاسکال با افزایش چگالی ریز ساختار کاهش مییابند. بر این اساس انحراف شکست اولیه از محور بارگذاری با افزایش چگالی در ریزساختارهای افزایش مییابد، اگرچه این اثر با افزایش بیشتر تراکم در ریزساختارها کاهش مییابد.

    کلیدواژگان: شکست در مقیاس میکرو، درجه هوازدگی، ماسه سنگ، تر و خشک، شکستگیهای ریز
  • میونگ چون پاک، اون چول هان*، دونگ ایل کیم صفحات 357-374

    انتخاب روش معدن (MMS) اولین و اصلیترین مشکل در طراحی معدن است و به پارامترهایی مانند ویژگیهای ژیوتکنیکی و زمین شناسی و عوامل اقتصادی بستگی دارد. عوامل موثر بر MMS توسط برخی از کارشناسان معدن تعیین میشود و مناسبترین روش استخراج با استفاده از تصمیم گیری گروه فازی مردد (HFGDM) و تکنیک برای عملکرد سفارش با شباهت به روش راه حل ایده آل (TOPSIS) انتخاب میشود. این عوامل عبارتند از نوع کانسار، شیب کانسار، ضخامت کانی، عمق زیر سطح، توزیع عیار، رتبه بندی جرم سنگ دیوار آویزان (RMR ،(RMR دیواره سنگی، RMR سنگ درونگیر مادهی معدنی، بازیابی، هزینه سرمایهگذاری، هزینه معدنکاری، بهره وری سالانه. ، و اثرات زیست محیطی. در ابتدا، ما روش تصمیم گیری گروهی (GDM) را برای تعیین وزن چند ویژگی بر اساس تابع امتیاز با وزن تصمیم گیرندگان پیشنهاد کردیم، که در آن محیط فازی n(HFGDM)بعدی به شکل مجموعه های فازی (HFS) است . سپس وزن این عوامل را با استفاده از روش HFGDM محاسبه شد. یک مطالعه موردی ساده نیز به منظور نشان دادن صلاحیت این روش ارایه شده است. در اینجا، هفت روش استخراج معدن آپاتیت را با هم مقایسه شده است و روش استخراج بهینه را با استفاده از روش TOPSIS انتخاب شد. در نهایت روش استخراج از طبقات زیرین به عنوان مناسبترین روش برای این معدن انتخاب شده است.

    کلیدواژگان: انتخاب روش معدنکاری، تصمیم گیری گروه فازی مردد، تکنیک اجرای سفارش بر اساس شباهت به راه حل ایده آل، مجموعه های فازی مردد
  • جمشید شاکری، حاصل امینی خوشالان*، حسام دهقانی، مارک باسکومپتا، کندی اونیلو صفحات 375-389

    در این تحقیق، مطالعه جامعی به منظور پیشبینی پرتاب سنگ به عنوان یک پدیده رایج و نامطلوب ناشی از عملیات آتشباری در معدنکاری روباز صورت گرفته است. علیرغم در دسترس بودن چندین مدل تجربی برای پیش بینی فاصله پرتاب سنگ، پیچیده بودن ارزیابی پرتاب سنگ موجب کاهش کارایی این مدلها شده است. بنابراین، از روش های آماری و هوشمند مصنوعی قدرتمند برای پیش بینی پرتاب سنگ در معدن مس سونگون در ایران استفاده شده است. برای این منظور، روش رگرسیون چندمتغیره خطی (LMR) الگوریتم رقابت استعماری (ICA) سیستم استنتاج عصبی-فازی تطبیقی (ANFIS) و شبکه عصبی مصنوعی برای پیش بینی پرتاب سنگ با در نظر گرفتن پارامترهای موثر شامل قطرچال، گلگذاری، بارسنگ، خرج ویژه و حداکثر خرج در هر تاخیر مورد استفاده قرار گرفته ا ست. با توجه به نتایج به د ست آمده، شبکه ع صبی با ساختار 5 ورودی، 8 نرون در لایه پنهان و یک خروجی با الگوریتم یادگیری لونبرگ – مارکوارت (ML) و 2 توابع انتقال لگاریتمی سیگمویید به عنوان بهترین شبکه با مقادیر جذر میانگین مربعات خطا (RMSE (و ضریب همب ستگی (R) به ترتیب برابر با 04/5 متر و 6/95 درصد برای پیشبینی پرتاب سنگ انتخاب گردید. همچنین نتایج نشان داد که روش ICA دارای قابلیت نسبتا بالایی در پیش بینی پرتاب سنگ میباشد و روش های LMR و ANFIS نیز در رده های بعدی قرار گرفتند. در نهایت، آنالیز حساسیت نشان داد که پارامترهای خرج ویژه و قطر چال بیشترین تاثیر را بر روی پرتاب سنگ در این تحقیق دارد.

    کلیدواژگان: پرتاب سنگ، رگرسیون چند متغیره خطی، الگوریتم رقابت استعماری، سیستم استنتاج عصبی - فازی تطبیقی، شبکه عصبی مصنوعی
  • رضا شمسی، محمدسعید امینی، حسام دهقانی، مارک باسکومپتا، بهشاد جدیری شکری، شیما انتظام صفحات 391-406

    در این مقاله، میزان پرتاب سنگ در معدن انگوران در ا ستان زنجان (ایران) با استفاده از روش الگوریتم بیان ژن، پیش بینی شده ا ست. برای این منظور، داده های ورودی شامل، میانگین عمق چالها، فاکتور پودرشوندگی، میزان مواد منفجره، تعداد چالها، ارتقا دهنده انفجار، جمع آوری شدند. سپس، با استفاده از روش الگوریتم بیان ژن، مجموعه ای از رابطه های ریاضی برای پیش بینی فاصله پرتاب سنگ، ارایه شدند. در ادامه، با استفاده از پارامترهای آماری، بهترین رابطه انتخاب شد. میزان ضرایب تعیین، برای داده های آموزش و آزمایش، بترتیب 89/0 و 798/0 بودند. سپس با ا ستفاده از روش الگوریتم بهینه سازی یادگیری معلم، رابطه بد ست آمده از الگوریتم بیان ژن، بهبود داده شد. نتایج بد ست آمده حاکی از آن ا ست، که میزان ضرایب بد ست آمده با ا ستفاده از روش الگوریتم یادگیری معلم برای داده های آموزش و آزمایش، افزایش یافته و بترتیب بهمیزان، 91 در صد و 89 در صد ر سیدند. برا ساس نتایج میتوان دریافت که این رابطه میتواند به عنوان معیار جدیدی در پیش بینی حاصل از انفجار، با دقت بالا، مورد استفاده قرار گیرد. همچنین، با استفاده از قابلیت این روش هوشمند، میتوان سایر ملاحظات زیست محیطی ناشی از عملیات آتشکاری را نیز، مورد بررسی قرار داد.

    کلیدواژگان: عملیات آتشکاری، پرتاب سنگ، الگوریتم بیان ژن، الگوریتم بهبود دهنده یادگیری معلم
  • وهاب سرفرازی*، کاوه عسگری، شادمان محمدی بلبان آباد صفحات 407-420

    در این مقاله، اندرکنش بین یک خفره و دو ترک مجاور درون نمونه بتنی تحت بار تک محوره با استفاده از آزمون آزمایشگاهی و شبیه سازی عددی بررسی شده است. زاویه ترک از صفر درجه تا 90 درجه با گامهای 30 تغییر می کند. فاصله بین ترک و حفره 2 و 3 سانتیمتر است. همزمان با تست آزمایشگاهی، مدلسازی عددی نیز انجام شد.. در مدل های عددی، زاویه ترک از صفر درجه تا 90 درجه با گامهای 15 تغییر می کند . مقاومت تک محوره نمونه بکر 2/7 مگاپاسکال است. نرخ بارگذاری 005/0 میلیمتر بر ثانیه است. نتایج نشان دادند که الگوی شکست تابع زاویه ترک و فاصله از خفرا است. الگوی شکست و مکانیزم شکست مقاومت فشاری نمونه را تحت تاثیر قرار می دهند. مدلهایی با زاویه ترک 30 درجه و 60 درجه کمترین مقاومت را دارند زیرا ترک کششی در این مدل ها بوقوع می پیوندد. با کاهش فاصله ترک از حفره، مقاومت نمونه کاش می یابد. درحقیقت زمانیکه فاصله ترک از حفره 2 سانتیمتر است، اندرکنش بین حفره و ترک زیاد است که منحر به کاهش مقاوم می گردد. الگوی شکست و مقاوم شکست مدل های عددی و نمونه های آزمایشگاهی تقریبا یکسان است.

    کلیدواژگان: آزمایش فشاری، زاویه ترک، فاصله داری ترک، حفره، PFC
  • داوود علوی، سیما محمدنژاد*، محمدجواد کلینی صفحات 421-430

    در این تحقیق، مکانیزم کمپلکس سازی هیدروکسید و آمونیوم روی در لیچینگ قلیایی و آمونیاکی به روش مدلسازی مولکولی و با روش تیوری تابع چگالی بررسی شده است. گونه شناسی کمپلکسهای روی بر اساس داده های ترمودینامیکی و نمودارهای پوربه تعیین شد. ساختار واکنشدهنده ها به شکل کلاسترهای جداگانه با روش تیوری تابع چگالی مدلسازی شد. برای مقایسه ساختار گونه های هیدروکسید و آمین، مطالعات ساختاری نیز انجام شد. اثر نمک آمونیاک در بهبود و پایدارسازی گونه های آمین مطالعه گردید. برای فهم بهتر، اندرکنش تک مولکولهای لیگاند با مولکول اسمیتزونیت نیز انجام شد. نتایج مدلسازی مولکولی نشان -OH داد که گونه های هیدروکسیدی روی به دلیل انرژی آزاد منفی بالاتر پایدارتر هستند. انرژی واکنش با افزایش تعداد یونهای NH3 در کمپلکس ها به ترتیب و NH3-Zn بوده و گونه از 12/30 -به 943/16 -کیلوکالری بر مول و از 590/22 -به 516/66 -کیلوکالری بر مول کاهش یافت. پیوندهای OH-Zn کوتاهتر از های آمین ساختار منظمتری در مقایسه با ساختارهای هیدروکسیدی دارند. تغییر انرژی آزاد در حضور نمکهای آمونیاکی معرف آن است که یونهای سولفات میتوانند به طور قابل ملاحظه ای انحلال اکسید روی در آمونیاک را بهبود دهند. اندرکنش اسمیتزونیت با آمونیاک و هیدروکسید نشان میدهد یونهای هیدروکسیدی منجر به انرژی اندرکنش بالاتری نسبت به آمونیاک (396/36 -در مقابل 238/28-) شده که با پایداری بالاتر گونه های هیدروکسیدی مطابقت دارد. نتایج به دست آمده به خوبی نتایج آزمایشگاهی به دست آمده قبلی را توضیح داده و به طور موثری میتواند در بهینه سازی لیچینگ قلیایی کانسنگهای اکسیدی روی مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: اکسید روی، لیچینگ قلیایی، مدلسازی مولکولی، اسمیتزونیت، آمونیاک
  • شاهو ملکی*، حمیدرضا رمضی، محمدجواد عامری شهرابی صفحات 431-447

    سرعت موج برشی (Vs) همیشه به عنوان یکی از پارامترهای کلیدی در تعیین خواص زیر سطحی ژیومکانیکی مخازن هیدروکربوری بوده است. در خلال عملیات چاه نگاری، مقدار Vs را میتوان بصورت مستقیم از طریق نگار صوتی دوقطبی (DSI) اندازه گیری کرد. از نقاط ضعف این روش میتوان علاوه بر تفسیر یک بعدی آن به هزینه بالای انجام کار اشاره کرد. ازاینرو، در این تحقیق تلاش گردید روش جایگزینی برای تخمین سرعت موج برشی از طریق نگاره های متداول پتروفیزیکی مانند سرعت موج فشاری (Vp) در یک مطالعه موردی در یکی از مخازن کربناته در جنوب ایران ارایه داده شود. برای انجام کار، در ابتدا سرعت موج برشی واقعی یک مجموعه داده در یک چاه در میدان مورد نظر بکار گرفته شد. همبستگی بین سرعت موج فشاری و موج برشی واقعی این مجموعه داده که از نگار صوتی دو قطبی بود استخراج گردید. سپس رابطه بدست آمده از همبستگی موجود برای دیگر چاه ها که سرعت موج فشاری آنها وجود داشت و حدود سی چاه بود استفاده گردید و برای آنها سرعت موج برشی شان تخمین زده شد. در ادامه روش تخمیگر کریجینگ همراه با شبکه عصبی برگشتی (BPNN) برای محاسبه سرعت موج برشی در سرتاسر مخزن هیدروکربوری بکار گرفته شد. نتایج بدست آمده از این دو تکنیک با یکدیگر مقایسه گردید که نشان داده روش تخمنین کریجینگ مقادیر و مدل بسیار دقیقتری ارایه داده است. نتایج این تحقیق نشان داد کاربرد روش تخمینگر کریجینگ نسبت به شبکه عصبی برگشتی برای تخمین سرعت موج برشی بسیار دقیق و قابل اعتمادتر خواهد بود و مدل بدست آمده در میادین مشابه که شرایط ژیومکانیکی و زمین شناسی نزدیکی با این تحقیق داشته باشد کارا و مناسب خواهد بود.

    کلیدواژگان: مدل سه بعدی، تخمین، تخمینگر کریجینگ، نگاره های چاه، سرعت موج برشی
  • شاهو رضائی*، علی امامعلی پور صفحات 449-464

    به دلیل دشوار بودن اندازهگیری دقیق پارامترها و مرزبندی آنها، در چند سال اخیر سعی بر آن شده است که با استفاده از مدلسازی، وقایع طبیعی برای بررسی بهتر، ساده گردند. مدلسازی با روش های هوشمند از جمله روش های جدیدی است که در سالیان اخیر در این حوزه مورد توجه قرار گرفته است. در این مطالعه، روش هوشمند سیستم استنتاج عصبی- فازی تطبیقی (ANFIS) در پیش بینی عناصر سرب و روی واقع در منطقه گرده کوه، شمال یزد، مورد استفاده قرار گرفته است. آمارهای توصیفی داده ها و ماتریس همبستگی عناصر مورد مطالعه با استفاده از نرم افزار SPSS بدست آمد. جهت انجام این تحقیق، داده ها پس از استاندارد- سازی، واردمحیط متلب شده و با استفاده از روش SCM-ANFIS ،عناصر سرب و روی پیش بینی گردید. در این روش 70 درصد داده ها (175 نمونه) برای مجموعه داده آموزش و 30 درصد داده ها (75 نمونه) برای مجموعه داده آزمون به طور تصادفی انتخاب شدند. با استفاده از نتایج به دست آمده از این مدل، مشخص شد که عیار عناصر تخمین زده شده در محدوده ی مورد بررسی از دقتی بسیار خوب و همبستگی بالایی نسبت به عیار عناصر آنالیز شده برخوردار بوده است. در نتیجه روش هوشمند SCM-ANFIS روشی مفید و دقیق جهت تخمین عناصر سرب و روی میباشد.

    کلیدواژگان: علوم زمین، SCM-ANFIS، عناصر سرب و روی، شمال یزد
  • عنایت االله امامی میبدی*، سید خالق حسین، محمد فاتحی مرجی، وامق رسولی صفحات 465-480

    در این کار، از مدلهای پیش بینی یادگیری ماشین به منظور ارزیابی تاثیر خواص کلان ماده سنگ (مقاومت فشاری تک محوری، مقاومت کششی و مدول الاستیسیته) بر ریز خواص چقرمگی شکست سنگ در حالت شکست کششی و برشی استفاده شده است. چهار نوع مختلف روش یادگیری ماشین، شامل رگرسیون خطی چند متغیره (MLR) رگرسیون غیر خطی چند متغیره (MNLR) روش مفصل مبنا (Copula) و روش رگرسیون بردار پشتیبان (SVR) مورد استفاده قرار گرفته است. چقرمگی شکست حالت I و حالت II) KIC و KIIC (به عنوان متغیر وابسته انتخاب می شود، در حالی که مقاومت کششی، مقاومت فشاری و مدول الاستیک به عنوان متغیرهای مستقل در نظر گرفته می شوند. داده ها از طریق مرور منابع جمع آوری شده است. نتایج به دست آمده نشان میدهد که مدل SVR مقادیر KIC و KIIC را به ترتیب با ضرایب تعیین 73/0و 77/0 پیش بینی میکند. مقادیر ضریب تعیین متناظر مدل MLR و مدل MNLR برای KIC و KIIC به ترتیب 63/0 ،72/0 و 62/0 ،75/0 است. مدل مفصل مبنا مقادیر ضریب تعیین را برای KIC ،52/0 و KIIC ،69/0 برآورد میکند. روش آزمون اعتبار متقابل چند لایه (KFCV) به منظور تعیین اعتبار روش ها و سنجش صحت نوع متغیرهای مستقل ورودی برای همه این مدلهای یادگیری ماشین انجام شد. این روش اعتبارسنجی نشان میدهد که رگرسیون بردار پشتیبان (SVR) بهترین مدل طراحی شده برای پیش بینی چقرمگی شکست حالت- I و حالت II است.

    کلیدواژگان: ماده سنگ، خواص کلان و ریز خواص ماده سنگ، روش یادگیری ماشین، چقرمگی شکست سنگ
  • مسعود حسنی * صفحات 481-491

    بازیابی انتخابی فلزات گروه پلاتین شامل پلاتین، پالادیم و رودیوم از کاتالیستهای مستعمل خودرو توسط نانوذرات مگنتیت دارای پوشش سطحی به عنوان یک جاذب جدید مورد بررسی قرار گرفت. نانوذرات مگنتیت به روش همرسوبی توسط نمکهای کلرید آهن (II)و (III) در حضور هیدروکسید آمونیوم سنتز شده و با ایجاد پوشش سطحی توسط تترا اتیل ارتوسیلیکاتدارای یک لایه سیلیکایی شدند. سپس نانوذرات پوشش داده شده با سیلیس با سه نوع مختلف لیگاند ارگانوسیلان شامل مونوآمین (FeSiORA) اتیلن دی آمین (FeSiORDA) و دی فنیل فسفینو (FeSiORP) دارای گروه عاملی شدند تا قدرت جذب انتخابی فلزات گروه پلاتین را داشته باشند. اثر پارامترهای مختلف نظیر pH ،مقدار جاذب، زمان جذب و غلظت کلرید در محلول لیچینگ بر میزان جذب کلروکمپلکسهای پلاتین، پالادیوم و رودیوم مورد بررسی قرار گرفت. در میان لیگاندهای ارگانوسیلان مورد استفاده، نانوذرات مگنتیت دارای پوشش سطحی FeSiORA و FeSiORDA ، برای جذب انتخابی فلزات پلاتین، پالادیوم و رودیوم از محلول لیچینگ، ناموفق بودند. نانوذرات مگنتیت دارای پوشش سطحی دی فنیل فسفین FeSiORP پلاتین و پالادیوم را از محلول لیچینگ به خوبی جذب کردند اما در جذب رودیوم خوب عمل نکردند. نهایتا توسط نانوذرات مگنتیت دارای پوشش سطحی دی فنیل فسفین FeSiORP در شرایط بهینه، میزان جذب پلاتین، پالادیم و رودیوم به ترتیب 5/97 ،97 و 15 درصد بدست آمد.

    کلیدواژگان: فلزات گروه پلاتین، کاتالیستهای مستعمل، نانوذرات مگنتیت، گروه عاملی ارگانوسیلان
  • شکوفه رحیمی، مجید عطایی پور*، حسن مدنی صفحات 493-502

    امروزه یکی از مسایل عمده درحوزه ایمنی معدنکاری زیرزمینی زغال سنگ، حضور گاز متان است. در فرایند طراحی تهویه معادن زغال سنگ، درک صحیح آهنگ انتشار گاز متان و توزیع غلظت آن درجبهه کار زغال سنگ عامل مهمی است. این امر همچنین مسیولین معدن را قادر میسازد تا تجمع گاز را در منطقه جبهه کار زغال سنگ بهتر مدیریت کنند. پیش بینی انتشار گاز مدتهاست با عدمقطعیت ناشی از پارامترهایی مانند میزان گازخیزی همراه است. از این رو در این مطالعه، عدم قطعیت گازخیزی در یک لایه زغال سنگ ابتدا با استفاده از شبیه سازی زمین آماری بررسی و سپس روشی برای پیش بینی انتشار گاز متان بر اساس روش شبیه سازی تصادفی مونت کارلو پیشنهاد میشود. نتایج به دست آمده بعنوان داده های ورودی در مدل دینامیک سیالات محاسباتی سه بعدی (CFD) برای تخمین توزیع متان با در نظر گرفتن عدم قطعیت مرتبط با گازخیزی مورد استفاده قرار گرفت. باید در سراسر جبهه کار مناطق تجمع گاز متان (EMZs) به عنوان مناطقی که احتمال وقوع انفجار بسیار بالا است، مشخص شوند. نتایج به دست آمده نشان میدهد که عدم قطعیت گازخیزی بر پارامترهای تهویه و ناحیه تجمع گازمتان تاثیرگذار است. روش پیشنهادی را میتوان به عنوان یک پارامتر تاثیرگذار برای بهبود فرایند طراحی تهویه در راستای افزایش فاکتور ایمنی به کار برد.

    کلیدواژگان: دینامیک سیالات محاسباتی، انتشارگاز متان، عدم قطعیت گازخیزی، مونت کارلو، مناطق تجمع گاز متان(EMZs)
  • محمدمهدی پورغلام، پیمان افضل*، احمد ادیب، کامبیز رهبر، مهران قلی نژاد صفحات 503-525

    روش های مبتنی بر آنالیز سیگنال از ابزارهای نیرومند و دارای استفاده گسترده در تحلیل داده های چندطیفی حاصل از دورسنجی هستند. هدف اصلی این نوشتار جدایش محدوده های دگر سانی اک سید آهن با ا ستفاده از روش فرکتالی طیف توان-م ساحت بر پایه داده های گرفته از ماهواره لند ست 8 OLI در زون فلززایی طارم واقع در استان زنجان میباشد. این محدوده های دگرسانی بصورت کلی براساس تغییرات شاخص نرمال شده آب و پوشش گیاهی و با استفاده از روش های نسبت و ترکیب باندی بارزسازی شده اند. سپس با استفاده از روش های سنجش زاویه طیفی، میانگینهای کا و مدلسازی فرکتالی طیف توان-مساحت مورد دسته بندی قرار گرفته اند. محدوده های بدست آمده دارای همبستگی مثبت با کانه زایی های آهن موجود در منطقه بخصوص کانسارهای مگنتیتی بوده و درنهایت مناطق امیدبخش حاصله با استفاده از سیستم تصمیم گیری تاپسیس مورد رده بندی قرار گرفته اند.

    کلیدواژگان: روش فرکتالی طیف توان-مساحت، لندست 8 OLI، تاپسیس، دگرسانی اکسید آهن، طارم
  • ساسان میرشکاری، وحیده شجاعی*، حمید خوشدست صفحات 527-545

    در این پژوهش، یک نمونه باطله زغال پوشیده شده با نانوذرات Fe3O4 به عنوان جاذبی کارآمد جهت حذف کادمیوم از پسابی مصنوعی مورد استفاده قرار گرفت. نانوکامپوزیت تولید شده با استفاده از روش های اسپکترومتری مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) پراش اشعه ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (TEM)مشخصه یابی شد. آنالیز تصاویر میکروسکوپی نشان داد که متوسط ابعاد نانوذرات مگنتیت حدود 14 نانومتر بود. تاثیر متغیرهای عملیاتی شامل pH اولیه محلول (3-11) و نسبت نانوکامپوزیت به آلاینده (7-233) بر جذب کادمیوم با استفاده از روش طراحی آزمایش پاسخ سطح ارزیابی شد. همچنین، فرایند جذب با استفاده از مدلی درجه دوم بر اساس طرح مرکب مرکزی بهینه شد. آنالیزهای آماری نشان داد که هر دو متغیر نقش مهمی در فرایند جذب کادمیوم ایفا میکنند. بیشترین جذب کادمیوم، یعنی 20/11 ،%تحت شرایط عملیاتی بهینه شامل pH برابر 11 و نسبت نانوکامپوزیت/فلز 14 پس از 2 ساعت جذب تعادلی به دست آمد. بررسی سینتیک جذب نشان داد که جذب بیشینه طی مدت کوتاه حدود 2 دقیقه ای و طبق مدل مرتبه اول حاصل میشود. مطالعه ایزوترمهای جذب نیز نشان داد که جذب کادمیوم بر روی نانوکامپوزیت Fe3O4/باطله زغال با بهترین تطابق در مقایسه با سایر مدلها، از مدل همدمای تمکین و با مکانیزم کاهش خطی گرمای جذب پیروی میکند. رفتار کلی حذف نیز به یک فرایند دو مرحله ای شامل جذب اولیه سریع کادمیوم بر روی نقاط فعال بر روی سطح نانوکامپوزیت و سپس، رسوب آهسته هیدروکسید کادمیوم در میان حفرات موجود بر سطح نانوکامپوزیت نسبت داده شد

    کلیدواژگان: باطله زغال، نانوذرات Fe3O4، نانوکامپوزیت، کادمیوم، سینتیک، مدلسازی
  • حمید ثابتی*، فرزاد مرادپوری صفحات 547-557

    روش های شبیه سازی زمین آماری برای تولید مدلهای مقید به خواص آماری از متغیرهای فضایی پیوسته، به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفتهاند. دو روش عمده برای این انجام شبیه سازی متغیرهای پیوسته وجود دارد، شبیه سازی متوالی گوسی و شبیه سازی متوالی مستقیم. برتری اصلی روش مستقیم در مقابل روش گوسی این است که تبدیل گوسی داده های ورودی در روش مستقیم صورت نمیپذیرد. در این پژوهش، این دو روش شبیه سازی شرح داده شده و کاربرد آنها بر روی یک داده شبه واقعی تخلخل مورد بررسی دقیق قرار گرفته است. این داده شامل مقادیر تخلخل 16 چاه قایم است که از مکعب داده های سه بعدی خروجی فرایند وارون سازی لرزه ای استخراج شده است. داده های یک چاه برای ارزیابی نتایج کنار گذاشته شده و دو الگوریتم شبیه سازی متوالی گوسی و مستقیم بر روی این داده اعمال شده است. مقایسه هیستوگرامها نشان میدهد که بازتولید هیستوگرام در الگوریتم شبیه سازی متوالی گوسی اندکی بهتر است اگرچه بازتولید جوامع آماری در هیستوگرام نتایج هر دو الگوریتم به طور یکسان قابل مشاهده است. نتایج الگوریتم شبیه سازی متوالی مستقیم دارای میانگین نزدیکتری به میانگین داده های ورودی هستند. با درنظر گرفتن یکی از تحقق ها از هر کدام از دو روش شبیه سازی، خطای جذر میانگین مربعات بین مقدار شبیه سازی شده و مقدار واقعی تقریبا یکسان است. از طرف دیگر، با درنظر گرفتن میانگین 100 تحقق، این خطا در مورد الگوریتم شبیه سازی متوالی مستقیم کمتر از شبیه سازی متوالی گوسی است.

    کلیدواژگان: زمین آمار، شبیه سازی متوالی گوسی، شبیه سازی متوالی مستقیم، واریوگرام، تخلخل
  • دانیال فخری، مهدی حسینی*، مهدی مهدی خانی صفحات 559-577

    چقرمگی شکست یکی از مهمترین خواص بتن است که شرایط گسترش ترک و در نهایت شکست بتن را کنترل میکند؛ بتن، به عنوان پرکاربردترین مصالح در مهندسی عمران بوده که معمولا ارزانترین و رایجترین مصالح موجود را در خود دارد. ازاین رو به سبب بروز ترک و شکستگی میتواند خسارتهای جبرانناپذیری را به بار آورد. به این منظور در سالهای اخیر با ساخت بتنهای الیافی مسلح، تا حدود زیادی ضعفهای مذکور در آن بهبود یافته است. در این مقاله با استفاده از روش آزمون روی دیسک برزیلی دارای ترک مستقیم (BD)پیش بینی روند انتشار ترک و چقرمگی شکست در نمونه های مختلف بتنی بررسی شده است. این نمونه ها شامل بتن معمولی فاقد میکروسیلیس و پودرسنگ آهک و نمونه های با درصدهای حجمی مختلف الیاف شامل نمونه های بتنی دارای 35/0درصد الیاف تکی پلیپروپیلن، نمونه های بتنی دارای 35/0 درصد الیاف تکی شیشه، نمونه های بتنی دارای الیاف ترکیبی پلی پروپیلن و شیشه دارای17/0 درصد پلیپروپیلن و 18/0 درصد شیشه و نمونه های بتنی دارای الیاف ترکیبی پلی پروپیلن و شیشه دارای1/0 درصد پلیپروپیلن و 25/0 درصد شیشه می شود. در همه نمونه های بتن مسلح الیافی، میکروسیلیس جایگزین 10 درصد وزن سیمان و پودرسنگ آهک جایگزین 5 درصد وزن سیمان شده است. فرآیند گسترش ترک از شکافهای از پیش موجود در نمونه ها و همچنین چقرمگی شکست در حالتهای I ،II و حالت ترکیبی II-I محاسبه شد. آزمایش دیسک برزیلی بر روی نمونه های مورد مطالعه در زوایای انحراف ترک 0 ،15 ،83/28 ،45 ،60 ،75 و 90 درجه انجام شده است. پس از مطالعات آزمایشگاهی مشخص گردید که شروع ترکهای بالهای در زوایای کمتر از 60 درجه (60<α<0) از نوک ترک از پیش موجود اتفاق میافتد و با ادامهی بارگذاری مسیر رشد و انتشار ترک به راستای بارگذاری نزدیک میگردد. این در حالی است که برای زوایای 60 درجه و بزرگتر از آن، شروع ترک با فاصله d از نوک ترک آغاز میگردد. این فاصله در نمونه های فاقد الیاف بیشتر از نمونه های حاوی الیاف است. نمونه های دارای الیاف ترکیبی شامل 17/0 درصد الیاف پلی پروپیلن و 18/0 درصد الیاف شیشه و حاوی میکروسیلیس و پودر سنگ آهک بیشترین چقرمگی شکست مود I ،II و ترکیبی II-I را نسبت به سایر نمونه های بتنی دارد.

    کلیدواژگان: چقرمگی شکست، میکروسیلیس، پودر سنگ آهک، الیاف ترکیبی شیشه و پلی پروپیلن، مود ترکیبی II-I
  • بهنام علی پنهانی، عباس مجدی*، حسن بخشنده امنیه صفحات 579-606

    هدف از این مقاله استفاده از روش سطح پاسخ (RSM) به منظور ارایه یک مدل آماری برای تخمین حداقل دهانه تخریب (MRCS) و برآورد تاثیرات مجزاء و متقابل پارامترهای توده سنگ بر روی قابلیت تخریب آن است. داده های مورد نیاز از نتایج مدلسازی عددی به دست آمده است. در این مقاله، شبیه سازیهای عددی متنوعی (480 مدل) با استفاده از نرم افزار UDEC به منظور بررسی کامل قابلیت تخریب توده سنگ انجام شده است. تاثیر هر پارامتر به صورت جداگانه و متقابل بر MRCS با استفاده از آنالیز ANOVA بررسی شده است. ANOVA نشان میدهد که تمام پارامترهای انتخاب شده (عمق، شیب درزه، تعداد دسته درزه ها، زاویه اصطکاک سطح درزه و فاصله داری درزه) به شدت بر MRCS تاثیر میگذارد. به عبارت دیگر، نتایج ANOVA مطابقت بالایی با نتایج تحلیل حساسیت مرسوم دارد. علاوه بر این، ترکیب فاصله داری درزه و شیب آن بیشترین تاثیر متقابل را بر MRCS دارد و ترکیبی از عمق زیر برش و فاصلهداری درزه کمترین تاثیر را بر MRCS دارد.

    کلیدواژگان: تخریب بلوکی، مدلسازی عددی، خصوصیات درزه، نرم افزار UDEC، روش سطح پاسخ
  • محمدرضا شهبازی، مهدی نجفی*، محمد فاتحی مرجی، ابوالفضل عبداللهی پور صفحات 607-625

    در فرآیند گازکردن زیرزمینی زغال سنگ، زغال سنگ به صورت برجا به گاز سنتزی تبدیل میشود. به منظور افزایش سرعت سوختن زغال سنگ در فرآیند UCG ، سطح تماس شکست زغال سنگ با بخار آب و حرارت باید افزایش یابد. بنابراین باید با افزایش حرارت و فشار بخار آب موجود در طول فرآیند، تعداد ترکهای ثانویه را افزایش داد. این مقاله بر ساز و کار رشد ترک ثانویه حاصل از ترکهای از پیش موجود در نمونه های زغال سنگ تحت شرایط بارگذاری مختلف تمرکز دارد. مشخصات هندسی مختلفی از جمله طول ترکهای از پیش موجود (کلیتهای زغال سنگ) و شیب آنها در نظر گرفته شده است. نتایج مدلسازی عددی نشان داده است که ترک بالهای (که ترکهای اولیه یا کششی نیز نامیده میشوند) به عنوان اولین ترک به دلیل شکسته شدن پیوند کششی بین ذره ها در نمونه گسترش مییابد. در نهایت، این ترک ها ممکن است منجر به ترکیب و به هم پیوستگی کلیتها شوند. از طرفی ترک های ثانویه یا برشی به صورت ترکهای هم- صفحه و مورب نیز ممکن است در طی فرآیند رشد ترک در نمونه ایجاد شوند. این ترک ها در اثر نیروهای برشی القایی بین ذره ها همراه با افزایش طول کلیت اولیه ایجاد شده و ابعاد گسترش آن فراتر از ابعاد بلوکهای زغال سنگ است. با رشد سریعتر ترکهای ثانویه در بلوکهای زغال سنگ، سرعت رشد فضای استخراجی افزایش مییابد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داده است که که برای دستیابی به شرایط بهینه، زاویه مناسب شیب کلیت اولیه زغال سنگ با رفتار الاستوشکننده بین 30 تا 45 درجه نسبت به افق است.

    کلیدواژگان: روش UCG، گسترش فضای استخراجی، گسترش ترک، طول و شیب کلیت، مدل پیوند موازی خطی
|
  • Shah H. Shafayi, F. Torab * Pages 325-340

    The Aynak copper deposit is the most important strata-bound copper reserve in Afghanistan. The main purpose of this work is the ore deposit boundary modification and reserve estimation of the Aynak central copper deposit using the geostatistical methods. The ordinary kiging (OK), indicator kriging (IK) and sequential indicator simulation (SIS) methods were used to modify the optimum ore deposit boundary and ore reserve estimation. Then the results, accuracy and efficiency of these three methods are compared. Before the ore reserve estimation, the pre-processing,  statistical and geostatistical analysis of the sampled data are performed. For a precise estimation process, it is necessary to modify the optimum ore body boundary as an estimation space. Therefore, the IK and SIS methods are applied to revise the conventional ore deposit boundary and estimation space. At the first stage, the ore body wireframe and solid model are obtained using the conventional cross-section method. The block model is created covering the mineralization space of the ore body, and firstly constrained by the conventional model (solid model). Consequently, the ore body model is adapted and bounded using the IK and SIS geostatistical methods. Finally, the log-kriging method that is basically unbiased and guarantees the minimum estimation error is used to estimate the Cu concentration in each block, and after back-transformation, the grade-tonnage curves are plotted. The total tonnage of the deposit is calculated based on different cut-off grades. Assuming the cut-off grade of 0.2% for Cu, the tonnage of ore reserve based on the conventional OK method, IK method, and SIS constrained ore body model are estimated as 453.4, 459.1, and 467.7 million tons with an average grade of 1.077%, 1.08%, and 1.05%, respectively. The proximity of the obtained reserve estimation results using different implemented methodologies is due to the low-grade variability and genetical regularity in the Aynak staratabound copper deposit and guarantees the accuracy of the results obtained in the ore reserve evaluation.

    Keywords: Geostatistics, Orebody Boundary Modeling, Indicator kriging, Sequential Indicator-Simulation, Aynak Copper Deposit
  • Kausar Sultan Shah, Mohd Hazizan Mohd Hashim *, Hafeez Rehman, Kamar Shah Ariffin Pages 341-355

    The significance of rock failure can be found from the fact that microfracture genesis and coalescence in the rock mass results in macroscale fractures. Rock may fail due to an increase in the local stress, natural fractures, weathering inducing micro-crack genesis, coalescence, and propagation. Therefore, a comprehensive understanding of the micro-scale failure mechanism of various weathering grade sandstones based on micro-level observation and microstructure-based simulation is essential. The microscale failure response of various weathering grade sandstones is studied under the wet and dry cycles. Each sample is tested for the micro-structure and micro-fracture characteristics using the image analysis. Furthermore, the micrographs obtained are also used to create the microstructure-based models, which are then simulated in the ANSYS software. The findings indicate that the moderately weathered sandstones indicate less weight reduction than the slightly weathered sandstone. The results obtained also demonstrate that the wet and dry cycles have little effect on the particle shape and size. However, variation in the particle shape and size implies that this is a result of the prevailing interaction of rock and water particle. The microscale simulation reveal that both UCS and BTS decrease from 37 MPa to 19 MPa and 9 MPa to 4 MPa as the density of the micro-structure increases. The results reveal that the primary fracture deviation from the loading axis increases with increasing density in the micro-structural micro-structures, although this effect reduces with further increasing density in the micro-structures.

    Keywords: Microscale failure, weathering grade, Sandstone, wet, dry, microfractures
  • Myong Chun Pak, Un Chol Han *, Dong Il Kim Pages 357-374

    Mining Method Selection (MMS) is the first and the most critical problem in mine design, and depends on some parameters such as the geo-technical and geological features and economic factors. The factors affecting MMS are determined by some mining experts, and the most suitable mining method is selected using the hesitant fuzzy group decision-making (HFGDM) and technique for order performance by similarity to the ideal solution (TOPSIS) method. These factors include the type of deposit, slope of deposit, thickness of orebody, depth below the surface, grade distribution, hanging wall Rock Mass Rating (RMR), footwall RMR, ore body RMR, recovery, capital cost, mining cost, annual productivity, and environmental impact. Firstly, we propose the group decision-making (GDM) method to determine the weights of multi-attributes based on the score function with the decision-makers’ weights, in which the n-dimensional hesitant fuzzy environment take the form of hesitant fuzzy sets (HFS). Then we calculate the weights of these factors using the HFGDM method. A simple case study is also presented in order to illustrate the competence of this method. Here, we compare the seven mining methods for an Apatite mine, and select the optimal mining method using the TOPSIS method. Finally, the sub-level stope mining method is selected as the most suitable method to this mine.

    Keywords: Mining Method Selection, Hesitant fuzzy group decision making (HFGDM), TOPSIS, hesitant fuzzy sets (HFS)
  • J. Shakeri, H. Amini Khoshalan *, H. Dehghani, M. Bascompta, K. Onyelowe Pages 375-389

    In this research work, a comprehensive study is conducted to predict flyrock as a typical and undesirable phenomenon occurring during the blasting operation in open-pit mining. Despite the availability of several empirical methods for predicting the flyrock distance, the complexity of flyrock analysis has resulted in the low performance of these models. Therefore, the statistical and robust artificial intelligence techniques are applied for flyrock prediction in the Sungun copper mine in Iran. For this purpose, the linear multivariate regression (LMR), imperialist competitive algorithm (ICA), adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS), and artificial neural network (ANN) methods are applied to predict flyrock with effective parameters including the blasthole diameter, stemming, burden, powder factor, and maximum charge per delay. According to the attained results, the ANN model with the structure of 5-8-1, Levenberg-Marquardt as the learning algorithm, and log-sigmoid (logsig) as the transfer functions are selected as the optimal network with the RMSE and R2 values of 5.04 m and 95.6% to predict flyrock, respectively. Also it can be concluded that the ICA technique has a relatively high capability in predicting flyrock, with the LMR and ANFIS models placed in the next. Finally, the sensitivity analysis reveal that the powder factor and blasthole diameters have the most importance on the flyrock distance in the present work.

    Keywords: Flyrock distance, linear multivariate regression, Imperialist Competitive Algorithm, Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System, Artificial Neural Network
  • R. Shamsi, M. S. Amini, H. Dehghani, M. Bascompta, B. Jodeiri Shokri *, Sh. Entezam Pages 391-406

    This paper attempted to estimate the amount of flyrock in the Angoran mine in Zanjan province, Iran using the gene expression programming (GEP) predictive technique. The input data, including flyrock, mean depth of the hole, powder factor, stemming, explosive weight, number of holes, and booster were collected from the mine. Then, using GEP, a series of intelligent equations were proposed to predict flyrock distance. The best GEP equation was selected based on some well-established statistical indices in the next stage. The coefficient of determination for training and testing datasets of the GEP equation were 0.890 and 0.798, respectively. The model obtained from the GEP method was then optimized using teaching– learning-based optimization algorithm (TLBO). Based on the results, the correlation coefficient of training and testing data increased to 91% and 89%, which increased the accuracy of the Equation. This new intelligent equation could forecast flyrock resulting from mine blasting with a high level of accuracy. The capabilities of this intelligent technique could be further extended to the other blasting environmental issues.

    Keywords: Blasting Operations, Flyrock, Gene expression programing, Teaching – learning-based optimization algorithm
  • V. Sarfarazi *, K. Asgari, Sh. Mohamadi Bolban Abad Pages 407-420

    The interaction between an internal hole and two surrounded joints under a uniaxial compression are examined using the experimental and discrete element procedures. Inside the concrete sample, two notches and an internal hole are created. The joint angle change from 0° to 90° with an increment of 30°. The distances between the joint and the internal hole are 2 cm and 3 cm. Also the numerical models are provided. The joint angle change from  0° to 90° with an increment of 15°. The distances between the joint and the internal hole are 2 cm, 3 cm, and 4 cm. The compressive strength is 7.2 MPa. The rate of loading is 0.005 mm/s. The experiment indicates that the failure process is significantly dependent on the notch angle and the joint distance from the hole. The pattern of fracture and mechanism of failure of joints affect the shear strengths of the samples. The models with joint angles of 30° and 60° have a less compressive strength since the pure tensile failure occurs in these configurations. The model strength decreases with decrease in the join spacing. In fact, in the case that the joint spacing is 2 cm, the interaction between the hole and the neighboring joint is so strong. Consequently, the compressive strength is declined. In both approaches of the numerical simulation and experimental methods, the pattern and strength of failure are identical.

    Keywords: compressive test, joint angle, joint distance, hole, PFC2D
  • D. Alavi, S. Mohammadnejad *, Seyed M. J. Koleini Pages 421-430

    In this work, the mechanism of zinc hydroxide and ammine complexation in caustic and ammonia leaching is investigated by molecular modelling using the density functional theory method. The speciation of zinc complexes is defined based on the thermodynamic data and Pourbiax diagrams. The mechanism of Zn+2 complexation by hydroxide and ammine ligands is simulated by molecular modeling. The structure of reactants in the form of individual clusters is modelled using the density function theory. In order to compare the hydroxide and ammine species structures, the geometry studies are carried out as well. The ammoniacal salt effectiveness to improve the dissolution and stability of the ammine species is studied. The ligand single molecule interaction with a smithsonite molecule is done for a better understanding. Molecular modeling show that the zinc hydroxide species are more stable based on the higher reaction free energies. The reaction free energies decrease by adding the OH- and NH3 ions to the complexes from -30.12 kcal/mol to -16.943 kcal/mol, and -22.590 kcal/mol to 66.516 kcal/mol, respectively. The Zn-OH bonds are shorter than Zn-NH3, and the ammine species show more regular structures in comparison with the hydroxide structures. The change of free energies in the presence of ammoniacal salts indicate that the sulfate ions can significantly improve the dissolution of zinc oxide in ammonia. The smithsonite interaction with ammonia and hydroxide reveal that hydroxide ions lead to a higher interaction energy than ammonia (-36.396 vs. -28.238), which is consistent with the higher stability of hydroxide species. The results obtained well-explain the experimental results obtained before, and can be effectively used to optimize the alkaline leaching of zinc oxide ore.

    Keywords: Zinc oxide, alkaline leaching, Molecular Modelling, Smithsonite, Ammonia
  • Sh. Maleki *, H. R. Ramazi, M. J. Ameri Shahrabi Pages 431-447

    Shear wave velocity (Vs) is considered as a key parameter in determination of the subsurface geomechanical properties in any hydrocarbon-bearing reservoir. During a well logging operation, the magnitude of Vs can be directly measured through the dipole shear sonic imager (DSI) logs. On a negative note, this method not only is limited to one dimensional (1D) interpretation, it also appears to be relatively costly. In this research work, the magnitude of Vs is calculated using one set of controversial petrophysical logs (compressional wave velocity) for an oil reservoir situated in the south part of Iran. To do this, initially, the pertinent empirical correlations between the compressional (Vp) and shear wave velocities are extracted for DSI logs. Then those empirical correlations are deployed in order to calculate the values of Vs within a series of thirty wells, in which their Vp values are already recorded. Afterwards, the Kriging estimator along with the Back Propagation Neural Network (BPNN) technique are utilized to calculate the values of Vs throughout the whole reservoir.  Eventually, the results obtained from the two aforementioned techniques are compared with each other. Comparing those results, it turns out that the Kriging estimation technique presents more accurate values of Vs than the BPNN technique. Hence, the supremacy of the Kriging estimation technique over the BPNN technique must be regarded to achieve a further reliable magnitude of Vs in the subjected oil field. This application can also be considered in any other oil field with similar geomechanical and geological circumstances.

    Keywords: 3D Model, Estimation, Kriging estimator, well logs, Shear wave velocity
  • Sh. Rezaei *, A. Imam Ali Pour Pages 449-464

    In the recent years, according to the difficulty of accurately measuring parameters and demarcation of earth sciences, attempts have been made to simplify the natural events for better investigation using geo-modelling. Modeling with intelligent methods is one of the new methods that has been considered in this field in the recent years. In this work, the intelligent method of adaptive neural-fuzzy inference system (ANFIS) is used to predict the elements of lead and zinc located in the Guard Kooh area, north of Yazd province in Iran. Descriptive statistics of data and correlation matrices of studied elements are obtained using the SPSS software. After the data is standardized, imported to the MATLAB software, and the lead and zinc elements are predicted using the ANFIS-SCM method. In this method, 70% of the data (175 samples) are set as the training data, and the rest (75 samples) are set as the test data, which are randomly selected. Using the obtained results, it is found that the grade of the estimated elements in the studied area has a good accuracy and a high correlation with the grade of the analyzed elements. As a result, the ANFIS-SCM intelligent method is a useful and accurate method for estimating the lead and zinc elements.

    Keywords: Earth Sciences, ANFIS-SCM, Lead, Zinc Elements, North of Yazd
  • E. Emami Meybodi *, Syed Kh. Hussain, M. Fatehi Marji, V. Rasouli Pages 465-480

    In this work, the machine learning prediction models are used in order to evaluate the influence of rock macro-parameters (uniaxial compressive strength, tensile strength, and deformation modulus) on the rock fracture toughness related to the micro-parameters of rock. Four different types of machine learning methods, i.e. Multivariate Linear Regression (MLR), Multivariate Non-Linear Regression (MNLR), copula method, and Support Vector Regression (SVR) are used in this work. The fracture toughness of mode I and mode II (KIC and KIIC) is selected as the dependent variable, whereas the tensile strength, compressive strength, and elastic modulus are considered as the independent variables, respectively. The data is collected from the literature. The results obtained show that the SVR model predicts the values of KIC and KIIC with the determination coefficients (R2) of 0.73 and 0.77. The corresponding determination coefficient values of the MLR model and the MNLR model for KI and KII are R2 = 0.63, R2 = 0.72, and R2 = 0.62,0.75, respectively. The copula model predicts that the value of R2 for KI is 0.52, and for KII R2=0.69. K-fold cross-validation testing method performs for all these machine learning models. The cross-validation technique shows that SVR is the best-designed model for predicting the fracture toughness mode-I and mode-II.

    Keywords: Intact rock, Macro, micro parameters, Machine Learning Method, Rock Fracture Toughness
  • M. Hasani * Pages 481-491

    Selective recovery of platinum group metals including Pt, Pd, and Rh from the spent automobile catalysts is investigated by functionalized magnetite nanoparticles as a novel adsorbent. Magnetite nanoparticles are synthesized by co-precipitation of ferrous and ferric salts with ammonium hydroxide, and then coated with a tetraethyl orthosilicate to form well-dispersed silica-coated magnetite nanoparticles. The silica-coated nanoparticles are then functionalized with three different types of organosilane ligands including monoamine (FeSiORA), ethylenediamine (FeSiORDA), and diphenylphosphino (FeSiORP). The effects of initial pH, amount of adsorbent, contact time, and chloride concentration in a multi-component leaching solution are examined in batch tests on [PdCl4]2-, [PtCl4]2-, [PtCl6]2-, and [RhCl6]3-. Among the different types of organosilane ligands examined, the FeSiORA nanoparticles and FeSiORDA, for selective sorption of PGM from the leaching solution, are unsuccessful. It is found that FeSiORPs can effectively adsorb Pt and Pd but exhibit no affinity towards Rh and base metal ions. Under the optimum conditions, the adsorption rates of Pt, Pd, and Rh are estimated 97.5%, 97.0%, and 15.0%, respectively.

    Keywords: platinum group metals (PGM), spent catalysts, Magnetite Nanoparticles, organosilane functional
  • Sh. Rahimi, M. Ataee-Pour *, H. Madani Pages 493-502

    Methane has been known as a safety risk for the coal mining activities. Accordingly, one can mitigate this risk, and hence, the level of hazard to which the mining workers are exposed, by predicting the possible exceedance of allowable methane dosage should be provided with a reliable information on the distribution of methane across the working face considering the uncertainties associated with the gas content of such deposits. In this work, the gas content uncertainty in a coal seam is first investigated using the geo-statistical simulation. Then a method is proposed in order to predict methane gas emission based on the Monte Carlo random simulation method. Next, the results obtained are introduced into a 3D Computational Fluid Dynamics (CFD) model to estimate the methane distribution considering the uncertainty associated with the gas content. Defined as zones where the methane concentration is so high that an explosion is much likely to occur, the elevated methane zones (EMZs) are delineated across the working faces. The results obtained show that UGC has an impact on the ventilation parameters and EMZs. The proposed method could be carried out in order to guide the ventilation design in improving safety.

    Keywords: Computational fluid dynamics (CFD), Methane Emission, Uncertainty Gas Content (UGC), Monte Carlo, Elevated Methane Zones (EMZs)
  • M. M. Pourgholam, P. Afzal *, A. Adib, K. Rahbar, M. Gholinejad Pages 503-525

    Signal analysis approaches are a powerful and widely used tool in processing multi-spectral satellite images for detection of alteration zones. The main goal of this work is application of the spectrum-area fractal methodology based on the Landsat 8 OLI satellite images’ data for separation alteration zones for iron oxides at the Tarom region (NW Iran). These alteration zones, Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), and Normalized Difference Water Index (NWDI) are detected using the band-ratio and band combination methods. Then the calculated values are categorized by Spectral Angle Mapper (SAM), k-means, and S-A fractal model. Considering a positive correlation of iron oxides alterations along with magnetite mineralization as an index of mineralization at the studied region, the promising areas are classified by a decision-making model using the TOPSIS method with an acceptable accuracy for presenting in the exploration models.

    Keywords: Spectrum-Area fractal model, Landsat 8 OLI, TOPSIS, Iron alteration zones, Tarom
  • S. Mirshrkari, V. Shojaei *, H. Khoshdast Pages 527-545

    A coal waste sample loaded with Fe3O4 nanoparticles is employed as an efficient adsorbent to remove Cd from synthetic wastewater. The synthesized nanocomposite is characterized using the Fourier transform-infrared (FT-IR), X-ray diffraction (XRD), and transmission electron microscopy (TEM) techniques. The visual analysis of the microscopic image shows that the mean size of the magnetite nanoparticles is about 10 nm. The effects of the operating variables of the initial solution pH (3-11) and nanocomposite to pollutant ratio (7-233) are evaluated using the response surface methodology on cadmium adsorption. The process is also optimized using the quadratic prediction model based on the central composite design. The statistical analysis reveals that both factors play a significant role in Cd adsorption. The maximum Cd removal of 99.24% is obtained under optimal operating conditions at pH 11 and nanocomposite/cadmium ratio of 90 after 2 h of equilibrium contact time. A study of the adsorption kinetics indicates that the maximum removal could be attained in a short time of about 2 min following a first-order model. The isotherm investigations present that the Cd adsorption on the Fe3O4/coal waste nanocomposite has a linearly descending heat mechanism based on the Temkin isotherm model with the minor applicability parameters than the other isotherm models. The overall removal behaviour is attributed to a two-step mechanism including a rapid adsorption of cadmium ion onto the active sites at the surface of nanocomposite followed by a slow cadmium hydroxide precipitation within the pores over the nanocomposite surface.

    Keywords: Coal waste, Fe3O4 nanoparticles, Nanocomposite, Cadmium, Kinetics
  • H. Sabeti *, F. Moradpouri Pages 547-557

    The geo-statistical simulation algorithms for continuous spatial variables have been used widely in order to generate the statistically-honored models. There are two main algorithms doing the continuous variable simulation, Sequential Gaussian Simulation (SGS) and Direct Sequential Simulation (DSS). The main advantage of the DSS algorithm against the SGS algorithm is that in the DSS algorithm no Gaussian transformation of the original data is made. In this work, these two simulation algorithms are explained, and their applications to a 3D spatial dataset are deeply investigated. The dataset consists of the porosity values of 16 vertical wells extracted from an actual cube obtained by a seismic inversion process. One well data is excluded from the simulation process for the blind well test. Comparison between the histograms show that the histogram reproduction is slightly better for the SGS algorithm, although the population reproductions are the same for both SGS and DSS results. The DSS algorithm reproduce the mean of input data closer to the mean of well data compared to that of the SGS algorithm. Considering one realization from each simulation algorithm, the RMS error corresponding to all simulated cells against the real values is approximately equal for both algorithms. On the other hand, the error show a slightly less value when the mean of 100 realizations of the DSS result is considered.

    Keywords: Geostatistics, Sequential Gaussian Simulation, Direct Sequential Simulation, Variogram, Porosity
  • D. Fakhri, M. Hosseini *, M. Mahdikhani Pages 559-577

    Fracture toughness is an important concrete property that controls crack extension and concrete fracture. Concrete is the most widely used material in civil engineering containing the most conventional and cheapest materials. Accordingly, cracks and fractures may cause irreparable damages. To this end, fibre-reinforced concretes have been recently constructed in order to overcome the aforementioned weaknesses. Crack propagation and fracture toughness of various concrete specimens are analyzed by the straight notched Brazilian disc (SNBD) test. The specimens are conventional concrete lacking micro-silica and limestone powder, and those containing various volume percentages of fibers including the concrete specimens containing 0.35% individual polypropylene (PP) fibers, 0.35% individual glass fibers, concrete specimens containing 0.17% PP and 0.18% glass fibers, and concrete fibers containing 0.1% PP and 0.25% glass fibers. Micro-silica has replaced 10 wt% cement in all fiber-reinforced concrete specimens, and limestone has replaced 5 wt% cement. Crack extension from the pre-existing cracks in the specimens and mode I, mode II, and mixed-mode fracture toughness are calculated. The BD test is performed on the specimens at the crack inclination angles of 0°, 15°, 28.83°, 45°, 60°, 75°, and 90°. The experimental results show the initiation of wing cracks at angles less than 60° (0 < α < 60°) from the tip of the pre-existing cracks. The crack growth and propagation path approach the loading direction by continuing loading. However, the cracks are initiated at a distance of d from the crack tip at angles larger than 60°. The observed distance is larger in the fiber-less specimens than in the fiber-reinforced specimens. The concrete specimens reinforced by 0.17% PP and 0.18% glass hybrid fibers containing micro-silica and limestone powder showed the highest mode I, mode II, and mixed-mode fracture toughness compared to the other concrete specimens.

    Keywords: Fracture toughness, Microsilica, Limestone powder, Glass, polypropylene hybrid fibres, Mixed Mode
  • B. Alipenhani, A. Majdi *, H. Bakhshandeh Amnieh Pages 579-606

    The present work aims at implementing Response Surface Methodology (RSM) in order to generate a statistical model for Minimum Required Caving Span (MRCS) and estimate both the individual and mutual effects of the rock mass parameters on rock mass cavability. The adequate required data is obtained from the result of numerical modeling. In this work, various arrays of numerical simulations (480 models) are carried out using the UDEC software in order to study the rock mass cavability thoroughly. The effect of each individual parameter and their mutual effect on MRCS are investigated by means of ANOVA. ANOVA indicates that all the chosen parameters (depth, dip of the joint, number of joints, angle of friction of the joint surface, and joint spacing) highly affect MRCS. In other words, the results of ANOVA are in high agreement with the results of the conventional sensitivity analysis. Moreover, a combination of joint spacing and joint inclination has the highest mutual effect on MRCS, and a combination of undercut depth and joint spacing has the lowest effect on MRCS.

    Keywords: Block caving, Numerical Modeling, joint characteristics, UDEC, RSM
  • M.R. Shahbazi, M. Najafi *, M. Fatehi Marji, A. Abdollahipour Pages 607-625

    The in-situ coal is converted to the synthetic gas in the process of underground coal gasification (UCG).  In order to increase the rate of in-situ coal combustion in the UCG process, the contact surfaces between the steam, heat, and coal fractures should be raised. Therefore, the number of secondary cracks should be increased by raising the heat and existing steam pressure during the process. This paper emphasises on the secondary crack growth mechanism of the pre-existing cracks in the coal samples under different loading conditions. Different geometric specifications such as the length of the pre-existing cracks (coal cleats) and their inclinations are considered. The numerical modeling results elucidate that the first crack growths are the wing cracks (also called the primary or tensile cracks) formed due to unbonding the tensile bonds between the particles in the assembly. Ultimately, these cracks may lead to the cleat coalescences. On the other hand, the secondary or shear cracks in the form of co-planar and oblique cracks may also be produced during the process of crack growth in the assembly. These cracks are formed due to the shear forces induced between the particles as the initial cleat length is increased and exceed the dimension of coal blocks. The cavity growth rate increases as the secondary cracks grow faster in the coal blocks. In order to achieve the optimum conditions, it is also observed that the best inclination angle of the initial coal cleat changes between 30 to 45 degrees with respect to the horizon for the coal samples with the elasto-brittle behavior.

    Keywords: UCG method, cavity growth rate, Crack Propagation, cleat length, inclination, parallel bonded particle model