نگاهی به اسم او

در موضوع: استخراج معدن
تاثیر راستاى انتشار امواج بر اندازه سرعت ذره اى ناشى از امواج آتشبارى
   خلاصه مطالب:
     سرعت ذره ای امواج لرزه ای ناشى از انفجار در جهات گوناگون بخاطر عوامل متعددی متفاوت است. در بررسى تئوریکى علل اختلاف در میزان انتقال امواج مورد بررسى قرار گرفته است. عوامل متعددی در کاهش سرعت ذره ای موثرند. عواملى مانند تعداد درزه ها، فرکانس ناپیوستگى، کیفیت توده سنگ (RQD) و چگالى سنگهای مسیر عبور امواج در تغییر میزان انتشار و انعکاس امواج لرزه ای و کاهش میزان سرعت ذره ای موثرند]1[. مطالعات این تحقیق در منطقه رسوبى و لایه ای سد مسجد سلیمان انجام گرفته است. اندازه سرعت ذره ای در جهات گوناگون توسط ژئوفون 1500 UVS ثبت شده است. در این جهات خواص ناپیوستگیها و فاکتورهای ناپیوستگى با برداشتهای زمین شناسى و مطالعات آزمایشگاهى اندازه گیری شده اند. تاثیر عواملى مانند فرکانس ناپیوستگى (?) کیفیت توده سنگ (RQD) و فاصله داری درزه ها ( S) بر روی میزان انتقال امواج مورد مطالعه قرار گرفته است. با بررسى انجام شده نتیجه گیری شده است که هر سه عامل فوق تاثیر زیادی بر تغییرات سرعت ذره ای دارند، در میان سه عامل بررسى شده تعداد ناپیوستگى تاثیر به مراتب بیشتری بر سرعت ذره ای دارد.
   واژه هاى کلیدى: الاسیسیته، لرزش زمین ، سرعت ذره اى، موج، ناپیوستگى، ژئوفون.
  

    پیش گفتار:
     امواج لرزه ای به خاطر خاصیت الاسیسیته سنگها به وجود مى آیند.کر مقاومت دینامیکى سنگ
   از انرژی حاصل از انفجار بیشتر باشد باعث لرزش زمین و انتقال امواج ناشى از آتشباری مى شود، یعنى سنگها خرد نشده و شدت امواج کاهیده نمى شوند. لرزش زمین ممکن است سبب بروز خسارت به ساختمانهای سطحى یا زیر زمینى نظیر تونلها وآستربندی آنها شود.کر چه انفجار به عنوان یک روش ارزان قیمت برای حفاری در سنگ مطرح است، اما هزینه های ناشى از خسارت ممکن است این روش را ناکار آمدکند. روسهای متنوعى برای ارزیابى خسارت و کنترل آن ارائه شدند، اما روشهای ارزیابى خسارت بر مبنای پارامترهای لرزش به علت اینکه نسبتا ارزان و ساده هستند و در شرایط مختلف کارآرایى دارند، گسترش بیشتری یافته اند.برای معادن که در توده سنگها واقع هستند روش ارزیابى خسارت بر مبنای حدکثر سرعت ذرات توصیه میشود.
     متن اصلی:
     ارزیابى خسارت با استفا ده از سرعت ذره اى:
امواج لرزه ای ناشى از خواص الاستیک سنگها هستند. چنانچه به نقطه ای از سنگ نیرویى اثر کند که
از حد الاستیک سنگ تجاوز نکند، تغییر شکل اندکى در آن نقطه ایجاد مى گردد که به نقطه مجاور منتقل شده به همین ترتیب از اطراف آن نقطه به نقاط دیگر انتشار مى یابد. عوامل مختلفى بر لرزش ناشى از آتشکاری تاثیر مى گذارند که به دو دسته قابل کنترل و غیر قابل کنترل دسته بندی مى شوند(2). از عوامل قابل کنترل فاکتورهای طراحى آتشکاری مثل وزن خرج در تاخیر، خرج ویژه، نوع مواد منفجره و قطر چال و طول گل گذاری را نام برد. از عوامل غیر قابل کنترل مى توان به میزان شکستگیها، خلل و فرح سنگها و وضعیت لایه بندی، RQD، فاصله داری درزه ها و فرکانس نا پیوستگی اشاره کرد. سرعت ذره ای، شتاب فرکانس ارتعاشات و جابجایى ذرات پارامترهایى از امواج هستند، که مى توان هریک را به عنوان معیار برای ارزیابى خسارت بکار برد. هرگاه فرکانس امواج انفجاری بیشتر از 40 هرتز باشد، استفاده از سرعت ذره ای به عنوان معیار بررسى خسارت توصیه مى شود(13).
سرعت ارتعاش ذرات در محل نزدیک انفجار را مى توان از رابطه تجربى( 1 )بدست آورد(2).
 
(1)

که در آن:
سرعت موج ذره ای( میلى متر بر ثانیه ) V:
به ترتیب فاصله نقطه مورد نظر تا خرج( متر )و خرج در تاخیر(کیلوگرم) W,R:
ضرایب ثابت مربوط الگوی انفجار ?,? :
K: ضریب ثابت که به خواص زمین شناسى و ناپیوستگیها وابسته است. این ضریب برای مناطق گوناگون به خواص ناپیوستگیها و فاکتورهای ژئومکانیکى سنگهای مسیر عبور امواج وابسته است.

تاثیر خواص ناپیوستگى بر میزان انتقال امواج ذ ره اى
در جهات مختلف به علت تغییر شرایط زمین شناسى و عواملى مانند، تعداد ناپیوستگیها و کیفیت توده سنگ، زبری صفحات درزه ها، میزان انتقال امواج متغیر است(4).شکستگیها اغلب به شکل دسته درز ه هایى در پوسته زمین ظاهر مى شوند. با وجود شکستگیها در سنگ پارامترهای الاستیک سنگ و مقاومت برشى توده سنگ تغییر مى کند(5).اندازه پهنای شکستگیها، طول شکستگیهاو میزان باز شدگى شکستگیها در تغییر میزان انتقال امواج ذره ای موثر هستند. هنگامى که موج لرزه ای در شکستگیها حرکت مى کند، بخشى از انرژی آن منعکس مى شود و بقیه انرژی آن در طول شکستگى منتقل مى شود. هنگامى که طول شکستگى، میزان باز شدگى و مواد پر کننده به حد صفر برسد، محیط پیوسته از سنگ خواهیم داشت، انتقال محض خواهیم داشت و هیچ انعکاسى از امواج وجود ندارد(10).
در نزدیک شکستگیها در فاصله h پالس امواج لرزه ای مستقل از ابعاد شکستگیها خواهد بود و اختلاف در میزان امواج منتقل شونده بیشتر به خواص محیط سنگى بستگى دارد(15).
 
(2)

که در آن:
h: فاصله از شکستگیها( متر )
طول شکستگى( متر ) lf:
طول موج ?:
به طور کلى مى توان گفت، اختلاف سرعت ذره ای برای طول شکستگیهای مختلف در فرکانسهای پایین مشهود است] 15[. تعداد شکستگیها و فاصله داری شکستگیها بر میزان انتقال امواج لرزه ای تاثیر به سزایى دارد. هر چه تعداد شکستگیها در مسیری بیشتر باشد، بر میزان انتشار و انعکاس امواج لرزه ای تاثیر مى گذارد. میزان سرعت موج ذره ای رابطه معکوسى با تعداد درزه ها دارد]13[. میزان کاهش اندازه سرعت ذره ای با افزایش تعداد ناپوستگى به طول موج و فاصله داری شکستگیها وابسته است. همانطوریکه در شکل( 1 )نشان داده شده است، در وضعیتى که نسبت فاصله داری درزه ها به طول موج، از حد بحرانى( critical &#-3949;)کمتر باشد، میزان انتقال امواج به شدت کاهش مى یابد، اما برای تعداد درزه های مختلف این تغییرات به یک اندازه است در حالتى که نسبت فاصله داری درزه ها به طول موج، از حالت آستانه( critical &#-3949;) کمتر و از حد بحرانى بیشتر باشد، میزان تغییرات انتقال امواج با افزایش ناپیوشتگها با شدت کمتری کاهش مى یابد] 10[.
طبق نمودار شکل( 1 )در حالتى که نسبت فاصله داری از حد آستانه بیشتر شود، افزایش تعداد ناپیوستگى تاثیر زیادی در کاهش انتقال امواج لرزه ای دارد.
 
شکل 1- تغییرات اندازه سرعت ذره ای در برابر نسبت فاصله داری به طول موج تعداد درزه های مختلف (10)

زبری سطح درز ه ها در راستاهای مختلف متفاوت است. زبری سطح درزه ها (FRC) مربوط به
سنگ از 0 تا 4 متغیر است. FRC در حالت صاف برابر 0 و در حالت با زبری بالا 4 در نظر مى گیرند. با افزایش زبری سطح درزه ها به غلت جذب امواج لرزه ای و انعکاس امواج منتشر شده، اندازه سرعت موج ذره ای کاهش مى یابد. نتایج تحقیقات انجام شده در این زمینه نشان مى دهد، رابطه درجه دومى بین FRC و سرعت موج ذره ای وجود دارد. طبق نمودار شکل (2 )با افزایش زبری سطح د رزه ها در ابتدا سرعت ذره ای به کندی کاهش مى یابد ولى با بالا رفتن زبری سطح درزه ها اندازه سرعت موج ذره ای به تندی کاهش می یابد(14).
 
شکل 2- تغییراتاندازه سرعت ذره ای در برابر زبری سطح درزه ها (14)

محل تحقیق:
مجموعه نیروگاهى و مغار فاز توسعه سد مسجد سلیمان در مجاورت مجموعه نیروگاهى فاز( 1 ) در حال ساخت است. به علت مجاورت این سازه ها با هم، باید در هفگام حفاری دقت زیادی بکار برد. اففجارهای که برای احداث مجموعه نیروگاهى فاز توشعه انجام مى شود، در صورتى که احتیاطات لازم صورت نگیرد سبب بروز لرزش های شدید زمین خواهد شدو خسارت جبران ناپذیری را به تجهیزات نگهداری، ابزار دقیق و تاسیسات نصب شده در مغارهای فاز( 1 )وارد خواهد کرد. برای بررسى این موضوع، در مواقع انفجار در سازه های فاز توسعه اقدام به نصب ژئوفون در مکانهایى نظیر مغار اصلى و مغار ترانسفرمر فاز( 1) شدت میزان لرزش ناشى از انفجار در این مکانها بررسى گردد(19).
شکل3- راستای مطالعه شده در نیروگاه سد مسجد سلیمان را نشان مى دهد. خطوط سیاه پر رنگ راستای مقاطع مورد مطالعه مى باشد(19).
 
شکل 3- نمایی از نیروگاه فاز توسعه و فاز (1) و راستای مورد مطالعه (19)

مراحل تحقیق:
همانطوریکه قبلا اشاره شده است در جهات گوناگون به علت تغییر خواص ناپیوستگى، تغییر کیفیت توده سنگ و خواص درزه ها شرایط مقفاوتى برای انققال امواج به وجود مى آید. بدین مفظور اففجاراتى در قونیها فضاهای زیر زمینى سد مسجد سلیمان، انجام شده است. انفجارات برای خرج در تاخیر های متفاوت توسط ژئوفون UVS1500 ثبت شده است. سرعت ذره ای در فاصله 100 متری و 120 متری از مرکز خرج، برای خرج در تاخیرهای 10 کیلوگرمى و 15 کیلوگرمى در جهات و مقاطع مختلف ثبت و اندازه گیری شده است. ثبت سرعت ذره ای در 9 مقطع انجام شده است. هر مقطع از لایه های مختلف زمین شناسى که لیتولوژی آن اغلب کنگولومرا، ماسه سنگ، رس سنگ و سیلت مى باشد، تشکیل شده است. درزه نگاری و برداشت درزه ها ، مطالعات آزمایشگاهى برای سنگهای مختلف انجام شده است. با استفاده از نقشه های زمین شناسى و نقشه های مقاطع حفاری و پلانهای حفاری مقاطع مختلف رسم شده اند. طول لایه ها در مقاطع بدست آمده است.
پس از بررسى و مطالعات ژئومکانیکى سنگهای مقاطع عبور امواج آتشباری خواص ناپیوستگیها مانند تعداد ناپیوستگى (n) ، فرکانس ناپیوشتگى(?)، فاصله داری درزه هاS))وکیفیت قو ده سنگ (RQD) بدست آمده است. در جدول(19 )سرعت ذره ای ثبت شده توسط ژئوفون در نیروگاه مسجد سلیمان در فاصله 100 متری و 120 متری برای خرج در تاخیر 10 و15 کیلوگرم، برای 9 مقطع آمده است:
 
جدول 1- سرعت ذره ای ثبت شده در مقاطع مختلف برای خرج در تاخیر 15 و 10 کیلوگرم با فاصله 120 و 100 متری خرج

در جدول(2 )نتایج و مشخصات ژئومکانیکى سنگهای مقطعهای زمین شناسى عبور امواج آمده است:
 
جدول 2- خواص ژئومکانیکیسنگهای مقاطع زمین شناسی عبور امواج

در مراحل بعد میزان تاثیر هر یک از فاکتورهای ناپیوستگى در راستای انتشار بر روی سرعت ذره SI مورد تحلیل قرار گرفته است.

تاثیر RQD بر میزان سرعت ذره ای
یکى از فاکتورهای متغیر در راستاهای مختلف کیفیت توده سنگ مى باشد، با تغییر کیفیت توده سنگ در جهات مختلف سرعت موج ذره ای حاصل آتشباری تغییر مى کند. با استفاده از داده های ثبت شده در جهت برای فواصل 100 و 120 متری خرج، با خرج در تاخیرهای 10 و 15 کیلوگرم، نمودار تغییرات سرعت ذره ای در برابر RQD رسم شده است.

شکل 4- تغییرات سرعت ذره ای در برابر RQD برای خرج در تاخیر 10 کیلو گرمی در فاصله 100 متری خرج .

 
شکل 5- نمودار تغییرات سرعت تغییرات سرعت ذره ای در برابر RQD برای خرج در تاخیر 15 کیلو گرمی در فاصله 120 متری خرج .

تاثیر فاصله درزه ها بر سرعت موج ذ ره اى
یکى از عوامل موثر بر اندازه سرعت موج ذره ای در جهات گوناگون، تغییر اندازه فاصله داری درزه ها مى باشد. با استفاده از اطلاعات حاصل از انفجارات در 9 راستا برای خرج در تاخیرهای 10 و 15 کیلوگرمى در فواصل 100 و 120 متری نمودار بین S و سرعت ذره ای رسم شده است، شکل(6 و7) نمودار مربوط به فاصله داری درز ه ها و سرعت ذره ای را نشان مى دهد:
 
شکل 6- نمودار تغییرات سرعت تغییرات سرعت ذره ای در برابر فاصله داری ، برای خرج در تاخیر های10 کیلو گرمی در فاصله 120 متری خرج .

 
شکل 7- نمودار تغییرات سرعت تغییرات سرعت ذره ای در برابر فاصله داری ، برای خرج در تاخیر 15 کیلو گرمی در فاصله 120 متری خرج .

تاثیر تعداد ناپیوستگیها در واحد متر بر سرعت ذ ره اى
یکى از مهمترین عوامل متغیر در جهات مختلف تغییر در تعداد ناپیوستگیهاست. در جهات مختلف تعداد ناپیوستگیها تغییر مى کند و انتشار و انعکاس امواج تغییر مى کند و باعث تغییر در اندازه سرعت ذره ای مى شود. با استفاده از اطلاعات حاصل از انفجارات برای خرج در تاخیرهای 10 و15 کیلوگرم در فواصل 100 و 120 متری، نمودار بین سرعت ذره ای در برابر تعداد ناپیوستگیها در واحد متر رسم شده است که در اشکال(8 و 9) نشان داده شده است:
 
شکل 8- نمودار تغییرات سرعت تغییرات سرعت ذره ای در برابر تعداد ناپیوستگیها برای خرج در تاخیر 10 کیلو گرمی در فاصله 100 متری خرج.

 
شکل 9- نمودار تغییرات سرعت تغییرات سرعت ذره ای در برابر ناپیوستگی در متر برای خرج در تاخیر 15 کیلو گرمی در فاصله 120 متری خرج

با توجه به نمودارهای 8و9 مى توان نتیجه گرفت، رابطه خطى معکوس بین تعداد ناپیوستگیها در واحد متر سرعت موج ذره ای وجود دارد. در کمترین مقدار n، زمانى که فقط یک ناپیوستگى داریم، یعنى در راستای موازی لایه بندی بیشترین مقدار سرعت ذره ای ثبت شده است. با افزایش تعداد ناپیوستگیها در هر مقطع سرعت ذره ای ثبت شده کاهش مى یابد. رابطه رگرسیونى بین تعداد ناپیوشتگیها در واحد متر و سرعت ذره ای طبق فرمول 3 است:
 
(3)

که درآن:V: سرعت برحسب متربرثانیه n: تعدادناپیوستگیهادرمتر
- نمودارهای 4 و5 نشان مى دهند که بین کیفیت توده سنگ و سرعت ذره ای یک رابطه غیر
خطى وجود دارد،
- همانطوریکه در نمودار نشان داده شده است در ابتدا نمودار با شیب بیشتری تغییر مى کند ولى سپس شیب نمودار کاهش مى یابد. در RQD پایین با کمترین افزایش، سرعت ذره ای با شتاب بیشتر بالا مى رود. در RQD بالا با ا فزایش آن سرعت ذره ای با شتاب خیلی کمتری افزایش مى یابد مى توان گفت در RQD بالاتر سرعت ذره ای به حا!ت ثابت مى رسد. رابطه رگرسیونى بین RQDو سرعت ذره ای طبق فرمول 4 ارائه مى شود:
 
(4)

که در آن: V سرعت ذره ای بر حسب متر بر ثانیه RQD:کیفیت توده سنگ
- نمودارهای 6 و 7 نشان مى دهد که یک رابطه غیر خطى و لگاریتمى بین سرعت ذره ای و فاصله داری درزه ها وجود دارد. از روی نمودارها مى توان فهمید که با افزایش فاصله دار درزه ها سرعت ذره ای افزایش مى یابد. نمودارها نشان مى دهدکه در فاصله داری کمتر با افزایش فاصله داری سرعت ذره ای به میزان بیشتری بالا مى رود ولى برای فاصله داری بالاتر شیب تغییرات سرعت ذره ای کاهش مى یابد. در فاصله داری بزرگتر به خاطر کاهش در انعکاس و تداخل امواج سرعت ذره ای افزایش مى یابد. رابطه رگرسیونى بین سرعت ذره ای و فاصله داری (S) طبق فرمول ارائه مى شود:
 
(5)

که در آن: V سرعت ذره ای بر حسب متر بر ثانیه S: فاصله داری د رزه ها بر حسب متر
با بررسى 6 نمودار فوق، هر چند هر سه فاکتور با ضریب همبستگى بالا نقش فراوانى در تغییرات سرعت ذره ای دارند، از آنجایى که تغییرات سرعت ذره ای با تعداد ناپیوستگیها دارای ضریب همبستگى بالاتری هستند، مى توان نتیجه گرفت تعداد ناپیوستگیها بیشترین تاثیر را بر سرعت ذره ای دارد.

در موضوع: استخراج معدن
پیش بینى ضریب بهره ورى TBMهاى باز
   خلاصه مطالب:
     در این مقاله ابتدا برخى از روش های پیش بینى ضریب بهره وری مرور شده است. سپس ضمن بررسى ساختار بانک اطلاعاتى استفاده شده جهت پیش بینى ضریب بهره وری، پارامترهای موثر بر ضریب بهره وری معرفى گردیده است. با استفاده از تحلیل آماری دو متغیره و دسته بندی داده ها، معادلاتى برای تعیین ضریب بهره وری بر مبنای یک پارامتر در شرایطى خاص ارائه شده است. در ادامه با بهره گیری از تحلیل T ماری چند متغیره پارامترهای موثر بر ضریب بهره وری بررسى شده و معادلاتى جهت تعیین ضریب بهره وری بر مبنای پنج پارامتر موثر بر ضریب بهره وری ارائه شده و با استفاده از این معادلات تاثیر برخى از پارامترهای موثژ بر ضریب بهره وری در قالب نمودارهایى مورد بررسى قرار گرفته است.
   واژه هاى کلیدى: ضریب بهره ورى، TBM هاى باز، تحلیل آمارى
  
   پیش گفتار:
     کاربرد ماشین های حفر تونل(Tunnel Boring Machine) به صورت روشى استاندارد در صنعت تونل سازی، برای حفر تونل های طولالى مورد توجه قرار گرفته است. استفاده موفقیت آمیز از این ماشین آلات در پروژه های مختلف موجب توسعه کاربری آنها و کسب تجربه های زیادی در این زمینه در نقاط مختلف دنیا شده است. انتخاب روش مناسب تونل سازی و در نتیجه انتخاب ماشین آلات متناسب با این روسها منوط به امکان برآورد سرعت حفاری این ماشین آلات است. بدیهى است که در حفاری مکانیزه، ضریب بهره وری (Utilization) ماشین زمان تکمیل پروژه و به تبع آن هزینه را تحت تاثیر قرار مى دهد و نقش اساسى در انتخاب یا عدم انتخاب حفر مکانیزه به عنوان روش حفر ایفاء مى کند. لذا پیش بینى ضریب بهره وری بخش مهمى از هر پروژه حفر مکانیزه است. این ضریب به صورت نسبت زمان حفر ماشین به کل زمان در اختیار بودن ماشین برای حفر یا عملیات روزانه تعریف مى شود و تابعى از شرایط زمین، نوع ماشین، تاسیسات پشتیبانى، مدیریت پروژه و در نهایت تجربه پرسنل اجرایى آن است. نرخ پیش روی روزانه (Advance Rate) از حاصل ضرب نرخ نفوذ (Rate Of Penetration) در ضریب بهره وری محاسبه مى شود. نرخ نفوذ یا نرخ پیش روی آنى ماشین تابع ابعاد هندسى تونل، ویژگى های سنگ و پارامترهای ماشین مى باشد.

   متن اصلی:
     2- مطالعات انجام شده در این زمینه
تاکنون تلاش های زیادی برای گسترش روسهای پیش بینى ضریب بهره وری و نرخ پیشروی صورت گرفته و روش های گوناگونى توسط کشورها و شرکت های مختلف سازنده TBM ارائه شده است. در حالت کلى مى توان روسهای ارائه شده را به دو گروه روشهای کاملا تجربى و روشهای تئوری/ تجربى تقسیم کرد. گروه اول بر مبنای داده های جمع آوری شده از زمین و استفاده از تحلیل رگرسیون میان پارامترهای ماشین، خواص سنگ و نرخ نفوذ حاصل شده اند. روش (Norwegian Institute Technology) NTH یک نمونه از این روشها است. گروه دیگر بر جزئیات فرایند برش در سنگ، تحلیل نظری فرایند شکست سنگ با ابزار مکانیکى و نیروهای وارد بر هر دیسک به منظور دستیابى به یک نرخ نفوذ مشخص متمرکز شده اند. روش (Colorado School of Mine) CSM در این گروه قرار مى گیرد ] 1[.

2-1- روش CSM
این مدل را انسیتو مهندسى حفاری معدن کلرادو جهت پیش بینى ضریب بهره وری TBM بر مبنای 20 سال مطالعات تئوریک، آزمون های آزمایشگاهى و ارزیابى داده های حاصل از برداشت های صحرایى ارائه کرده است. فلسفه این روش تعیین نیروهای وارد بر دیسک (Disc Cutter) برای یک مقدار معین نفوذ و متعاقبا تعیین نیروی پیشروی (Thrust)، گشتاور و توان لازم برای کله حفار(Cutter Head) بر مبنای این نیروها است مقادیر تخمین زده شده با نیروی پیشروی و توان ماشین موجود مقایسه شده و حدکثر نرخ نفوذ قابل دستیابى برای ماشین با مشخصات فنى خاص در زمین با مقاومت معین محاسبه مى شود. نرخ نفوذ محاسبه شده با توجه به فراونى درزه ها و تاخیرهای ناشى از تعویض دیسک ها، جلو راندن ماشین، جریان آب زیرزمینى، خدمات رسانى، حمل مواد حاصل از حفاری، تعمیرات، نقشه برداری و نگهداری تونل و تاخیرات نیروی انسانى مانند تاخیر ناشى از تعویض شیفت و زمان نهار، اصلاح شده و نرخ پیشروی و ضریب بهره وری محاسبه مى شود ]2[.
2- 2- روش NTH
در این روش پارامترهای نیروی نفوذ هر دیسک، سرعت چرخش کله حفار، فاصله داری دیسک ها، توان ماشین، شاخص عمر دیسک (Cutter Life Index) ، شاخص نرخ حفاری (Drilling Rate Index) درزه ها و شکستگى ها منظور مى شود. شاخص نرخ حفاری و شاخص عمر دیسک با استفاده از آزمون های سایش (Abrasive Value) ، سیورز (Sievers"J Value) و تردی (Brittleness) و روابط مربوطه به دست مى آیند. نرخ نفوذ، با توجه به شاخص نرخ حفاری، نیروی نفوذ هر دیسک، قطر دیسک، فاصله میان دیسک ها و درزه های توده سنگ محاسبه شده و سپس با توجه به تعداد دیسک های تعویض شده، زمان جلوراندن ماشین، تاخیرات ناشى از خرابى ماشین، زمان مورد نیاز جهت تعمیرات سیستم پشتیبانى و تاخیرات متفرقه تعدیل شده و نرخ پیشروی و ضریب بهره وری محاسبه مى شود ]2[.

3- ایجاد بانک اطلاعاتى
پیش بینى ضریب بهره وری بر اساس بانک اطلاعاتى که از تلفیق مطالعات موردی جمع آوری شده توسط نلسون]3[ و نگارندگان به دست آمده، انجام شده است. تعداد اعضای بانک اطلاعاتى 202 عدد مى باشد. پارامترهایى که در پیش بینى ضریب بهره وری بررسى شده اند عبارت اند از:
قطر تونل، مقاومت فشاری تک محوره، نوع سنگ، درصد کوارتز، میزان تغییرات شرایط زمین شناسى، RQD ، قطر دیسک و نیروی نفوذ و غلتشى هر دیسک در بانک اطلاعاتى قطر تونل بر حسب متر، مقاومت فشاری تک محوره بر حسب مگاپاسگال، قطر دیسک بر حسب اینچ و نیروی نفوذ و غلتشى هر دیسک بر حسب کیلونیوتن ثبت شده و نوع سنگ، درصد کوارتز، RQD و تغییرات زمین شناسى مطابق جداول 1 و دسته بندی و کدگذاری شده است.
 
جدول1_دسته بندی و کدگذاری نوع سنگ در بانک اطلاعاتی {4}

 
جدول2_دسته بندی و کدگذاری RQD در صد کوارتز و تغییرات زمین شناسی {4}

4- پیش بینى ضریب بهره ورى
پیش بینى ضریب بهره وری بر اساس تحلیل آماری بانک اطلاعاتى انجام شده است. تحلیل آماری طى دو مرحله انجام شده که در ادامه شرح داده مى شود.
4- 1- مرحله اول: تحلیل آمارى
در این مرحله، تغییرات ضریب بهره وری در مقابل تغییرات هر یک از پارامترهای قطر تونل، مقاومت فشاری تک محوره، نوع سنگ، درصد کوارتز، میزان تغییرات شرایط زمین شناسى، RQD، قطر دیسک و نیروی نفوذ هر دیسک بررسى شده است. همبستگى میان هر یک از پارامترهای مذکور و ضریب بهره وری بسیار ضعیف بود، لذا به منظور افزایش ضریب همبستگى دامنه تغییرات هر یک از پارامترها توسط یکى دیگر از پارامترهای موثر بر ضریب بهره وری محدود شد که در برخى از موارد منجر به دستیابى به نتایج خوبى گردید. به عنوان مثال ضریب بهروری در مقابل قطر تونل برای سنگ های با مقاومت فشاری 60-70 و 110-120 مگاپاسگال در شکلهای 1 و 2 نمایش داده شده است. همانگونه که ملاحظه مى شود، ضریب بهره وری با افزایش قطر تونل ابتدا افزایش و سپس کاهش مى یابد. علت افزایش ضریب بهره وری با افزایش قطر تونل مى تواند سهولت در خدمات رسانى با افزایش قطر تونل باشد. ضریب بهره وری در مقابل مقاومت فشاری تک محوره برای تونل های با قطر 5-6 متر در شکل 3 نمایش داده شده است. همانطور که ملاحظه مى شود با افزایش مقاومت فشاری ضریب بهره وری افزایش و سپس کاهش مى یابد. علت افزایش ضریب بهره وری مى تواند، کاهش مشکلات ناشى از نگهداری تونل با افزایش مقاومت فشاری و علت کاهش آن در سنگ های با مقاومت فشاری بالا مى تواند ناشى از زمان تاخیر تعویض دیسک ها باشد. در شکل 4 ضریب بهره وری در مقابل تغییرات شرایط زمین شناسى برای تونل های با قطر 6-8 متر نشان داده شده است. همانگونه که ملاحظه مى شود با افزایش میزان تغییرات شرایط زمین شناسى ضریب بهره وری کاهش مى یابد.
 
شکل1_ضریب بهره وری در مقابل قطر تونل برای سنگ های با مقاومت فشاری 60_70 مگاپاسگال {4}

 
شکل 2_ضریب بهره وری در مقابل قطر تونل برای سنگهای با مقاومت فشاری 120_110 مگاپاسگال {4}

 
شکل 3_ضریب بهره وری در مقابل مقاومت فشاری تک محوره برای تونل های با قطر 6_5 متر{4}

 
شکل4_ ضریب بهره وری در مقابل تغییرات شرایط زمین شناسی برای تونل های با قطر 6_8 متر {4}

4-2- مرحله دوم: تحلیل آمارى چندمتغیره
پارامترهایى که در این تحلیل بررسى شده اند عبارتند از:
قطر تونل، نوع سنگ، مقاومت فشاری، درصد کوارتز، تغییرات شرایط زمین شناسى، نیروی نفوذ هر دیسک، قطر دیسک، نیروی غلتشى هر دیسک و RQD،
ترکیب های مختلف 9،8، 7، 6، 5 ، 4 و 3 پارامتری از پارامترهای مذکور توسط معادلات چندجمله ای، نمایى و لگاریتمى]4[ مورد ارزیابى قرار گرفته است. بر اساس تحلیل آماری انجام شده ضریب همبستگى تا مدل های پنج پارامتری روند افزایشى داشته و بعد از آن کاهش مى یابد. علت این موضوع مى تواند ارتباط متقابل میان پارامترها یا عدم کفایت داده های بانک اطلاعاتى برای محاسبه دقیق تر ضرایب معادلات 6 ، 7 ، 8 و 9 پارامتری باشد. در مدل های با چهار پارامتر و کمتر حذف پارامترهای موثر بر ضریب بهره وری مى تواند باعث افت ضریب همبستگى شده باشد. در ادامه دو مدل پنج پارامتری که توانسته اند بالاترین ضرایب همبستگى را کسب کنند، بررسى شده است.

4-2-1- مدل اول
پارامترهای ورودی این مدل عبارت اند از:
قطر تونل، تغییرات شرایط زمین شناسى، درصد کوارتز، نوع سنگ و مقاومت فشاری تک محوره
برای سادگى نمایش معادله حاصل از تحلیل آماری هر کدام از پارامترها با اندیس های زیر جایگزین شده است.
D: قطر تونل، R: نوع سنگ، Cمقاومت فشاری تک محوره، Q درصد کوارتز، G تغییرات شرایط زمین شناسى و U: ضریب بهره وری معادله حاصل از تحلیل آماری به شکل زیر است.
 
(1)

برای بررسى مدل ارائه شده پارامترهای مقاومت فشاری تک محوره، تغییرات شرایط زمین شناسى، قطر تونل و درصد کوارتز در مقابل ضریب بهره وری رسم شده و در ارتباط با روند تغییرات ضریب بهره وری بحث شده است.

مقاومت فشارى تک محوره
تغییرات ضریب بهره وری در مقابل مقاومت فشاری تک محوره برای انواع سنگ ها در شکل 5 نمایش داده شده است. برای رسم این نمودار تغییرات شرایط زمین شناسى یکنواخت، قطر تونل7/4 متر( متوسط مطابق بانک اطلاعاتى )و درصد کوارتز 20-0 درصد منظور شده است. همانگونه که ملاحظه مى شود در تمام گروه سنگ ها ( به جزء گروه 2 )ضریب بهره وری با افزایش مقاومت فشاری تا 80 مگاپاسگال افزایش و بعد از آن تقریبا ثابت مانده است.

تغییرات زمین شناسى
ضریب بهره وری در مقابل تغییرات شرایط زمین شناسى برای انواع سنگ ها در شکل 6 نمایش داده شده است. برای رسم این نمودار مقاومت فشاری تک محوره 100 مگاپاسگال، قطر تونل 7/4 متر و درصد کوارتز 20-0 درصد منظور شده است. همانگونه که ملاحظه مى شود در تمام گروه سنگ ها تغییرات ضریب بهروری با تغییر شرایط زمین شناسى از حالت یکنواخت به متغیر ناچیز بوده ولى زمانى که شرایط زمین شناسى خیلى متغیر باشد ضریب بهره وری به طور ناگهانى افت مى کند.
 
شکل5_ضریب بهره وری در مقابل مقاومت فشاری تک محوره {4}

 
شکل6_ضریب بهره وری در مقابل تغییرات شرایط زمین ناسی {4}

قطر تونل
ضریب بهره وری در مقابل قطر تونل برای انواع سنگ ها در شکل 7 نمایش داده شده است. برای رسم این نمودار مقاومت فشاری تک محوره 100 مگاپاسگال، تغییرات شرایط زمین شناسى یکنواخت و درصد کوارتز 20-0 درصد منظور شده است. همانگونه که ملاحظه مى شود با افزایش قطر تونل ضریب بهره وری تا قطر 6 متر افزایش یافته و بعد از آن تقریبا ثابت باقى مانده است. علت افزایش ضریب بهره وری مى تواند سهولت در خدمات رسانى، ترابری، تهویه، تعویض دیسک ها و امکان سروش ماشین و تاسیسات پشتیبانى با ابزارهای بزرگتر و قوی تر با افزایش قطر تونل باشد.

درصد کوارتز
ضریب بهره وری در مقابل درصد کوارتز برای انواع سنگ ها در شکل 8 نمایش داده شده است. برای رسم این نمودار مقاومت فشاری تک محوره 100 مگاپاسگال، تغییرات شرایط زمین شناسى یکنواخت و قطر تونل 7/4 متر منظور شده است. همانگونه که ملاحظه مى شود افزایش درصد کوارتز تا 50 درصد بر ضریب بهره وری تاثیر نمى گذارد ولى زمانى که از 50 درصد تجاوز مى کند به سرعت باعث افت ضریب بهره وری مى شود.
 
شکل7_ضریب بهره وری در مقابل قطر تونل {4}

 
شکل8_ضریب بهره وری در مقابل درصد کوارتز {4}

4-2-2 مدل دوم
پارامترهای ورودی این مدل عبارت اند از:
قطر تونل، تغییرات شرایط زمین شناسى، درصد کوارتز، نوع سنگ و نیروی نفوذ هر دیسک
برای سادگى نمایش معادله حاصل از تحلیل آماری هر کدام از پارامترها با اندیس های زیر جایگزین شده است.
D: قطر تونل، R: نوع سنگ، Q درصد کوارتز، G تغییرات شرایط زمین شناسى،T: نیروی نفوذ هر دیسک و U: ضریب بهره وری
معادله حاصل از تحلیل آماری به صورت زیر است.
 
(2)

ضریب بهره وری در مقابل قطر تونل برای شرایط زمین شناسى متغیر و خیلى متغیر( با استفاده از معادله فوق )در شکل 9 نمایش داده شده است.
 
شکل9_ضریب بهره وری در مقابل قطر تونل برای شرایط زمین شناسی متغیر و خیلی متغیر {4}

برای رسم نمودار نمایش داده شده در شکل 9، نیروی نفوذ هر دیسک 200 کیلونیوتن، درصد کوارتز 20-0 درصد و نوع سنگ، گروه 1 منظور شده است. همانگونه که ملاحظه مى شود در شرایط زمین شناسى متغیر و خیلى متغیر با افزایش قطر تونل ضریب بهره وری کاهش مى یابد و روند کاهش ضریب بهره وری در شرایط زمین شناسى خیلى متغیر سریعتر است. علت کاهش ضریب بهره وری مى تواند افزایش مشکلات ناشى از نگهداری تونل در شرایط زمین شناسى متغیر و خیلى متغیر باشد.

   نتیجه گیری:
     در تحلیل آماری دو متغیره به منظور افزایش همبستگى میان ضریب بهره وری و هر یک از پارامترهای موثر بر ضریب بهره وری داده های بانک اطلاعاتى دسته بندی شلحد، نتایج حاصل از دسته بندی داده ها به شرح زیر است.
   1 ) در سنگ های با مقاومت فشاری 60-70 و 110-120 مگاپاسگال ضریب بهره وری با افزایش قطر تونل تا 5-6 متر افزایش مى یابد. ضریب همبستگى میان داده ها خوب بوده و مى توان از رابطه حاصل از تحلیل رگرسیون برای برآورد ضریب بهره وری در این شرایط استفاده کرد.
   2 )ضریب بهره وری برای تونل های با قطر 5-6 متر با افزایش مقاومت فشاری تا 100 مگاپاسگال افزایش و بعد از آن کاهش مى یابد. با افزایش مقاومت فشاری تک محوره مشکلات ناشى از نگهداری تونل کم شده و ضریب بهره وری افزایش مى یابد. در مقاومت فشاری بیش از 100 مگاپاسگال تعویض دیسک ها مى تواند باعث کاهش ضریب بهره وری شده باشد.
   نتایج حاصل از تحلیل آماری چندمتغیره به شرح زیر است.
   3) با افزایش مقاومت فشاری تا 80 مگاپاسگال ضریب بهره وری افزایش و بعد از تقریبأ ثابت باقى مى ماند.
   4 )تغییرات ضریب بهروری با تغییر شرایط زمین شناسى از حالت یکنواخت به متغیر ناچیز بوده ولى زمانى که شرایط زمین شناسى خیلى متغیر باشد ضریب بهره وری به طور ناگهانى افت مى کند.
   5 )ضریب بهره وری با افزایش قطر تونل تاء متر افزایش یافته و بعد از آن تقریبا ثابت باقى مانده است. علت افزایش ضریب بهره وری مى تواند سهولت در خدمات رسانى، ترابری، تهویه، تعویض دیسک ها و امکان سرویس ماشین و تاسیسات پشتیبانى با ابزارهای بزرگتر و قوی تر با افزایش قطر تونل باشد.
   6 )تاثیر افزایش درصد کوارتز تا 50 درصد بر ضریب بهره وری ناچیز است ولى زمانى که از 50 درصد تجاوز مى کند به سرعت باعث افت ضریب بهره وری مى شود.
   7) در شرایط زمین شناسى متغیر و خیلى متغیر با افزایش قطر تونل ضریب بهره وری کاهش مى یابد و روند کاهش ضریب بهره وری در شرایط زمین شناسى خیلى متغیر سریعتر است.

در موضوع: استخراج معدن
پیش بینى نرخ نفوذ TBM با استفاده از شبکه عصبى
   خلاصه مطالب:
     در این مقاله ابتدا برخى از روش های پیش بینى نرخ نفوذ TBM مرور شده و سپس نرخ ففوذ با منظور کردن پارامترهای نوع سنگ، درصد کوارتز، مقاومت فشاری تک محوره، قطر دیسک، نیروی نفوذ هر دیسک و RQD با استفاده از شبکه عصبى پیش بینى شده است. با حذف RQD و درصد کوارتز پارامترهای ورودی، حساسیت شبکه نسبت به حذف این پارامترها مورد بررسى قرار گرفته است. مقایسه نتایج شبکه عصبى با مدل تجربى گراهام، توانایى شبکه عصبى در پیش بینى نرخ نفوذ و پیش بینى نرخ نفوذ TBM تونل گاوشان با اسقفاده از شبکه عصبى و مدل گراهام بخش های پایان این تحقیق را تشکیل مى دهد.
   واژه هاى کلیدى: TBM، نرخ نفوذ، شبکه عصبى، تونل گاوشان
  
   پیش گفتار:
     استفاده روزافزون از حمل و نقل زمینى و لزوم احداث مسیرهای جدید و تونل های طولالى منجر به پیدایش و گسترش TBMاز اوایل قرن نوزدهم شد. على رغم سرمایه گذاری اولیه زیاد، سرعت و کیفیت بالای حفار این ماشین ها آن را قابل رقابت با روسهای حفاری سنتى کرده است. یکى از فاکتورهای مهم موثرکه بر سرعت حفاری یا نرخ پیشروی TBM (Advance Rate) تاثیر مى گذارد، نرخ نفوذ (Rate Of Penetration) آن است. نرخ نفوذ برابر با نرخ پیشروی آنى ماشین است و معمولأ بر حسب میلى متر بر دور تاج حفار(Cutter Head) بیان مى شود. نرخ نفوذ TBM به صورت معمول با توجه به خواص سنگ، مشخصات ماشین و ابزار برش تخمین زده مى شود. البته فاصله، جهت و شرایط درزه ها نیز بر نرخ نفوذ تاثیر مى گذارد که مقدار کمى این اثر در تعدادی از روشها، از جمله روش انستیتو تکنولوژی نروژ (NTH) لحاظ شده است. در ادامه به تعدادی از روش های تخمین نرخ نفوذ که تا کنون ارائه شده، اشاره مى شود.

   متن اصلی:
     2) مطالعات انجام شده در این زمینه
تارکى (Tarkoy) در سال 1973 مدلى را برای پیش بینى نرخ نفوذ بر مبنای سختى کل سنگ (Total Hardness)، پیشنهاد کرد که در آن سختى کل سنگ با استفاد ه از بازگشت چکش اشمیت و سختى سایشى سنگ محاسبه مى شد. بزرگترین عیب مدل تارکى عدم لحاظ ویژگیهای ماشین و توده سنگ در برآورد نرخ نفوذ بود. رابطه تارکى( 1 )در شرایطى که سختى کل بین 2 تا 242 و نرخ نفوذ 076/0- 716/3 متر بر ساعت باشد، صادق است.]1[
 
(1)

که HT سختى کل، HR سختى چکش اشمیت،HA سختى سایشى و P نرخ نفوذ بر حسب متر بر ساعت است.
گراهام(Graham) در سال 1976 برای سنگ هایى که مقاومت فشاری آنها در دامنه 140- 200 مگاپاسگال مى باشد، رابطه( 2 )را برای تخمین نرخ نفوذ ارائه کرد. ]2[
 
(2)

در این رابطه P نرخ نفوذ بر حسب میلى متر بر دور تاج حفار، UCS مقاومت فشاری تک محوره بر حسب کیلوپاسگال و Fn نیروی نفوذ هر دیسک بر حسب کیلونیوتن است.
فارمر و گلولسپ (Farmer and Glossop) در سال 1980 رابطه (3) را برای تخمین نرخ نفوذ در سنگهای رسوبى ارائه کردند.
 
(3)

که P نرخ نفوذ بر حسب میلى متر بر دور تاج حفار، مقاومت کششى برزیلى بر حسب مگاپاسگال وFn نیروی نفوذ هر دیسک بر حسب کیلونیوتن است.
کاسینلى (Cassinelli) در سال 1982با استفاده از رده بندی RSR نرخ نفوذ را برحسب متر بر ساعت به صورت زیر تعیین کرد.
 
(4)

لیزلرود (Lislerud) در سال 1983 بر مبنای حفاری های انجام شده در سنگهای شیل، آهک، کنیس و بازالت رابطه(5) را برای اصلاح نرخ نفوذ با توجه به امتداد ناپیوستگى ها ارائه کرد.] 5[
 
(5)

که ib نرخ نفوذ پایه، Ks، ضریب اصلاح برای کلاس درزه ها و زاویه میان محور تونل و امتداد درزه ها وKd ضریب اصلاح برای قطر دیسک است.
بامفورد (Bamford) در سال 1984 نرخ نفوذ را به صورت تابعى از سختى چکش اشمیت، نیروی محوری ماشین(Thrust)، شاخص نفوذ مخروطى (Cone Indentor Index)و زاویه اصطکاک داخلى به صورت زیر تخمین زد.]6[
 
(6)

که P نرخ نفوذ بر حسب متر بر ساعت، S سختى چکش اشمیت،T نیروی محوری ماشین بر حسب تن،N شاخص نفوذ مخروطى بر حسب نیوتن بر میلى متر و زاویه اصطکاک داخلى بر حسب درجه است.

3 ) مبانى شبکه عصبى
شبکه های عصبى مصنوعى با الهام از ساختار مغز و عملکرد موازی آن به وجود آمده اند و تا به حال نتایج شگفت آوری به دنبال داشته اند. شبکه عصبى یک سیستم پویا و غیرخطى است که از تعداد زیادی واحد پردازش (Neuron) و اتصالات بین واحدهای پردازش تشکیل مى شود. شبکه عصبى برای حل مسائل سه مرحله را طى مى کند: الف: آموزش (Training)، ب: ارزیابى (Validation) ، ج: اجرا (operation) . آموزش فرایندی است که طى آن شبکه مى آموزد تا الگوی موجود در ورودی ها را به صورت مجموعه داده های آموزشى است )بشناسد. برای این منظور هر شبکه عصبى از مجموعه ای از قوانین یادگیری که نحوه یادگیری را تعریف مى کنند استفاده مى کند. تعمیم، توانایى شبکه است برای ارائه جواب قابل قبول در قبال ورودی هایى که در مجموعه آموزشى نبوده اند. استفاده از شبکه برای انجام عملکردی که به آن منظور طراحى شده است را اجرا مى گویند. شبکه های عصبى از یک سری واحدهای ساختمانى اولیه تشکیل مى شوند. این واحدهای ساختمانى را سلول عصبى، واحد پردازش (Processmg Unit) یا گره مى نامند. هر سلول عصبى دارای چندین ورودی است. بدنه سلول عصبى از دو بخش تشکیل شده است. تابع ترکیب در اولین بخش قرار دارد. وظیفه تابع ترکیب این است که تمام ورودیها را ترکیب و یک عدد تولید کند. بخش دوم سلول عصبى تابع انتقال نام دارد. تابع انتقال مقدار تابع ترکیب را به خروجى سلول تبدیل مى کند. تابع انتقال را تابع تحریک نیز مى نامند.
شبکه های عصبى ساختار لایه ای دارند. اولین لایه، لایه ورودی است و لایه آخر لایه خروجى است. داده ها در سلول های لایه ورودی جای مى گیرند. لایه ورودی کار خاصى انجام نمى دهد و صرفا داده های ورودی را در قسمت خروجى خود کپى مى کند. به جز لایه ورودی تمام لایه های دیگر شبکه عصبى در کار پردازش شرکت مى کنند و در نهایت خروجى به دست مى آید. لایه های بین لایه ورودی و لایه خروجى را لایه های داخلى یا پنهان (Hidden Layers) مى نامند. اگر شبکه دارای m گره در لایه ورودی، n1 گره در لایه پنهان اول، n2 گره در لایه پنهان دوم و p گره در لایه خروجى باشد، آن را به صورت mn1n2p نشان مى دهند. شبکه استفاده شده در این مطالعه از نوع تغذیه پیشرو است، بدین معنى که تنها یک جریان یک طرفه از لایه ورودی به سمت لایه خروجى موجود است و هیچ مسیر برگشتى وجود ندارد. این نوع شبکه ساده ترین و پرکاربردترین نوع شبکه عصبى است و برای مسائل تخمین بسیار مناسب مى باشد.]7[
4 )پیش بینى نرخ نفوذ
پارامترهایى که برای پیش بینى نرخ نفوذ به عنوان ورودی شبکه مورد بررسى قرار گرفته اند عبارت اند از:
نوع سنگ، مقاومت فشاری تک محوره، درصدکوارتز، قطر دیسک، نیروی نفوذ هر دیسک و RQD
مقاومت فشاری تک محوره بر حسب مگاپاسگال، قطر دیسک بر حسب اینچ و نیروی نفوذ هر دیسک بر حسب کیلونیوتن منظور شده است. نوع سنگ مطابق جدول 1 و درصد کوارتز و RQDل مطابق جدول 2 دسته بندی و کدگذاری شده اند.
خروجى شبکه، نرخ نفوذ و بر حسب سانتى متر بر دور تاج حفار است، علت محاسبه نرخ نفوذ بر حسب سانتى متر بر دور تاج حفار، حذف اثر سرعت چرخش تاج حفار بر نرخ نفوذ است. برای آموزش و ارزیابى شبکه از بانک اطلاعاتى که به این منظور ایجاد شده، استفاده شده است]8[ . برای این که شبکه به اهمیت داده های نادر نیز پى ببرد، این قبیل داده ها چندین مرتبه به شبکه ارائه مى شوند. به این منظور فراوانى داده های ناد ر در بانک اطلاعاتى اولیه اصلاح شده است.
تعداد اعضای بانک اطلاعاتى اصلاح شده 251 عدد است که 200 عضو برای آموزش و 51 عضو برای ارزیابى شبکه استفاده مى شود . داده های بانک اطلاعاتى به صورت تصاثفى به مجموعه های آموزش و ارزیابى تقسیم شده است. کلیه شبکه ها در این تحقیق دارای یک لایه میانى (Hidden Layer) و یک لایه خروجى هستند. توابع انتقال به کار رفته در لایه میانى و خروجى تابع tansing است. چون در فرایند آموزش وزن های اولیه به صورت تصادفى مقداردهى شده و احتمال دارد شبکه در کمینه محلى(Local Minima) گرفتار شود هر شبکه چندین بار( 20 مرتبه )مورد آموزش قرار گرفته و بهترین نتیجه مورد عمل واقع گردیده است. برای پیش بینى نرخ نفوذ سه مدل متفاوت بررسى شده، که در ادامه شرح داده مى شود.
 
جدول1_دسته بندی و کدگذاری نوع سنگ

 
جدول2_دسته بندی و کدگذاری درصد کوارتز و RQD

4-1 )شبکه عصبى با شش ورودى
ورودی شبکه عصبى در این حالت شامل نوع سنگ، مقاومت فشاری تک محوره، درصدکوارتز، قطر دیسک، نیروی نفوذ هر دیسک و RQD مى باشد
هر چه تعداد سلولها در لایه میانى بیشتر باشد توان یادگیری شبکه، خطر بیش برازشى( شبکه مثال های آموزشى را به خاطر سپرده و توان پیش بینى شبکه کم مى شود )و داد ه های مورد نیاز برای آموزش شبکه بیشتر خواهد بود. برای تعیین تعداد سلول های بهینه در لایه میانى، تعداد سلول های لایه میانى 10، 11، 12، 13 و 14 عدد منظور شده است. مقادیر تخمین زده شده نرخ نفوذ توسط شبکه در مقابل مقادیر واقعى نرخ نفوذ برای داده های ارزیابى در یک دستگاه مختصات رسم شده است. مقادیر واقعى (Target) در محور افقى و مقادیر تخمین زده شده در محور قائم دستگاه مختصات قرار دارند. در صورتى که خروجى شبکه با مقادیر واقعى نرخ نفوذ برابر باشد کلیه نقاط بر روی خط Y= X قرار مى گیرند. میزان انحراف نقاط نسبت به این خط بیانگر میزان تفاوت میان خروجى شبکه و مقادیر واقعى است. برای ارزیابى شبکه ها سه باند که در جدول 3 نمایش داده شده، تعریف شده است. ملاک ارزیابى فراوانى نقاط در هر یک از این سه باند مى باشد. فراوانى داده ها در هر باند نشان مى دهد که شبکه با چه دقت و احتمالى قادر به پیش بینى نرخ نفوذ است. فراوانى داده ها در هر یک از باندهای ذکر شده برای شبکه های 1*10*6 ، 1*11*6 ، 1*12*6 ، 1*13*6 و 1*14*6 در جدول 4 آورده شده است.
 
جدول3_تعریف باندهای خطا{8}

 
جدول4_ارزیابی کارآیی شبکه با تغییر تعداد سلول های لایه میانی {8}

مطابق جدول 4 تعداد سلول های بهینه در لایه میانى 12 عدد است. با توجه به این که مجموعه ارزیابى 51 عضو دارد، احتمال این که خروجى شبکه 1*12*6 با مقدار واقعى نرخ نفوذ کمتر از 05/0 ، 1/0 و 15/0 سانتى متر بر دور تاج حفار تفاوت داشته باشد به ترتیب 29/0 ، 51/0 و 67/0 است. فراوانى داده ها در هر یک از سه باند ذکر شده برای شبکه 1*12*6 در شکل 1 نشان داده شده است.
 
شکل 1_مقادیر تخمین زده شده نرخ نفوذ در مقابل مقادیر واقعی برای داده های ارزیابی {8}

4-2 )شبکه عصبى با پنح ورودى
در این حالت دو شبکه بررسى شده است. در شبکه اول RQD و در شبکه دوم درصد کوارتز از پارامترها ورودی شبکه حذف شده است.
4-2-1 ) شبکه اول
ورودی شبکه عصبى در این حالت شامل نوع سنگ، مقاومت فشاری تک محوره، درصدکوارتز، قطر دیسک و نیروی نفوذ هر دیسک مى باشد.
برای تعیین تعداد سلول های بهینه در لایه میانى، تعداد سلول های لایه میانى 10، 11 و 12 عدد منظور شده است. فراوانى داده ها( برای مجموعه ارزیابى )در هر یک از باندهای ذکر شده برای شبکه های1*10*5 ، 1*11*5و 1*12*5 در جدول 5 آورده شده است. با توجه به فراوانى داده ها در هر باند و مقدار متوسط خطا، شبکه 1*11*5 شبکه بهینه است.
مطابق جدول 4 و 5 حذف RQD تاثیر زیادی روی کارآیى شبکه نداشته و فراوانى داده ها در باند سوم برا هر دو شبکه 1*12*6 و 1*11*5 برابر با 34 است. RQD هنگامى مى تواند برای پیش بینى نرخ نفوذ استفاده شود که در امتداد حفاری برداشت شده باشد، در این حالت افزایش RQD باعث افزایش نرخ نفوذ مى شود. داده های مربوط به RQD در بانک اطلاعاتى حاضر به صورت عمومى برداشت شده است.
 
جدول5_ارزیابی کارآیی شبکه اول با تغییر تعداد سلول های لایه میانی {8}

4-2-2) شبکه دوم
ورودی شبکه عصبى در این حالت شامل نوع سنگ، مقاومت فشاری تک محوره، قطر دیسک، نیروی نفوذ هر دیسک و RQD مى باشد
برای تعیین تعداد سلول های بهینه در لایه میانى، تعداد سلول های لایه میانى 9، 10 و 11 عدد منظور شده است. فراوانى داده ها ) برای مجموعه ارزیابى ) در هر یک از باندهای ذکر شده برای شبکه های1*9*5، 1*10*5 و 1*11*5 در جدول 6 آورده شده است. همان گونه که ملاحظه مى شود شبکه 1*10*5 شبکه بهینه است. مطابق این جدول و جدول 4، با توجه به فراوانى داده ها در باند سوم و خطای متوسط، حذف درصد کوارتز باعث افت کارآیى شبکه مى شود. لذا درصد کوارتز، بیش از RQD (اگر RQD در امتداد حفاری برداشت نشود) بر روی کارآیى شبکه تاثیر مى گذارد.
 
جدول6_ارزیابی کارآیی شبکه دوم با تغییر تعداد سلول های لایه میانی {8}

5) مقایسه شبکه عصبى با روش گراهام
برای مشخص شدن توانایى شبکه عصبى در پیش بینى نرخ نفوذ، نرخ نفوذ پیش بینى شده توشط شبکه عصبى با نرخ نفوذ پیش بینى شده توسط روش گراهام(1976) مقایسه شده است. نتیجه این مقایسه در شکل 2 نمایش داده شده است. همان گونه که ملاحظه مى شود خروجى شبکه عصبى هماهنگى بیشتری با مقادیر واقعى دارد. ضریب همبستگى میان مقادیر پیش بینى شده و واقعى برای شبکه عصبى 82/0 و برای مدل گرا هام11/0 است.
 
شکل 2_مقایسه مقادیر تخمین زده شده نرخ نفوذ توسط شبکه عصبی و روش گراهام با مقادیر واقعی {8}

6) پیش بینى نرخ نفوذ TBM در تونل گاوشان
تونل انتقال آب گاوشان به طول 21180 متر در 38 کیلومتری جنوب سهر سنندج واقع شده، که حدود 9792 متر آن توسط TBM باز به قطر 5/5 مقر حفاری مى شود. سنگ های میزبان تونل در قطعه ای ک توسط TBM حفاری مى شود شامل توده افیولیتى با کیفیت خوب تا متوسط و دیاباز با کیفیت خوب تا عالى است. سطح آب زیرزمینى بالاتر از سطح تونل بوده و میزان آب ورودی به تونل قابل توجه است. پارامترهای ورودی شبکه عصبى به شرح زیر است:
نوع سنگ: سنگهای آذرین ریزدانه (گروه7)، RQD: 75-50 درصد، درصد کوارتز: 50-20 درصد، مقاومت فشاری تک محوره: 70 مگاپاسگال، نیروی نفوذ هر دیسک: 200 کیلونیوتن و قطر دیسک: 17 اینچ
شبکه عصبى مقدار نرخ نفوذ را 627/0 سانتى متر بر دور تاج حفار تخمین زده است. با توجه به سرعت چرخش تاج حفار( 10 دور در دقیقه ) نرخ نفوذ برابر با 8/3 متر بر ساعت است. روش گراهام مقدار نرخ نفوذ را 7/6 متر بر ساعت تخمین مى زند.
7) نتایج
مطابق شبکه های عصبى ساخته شده درصد کوارتز در مقایسه با RQD تاثیر بیشقری بر روی کارآیى شبک عصبى مى گذارد. احتمال اینکه خروجى شبکه عصبى 1*12*6 با مقدار واقعى نرخ نفوذ کمتر از05/0، 1/0 و 15/0 سانتى متر بر دور تاج حفار تفاوت داشته باشد به ترتیب 29/0، 51/0و67/0 است. این مقادیر برای مدل گراهام به ترتیب18/0، 29/0 و 4/0 است. ضریب همبستگى میان مقادیر پیش بینى شده و واقعى برای شبکه عصبى 82/0 و برای مدل گراهام 11 /0 است. شبکه عصبى نرخ نفوذ TBM تونل گاوشان را 8/3 متر بر ساعت و مدل گراهام 7/6 متر بر ساعت تخمین مى زند. پارامترهایى که بر روی نرخ نفوذ تاثیر مى گذارد کثرا در رده پارامترهای ماشین و ماده سنگ قرار دارند.