عملیات حفاری و انفجار از مهمترین فرآیندهای استخراجی روباز هستند که سایر فرآیندها به نحوی در ارتباط مستقیم و یا غیر مستقیم با آن می باشند. بهینه سازی این عملیات می تواند در کاهش حجم حفاری، میزان مصرف مواد منفجره، توزیع دانه بندی قطعات خرد شده و در نهایت هزینه های استخراج معادن سطحی موثر باشد. هدف از انجام این تحقیق ارائه الگوی حفاری و انفجار مناسب برای تولید مصالح دانه بندی مناسب برای خوراک سنگ شکن معدن آهک کارخانه سیمان بجنورد می باشد. در این راستا چندین انفجار معدن با روش آنالیز تصویری مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین، بر اساس مدل های ریاضی سوئدیفو، کاز-رام و کاز-رام اصلاح شده، الگوهای هر یک از این انفجار ها مورد بررسی قرار گرفت و نتایج خردایش حاصل از انفجار ها توسط این مدل ها پیش بینی شد. با بررسی انجام شده بر روی نتایج حاصل از انفجار به روش آنالیز تصویری و مقایسه آنها با نتایج هر یک از مدل های ریاضی پیش بینی خردایش، این نتیجه حاصل شد که مدل کاز-رام نزدیک ترین جواب به نتایج دانه بندی آنالیز تصویری حاصل از انفجار های انجام شده در معدن می باشد. برای رسیدن به الگوی مناسب با استفاده از مدل کاز-رام و ارتباط بین این مدل و نتایج بدست آمده، 9 الگوی متفاوت بر اساس اندازه بارسنگ، فاصله ردیفی چال ها و طول گل گذاری طراحی شد. سپس بر اساس مقایسه نمودار دانه بندی حاصل از هر یک از الگوهای طراحی شده با نمودار دانه بندی مورد نیاز سه الگو پیشنهاد گردید. سپس از بین این الگوهای پیشنهادی، بر اساس هزینه های میزان خرج گذاری و حفاری اقتصادی ترین الگو انتخاب شد. الگوی حفاری و انفجار با بارسنگ 2/2 متر، فاصله ردیفی چال ها 2/2 متر، حفاری ویژه 0.2204 متر بر متر مکعب و خرج ویژه0.6146.کیلوگرم بر متر مکعب، نسبت به الگوهای پیشنهادی دیگر دارای کمترین هزینه تولید برای هر تن سنگ آهک می باشد. حفاری ویژه و خرج ویژه در این الگو نیز نسبت به سایر الگوهای پیشنهادی کمتر است. بنابراین این الگوی پیشنهادی نسبت به سایر الگوهای پیشنهادی مناسب تر می باشد.

کانسار سنگ آهن سنگان یکی از مهم ترین مناطق معدنی کشور محسوب می شود. این کانسار در رونق اقتصادی منطقه شرق کشور و تولید فولاد نقش مهمی دارد. کانسار مذکور در محدوده ای مستطیل شکل به طول و عرض تقریبی 11 و 7 کیلومتر قرار دارد که به سه آنومالی اصلی a، b، c تقسیم شده است. آنومالی c هم به دو آنومالی c شمالی و جنوبی تقسیم گردیده است. در این پایان نامه به تعیین محدوده بهینه نهایی و برنامه ریزی تولید آنومالی های c شمالی و جنوبی منطقه سنگ آهن سنگان پرداخته شده است. برای مدل سازی آنومالی ها از نرم افزار datamine استفاده شده است و پس از ساختن مدل بلوکی آنومالی های مذکور تخمین ذخیره برای آنها به سه روش نزدیک ترین همسایگی، عکس مجذور فاصله و کریجینگ صورت گرفت. نتیجه تخمین ذخیره به روش کریجینگ که در مراحل بعد مدل بلوکی آن مورد استفاده قرار گرفت نشان داد که ذخیره ماده معدنی آنومالی c شمالی 74973589 تن با عیار متوسط 37/06 درصد و ذخیره ماده معدنی آنومالی c جنوبی 173240542 تن با عیار متوسط 22/54 درصد می باشد. با استفاده از نرم افزار npv scheduler بر اساس روش مبتنی برنظریه گراف محدوده بهینه نهایی برای آنومالی های c شمالی و جنوبی با ارزش تنزیل نشده، به ترتیب، 689797065 دلار و 66184068 دلار به دست آمد. پس از تحلیل حساسیت روی محدوده نهایی مشخص شد که محدوده نهایی نسبت به تغییرات قیمت دارای حساسیت بیشتری نسبت به پارامترهای دیگر است. در مرحله بعد برنامه ریزی تولید برای دو آنومالی c شمالی و جنوبی صورت گرفت. نتایج به دست آمده نشان می دهند معدن آنومالی c شمالی دارای عمر 26 سال با ارزش خالص فعلی 209741324 دلار و آنومالی c جنوبی به علت شرایط اقتصادی فعلی طراحی دارای عمر 7 سال با ارزش خالص فعلی 12181134 دلار شد. در مرحله پایانی با در نظر گرفتن زمان استخراج بلوک های دو آنومالی مورد مطالعه به این نتیجه رسیده شد که پیت های این دو آنومالی به هم نمی رسند.

قبل از استخراج معادن به روش روباز، لازم است که محدوده نهایی معدن طراحی شود. یکی از مهم ترین روش های طراحی محدوده، تعیین محدوده بهینه معدن می باشد. برای تخمین یا محاسبه دقیق این محدوده، نیاز به مدل بلوکی اقتصادی است که پس از اکتشاف کانسار و ایجاد یک مدل بلوکی زمین شناسی، و با درنظر گرفتن درآمدها و هزینه های مدل بلوکی مذکور محاسبه می گردد. تاکنون روش های بسیاری برای تعیین محدوده نهایی معادن روباز معرفی شده است. این الگوریتم ها را می توان به دو دسته ریاضی و ابتکاری تقسیم بندی نمود. روش های ابتکاری دارای این مزیت هستند که می توانند در هر نوع مدل بلوکی، طی زمانی معقول یک جواب بدست آورند، از طرف دیگر معایب این دسته از الگوریتم ها را می توان عدم بهینه بودن پاسخ یافت شده توسط الگوریتم و نبود دلیل محکم برای ارزیابی بهینه بودن جواب ها دانست، ازاینرو این پاسخ ها را باید با پاسخ های بدست آمده از روش های ریاضی مقایسه کرد. روش های دیگری که مورد استفاده قرار می گیرند، روش های ریاضی هستند که دارای اثبات می باشند و می توانند پاسخ های بهینه را پیدا کنند ولی این دسته از الگوریتم ها بسیار پیچیده بوده و زمان بسیار زیادی برای رسیدن به پاسخ نیاز دارند. ازاینرو در این پایان نامه مسئله تعیین محدوده نهایی معادن روباز با کمک الگوریتم کولونی مورچگان مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا یک مدل دو بعدی از مدل بلوکی برای حل توسط الگوریتم، مدلسازی شده و محدودیت های مسئله بر روی این مدل پیاده می شوند. در مراحل بعد، روش ها و مواردی در نظر گرفته می شوند که می توانند به حل مسئله کمک کنند. برای حل مسئله، مدل با استفاده از برنامه نویسی به زبان ویژوال بیسیک، به برنامه قابل حل توسط رایانه تبدیل شد. با پیاده سازی الگوریتم کولونی مورچگان بر روی مسئله مشخص شد که این الگوریتم ریاضی ابتکاری توان مناسبی در حل مسئله تعیین محدوده نهایی معادن روباز در زمانی معقول دارد، پارامترهای این الگوریتم به ابعاد مسئله حساس می باشند و با بزرگ شدن ابعاد مسئله، ممکن است جواب به سرعت واگرا شود. ازاینرو باید معیارهای توقف این الگوریتم قادر باشند تا در هر مرحله از ساخت جواب ها، بهترین جواب یافت شده را ذخیره کنند.