در موضوع: استخراج معدن
خلاصه مطالب:
در این مقاله برنامه کامپیوتری به زبان ویژوال بیسیک برای انتخاب سیستم شاول کامیون معرفى مى شود. روش های به کار گرفته شده شامل روش هایى همچون روش اهارا، روش سلسله مراتب تحلیلى، روش کلاسیک، روش ضرایب تفضیلى، روش صفى، روش های تخصیص ثابت و غیره مى باشند. این نرم افزار قابلیت انتخاب تعداد، تعیین توان تولید و تخمین هزینه های مالکیت و عملیاتى ماشین آلات را دارد. این نرم افزار دارای بانک های اطلاعاتى شامل بانک اطلاعاتى شاول، کامیون، مواد معدنى همراه با مشخصات مواد، بانک اطلاعاتى هزینه برخى از ماشین آلات و بانک اطلاعاتى گزارش خروجى برنامه همراه با قابلیت حذف و اضافه کردن اطلاعات مى باشد. بانک های اطلاعاتى برنامه از نوع Access هستند. نرم افزار قابلیت راهنمائى کاربر را در حین کار با ارائه فرم های خاصی دارد و با پیغام های مناسب در مواقع مورد نیاز به کاربر هشدار مى دهد. نرم افزار انتخاب شاول کامیون دارای قابلیت ارائه گزارش های خروجى و همچنین رسم نمودارهای نتایج مى باشد. همچنین قابلیت انتقال خروجى های برنامه به نرم افزارها Notepad, Word, Excel در این برنامه وجود دارد. این برنامه برای طرح توسعه معدن سنگ آهن چادرملو به کار گرفته شد که نتایج آن ارائه شده اند.
کلمات کلیدى: نرم افزار، معدن روباز، ماشین آلات، روش هاى انتخاب، هزینه هاى عملیاتى و مالکیت، شاول، کامیون.
پیش گفتار:
رایج ترین سیستم بارگیری و باربری در معادن روباز در حال حاضر سیستم شاول کامیون مى باشد. هزینه های بارگیری و باربری در معادن روباز حدود 50 تا 60 درصد هزینه های معدنکاری را شامل مى شود] 1[. در واقع مى توان گفت که هزینه های حمل ونقل یکى از موثرترین عوامل در سودآوری پروژه های معدنى مى باشند و یک انتخاب نادرست مى تواند علاوه بر غیر اقتصادی کردن عملیات باعث ایجاد یک سری مشکلات غیر منتظره در مدیریت ناوگان ماشین آلات معدن مى شود. به طور کلى انتخاب ماشین آلات باید با توجه به دو پارامتر اصلى فنى و اقتصادی انجام گیرد. انتخاب مناسب را مى توان در دو مرحله انجام داد. در مرحله اول انتخاب مقدماتى به صورت تعیین نوع وتعداد ماشین آلات صورت گرفته و در مرحله دوم بهینه سازی انجام مى گیرد. در مرحله اول عوامل زمین شناسى، ژئوتکنیکى و پارامترهای فنى و در مرحله دوم انتخاب، پارامترهای اقتصادی نقش عمده در انتخاب ایفا مى کنند. مى باشند. شکل 1 یک مدل تحقیقى برای انتخاب ماشین آلات را ارائه مى دهد]2[. تنوع ماشین آلات بارگیری و باربری با ظرفیت های مختلف در سراسر جهان و نقش مهم هزینه های مالکیت و عملیاتى، نیاز استفاده از روش های نوین اطلاعاتى و انتخاب ماشین آلات را جهت بررسى های فنى و اقتصادی مى طلبد. بر این اساس نرم افزار انتخاب کامیون- شاول طراحى شد تا بتوان با دسترسى به بانک های اطلاعاتى و همچنین به کارگیری انواع روش های انتخاب، ماشین آلات بارگیری و باربری را انتخاب نمود. در ادامه برخى از فرم های برنامه معرفى مى شوند
متن اصلی:
شکل2_فرم ورود به برنامه انتخاب شاول و کامیون
- 3زبان برنامه
این برنامه به زبان ویژوال بیسیک یک زبان برنامه نویسى تحت ویندوز است. برنامه aای به زبان ویژوال بیسی در محیط برنامه نویسى(Integrated development environment)IDE پیاده سازی مى شوند. محیط IDE منحصر به ویژوال بیسیک نبوده و امکان توسعه برنامه در کلیه محیط های بصری را مى دهد. محیط IDEامکان پیاده سازی برنا مه ها را در حداقل زمان فراهم نموده ضمن آنکه چنان تسهیلاتى ایجاد کرده است ک برنامه های تحت ویندوز بدون نیاز به برنامه نویس متخصص، قابل پیاده سازی باشند. ایجاد پیاده سازی یک برنامه کاربردی در محیط توسعه سریع کاربردی امکان پذیر است. ویژوال بیسیک گستردترین دنیای زبان(Rapid application development)RAD است. ویژوال بیسیک زبانى به وضوح متفاوت از سایر زبان ها مى باشد که در عین سادگى امکان استفاده از ترکیب های قدرتمند مانند رابط گرافیکى کاربر، برنامه نویسى ساخت یافته، کنترل رویدادها، کنترل خطاها و بسیاری از ترکیب های قدرتمند دیگر را برای برنامه نویس فراهم کرده است. با توجه به ویژگى های گفته شده در مورد زبان برنامه نویسى ویژوال بیسیک 6 این زبان جهت تهیه نرم افزار انتخاب شاول کامیون انتخاب شد]3[.
- 4 معرفى نرم افزار انتخاب شاول- کامیون
فرم اصلى برنامه در شکل 2 نشان داده شده است که در این فرم تعدادی منو همراه با زیر منوهای مربوط به هرکدام وجود دارد. یکى از منوها، منوی Selection method شامل روش های انتخاب ماشین آلات مى باشد. برخى از روش ها و فرم های برنامه و پارامترهای ورودی و خروجى هر روش در ادامه توضیح داده ومعرفى می شود.
شکل2_فرم ورود به برنامه انتخاب شاول و کامیون
الف- زیرمنوى روش اهارا: داده های ورودی در این روش میزان تولید سالیانه معدن بر حسب تن و تعداد روزهای کاری معدن در سال مى باشد. پارامترهای خروجى شامل ظرفیت شاول مناسب معدن، تعداد شاول مورد نیاز معدن، هزینه های بارکننده، ظرفیت کامیون برحسب تن، تعداد کامیون و هزینه های سرمایه گذاری کامیون ها مى باشد.
ب- زیر منوی روش ضرایب تفضیلى: این روش جدیدترین روش برای انتخاب کامیون های با ماکزیمم ظرفیت بارگیری مشابه و نزدیک به هم مى باشد. به عبارت دیگر این روش برای انتخاب کامیونى با ظرفیت بارگیری مشخص از بین کمپانى های مختلف به کار گرفته مى شود. در این روش روابط بین پارامترهای عملیاتى و طراحى اصلى کامیونهای تخلیه از عقب مورد مطالعه قرار گرفته اند. این نتایج بر اساس تحلیل همبستگى آماری انجام شده بر مهم ترین مشخصه های فنى کامیون ها و اطلاعات عرضه شده توسط مهمترین سازندگان در سراسر جهان بدست آمده است. در نهایت روابط بدست آمده همراه با پارامترهای اقتصادی همچون هزینه های مالکیت و عملیاتى ترکیب شده تا ضریب انتخاب کامیون های معدنی فرمول بندی شود. این معیار به صورت فرمول(1) تعریف مى شود]4[:
(1)
که در اینجا:
(2)
بخش فنى مربوط به کامیون معدنى( این ضریب از روابط بخش فنى معیار محاسبه مى شود. )
(3)
قیمت تحویل کامیون معدنی
(4)
هزینه های عملیاتى و مالکیت معدنى
(5)
ماکزیمم ظرفیت باربری کامیون معدنی
در این نرم افزار امکان مقایسه و انتخاب کامیون های معدنى بر اساس روش ضرایب تفضیلى برای حالت a بین 2 تا 8 میون وجود دارد. فرم های مربوط به روش ضرایب تفضیلى در شکل های 3 و 4 نشان داده شده اند. همانطور که گفته شد روش براساس اطلاعات فنى و اقتصادی کامیون ها استوار مى باشد. پارامترهای فنى عبارتند از وزن ناخالص کامیون، وزن خالص، ماکزیمم ظرفیت باربری، ظرفیت حجمى، ظرفیت کپه ای، توان موتور و ماکزیمم سرعت کامیون مى باشد. پارامترهای اقتصادی شامل هزینه های مالکیت، عملیاتى و قیمت تحویل کامیون مى باشد. این اطلاعات مى توانند توسط کاربر وارد شده و یا اینکه از بانک اطلاعاتى کامیون ها انتخاب شود. فرم مربوط به این بانک اطلاعاتى در شکل 5 نشان داده شده است. نتایج خروجى شامل محاسبه امتیازهای فنى و نهایى هر کمپانى و پیشنهاد انتخاب بهینه مى باشد. این فرم در شکل نشان داده شده است.
شکل3_فرم مربوط به داده های فنی روش ضرایب تفضیلی
ج- زیرمنوى روش سلسله مراتب تحلیلى (Analytical Hierarchy Process) :
روش سلسه مراتب تحلیلى یک ابزار تصمیم گیری قدرتمند چند معیاره مى باشد که توسط Saaty به مفظور مفطبق نمودن معیارها رتبه بندی های که در تصمیم گیری نقش دارند توسعه داده شده است. این روش تصمیم گیرنده را قادر مى سازد تا تعامل فاکتورهای چندگانه را در وضعیت های غیر ساختارمند پیچیده بیان کند. روش بر اساس مقایسه زوجى عناصر تصمیم گیری با توجه به ویژگى ها یا گزینه های آنها استوار است. ماتریس مقایسه زوجى n*n مى باشد که n تعداد عناصری است که مقایسه مى شوند. سیستم مبتنى بر AHP مسئله انتخاب ماشین آلات را به قسمت های اصلى کوچک و کوچکتر تجزیه کرده و سپس تصمیم گیرندگان را از طریق یک مجموعه قضاوت های مقایسه زوجى میان فاکتورهای وابسته به انتخاب ماشین آلات معدنى یا گزینه های ماشین به منظور بیان ارتباط قوی یا اهمیت هر کدام از این فاکتورها یا شدت تاثیر عناصر در سلسله مراتبى یاری مى دهد. این قضاوت ها سپس به صورت کمى در مى آیند. امتیاز کلى هرگزینه از طریق ضرب امتیازهای نسبى در طول هر مسیر ارزش گذاری سلسله مراتبى محاسبه مى شود. و سپس این نتایج برای هرگزینه تصمیم گیری جمع مى شوند] 5[.
شکل4_فرم مربوط به داده های اقتصادی روش ضرایب تفضیلی
شکل5_فرم مربوط به بانک اطلاعاتی کامیون ها
تعیین امتیازها:
امتیازدهى به پارامترهای ورودی و معیار براساس مقایسه زوجى عوامل صورت مى گیرند و این امتیازها باید در دامنه اعداد 1 تا 9 باشند. همچنین عناصر قطری هر ماتریس باید امتیاز یک داشته باشند. یکى از مزایای مهم فرآیند تحلیل سلسله مراتبى اندازه گیری و کنترل سازگاری هر ماتریس و تصمیم مى باشد. محدوده قابل قبول ناسازگاری در هر سیستم به تصمیم گیرنده بستگى دارد اما در حالت کلى ساعتى پیشنهاد مى کند که اگر ناسازگاری تصمیم بیشتر از 1/0 باشد بهتر است تصمیم گیرنده در قضاوت های خود تجدید نظر کند. مقدار نرخ ناسازگاری هر ماتریس از رابطه بدست(2 ) مى آید] 5[:
(6)
I.R: نا سا زگا ری
I.I: شاخص ناسازگاری که از رابطه (3) بدست مى آید.
(7)
Max?: ماکزیمم مقدار ویژه ماتریس
n: تعداد ستون ماتریس
I.I.R : شاخص ناسازگاری ماتریس تصادفی که از رابطه(4 ) بدست مى آید.
(8)
روش سلسله مراتب تحلیلى هم در این برنامه گنجانده شد. فرم شکل 6 نمونه ای از فرم ورود امتیازها و معیارهای انتخاب شده را نشان مى دهد. معیارهای انتخاب شده با توجه به شرایط معدن و اهمیت آنها انتخاب مى شوند. معیارها مى توانند شامل مواردی همچون هزینه تولید، توان تولید ماشین آلات، هزینه های مالکیت و عملیاتى، ملاحظات زیست محیطى و ایمنى، نسبت باطله برداری معدن و هر پارامتری که به نحوی در معدنکاری تاثیر داشته باشد] 5[. داده های ورودی شامل ماشین آلات مورد مقایسه و معیارهای موثر در انتخاب ماشین آلات و امتیاز مربوط به مقایسه زوجى ماشین آلات و معیارهای انتخاب شده مى باشد. نتایچ خروجى شامل امتیاز نهایى هر ماشین، نرخ های ناسازگاری هر ماتریس، نرخ ناسازگاری نهایى ماتریس ها و تعیین انتخاب بهینه مى باشد. گزینه ماشینى که دارای بالاترین امتیاز باشد به عنوان انتخاب بهینه پذیرفته مى شود. در صورتى که نرخ ناسازگاری نهایى بزرگتر از 1/0 باشد برنامه با پیغامى به کاربر توصیه مى کند که در قضاوت های خود تجدید نظر کند.
د- زیرمنوی روش انتخاب ترکیب شاول-کامیون:
پایه و اساس این روش براساس میزان تولید معدن، راندمان ماشین آلات و پارامترهای فنى معدن استوار است] 6[. از مهم ترین روابط به کار گرفته در این قسمت مى توان روابط (5) تا (0 1) را نام برد] 6[:
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
:whps ساعات کارمفید دریک سال
:Nsتعداد شاول مورد نیاز
:Mتولید سالانه بر حسب تن
:msphمیزان تولید شاول در ساعت بر حسب تن در ساعت
:whpyساعات کارمفید دریک سال
:ff ضریب پرشوندگى
:fskضریب چرخش
:SGr وزن مخصوص برجا( تن بر متر مکعب (
:ABC ظرفیت واقعى شاول
:NSPYتعداد نوبت کاری در یک سال
:Ra راندمان واقعى ماشین
:Fd زمان تاخیرهای ثابت
:Je راندمان عملیاتى
:U ساعات شیفت
:APH متوسط تولید کامیون برحسب تن در ساعت
:PPHحدکثر تولید کامیون بر حسب تن در ساعت
:TPHتولید نظری کامیون بر حسب تن در ساعت
:C زمان یک سیکل کاری کامیون برحسب دقیقه
:TCظرفیت کامیون برحسب تن
شکل6_نمونه هایی از فرم مربوط به داده های ورودی روش AHP
نمونه ای از فرم های مربوط به این روش در شکل 7 نشان داده شده است. اطلاعات ورودی شامل مشخصات مواد معدنى، اطلاعات رژیم کاری معدن، اطلاعات مربوط به شاول وکامیون مى باشد. مشخصات مواد معدنى شامل اسم ماده معدنى، ضریب پرشوندگى، ضریب تورم و وزن مخصوص ماد ه معدنى مى باشد. این اطلاعات را مى توان از بانک اطلاعاتى مواد معدنى دریافت نمود. فرم مربوط به بانک اطلاعاتى مواد معدنى در شکل 8 نشان داده شده است. اطلاعات مربوطه شاول شامل ضریب چرخش، عمر شاول، زمان سیکل کاری شاول و ظرفیت جام شاول مى باشند. اطلاعات مربوط به کامیون شامل ظرفیت کامیون، زمان مانور، انتظار، زمان تخلیه و غیره مى باشد. مشخصات کامیون و شاو aا را مى قوان از بانک اطلاعاتى مربوطه استخراج نمود[7] نمونه های از فرم مربوط به بانک اطلاعاتى شاول ها در شکل 9 نشان داده شده است.
شکل7_فرم مربوط به روش انتخاب ترکیب شاول -کامیون
اطلاعات دیگر شامل طول، مسیر، مقاومت غلتشى مسیر مى باشد که مى توان با توجه به منوهای فرم شکل 10 تعریف و تعیین کرد. فرم شکل 10 دارای منوهای محاسبه سرعت، منوی مربوط به اطلاعات جاده aا، مفوی تخمین هزیفه و تحلیل حساسیت و غیره مى باشد. همافطور که گفته شد یکى از پارامق a ورودی هزینه های عملیاتى و مالکیت کامیون مى باشد که مى توان از بانک اطلاعاتى هزینه ها استخراج نمود و یا اینکه این هزینه ها را توسط منوی Costs estimation تخمین زد. این هزینه ها شامل هزینه های سرمایه گذاری، تعمیر ونگهداری، سوخت و انرژی، روغنکاری، لاستیک ها و غیره مى شوند. نمونه ای از فرم تخمین هزینه ماشین آلات در شکل 11 نشان داده شده است یکى دیگر از داده های ورودی شامل سرعت کامیون ها در مسیرهای مختلف مى باشد که این سرعت ها میتواند توسط کاربر انتخاب و وارد شود و ی اینکه با انتخاب کامیون مورد نظر و با توجه به مشخصات مسیر سرعت به طور خودکار محاسبه شود. به طور کلى برنامه به صورتى تهیه شده که در مواقع ضروری به کمک پیغام و فرم های مربوطه به کاربر کمک مى کند.
ه- زیرمنوى Chart:
با استفاده از این زیر منو مى توان نمودارهایى را از نتایج خروجى تهیه کرد
شکل8_فرم مربوط به بانک اطلاعاتی انواع مواد معدنی
شکل9_فرم مربوط به بانک اطلاعاتی شاول های برقی
- 5 مورد مطالعاتى: معدن سنگ آهن چادرملو
از این برنامه جهت محاسبه تعداد ماشین آلات مورد نیاز بارگیری و حمل برای معدن سنگ آهن چادرملو استفاده شد. میزان تولید معدن چادرملو با توجه به طرح توسعه معدن شامل استخراج سالیانه 10 میلیون تن کانسنگ و 6/6 میلیون تن باطله خواهد بود. روزهای مفید کاری در معدن 352 روز و 3 شیفت در روز با 8 ساعت در شیفت و 75 درصد راندمان ماشین آلات مى باشد. وزن مخصوص در باطله و ماده معد!ى به ترتیب 4/4 و 7/2 مى باشد. ضریب چرخش برابر یک در نظر گرفته شده است. ضریب پرشوندگى برابر88/0 مى باشد. ضریب بار برای ماده معدنی و باطله به ترتیب برابر64/0 و 65/0 در نظر گرفته مى شود. اطلاعات زمان سنجى شامل زمان انتظار در سینه کار، زمان مانور جهت بارگیری، زمان تخلیه در محل سنگ شکن، زمان مانور در محل سنگ شکن، زمان تخلیه در محل دمپ، زمان مانور در محل دمپ به ترتیب برابر 135، 37 ،61 ،25 ، 29 و 19 ثانیه مى باشد. زمان یک سیکل کاری شاول در باطله و ماده معدنى به ترتیب 48 و 44 ثانیه در نظر گرفته شده است. لازم به ذکر است این اطلاعات با توجه به زمان سنجى های در معدن چادرملو بدست آمده اند. شیب رمپ های معدن برابر 8% و مقاومت غلتشى جاده ها برابر 2% در نظر گرفته شده است. با استفاده از این اطلاعات و به کمک نرم افزار ترکیب های مختلف شاول کامیون بررسى شد. ترکیب های مختلف شاول – کامیون در نظر گرفته شده برای معدن چادرملو و تعداد محاسبه شده آنها در جدول 1 آورده شده اند. نتایج نشان داد که ترکیب شماره 3 یعنى شاول 13 یاردمکعبى( 0 1 مترمکعبى ) و کامیون85 تنى با هزینه کل 1383.8دلار برساعت دارای کمترین هزینه مالکیت و عملیاتى در مقایسه با دیگر ترکیب های در نظر گرفته شده مى باشد. نمودار مقایسه ترکیب های مختلف شاول کامیون از نظر تعداد ماشین آلات که توسط نرم افزار انتخاب شاول- کامیون رسم شده در شکل 12 نشان داده شده است.
شکل10_فرم مربوط به نتایج روش انتخاب ترکیب شاول -کامیون
شکل11_نمونه ای از فرم مربوط به تخمین هزینه های مالکیت و عملیاتی ماشین آلات
جدول1_ترکیب های مختلف شاول-کامیون در نظر گرفته شده برای معدن چادرملو
شکل 12_نمودار رسم شده توسط نرم افزار برای مقایسه ترکیب های مختلف شاول-کامیون از نظر تعداد ماشین آلات
نتیجه گیری:
انتخاب ماشین آلات معادن روباز یک عامل مهم در سودآوری پروژه های معدنى مى باشد و یک انتخاب نادرست علاوه بر غیر اقتصادی کردن عملیات باعث ایجاد یک سری مشکلات غیرمنتظره در مدیریت ناوگان ماشین آلات معدن مى شود. از این رو بکارگیری روش های مختلف برای انتخاب شایسته ماشین آلات امری ضروری است. به طور کلى انتخاب ترکیب بهینه ماشین آلات باید با توجه به دو پارامتر اصلى فنى و اقتصادی انجام گیرد. نرم افزار انتخاب شاول- کامیون با بکارگیری روش های مختلف انتخاب ماشین آلات و در نظر گرفتن هر دو پارامتر فنى و اقتصادی امکان انتخاب بهینه ماشین آلات معادن روباز را فراهم مى کند. قابلیت حذف و اضافه کردن داده ها به بانک های اطلاعاتى و ارائه گزارش ها و نمودارها از نتایج خروجى باعث شده تا برنامه به یک برنامه کاربردی ارزشمند تبدیل شود. به طور کلى سیستم طوری طراحى شده است که نتایج محاسبات را با استفاده از نمودار مقایسه کرد. امید است با تلاش بیشتر و افزایش امکانات برنامه، نرم افزار انتخاب شاول کامیون را در آینده به سمتى هدایت کرد تا با دیگر نرم افزارهای خارجى قابل رقابت و مورد استفاده در پروژه های معدنى باشد.
منابع:
مراجع
[1] KENNEDY, B.A, (1990), "Surface mining", Editio 2,Society for Mining, Metalurgy and Exploration
[2] A.d. haidar & S.g. naouni,( 1996),"Opencast mine equipment selection using genetic algorithms", International Journal of Surface Mining, Reclamation & Environment, ,vol. 10,pp:6 1- 67.
[3] Dragan Komljenovic,Kostas Fytas, Jacek Paraszczak, (2003),"A Selection Methodology for rear Mining Truck?", MPES,.
[4]Bimal Sanianta, B. Sarkar and S. k. Mukherjee, (2002)," Selection of opencast mining equipment by amulti-criteria decision-making process", Sec. A: Mining Technolgy,
[5] Atkinson Thomas, (1992), "Selection and sizing of excavating equipment", Mining
En gineering Handbook, SME, pp761-782
[6] "Caterpillar performance handbook", (1994), publication by caterpillar inc. Peoria, U.S.A,
{7}زارعپور، علیرضا، (1381) ، " آموزش ویژوال بیسیک 6 در 21 روز "، موسسه علمى فرهنگى نص