Prediction and Optimization of Roadheader Performance based on the Characteristics and Geo-Mechanical Parameters of the Rock (Case Study: TABAS Parvedeh coal mine No. 1)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

2 دانشگاه شهید باهنر کرمان

3 دانشجوی دکتری استخراج، دانشکده مهندسی معدن و متالورژی دانشگاه یزد

10.22034/anm.2025.21296.1628

چکیده

دستگاه های رودهدر کارایی و انعطاف‌‌‌پذیری خوبی در حفر مکانیزه تونل‌های زیرزمینی دارند. استفاده از رودهدر، سرعت حفاری در تونل‌ها را افزایش می‌دهد و نتیجتاً باعث کاهش چشمگیر زمان و هزینه پروژه می‌شود. با توجه به اهمیت این موضوع، این مطالعه به منظور پیش بینی و بهینه سازی ضریب نفوذ و سرعت حفاری رودهدرها با استفاده از الگوریتم ازدحام ذرات در معدن مکانیزه زغال سنگ پروده شماره 1 طبس انجام شده است. برای این منظور، مطالعات به دو بخش مشاهدات میدانی و آزمایش‌های آزمایشگاهی تقسیم شدند. در قسمت نمونه برداری صحرایی، تونل شماره یک به 30 قسمت تقسیم شده و در هر قسمت، آماده سازی نمونه‌های سنگی برای آزمایش مقاومت، اندازه گیری تعداد درزها، و زمان و حجم توده سنگ حفاری شده توسط دستگاه های رودهدر انجام گرفتند. در بخش مطالعات آزمایشگاهی، نمونه مغزه توسط آزمایش بار نقطه‌ای تست مقاومت شدند و در نهایت پایگاه داده‌ها بر اساس داده‌های اندازه‌گیری شده تشکیل شد. برای انتخاب بهترین مدل برای تخمین سرعت حفاری دستگاه رودهدر، مدل‌های رگرسیون غیرخطی و خطی مورد استفاده قرار گرفت. در این مدل‌ها پارامترهای شاخص کیفی توده سنگ، مقاومت کششی، مقاومت فشاری، شاخص شکنندگی سنگ، شاخص مصرف مته سر رودهدر، ضریب مصرف مته سر رودهدر و انرژی ویژه به عنوان متغیر ورودی و نرخ نفوذ لحظه‌ای به عنوان متغیر خروجی انتخاب شدند. .با مقایسه نتایج، مدل رگرسیون خطی دارای بالاترین ضریب تعیین و شاخص عملکرد و کمترین ریشه میانگین مربعات خطا بود و به عنوان مناسب‌ترین مدل انتخاب شد. به منظور بهینه سازی نرخ نفوذ لحظه ای، رابطه به دست آمده از مدل رگرسیون خطی در الگوریتم ازدحام ذرات پیاده سازی شد. نتایج نشان داد که برای به دست آوردن حد بهینه توابع هدف برای نرخ برش یا نفوذ لحظه‌ای با مقاومت فشاری 1.68 مگاپاسکال و شاخص کیفی توده سنگ 09/33 درصد، نرخ نفوذ لحظه‌ای برابر با 11/33 متر مکعب در ساعت است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Prediction and Optimization of Roadheader Performance based on Characteristics and Geo-Mechanical Parameters of Rock (Case Study: TABAS Parvedeh coal mine No. 1)

نویسندگان [English]

  • amin faramarz 1
  • Gholamreaz Saeedi 2
  • Ali Hosseini 3
  • Sajjad Aghababaei 1
1 Department of Mining Eng., Shahid Bahonar University, Kerman, Iran
2 Department of Mining Eng., Shahid Bahonar University, Kerman, Iran
3 Phd student (Mining Engineering _Mineral Exploitation)Yazd university.
چکیده [English]

Roadheader machines have good efficiency and flexibility in mechanized tunneling and underground mining. The application of Roadheaders increases the speed of excavation in the tunnels, which dramatically reduces the time and cost of the project. Considering the importance of this issue, this study has been done to predict and optimize the penetration rate and excavation speed of Roadheaders using the particle swarm algorithm in Parvadeh No.1 mechanized coal mine. Therefore, in this study, the Roadheader characteristics have been investigated in related studies. All of these studies were divided into two parts: field observations and laboratory tests. In this research, tunnel number one considered as the case study which is divided into 30 parts/sections, and in each section, rock core/sample preparation, the number of joints along the tunnel, excavation time, and volume of the excavated rock mass under the Roadheader machine operation were measured. In the laboratory studies section, the rock core was analyzed by the uniaxial compression strength (UCS) test and finally a database was provided based on the obtained results. In the following, nonlinear and linear regression models were used to select the best model for estimating the instantaneous cutting rate (ICR) of the Roadheader machine which expresses the advancing rate of excavation. In these models, parameters including rock quality designation (RQD) of rock mass, tensile strength (σt), UCS, rock mass brittleness index (RMBI), pick consumption index (PCI), pick consumption factor (PCf), and specific energy (SE) were selected as input variables, and ICR was selected as output variables. By comparing the results, the linear regression model had the highest determination coefficient and performance index and the lowest root mean square error. Therefore, this model was selected as the most suitable model. In order to optimize ICR, the relationship obtained from the linear regression model was implemented in the particle swarm algorithm. The results showed that to obtain the optimal limit of ICR in the considered case study with a UCS of 1.68 MPa and a RQD of 33.09%, ICR is equal to 33.11 cubic meters per hour.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Performance prediction
  • Roadheader
  • Nonlinear and linear regression
  • Coal mine
  • Particle Swarm Opimization

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 15 شهریور 1404
  • تاریخ دریافت: 04 اسفند 1402
  • تاریخ بازنگری: 18 تیر 1404
  • تاریخ پذیرش: 15 شهریور 1404