نشریه دانشکده فنی دانشگاه تهران
سال چهل و یکم شماره 3 (پیاپی 105، شهریور 1386)

ماده آلی پراکنده در رسوبات شیلی سازند سیلیسی- آواری شمشک (تریاس بالایی- ژوراسیک میانی) در البرز شرقی و مرکزی به سه گروه، شامل (1) ماده آلی بی شکل، (2) ماده آلی قاره ای و (3) ماده آلی دریایی طبقه بندی می شود. در تمام نمونه های مورد مطالعه، ماده آلی بی شکل جزو غالب است که عمدتا حاصل تجزیه بقایای فیتوپلانکتونها و باکتری ها است. نتایج حاصل از پیرولیز راک- اوال نشان دهنده حضور ماده آلی بسیار فقیر از هیدروژن در نمونه های شیلی مورد مطالعه از سازند شمشک است. با توجه به موقعیت نمونه ها روی دیاگرام تغییر یافته ون- کرولن (HI-Tmax)، ماده آلی در گروه ماده آلی دگرسان شده طبقه بندی می شود (از لحاظ ترکیب ژئوشیمیایی معادل کروژن نوع IV). ماده آلی در رسوبات شیلی سازند شمشک طی تدفین دمای بسیار زیادی را تحمل کرده و در حال حاضر فوق بالغ (میانگین Tmax حدود 496 درجه سانتی گراد) می باشد. دگرسانی حرارتی عامل اصلی دگرسانی ماده آلی است. شیلهای دریایی و ضخیم سازند شمشک غنی از ماده آلی بی شکل دگرسان شده با منشاء فیتوپلانکتونهای دریایی (کروژن نوع II دگرسان شده) است. با توجه به نتایج ژئوشیمایی، در حال حاضر شیلهای مورد مطالعه از سازند شمشک در گروه سنگ منشاء فقیر (گاز زا) طبقه بندی می شوند که عمدتا وارد پنجره تولید گاز شده اند.

میدان نفتی منصوری که یکی از میادین نفتی حائز اهمیت در جنوب غرب ایران می باشد، سالهاست که با مشکل تولید ماسه مواجه بوده و تحلیلهای اولیه حاکی از وجود این مشکل در میدان مذکور دارد. بطور کلی برای بررسی تولید ماسه در مخازن ماسه سنگی تولید کننده نفت و گاز، روش های متعددی که شامل روش های تجربی، روش های عددی، روش های فیزیکی و روش های ریاضی می باشند، وجود دارد. با توجه به قابلیتهای مدلهای عددی در مدلسازی هندسه های پیچیده و شرایط تنش و فشار بالا، نرم افزار FLAC3D که بر مبنای اجزای مجزا بوده و قابلیت مدلسازی هیدرومکانیکی را دارد برای مدلسازی تولید ماسه در این میدان انتخاب شد. مدل عددی ابتدا با استفاده از یک مدل فیزیکی بررسی تولید ماسه کالیبره گردید و سپس مجموعه چاه و سوراخهای موجود در دیواره آن که مولدهای اصلی نفت می باشند تحت آنالیز عددی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که ابتدا تولید ماسه از سوراخها صورت می گیرد و با تجاوز فشار چاه از حد معینی، مجموعه سوراخها تخریب شده و تولید ماسه در مقیاس وسیع صورت می گیرد که نتیجه آن هجوم زون تخریب شده به درون چاه و مسدود کردن کلی آن می باشد. انجام آنالیز فوق برای چاه های میدان منصوری نشان داد که چاه های این میدان در آستانه تولید شدید ماسه می باشند.

در این مقاله، ابتدا صحت تحلیل دینامیکی توسط روش آنالیز تغییر شکل ناپیوسته (DDA) در حالت سه بعدی با مقایسه نتایج بدست آمده از این روش با حل تحلیلی بررسی می شود. بدین منظور جابجایی یک بلوک بر روی یک سطح شیبدار که تحت یک بار دینامیکی قرار دارد مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج بدست آمده توسط روش 3D DDA تطابق بسیار خوبی را با حل تحلیلی نشان می دهد. همچنین در این مقاله، تصحیح قیود تماس بلوکها در حالت نقطه به وجه که شامل سه نوع تماس میشود، مورد مطالعه قرار می گیرد. در فرمولهای ارائه شده برای این سه حالت تماس، قیود تماس با به کارگیری روش جریمه2 ارضاء می شوند. این روش نسبتا ساده می باشد ولی منجر به یکسری عدم دقت در حل می شود که برای مقادیر کم عدد جریمه می تواند خیلی زیاد باشد. روش جریمه همچنین سبب نفوذ بلوکها در هم می شود که باعث نقض قیود فیزیکی مساله می شود. این دو محدودیت با به کار گیری روش لاگرانژ افزوده3 برطرف شده است. فرمولهای مربوط به این روش در 3D DDA بدست آمده و با C++ برنامه نویسی شده است. به کارگیری این روش نتایج خوبی را در مدلسازی تماس ها ارائه می کند که توسط یک مثال نشان داده شده است.

هزینه مربوط به بخش بارگیری و حمل حدود50 درصد از هزینه های تولید یک معدن روباز را به خود اختصاص می دهد. در استخراج معادن، تخصیص و گسیل کامیون ها یکی از مهمترین و پیچیده ترین فرآیندهای عملیاتی است که بهینه سازی آن می تواند باعث صرفه جویی قابل توجهی شود، لذا بهره گیری از سامانه های مدیریت حمل و نقل به منظور تامین دو هدف بیشینه سازی تولید معدن و کنترل کیفیت سنگ ارسالی به کارخانه فرآوری مدنظر مدیران معادن قرار گرفته است. در این تحقیق یکی از مدل های موجود در تخصیص کامیون ها، برمبنای کمینه کردن تعداد کامیون مورد نیاز و با در نظر گرفتن محدودیت های عملیاتی معادن برای استخراج میزان مشخصی از مواد معدنی و باطله توسعه داده شده است. این مدل توسط برنامه ای که در محیط برنامه نویسی MATLAB تهیه شده، برای یک شیفت واقعی از معدن مس سرچشمه حل شده است. بررسی نتایج به دست آمده حاکی از افزایش ظرفیت تولید به میزان 5/28 درصد معادل با بیش از ده هزار تن در روز نسبت به وضعیت فعلی است.

پس از اختراع کامپیوتر و استفاده همه جانبه آن، الگوریتم های مختلفی جهت طراحی محدوده بهینه نهایی معادن روباز ارائه شده است که هدف اصلی همه آنها پیدا کردن مجموعه بلوک هایی است که اگر استخراج شوند، سود به دست آمده تحت محدودیت های فنی و اقتصادی حداکثر شود. مهمترین الگوریتم های مختلف طراحی محدوده بهینه نهائی در معادن روباز عبارتند از: روش تئوری گراف لرچ و گروسمن، الگوریتم کوروبوف و روش های اصلاح شده آن، روش مخروط شناور، روش مخروط شناور دو و برنامه ریزی پویا. از میان این الگوریتم ها، روش تئوری گراف لرچ و گروسمن تنها روشی است که قادر است محدوده بهینه واقعی را در تمام مدل ها محاسبه نماید. پیچیدگی این روش و نیاز به وقت کامپیوتری زیاد جهت حصول به جواب از معایب روش مذکور می باشد. روش مخروط شناور به دلیل اینکه در مدت زمان کمتری قادر است محدوده بهینه را محاسبه نماید و همچنین به دلیل سادگی، بیشتر از سایر الگوریتم ها استفاده می شود. این الگوریتم در بعضی از حالات قادر به تعیین محدوده بهینه واقعی نیست. به همین دلیل روش مخروط شناور دو برای برطرف نمودن بعضی از معایب روش مذکور توسط رایت ارائه و ادعا شده است که این روش قادر به تعیین محدوده بهینه واقعی می باشد. در این مقاله روش مخروط شناور دو برای بهینه بودن، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که روش مذکور در بعضی از حالات قادر به محاسبه محدوده بهینه واقعی نیست. همچنین دو الگوریتم مختلف برای اصلاح روش مذکور ارائه گردید و سپس برنامه های کامپیوتری لازم به زبان برنامه نویسی C++ در محیط ویندوز تهیه شد و کارائی روش های مذکور برای مدل های مختلف بررسی و نتایج آن با نتایج حاصل از روش تئوری گراف لرچ و گروسمن مقایسه گردید. نتایج نشان می دهد که الگوریتم های ارائه شده جواب های بهتری به دست می آورند.

هرگاه در شیب های سنگی، توده سنگ‎های دارای دسته درز های نزدیک به هم رخنمون داشته باشند، در نتیجه ترکیب درز های اصلی موجود، این شیب ها ممکن است در شرایط خاصی از نظر زاویه شیب و ارتفاع دچار گسیختگی شوند. با توجه به اینکه، ابعاد نمونه های معرف این گروه از توده سنگ‎ها برای آزمون‎های آزمایشگاهی، بسیار بزرگ است، برای برآورد پارامترهای مقاومتی آن‎ها، می توان از معیارهای شکست غیرخطی توده‎سنگ‎ها و یا از تحلیل برگشتی چنین شیب هایی استفاده کرد. در این مقاله، یک روش تلفیقی، به همراه برنامه کامپیوتری مربوط به آن، برای تعیین پارامترهای مقاومت برشی فعال شده در شیب های حفاری شده در چنین توده سنگ‎هایی، پیشنهاد شده است. در این روش، ثابت‎های مورد نیاز برای تعیین تنش عمودی، به پارامترهای مقاومت برشی توده سنگ‎های درز‎ دار وابسته بوده و می توان آن‎ها را با استفاده از یک نیمرخ عرضی اصلی، و بدون نیاز به مقدار دقیق شاخص مقاومت زمین شناختی، GSI، تعیین نمود. در این راستا آزمون‎هایی با مقادیر مختلف GSIs و GSIm، مطابق با ترکیب های متنوع ممکن از ثابت های m و s، که با ارضاء شرط تعادل حدی در معیار شکست هوک و براون صدق می کنند، انجام می شود. این روش پیشنهادی در مطالعه موردی مرتبط با گسیختگی شیب، در زمین لغزه دونا واقع در جناح راست سد بالا در طرح نیروگاه تلمبه ذخیره ای سیاه بیشه، به طور موفقیت آمیزی به کار گرفته شد.

یکی از روش های نوین جهت تعیین ویژگی های الاستیک سنگ استفاده از انتشار امواج در متن آن است. این روش از جمله آزمایش های غیر مخرب و ارزان مکانیک سنگ می باشد لکن به دلیل جدید بودن آن هنوز در مقیاسی همچون روش های مرسوم، پرهزینه و مخرب استاتیک (بارگذاری و شکست نمونه) مورد استفاده قرار نگرفته اند. به منظور فراهم آوردن شرایطی جهت جایگزینی این آزمایش و استفاده هرچه بهتر از آن می بایست از تاثیر پارامترهای مختلف برنتایج آن آگاهی حاصل نمود. یکی از این عوامل مهم ابعاد و شکل نمونه مورد آزمایش است. مطالعه استانداردهای معتبر و مورد استفاده در مکانیک سنگ نشان می دهد در مورد آزمایش گذر امواج به تاثیر ابعاد و شکل نمونه آنچنان که باید و شاید پرداخته نشده است. در نوشتاری دیگر این موضوع روشن گردید که بر خلاف آنچه رایج شده است ویژگی های الاستیک دینامیک سنگ آهک با تغییر شکل (نسبت طول به قطر) نمونه به میزان چشمگیری تغییر می کند. با قطعیت یافتن این واقعیت در مورد سنگ آهک بررسی این مطلب برای سنگ های دیگر نیز ضرورت یافت تا صحت و سقم آن در سطح گسترده تری ارزیابی شود. در این مقاله تاثیر شکل نمونه بر ثابت های الاستیک دینامیک سنگ های مختلف مورد بررسی قرار گرفته است تا قضاوت واقع بینانه تری در این مورد مقدور گردد. با هدف فوق الذکر آزمایش گذر امواج فراصوتی جهت تعیین ویژگی های الاستیک دینامیکی بر روی چهار نوع سنگ مختلف در نسبت طول به قطرهای 5/0 تا 3 انجام شد. نتایج نشان می دهد سرعت موج برشی (عرضی) و ثابت های الاستیک دینامیکی به شدت تابع نسبت طول به قطر نمونه (D/L) هستند به نحوی که تغییر نسبت طول به قطر از 5/0 تا 3 سبب تغییراتی تا میزان 70 درصد در سرعت موج برشی و ضریب پوآسون، 160 درصد در مدول الاستیسیته و 200 درصد در مدول برشی شده است. علی رغم تاثیرات شدید بدست آمده در موارد ذکر شده، سرعت موج طولی از این قاعده مستثنی است و هیچ رابطه معین و دقیقی با میزان نسبت طول به قطر ندارد.

گل قرمز حجیم ترین پسماند فرآیند استحصال آلومینیوم از بوکسیت(فرایند بایر) می باشد. ترکیب گل قرمز به نوع کانسنگ بوکسیتی و شرایط انجام فرآیند بستگی دارد و عموما دارای مقادیر قابل توجهی از عناصر و ترکیب های باارزش می باشد. در این مقاله امکان استحصال آلومینیوم از گل قرمز کارخانه آلومینای جاجرم که در حدود 16 درصد آلومینا دارد، با اسیدهای مختلف آلی(سیتریک، اگزالیک، گلوکونیک، مالیک، لاکتیک)، معدنی(نیتریک و سولفوریک) و ترکیب آنها تحقیق و بررسی شده است. در آزمایش های انجام گرفته اثر پیش تیمار حرارتی نمونه گل قرمز در فرایند فروشویی شیمیایی تحقیق شد. ماکزیمم انحلال آلومینا در فروشویی با اسیدهای آلی مربوط به اسید سیتریک(g/l5/12 با بازیابی2/78 درصد) و در اسیدهای معدنی مربوط به اسید سولفوریک(5/14 گرم در لیتر آلومینا با بازیابی7/93 درصد) بود. ترکیب اسیدهای سیتریک و اگزالیک به نسبت 2:1 که pH آنها با استفاده از اسید سولفوریک به 5/1 رسانده شده بود، مقدار 5/16 گرم در لیتر آلومینا با بازیابی6/84 را به فاز محلول انتقال داد. اسید سولفوریک با وجود اینکه در مقایسه با اسیدهای آلی مقادیر زیادی از ترکیب های غیر از آلومینیوم نظیر آهن و تیتانیوم را نیز به فاز محلول می آورد ولی به دلیل قابلیت زیاد در انحلال آلومینیوم و قیمت مناسب در مقایسه با اسیدهای آلی، برای انجام عملیات استحصال آلومینیوم از گل قرمز در مقیاس صنعتی توجیه پذیر می باشد.

برای بهینه سازی عملیات چالزنی و آتشباری، بهینه سازی خرج ویژه و نسبت بار سنگ (B) به قطر چال (?h) در فرآیند خردایش ماده معدنی از چالزنی تا سنگ شکنی با حداقل نمودن قیمت تمام شده حاصل ازکلیه هزینه های مربوطه طی انجام مراحل متعدد چالزنی و آتشباری در معادن مختلف بررسی شده است. هزینه های حفاری، مواد منفجره، دستمزد آتشباری، کار اضافی لودر و گاها بولدوزر به علت وجود قطعات بزرگ سنگ (ماده معدنی) آتشباری شده که قبل از ورود به سنگ شکن نیاز به شکستن دارند و خردایش ثانویه به صورت دقیق و به روز به شیوه ای واقعی و امکان پذیر در عمل برای هر یک از معادن برآورد شده اند. در بررسی انجام شده برای یک نوع ماده معدنی در دو شرایط مختلف از نظر ویژگی های توده سنگ، دارای خرج ویژه مختلف و قیمت تمام شده مختلف است. به طوری که خرج ویژه و قیمت تمام شده در یک شرایط حدود دو برابر دیگری است. در این تحقیق با استفاده از نسبت بهینه حاصل از نتیجه بر رسی فرآیند چالزنی و آتشباری تا سنگ شکنی به طور عملی در معادن مختلف، برداشت ویژگی های توده سنگ و یافتن عامل جدید مؤثر در نسبت به نام اندازه دهانه ناپیوستگی ها، روش جدیدی تحت عنوان شاخص خردایش سنگ1 (RFI) ارائه گردیده است. این روش تجربی ارائه شده نه تنها تاثیر ویژگی های متعدد پیچیده تود سنگ را به طور کامل تر نشان می دهد بلکه مجموع امتیازات مربوط به تاثیر کمی پارامتر های توده سنگ را به شیوه ای ساده برابر نسبت خلاصه می نماید.

زون بندی سازندهای مخزنی در میادین نفتی از اهمیت زیادی برخوردار است. به همین منظور تعیین تیپهای سنگی1 با خصوصیات مخزنی معین، از اولویتهای مطالعه مخازن است. تعیین تیپ سنگی می تواند بر اساس انواع داده های در دسترس صورت گیرد، اما از آنجا که داده های لاگ تقریبا برای همه چاه ها وجود دارند، این امر بر مبنای داده های لاگ و با استفاده از سیستمهای هوشمند متداول تر است. در این مطالعه با استفاده از نرم افزار MATLAB روش جدید استفاده از دسته بندی چند بعدی داده های لاگ برای تعیین تیپهای سنگی در سازند آسماری مورد بررسی قرار می گیرد که در آن از فرآیندهای ریاضی صرف استفاده گردیده و نیاز به هیچ نوع آموزش و یا تابع برازشی خاصی نیست و بر این اساس، روش مذکور بسیار دقیق عمل می نماید. به دلیل وجود مغزه و مقاطع نازک از بخشهای مختلف سازند آسماری، ضمن انطباق تیپهای سنگی تعیین شده از روی داده های لاگ با انواع توصیف شده از مطالعه مغزه ها و مقاطع نازک، ضریب اطمینان این روش در تعیین تیپهای سنگی سازند آسماری مورد ارزیابی قرار گرفته است. با استفاده از اعداد به دست آمده مربوط به تیپهای سنگی، لاگ جدیدی رسم گردیده که خصوصیات همه لاگهای ورودی به سیستم را در بردارد و لذا می توان از آن به عنوان لاگ راهنمای سازند مورد نظر در میادینی که دارای خصوصیات سنگ شناسی مشابهی با میدان مارون باشند استفاده کرد. از آنجا که روش مورد بحث می تواند لاگ راهنما را تنها با یک آنالیز ریاضی در زمانی بسیار کوتاه مشخص سازد، تهیه آن در هر میدانی به سادگی امکان پذیر است.