ترقیق یکی از مهم ترین عوامل افزایش هزینه های مستقیم استخراج و فرآوری در معادن است. در این مطالعه یک مدل برمبنای سیستم مهندسی سنگ برای پیش بینی سطح ریسک ترقیق ایجاد شده در کارگاه های جبهه کار طولانی توسعه داده شده است. همچنین براساس سطح ریسک ایجاد شده در کارگاه ها، یک مدل برای پیش بینی ترقیق پیشنهاد شده است. در ادامه برای تخمین میزان ترقیق، از مدل های منطق فازی، شبکه عصبی مصنوعی و آنالیز رگرسیونی استفاده شد. اطلاعات و داده های جمع آوری شده مربوط به 35 کارگاه جبهه کار طولانی در منطقه های زغالی کرمان و طبس می باشد. نتایج نشان داد که سطح ریسک به دست آمده برای هر کارگاه، سازگاری مناسبی با مقدار ترقیق واقعی کارگاه دارد. برای نشان دادن عملکرد مدل ها، با پیش بینی ترقیق هر یک ازکارگاه های استخراجی، آن ها را با مقادیر واقعی مقایسه شد و به ترتیب ضریب تعیین 86/0 و 972/0، 985/0 و 856/0 برای مدل ها به دست آمد. درنهایت برای ارزیابی دقت مدل ها، نتایج نشان می دهدکه برای مدل های پیش بینی کننده ، rmse وvaf به ترتیب، 74/3، 87/84% و 09/2، 72/95% و 24/1، 78/97% و 40/4 و 42/85% به دست آمده است. در نهایت مشخص شد که مدل های شبکه عصبی و منطق فازی برتری بیشتری نسبت به دیگر مدل ها دارند.

فضاهای زیرزمینی بزرگ مقطع مانند مغارها به دلیل کاربردهای مهم و راهبردی شان، امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته اند؛ به همین دلیل شکل مقطع و روش های حفاری و ایجاد چنین فضاهایی از موارد حائز اهمیت در این مبحث می باشند. عوامل فراوانی بر روی حفاری مغارها تأثیرگذار هستند که یکی از این موارد روش باز کردن مقطع مغار است. از جمله روش های باز کردن مقطع مغار می توان روش های پله ای و تونل پیشرو را نام برد و در هر دو این روش ها، مغار به صورت لایه ای از بالا به پایین به صورت پله ای حفاری می شود. طرح سد و نیروگاه تنگ معشوره در استان لرستان قرار دارد، که در این طرح برای توربین ها و تجهیزات الکتریکی تولید جریان برق، دو فضای بزرگ زیرزمینی در نظر گرفته شده است که شامل مغار اصلی (با ابعاد50×6/34×20 برحسب متر) و مغار ترانسفورمر (با ابعاد50×5/19×4/12 برحسب متر) می-باشد. در این تحقیق ابتدا با استفاده از روش های تجربی محاسبه rmr و q، به بررسی پایداری مغار پرداخته شد. علاوه بر روش تجربی، با استفاده از روش های عددی المان محدود و تفاضل محدود به ترتیب توسط نرم افزارهای phase2 و flac3d نیز به بررسی پایداری مغار پرداخته شد. مغار توسط نرم افزار flac3d به صورت یک مرحله ای و تمام مقطع حفر شد و ضریب ایمنی در سقف، دیواره ها و کف مغار به ترتیب برابر با 87/0، 70/0 و 49/0 محاسبه گردید و سپس نحوه حفر تغییر داده شد و به صورت پله ای انجام گردید. نتایج نشان داد که مناسب ترین حالت برای حفر مغار، وجود 5 پله و قرار دادن تونل پیشرو در قسمت قوس مغار است. در نهایت ضریب ایمنی خروجی از نرم افزار flac3d، در سقف، دیواره ها و کف مغار به ترتیب 80/2، 40/1 و 23/1 بدست آمد. نگهداری پیشنهادی برای این مغار، اعمال شاتکریت به همراه توری سیمی و در بعضی مقاطع پیچ سنگ های دوغابی است.

برای تعیین فشار وارد بر کارگاه های استخراج جبهه کار طولانی، روش های مختلفی ارایه شده است که از جمله آن ها می توان به روش های تجربی، ابزاربندی و همچنین مدل سازی عددی اشاره نمود. با توجه به قابلیت های روش مدل سازی عددی در دخالت دادن پارامترهای مختلف،، این روش یکی از روش های قابل اعتماد محسوب می شود. به همین دلیل در این رساله از مدل سازی عددی به کمک نرم افزار flac3d استفاده شد. کارگاه استخراج 27-12 معدن زغال سنگ هشونی از معادن تحت پوشش شرکت زغال سنگ کرمان، بعنوان مطالعه موردی انتخاب و مدل سازی بر روی آن اجرا گردید. این کارگاه به صورت جبهه کار طولانی دستی کار می کند و طول کارگاه استخراجی، ضخامت لایه و شیب آن به ترتیب برابر 200 متر، دو متر و 45 درجه است. برای مدل سازی منطقه تخریب از روش نیروهای گرهی استفاده شد که پس از بدست آوردن مقدار نیرو در منطقه تخریب، به سقف و کف نیرو اعمال گردید. رویکرد جدیدی که جهت اعمال نیرو مورد استفاده قرار گرفت، بکارگیری تابع تاثیر نات بود که یک رابطه تجربی، جهت پیش بینی میزان نشست سطح زمین است. با توجه به نتایج به دست آمده از مدل سازی عددی، فشار وارد بر کارگاه استخراج برابر با 6/12 مگاپاسکال بود؛ در نتیجه سیستم نگهداری برای کارگاه استخراج، سه ردیف ستون با توان باربری 7/20 مگاپاسکال به فاصله 1 متر از یکدیگر پیشنهاد شد.

پایداری جبهه کار تونل یکی از فاکتورهای ضروری در حفاری تونل در محیط های نرم است. این مهم به ویژه برای حفاری مکانیزه و ماشین های حفاری تونل (epb) مدنظر است به طوری که در دهه های اخیر این مسأله در سپرهای epb و سپرهای اسلاری به شدت گسترش یافته است. در عمل روش های مختلفی برای ارزیابی شرایط پایداری جبهه کار و دستیابی به فشار پایدارکننده مورد نیاز به کار گرفته شده است. این روش ها شامل روش های تجربی، تحلیلی حدی و تئوری های حد بالا و پایین هستند. در این تحقیق براساس خواص مکانیکی و موقعیت هندسی تونل، مدل سازی عددی با نرم افزار flac3d انجام گرفت. با توجه به میزان جابجایی سینه کار مقدار فشار لازم جهت پایداری جبهه کار محاسبه شد، مقدار فشار پایدارکننده ی سینه کار با روش های تجربی ترزاقی و تحلیلی کراس تخمین زده شد که این مقادیر با مقادیر واقعی در خط 2 مترو مشهد مقایسه شد، مقدار فشار سینه کار با روش های عددی، ترزاقی، کراس و انجمن زیرزمینی هلند به ترتیب با ضرایب تعیین 7/0، 3/0، 2/0 و 2/0 نشان می دهد که روش عددی تطابق و نزدیکی خوبی با مقادیر واقعی دارد.

موضوع نشست در تونل های شهری حائز اهمیت بیشتری است زیرا این تونل ها در زیر سازه های عمرانی و ساختمان های درون شهرها قرار دارند و نشست زمین سبب خسارات مالی فراوان به آن ها می شود. یکی از روش های پیش بینی نشست سطح زمین روش رگرسیونی است که با تکیه بر آمار و ریاضیات ابزار قدرتمندی جهت پیش بینی نشست محسوب می شود. در این تحقیق از روش رگرسیون خطی چندگانه و چهارمدل از روش رگرسیون غیرخطی چندگانه استفاده شد. بنابر نتایج بدست آمده مدل رگرسیون خطی، ضریب همبستگی بالاتری نسبت به سایر مدل ها نشان داد، که بیان کننده بهتربودن این مدل جهت پیش بینی نشست در این تحقیق می باشد. الگوریتم svm یکی از معروف ترین الگوریتم های مبتنی بر بهینه سازی ریاضی و بر پایه تئوری یادگیری آماری می باشد. ماشین بردار پشتیبان (svm) الگوریتم موثری برای مدل سازی داده ها است و امکان مقایسه بین مدل ها را به وجود می آورد. نتایج حاصل از بکارگیری الگوریتم svmنشان داد که ابزاری مناسب برای پیش بینی نشست سطح زمین است و با ضریب تعیین بالاتر (91/0 در مقایسه با 84/0) و جذر میانگین مربعات خطای کمتر (26/9 در مقایسه با 52/9) نتایج بهتری نسبت به مدل رگرسیونی به دست می دهد.

انفجار مهم ترین و اقتصادی ترین روش برای خردکردن سنگ در عملیات معدنکاری روباز است. بطور کلی، سنگ ها در اثر آزاد شدن حجم زیادی از انرژی در یک زمان بسیار کوتاه خرد می شوند. تنها 20% تا30% از این انرژی در شکستن و جابجایی توده سنگ مورد استفاده قرار می-گیرد، و بقیه آن به صورت لرزش زمین، لرزش هوا، پرتاب سنگ، عقب زدگی، سروصدا و گردغبار تلف می شود. آسیب های ناشی از انفجار جزو جدایی ناپذیر عملیات انفجار در خردایش سنگ هستند. در این تحقیق، با مدل سازی تک چال انفجاری با استفاده از نرم افزار المان مجزای سه بعدی، 3dec، سرعت ذره ای و کرنش های ایجاد شده در فواصل مختلف از چال انفجاری تعیین شد. نتایج حاصل از این مدل سازی با سرعت ذره ای برداشت شده از انفجار تک چال در معدن گل گهر مقایسه شد که نتایج حاصل در مدل پیوسته و ناپیوسته به ترتیب برابر 315، 225 و 5/62 میلی متر بر ثانیه و 114، 116 و 88 میلی متر بر ثانیه است که در مدل پیوسته به ترتیب 100%، 2% و 44% و در مدل ناپیوسته به ترتیب 27%، 47% و 2% با مقدار سرعت ذره ای اندازگیری شده اختلاف دارند.

هنگامی که اندازه متوسط ذرات گرد و غبار زغال سنگ کاهش می یابد، علاوه بر افزایش خطر انفجار، احتمال بروز بیماری های مختلف نیز، افزایش می یابد. در این تحقیق به منظور آگاهی از میزان اثرات منفی گرد و غبار موجود در کارگاه استخراج جبهه کار طولانی مکانیزه، مقدار گرد و غبار زغال انتشار یافته، توزیع و نحوه پراکندگی ذرات در هر قسمت از جبهه کار و تونل تهویه بررسی شد. بر این اساس تعداد 19 نمونه ازجبهه کار و تونل تهویه معدن زغال سنگ مکانیزه طبس تهیه شد و با استفاده از دستگاه زتاسایزر، tem و sem به ترتیب آنالیز و شکل ذرات تعیین گردید. نتایج نشان داد که شکل ذرات در ابعاد میکرون و نانو تقریباً کروی است. نتایج بررسی پراکندگی توزیع اندازه ذرات هم نشان داد که پراکندگی گرد و غبار موجود از توابع رزین- راملر، لجستیک، لگ نرمال و معکوس پیروی می کند. با بررسی میزان سیلیس موجود در نمونه های گرد و غبار این نتیجه حاصل شد که درصد مجاز غلظت گرد و غبار قابل استنشاق حدود 36/0 میلی گرم بر متر مکعب است. هم چنین اندازه گیری غلظت گرد و غبار موجود در کارگاه استخراج نشان داد که غلظت در بیشتر نقاط کارگاه در حالت هشدار قرار دارد. از طرفی، بررسی شبیه سازی جریان هوای موجود در کارگاه استخراج به منظور ارزیابی حرکت ذرات گرد و غبار و مخاطرات بهداشتی انجام شد. با استفاده از نتایج این تحقیق می توان به مناطق تجمع و محبوس شدن گرد و غبار پی برد و پس از آن نسبت به اصلاح سیستم تهویه اقدام نمود.