بخشی از مقاله
چکیده:
پیشرفت تکنولوژی امکان استخراج ذخایر واقع در عمق زیاد را امکان پذیر کرده است. عمیقترین معدن جهان تا پایان سال 2012، 3/9 کیلومتر از سطح زمین حفاری داشته است. عملیات معدنکاری در اعماق وابسته به رساندن هوای کافی برای پوشش کل عملیات استخراج میباشد. کاهش گرد و غبار، انتقال گازهای ناشی از انفجار، احتراق ماشین آلات و گازهای متصاعد شده از ماده معدنی در حین معدنکاری، کاهش حرارت از وظایف شبکه تهویه میباشد. طراحی مشخصات شبکه تهویه مهمترین بخش از طراحی معدن پیش از استخراج میباشد. شبکه طراحی شده در حین عملیات استخراج ممکن است تحت تأثیر پارامترهایی قرار گرفته و کارائی پیشبینی شده در مرحله طراحی را نداشته باشد. شناسائی پارامترهای دخیل در کارائی یک شبکه تهویه در طول فرایند استخراج و تحلیل حساسیت شبکه طراحی شده نسبت به تغییرات این پارامترها دارای اهمیت فراوان بوده است. در این مقاله پارامترهای دخیل در کارائی شبکه تهویه شناسائی شده است. مقاومت ناشی از موانع برای یک شبکه تهویه با استفاده از نرم افزار @risk مدلسازی شده و تغییرات شدت جریان ناشی از تغییر مقاومت پیشبینی شده است. جریان عبوری از شاخههای 2 و 3 با مقدار حساسیت 5/6 درصد بیشترین حساسیت را نسبت به افت داشته است.
کلمات کلیدی:تحلیل حساسیت، ریسک، شبکه تهویه معدن، مانع
-1 مقدمه:
استخراج از معادن همگام با پیشرفت تکنولوژی در حال عمیقتر شدن است.[1] ایجاد شرایط مناسب برای استخراج وابسته به تهویه مناسب است. طراحی تهویه مطابق با طراحی اولیه بهرهبردای از معدن یکی از پارامترهای مهم طراحی پیش از استخراج است. گسترش و ادامه فضای استخراجی شرایط جدیدی را بر شبکه تهویه اعمال میکند. به نظر میرسد تحلیل تغیرات پارامترهای طراحی در حین عملیات استخراج در مراحل مختلف پیشروی عملیات استخراج دارای اهمیت فراوانی است. معرفی معیار عملکرد رضایتبخش در شبکههای تهویه و شناسایی پارامترهای دخیل در قابل اعتماد بودن عملکرد شبکه تهویه بایستی مورد توجه طراحان استخراج واقع گردد2]و.[3 در این تحقیق طراحی تهویه برای یک شبکه تهویه فرضی انجام گردیده است. مقاومت و شدت جریان مربوط به هر شاخه طراحی شده است. در حین عملیات استخراج مقاومت مسیر عبور جریان ممکن است تحت تأثیر عواملی که در طراحی اولیه اعمال نشدهاند واقع شود. در این تحقیق مقاومت ناشی از موانع در شبکه تهویه با استفاده از نرم افزار @risk به صورت تابع توزیع نرمال شبیهسازی شده است. شدت جریان وابسته به تغییرات مقاومت شبیهسازی شده است. تغیرات شدت جریان مشابه مقاومت دارای توزیع نرمال بوده است. تحلیل حساسیت تغیرات شدت جریان نسبت به تغیرات مقاومت انجام شده است. با در نظر گرفتن تغیرات شدت جریان به عنوان معیار عملکرد رضایت بخش شبکه تهویه، شاخه های با حساسیت بالاتر از دیدگاه تحلیل قابلیت اعتماد برای هر شاخه از شبکه تهویه دارای اهمیت بالاتری خواهد بود
-2 طراحی شبکه تهویه
در حالت کلّی شبکه تهویه معدن از تعدادی کار معدنی که در نقاط مختلف با یکدیگر ارتباط دارند تشکیل شده است. به منظور طراحی شبکه تهویه معدنی سه پارامتر مقاومت، شدت جریان و افت فشار در هر شاخه مورد بررسی قرار میگیرد. مقاومت در شبکه-های تهویه باعث افت فشار در سیتم میشود. این افتها ممکن است در اثر اصطکاک، وجود مانع و تغییر ابعاد مسیر جریان - افت موضعی - باشد. شدت جریان جهت تنفس پرسنل، ترقیق گازهای حاصل از گازخیزی، ترقیق گازهای حاصل از آتشکاری، ترقیق گرد و غبار، ترقیق گازهای حاصل ار احتراق ماشینهای درونسوز، تهویه انبار مواد منفجره، تهویه تلمبه خانه، تهویه ایستگاههای شارژ باطری و بر اساس حداقل سرعت هوا توسط روابط تجربی موجود محاسبه میشود. برای هر شاخهها در شبکه تهویه بر اساس توع کاربری ممکن است بیش از یک شدت جریان محاسبه شود، ار این رو بزرگترین مقدار محاسبه شده معرف شدت جریان شاخه خواهد بود. در ادامه با استفاده یکی از روشهای مسیر بحرانی، مدل حلقهای، هاردی کراس و نیوتن رافسون افت فشار تعدیل میشود و در پایان بر اساس مقادیر بدست آمده از سه پارامتر اصلی در طراحی شبکه تهویه بادبزن مناسب برای شبکه تهویه انتخاب می گردد.[4] مشخصات شبکه تهویه فرضی شکل1 در جدول 1 آورده شده است. بر اساس روش هاردی کراس تعدیل افت فشار انجام شده است و شدت جریانهای بدست آمده در جدول 1 آورده شده است.
-3 توابع توزیع متغیرهای تصادفی پیوسته
از متغیرهای تصادفی پیوسته برای توضیح پدیدههای تصادفی که در یک محدوده میتواند هر مقداری بگیرند استفاده میشود. اصطلاحاتی مانند تابع چگالی احتمال2 برای توزیعهای پیوسته و ناپیوسته، تابع توزیع تجمعی3 مقدار انتظاری یا میانگین و واریانس و یا انحراف معیار مبین ویژگیهای توزیعها است که در ارزیابی قابلیت اطمینان نیز به کار میرود. تابع توزیع فراوانی تجمعی با افزایش متغیر اتفاقی از کوچکترین مقدار ممکنه تا بزرگترین مقدار ممکنه از صفر تا یک افزایش مییابد. این تابع برای متغیرهای ناپیوسته به زهره رضائی، مجید عطائی پور، حسن مدنی/ تحلیل حساسیت تغییرات افت فشار ناشی از موانع بر شدت جریان در شبکه تهویه معادن صورت پلّهای و برای متغیرهای پیوسته به صورت منحنی پیوسته تغییر میکند. توزیع احتمال نرمال به نام توزیع احتمال گوسی4 نیز نامیده میشود و از مهمترین و متداولترین توزیعهای مورد استفاده در علم آمار و احتمال است و اگر چه در ارزیابی قابلیت اطمینان نیز کاربردهای نسبتاً مهمی دارد ولی در مباحث دیگر از اهمیت بیشتری برخوردار است.[5] تابع چگالی احتمال در توزیع نرمال حول مقدار میانگین کاملاً متقارن است. پراکندگی نتایج نسبت به این مقدار توسط انحراف استاندارد سنجیده میشود و بنابراین شکل دقیق و موقعیت تابع چگالی احتمال با این دو شاخص بطور کامل قابل تعیین است. همین دو شاخص در سایر توزیعهای احتمال نیز تعیین کننده است و باید توجّه داشت در جایی که صرفاً این دو شاخص ذکر میشود تنها توزیع نرمال مفروض قرار نگیرد.
-4 شبیه سازی مونت کارلو
تفاوت روشهای تحلیل و مشابهسازی در این است که در روشهای تحلیلی، برای ارائه سیستم از مدل ریاضی استفاده میشود که معمولا با سادهسازیهایی همراه است و نتیجه حاصل از مدل را از حل مستقیم ریاضی مسئله به دست میدهد، در حالی که در روش مشابهسازی سیستم از مشابهسازی فرآیند واقعی و با توجه به رفتار اتفاقی سیستم برآورده میشود. بنابراین در روش مشابهسازی با یک مسئله به صورت تعدادی آزمایشهای شبیه تجربیات واقعی در طول زمان برخورد میشود و در برآورد احتمالات و سایر شاخصها از روش شمارش تعداد دفعات وقوع رخدادها استفاده میشود6]و.[7 روش مونت کارلو یک تکنیک عمومی است که برای هر نوع توزیع ورودی و خروجی قابل استفاد است. این روش با تولید اعداد تصادفی و یا شبهتصادفی، از توزیع چگالی مربوط به هر یک از اجزای سیستم نمونهگیری کرده و با قرار دادن این نمونهها در مدل نهایی سیستم، توزیع خروجی را به دست میدهد. این روش در حقیقت با استفاده از مدل احتمالاتی سیستم و شبیهسازی متغیرهای تصادفی، یک راهحل اساسی برای مسائل ریاضی و فنی ارائه میکند.[8] گامهای اجرای شبیهسازی مونت کارلو به شرح زیر است.[9] گام اول: تعریف تابع توزیع احتمال برای هر یک از متغیرهای ورودی با استفاده از دادههای تجربی، گام دوم: تولید یک مقدار تصادفی و نمونهگیری از توزیع احتمال هر متغیر ورودی با استفاده از اعداد تصادفی تولید شده، گام سوم: استفاده از مقادیر انتخاب شده به عنوان پارامترهای ورودی و محاسبه خروجی، گام چهارم: تکرار گامهای دوم و سوم تا جایی که یک هیستوگرام و توزیع احتمال پایدار برای خروجی حاصل شود و آخرین گام: محاسبه احتمال وقوع خروجی با مقدار دلخواه با استفاده از هیستوگرام به دست آمده
-1-4 شبیه سازی توزیع نرمال تغیرات مقاومت و شدت جریان
الگوی رفتاری شاخه های تشکیل دهنده یک سیستم تهویه واقعی و متناظر یکدیگر از نظر تغییرات شدت جریان هوا در تونلهای معدنی بر اساس مقاومتی که موانع گوناگون در مسیر جریان هوا تولید میکنند به درجاتی با یکدیگر تفاوت دارند و این به علت طبیعت اتفاقی فرآیندها است. بنابراین رفتار احتمالی یک سیستم تهویه ممکن است از هر یک از الگوهای رفتاری تبعیت نماید. فرایند مشابه سازی به منظور پیشگوئی الگوی رفتاری سیستم تهویه در طول زمان به کار میرود تا فراوانی و توزیع احتمال پارامترهای مختلف دخیل در قابلیت اطمینان را به دست داده و مقادیر انتظاری یا میانگین آنها را تعیین نماید. شبکه تهویه طراحی شده در معادن زیرزمینی ممکن است تحت تأثیر عواملی نظیر قرار گرفتن اجسام در مسیر عبور هوا و خرابی سیستمهای نگهداری دچار افت فشار، ناپایداری و تغییرات شدتجریان هوا شود. در این شرایط عملکرد مطلوب شاخه که مقدار آن با توجّه به شدت جریان طراحی شده تعریف میشود، تغییر مینماید. حضور موانع در مسیر جریان هوا یکی از عوامل تغییرات شدت جریان در شبکه تهویه است. بر اساس شبیه سازی مونت کارلو تغییرات مقاومت شاخه برای یک شبکه تهویه فرضی مدل سازی شده است. در شاخه 1 مقاومت اندازه گیری شده بر اساس اصطکاک دیوارهها و مقاومت ناشی از مانع برای شبکه تهویه ارائه شده در بخشهای قبل، معدل 1کیلومورگ است. با فرض کارآمد بودن سیستم تهویه در تمام شرایط و مشخصات توزیع تغییرات مقاومت نرمال شبیه سازی شده که در شکل 2 به ان اشاره شده است
