بخشی از مقاله
چکیده
تهویه یکی از مهمترین عملیات معدنکاری زیرزمینی بوده و به منظور ایجاد یک محیط کاری امن و راحت برای کارگرانمورد استفاده قرار میگیرد. سیستمهای تهویه به منظور تولید مقدار هوای لازم بر اساس عوامل مختلفی همچون تعداد نفرات در حال کار، ترقیق گازهای خطرناک و آلاینده ها طراحی شدهاند. استفاده از تحقیق در عملیات - OR - در مراحل اولیه توسعه معادن مورد استفاده قرار گرفته است. در چند دهه اخیر، مهندسان از تحقیق در عملیات برای بهینهسازی سیستمهای تهویه و همچنین کمک برای دستیابی به الزامات تهویه، کاهش هزینه های آن و بهبود بهرهوری سیستم تهویه استفاده کردهاند.
بهینهسازی جریان هوا در شبکههای تهویه معدنی، به عنوان یک مدل کمینه سازی توصیف شده که هدف آن به حداقل رساندن تعداد دریچه های تنظیم کننده و مصرف انرژی بادبزن است. در این مقاله، ابتدا روشهای تحقیق در عملیات برای تحلیل شبکه معدن مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور درک بهتر کاربرد این مدلسازی ریاضی، از یک مثال کوچک استفاده شده است، سپس سیستم تهویه معدن رزمجا غربی با استفاده از برنامهریزی ریاضی مورد بررسی قرار گرفته است. برای حل مدل از نرمافزار GAMS استفاده شد. نتایج بهدست آمده از حل مدل بهینهسازی شده نشان میدهد که مدل ریاضی بهخوبی محل قرارگیری تجهیزات تهویه را پیشبینی کرده و علاوه بر کاهش مقاومت کلی معدن، باعث افزایش راندمان بادبزن شده است.
کلمات کلیدیتهویه معادن زیرزمینی تحقیق در عملیات برنامهریزی ریاضی معدن رزمجای غربی
-1 مقدمه
در حالت کلی برای تعدیل شبکههای و تأمین خواستههای اصلی تهویه یعنی تأمین شدت جریان شاخهها به مقدار و جهت مورد نظر، راه حلهای متفاوتی وجود دارد. به بیان دیگر برای یک شبکه واحد، میتوان از درهای تنظیم کننده و بادبزنهای تقویتی در شاخه های مختلف استفاده کرد. واضح است که هرچقدر تعداد درهای تنظیم کننده و یا بادبزنها کمتر و در عین حال، توان مصرفی شبکه کمتر باشد، از نظر اقتصادی بهصرفهتر است. بدین ترتیب، تعدیل شبکههای تهویه را باید یک مسئله بهینهسازی محدود در نظر گرفت و در هر مورد، بهترین راه حل را برای آن یافت. برای بهینهسازی شبکههای تهویه،معمولاً از روش برنامهریزی غیرخطی استفاده میکنند. ب
اید توجه داشت که در بسیاری موارد بهویژه معادن ایران،صرفاً تأمین هوای لازم در شاخههای شبکه مورد توجه قرار میگیرد و جنبه اقتصادی آن کمتر مدنظر است، حالآنکه برای طراحی بهینه شبکه، یعنی بهگزینی موقعیت و مقاومت درهای تنظیم کننده و نیز محل و مشخصات بادبزنهای تقویتی، میتوان توان مصرفی را به حداقل رساند. در این مقاله، ابتدا کارهای پیشین مربوط به بهینهسازی تهویه معادن زیرزمینی مرور شده است. سپس، با استفاده از برنامهریزی ریاضی، بهترین محل نصب فن و درهای تنظیم کننده مشخص شده است.
-2 بهینهسازی سیستم تهویه معدن
در تهویه معدن سه نوع جریان هوا وجود دارد: طبیعی؛ کنترل شده؛ و نیمه کنترل شده. تهویه طبیعی زمانی اتفاق میافتد که جریان هوا در مسیرهای هوایی یک سیستم تهویه، مطابق با مقاومت آئرودینامیکی مسیرهای هوایی به خودی خود اعمال میشود. در تقسیم کنترل شده، مقدار مشخص شده از طریق هر مسیر هوا منتشر میشود. در تقسیم نیمه کنترل شده، شدت جریان در بعضی از راههای هوایی به مقدار مورد نظر ثابت میشود، در حالی که شدت جریان در سایر مسیرهای هوایی بهصورت طبیعی تقسیم میشود .[1] در تقسیم نیمه کنترلی، بهطور کلی، بهینهسازی جریان هوا در شبکههای تهویه معدنی به عنوان یک مدل کمینهسازی توصیف شده است، که هدف آن به حداقل رساندن تعداد دریچههای تنظیم کننده و مصرف انرژی تهویه است .[2]
در سالهای اخیر، بسیاری از محققان استفاده از روشهای ریاضی برای به حداقل رساندن مصرف برق شبکههای تهویه معدن را مورد بررسی قرار دادهاند. رویکردهای ریاضی این مطالعات شامل روش تحقیق در عملیات است. سه روش برای حل مسئله بهینهسازی جریان نیمه کنترل شده شناسایی شده است: - 1 - تکنیکهای برنامهنویسی خطی، از جمله روش ساده شبکهای، - 2 - تکنیکهای مسیر بحرانی، از جمله برنامههای روش مسیر بحرانی - CPM - ، و - 3 - ترکیبی از روش مسیر بحرانی و مجموعه عملیات برش - بهعنوان مثال، مجموعه از شاخهها که حذف آنها شبکه را به دو بخش تقسیم میکند. در جدول1، خلاصهای از تحقیقات پیشین مربوط به بهینهسازی تهویه معادن زیرزمینی آورده شده است.
-3 شبکه تهویه معدن
در شبکه تهویه معادن زیرزمینی کارگاهها و مسیر های هوا به وسیله خطوط - شاخهها - و نقاط ارتباطی به وسیله گرهها نشان داده میشوند. مانند شبکههای الکتریکی، شبکه تهویه معدن نیز باید از قانون جریان کیرشهف تبعیت کند: بر طبق این قانون شدت جریان ورودی هر گره با شدت جریان خروجی از آن برابر است. مدل ریاضی این مدل در زیر آورده شده است :[1]از طرفی، شبکه تهویه یک معدن باید قانون ولتاژ کیرشهف را بر آورده کند. بر طبق این قانون مجموع شدت جریان در یک گره باید برابر صفر شود. مدل ریاضی این مدل در زیر آورده شده است:
-4 مدلسازی ریاضی
هدف اصلی بهینهسازی، کاهش هزینههای تهویه و برآورده کردن قانون کیرشهف است. در شبکه با جریان کنترل شده، نحوه توزیع شدت جریان مشخص شده است. بنابراین، تابع هدف هزینههای کلی تهویه معدن به صورت نشان داده میشود:
