ارایه یک الگوریتم فراگیر برای بهینه سازی محدوده ی استخراج زیرزمینی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده معدن و متالورژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران

2 دانشیار، دانشکده معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود

3 استادیار، دانشکده معدن، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز

چکیده

هدف از بهینه‌سازی اقتصادی محدوده‌ استخراج زیرزمینی، یافتن محدوده‌ای با بیشترین ارزش اقتصادی است که در آن، تمام محدودیت‌های فنی و هندسی روش استخراج مورد استفاده لحاظ شده باشد. اگرچه بیش از چهار دهه از ارایه اولین الگوریتم بهینه‌سازی محدوده استخراج زیرزمینی می‌گذرد ولی روند گسترش این الگوریتم‌ها در مقایسه با الگوریتم‌های مشابه برای کاربرد در معادن روباز به دلیل تعدد روش‌های استخراج زیرزمینی و پیچیدگی مدل‌سازی اقتصادی بسیار کند بوده است. در این مقاله یک الگوریتم فراگیر سه بعدی به نام MLOA ارایه شده است. این الگوریتم مانند الگوریتم گوما، بر روی مدل‌های بلوکی با ارزش متغیر اجرا می‌شود و توانایی تعیین تعداد، ارتفاع و جانمایی بهینه طبقات استخراجی را دارد. اگرچه روند تعیین طبقات محتمل در این الگوریتم مشابه با الگوریتم گوما است ولی روش تعیین ارزش اقتصادی بلوک‌ها در این دو الگوریتم کاملا متفاوت از یکدیگر است. در الگوریتم MLOA، از یک الگوریتم جزءگرای جستجو محور به نام SOA برای تعیین محدوده بهینه‌ کارگاه‌های استخراج زیرزمینی در هر طبقه استخراجی استفاده می‌شود. در الگوریتم SOA، محدودیت‌های هندسی و فنی مانند حداقل و حداکثر ابعاد کارگاه استخراج و حداقل عرض پایه‌های جانبی در نظر گرفته شده است و با کاربرد آن می‌توان ابعاد و موقعیت بهینه‌ کارگاه‌های استخراج را در درون یک طبقه استخراجی تعیین کرد. برای اعتبارسنجی، نتایج حاصل از کاربرد الگوریتم SOA بر روی مدل‌های بلوکی اقتصادی فرضی، با نتایج حاصل از الگوریتم‌های مشابه و دارای منطق ریاضی مقایسه شده است. نتایج حاصل، نشان ‌دهنده توانایی الگوریتم SOA در تعیین محدوده بهینه‌ کارگاه‌های استخراج زیرزمینی است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A comprehensive algorithm for economic optimization of underground Mining limits

نویسندگان [English]

  • V. Nikbin 1
  • SE. Jalali 2
  • H. Mirzaei 3
1 Ph.D Student, Dept. of Mining and Metalurgical Engineering, AUT, Tehran
2 Associate Professor, Faculty of Mining, Petroleum and Geophysics, Shahrood University, Shahrood
3 Assistant Professor, Faculty of Mining, Sahand University of Technolgy, Tabriz
چکیده [English]

The aim of stope limit optimization is to define an area with maximum economic value, for which, in accordance to the mining method used, all technical and geometrical constraints is considered. Although more than four decades have passed since the first presentation of underground stope optimizatiom algorithm, the development of these algorithms in comparison with similar algorithms used in open pit mines, have been very slow. This may be due to the high variety of underground mining methods and complexity of economic modeling of mining limit. In this paper a 3D comprehensive algorithm, which is called MLOA, is proposed. This algorithm runs on a variable value block models and is able to determine the number, height and optimal layout of levels. To determine the optimum limit of stopes, MLOA has used a heuristic algorithm which is called SOA. In SOA algorithm, Technical and geometrical constraints such as the minimum and maximum of stope dimension and minimum width of rib pillars have been regarded. The optimum location and dimension of stopes within specific level can be determined by using SOA. In order to verify the methods , the results of the application of SOA algorithm on hypothetical economic block model, are compared to similar rigorous algorithm’s results. The results demonstrate the capability of SOA algorithm in determining optimum limit of stopes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Stope
  • Underground
  • Algorithm
  • Optimization
  • Heuristic
[1]     جلالی، م. ا.؛ حسینی، س. ه.؛ 1388؛ "بهینه‌سازی محدوده‌ی استخراج در معادن زیرزمینی با استفاده از الگوریتم حریصانه"،   نشریه‌ی علمی-پژوهشی انجمن  مهندسی معدن، سال چهارم، شماره‌ی 7، ص 1-11.

[2]     جلالی، م. ا.؛ عطائی پور، م.؛ 5831؛ "بهینه‌سازی محدوده‌ی کارگاه استخراج با استفاده از الگوریتم برنامه‌ریزی پویا"، نشریه‌ی علمی-پژوهشی امیرکبیر، تابستان و پاییز 4831، 61(ج- 26): ص 73-84.

[3]     جلالی، م. ا.؛ عطایی‌پور، م.؛ 5831؛ "اصلاح الگوریتم لرچ و گراسمن برای بهینه‌سازی محدوده‌ی معدنکاری روباز با شیب دیواره‌ی کمتر از 1:1"،  نشریه‌ی علمی-پژوهشی انجمن مهندسی معدن، سال اول، شماره‌ی 2، ص 1-7.

[4]     عطایی‌پور، م.؛ جلالی، م. ا.؛ 2931؛ "انتخاب بهینه محدوده معدن و جانمایی کارگاه‌های استخراج در معادن زیرزمینی"، نشریه‌ی علمی-پژوهشی انجمن مهندسی معدن، دوره هشتم، شماره‌ی 02، ص 27-98.

[5]     Riddle, J. (1977). “A Dynamic Programming Solution of a Block-Caving Mine Layout”. 14th International Symposium on the Application of Computers and Operations Research in the Mineral Industry, Society for Mining, Metallurgy and Exploration, Colorado, 767-780.

[6]     Ovanic, J., and Young, D. (1995). “Econemic Optimisation of Stope Geometry Using Separable Programming with Special Branch and Bound Techniques”. Third Canadian Conference on  Computer Applications in the Mineral Industry, H. Mitri (ed), Balkema, Rotterdam, 129-135.

[7]     Alford, C. (1995). “Optimisation in Underground Mine Design”. 25th International Symposium on the Application of Computers and Operations Research in the Mineral Industry, The Australasian Institute of Mining and Metallurgy, 213-218.

[8]     Ataee-pour, M. (1997). “A New Heuristic Algorithm to Optimise Stope Boundaries”. Proceeding of the 2nd Regional APCOM Symposium on Computer Applications in the Mineral Industry, Russia, Moscow.

[9]     Ataee-pour, M., and Baafi, E. Y. (2003). “SLO – AProgram for Stope Limit Optimisation Using A Heuristic Algorithm”. Proceedings of the 18th International Mining Congress and Exibition of Turkey – IMCET, G Ozbayoglu (ed.), Turkey, 295-301.

[10]  Jalali, S, E., and Ataee-pour, M. (2004). “A 2D Dynamic Programming Algorithm to Optimize Stope Boundary”. Proceeding of Mine Planning and Equipment Selection (MPES), 45-52.

[11]  Jalali, S. E., Ataee-pour, M., and Shahriar K. (2007). “Rigorous Algorithms to Optimise stope boundaries Capabilities Restrictions and Applications”. Modern management of Mine producing, Geology and environmental protection (SGEM), Albena, Bulgaria.

[12]  Jalali, S. E., Ataee-pour, M., and Shahriyar, K. (2007). “A Computer Program to Optimize Stope Boundaries Using Probable Stope Algorithm”. Iranian Journal of Mining Engineering (IRJME), 2(3): 7-14.

[13]  Dimitrakopoulos, R., and Grieco, N. (2009). “Stope design and geological uncertainty: quantification of risk in conventional designs and probabilistic alternative”. Mining Science, 45(2): 152-163.

[14]  Topal, E., and Sens J. (2010). “A new algorithm for stope boundary optimization”. Coal Science & Engineering, 16(2): 113-119.

[15]  Agoshkov, M., Borisov, V., and Boyarsky, V. (1983). “Mining of Ores and Non-Metallic Minerals”. Mir Publishers, Moscow, 245–246. (Translated from the Russian by V. Kochin in 1988).