نشریه مهندسی معدن

نشریه مهندسی معدن

بهینه‌سازی محدوده کارگاه‌های استخراج معادن زیرزمینی با مدل برنامه‌ریزی عدد صحیح سه بعدی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 استادیار، گروه معدن، دانشکده مهندسی‌، دانشگاه زنجان
2 دانشیار، دانشکده مهندسی‌ معدن، دانشگاه صنعتی‌ امیرکبیر
چکیده
با وجود اهمیت استخراج زیرزمینی در زنجیره تامین مواد معدنی، مسایل مهم طراحی این حوزه مانند طراحی کارگاه­­های استخراج، جانمایی بازکننده­ها و برنامه­ریزی تولید هنوز به شکل موثری حل نشده است و روش­های موجود برای حل این مسایل، فرضیات و ساده­سازی­های فراوانی دارد. با هدف پر کردن بخشی از خلا موجود، یک مدل ریاضی برنامه­ریزی عدد صحیح جدید برای طراحی بهینه کارگاه­های استخراج زیرزمینی معرفی می­شود. مدل ریاضی ارایه شده در جستجوی تعیین محدوده­ای با ابعاد مجاز و با بیشترین ارزش اقتصادی ممکن است. از مهم‌ترین ویژگی­های شاخص مدل­ پیشنهادی جدید می­توان به تضمین ارایه جواب بهینه، تسریع زمان حل مساله، امکان اجرا بر روی مسایل بزرگ مقیاس و در نظر گرفتن قیود شاخصی مانند حداقل و حداکثر ابعاد کارگاه­های استخراج داده­های و  همچنین حداقل ضخامت لنگه­های جانبی اشاره کرد. اعتبارسنجی­های انجام شده بر روی یک مثال فرضی و همچنین یک معدن سرب و روی کاملا موفقیت­آمیز بوده است. با اجرای مدل پیشنهادی جدید بر روی کانسار سرب و روی یاد شده محدوده‌ای شامل شش کارگاه استخراج به ارزش حدود 82 میلیون دلار در مدت زمان 592 ثانیه تعیین شده است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

An Integer Programming Mathematical Model for Optimization of Stope Boundaries in Underground Mine Operations

نویسندگان English

Vahid Nikbin 1
Majid Ataee-pour 2
1 University of Zanjan
2 Amirkabir University of Technology
چکیده English

Today, underground mining has a small share of mineral production worldwide. However, underground mining is expected to receive more attention soon due to the extraction of most surface deposits, increasing pit depth, and environmental issues. Stope boundary optimization (SBO), development network, and production scheduling are three main problems in underground mine planning, which are affected by numerous shortcomings and oversimplifications. To overcome one of these shortcomings, a new Integer Linear Programming (ILP) model has been introduced in this article to solve the SBO problem. The new proposed model guarantees an optimal solution and could accelerate problem-solving using an efficient variable reduction technique. Implementing the new proposed model on a hypothetical example and accurate data confirmed its ability to produce robust solutions in a reasonable computation time. We strongly believe that further improvement in the solving process is still possible by using variable reduction, decomposition methods, or relaxation techniques.

کلیدواژه‌ها English

Optimization
Underground Stopes
Underground Mining
Mathematical Model
Mixed Integer Programming
Nikbin, V., Ataee-Pour, M., Anani, A., “Optimization of level intervals in steeply-dipping vein deposits: A two-step approach”, Resources Policy, No. 69, pp. 1 – 12, 2020. ##
Riddle, J. M., “A dynamic programming solution of a block-caving mine layout”, The 14th APCOM Symposium, Society of Mining Engineers-American Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum Engineers, New York, 767 - 772, 1977. ##
Nikbin, V., Ataee-Pour, M., Shahriar, K., Pourrahimian, Y., “A Greedy Algorithm for Stope Boundaries Optimization”, 8th Annual Report Mining Optimization Laboratory (MOL), pp. 246-252, 2017. ##
Ovanic, J., Young, D. S., “Optimisation of stope geometry using separable programming with special branch and bound techniques”, Third Canadian Conference on Computer Applications in the Mineral Industry, McGill University, Montreal 129 - 135, 1995. ##
Alford, C., “Optimisation in underground mine design”, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics, No. 5, 1996. ##
Ataee-Pour, M., “A heuristic algorithm to optimise stope boundaries”, doctor of philosophy, university of Wollongong, New South Wales, 2000. ##
Jalali, S.E., Ataee-pour, M.; “A 2D Dynamic Programming Algorithm to Optimize Stope Boundaries”, in 2004 Proceedings of the 13th symposium on Mine Planning and Equipment Selection, (eds. M. Hardygora et al.), Rotterdam, Balkema, p. p. 45- 52, 2004. ##
عطایی‌پور، مجید.؛ جلالی، سید محمد اسماعیل.؛ " انتخاب بهینه محدوده معدن و جانمایی کارگاه‌های استخراج در معادن زیرزمینی"، نشریه علمی- پژوهشی مهندسی معدن، شماره 20، دوره 8، ص73-89، 1392. ##
جلالی، سیدمحمد اسماعیل.؛ حسینی، هادی.؛ "بهینه‌سازی محدوده استخراج در معادن زیرزمینی با استفاده از الگوریتم حریصانه"، نشریه علمی- پژوهشی مهندسی معدن، شماره 7، دوره 4، ص1-11، 1388. ##
Topal, E., Sens, J., “A new algorithm for stope boundary optimization”, Journal of Coal Science and Engineering (China), No. 16 (2), pp. 113 – 119, 2010. ##
Bai, X., Marcotte, D., Simon, R., “Underground stope optimization with network flow method”, Computers & Geosciences, No. 52, pp. 361 – 371, 2013. ##
Bai, X., Marcotte, D., Simon, R., “A heuristic sublevel stope optimizer with multiple raises”, Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy, No. 114 (6), pp. 427 – 434, 2014. ##
Nelis, G., Gamache, M., Marcotte, D., Bai, X., “Stope optimization with vertical convexity constraints”, Optimization and Engineering, No. 17 (4), pp. 813 – 832, 2016. ##
Sandanayake, D. S. S., Topal, E., Asad, M. W. A., “Designing an optimal stope layout for underground mining based on a heuristic algorithm”, International Journal of Mining Science and Technology, No. 25 (5), pp. 767 – 772, 2015. ##
Hou, J., Xu, C., Dowd, P., Li, G., “Integrated optimisation of stope boundary and access layout for underground mining operations”, Mining Technology, No. 128 (4), pp. 193 – 205, 2019. ##
Asli Sari, Y., Kumral, M., “Sublevel stope layout planning through a greedy heuristic approach based on dynamic programming”, Journal of the Operational Research Society, pp. 1 – 10, 2020. ##
Foroughi, S., Hamidi, J.K., Monjezi, M., Nehring, M., “The integrated optimization of underground stope layout designing and production scheduling incorporating a non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II)”, Resources Policy, 63, p.101408, 2019. ##
Nikbin, V., M. Ataee-pour., “An Integer Programming Algorithm for Stope Layout Optimization”, Amirkabir Journal of Civil Engineering, No. 48 (3), pp. 329-338, 2016. ##
Nikbin, V., Mardaneh, E., M., Asad, M. W. A., Topal, E., “Pattern search method for accelerating Stope boundary optimization problem in underground mining operations”, Engineering Optimization, No. 54 (5), pp. 1-13, 2021. ##
Furtado, M., Dimitrakopoulos, R., Pinto, C., “Stochastic stope design optimisation under grade uncertainty and dynamic development costs”, International Journal of Mining, Reclamation and Environment, Vol. 36 (2), pp. 1-23, 2021. ##
Sari, Y. A., Kumral, M., “Clustering-based iterative approach to stope layout optimization for sublevel stoping”, Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy, Vol. 121 (3), pp. 97-106, 2021. ##
 
Sotoudeh, F., Kakaie, R., Ataei, M., “Development of a computer program for underground mine stope optimisation using a heuristic algorithm”, Proceedings of the First International Conference on Underground Mining Technology, pp. 689-700, 2017.
##
Morales, N., Mancilla, D., Miranda, R., Vallejos,  J., “A fast method to develop an optimal operational sublevel stope design”, Resources Policy, No. 77, 2022. ##
Nhleko, S., Musingwini, C., “Optimisation of Three-Dimensional Stope Layouts Using a Dual Interchange Algorithm for Improved Value Creation”, Minerals, 12, 501, pp. 1-16, 2022. ##
Shami-Qalandari, M., Rahmanpour, M., Mirabedi, S.M., “Determining a resilient stope boundary for underground mass mining projects”, Rudarsko-geološko-naftni zbornik, 37(5), pp.103-116, 2022. ##
Esmaeili, A., Hamidi, J.K., Mousavi, A., “Determination of sublevel stoping layout using a network flow algorithm and the MRMR classification system”, Resources Policy, 80, p.103265, 2023. ##
Janiszewski, M., Pontow, S., Rinne, M., “Industry Survey on the Current State of Stope Design Methods in the Underground Mining Sector”, Energies, 15, 240, pp. 2-20, 2022. ##
Mutandwa, B., Musingwini, C., “Insights and future research directions from a bibliometric mapping of studies in stope layout optimization”, International Journal of Mining, Reclamation and Environment, pp.1-19, 2024. ##
Habib, K.M., Shnorhokian, S., Mitri, H., “Evaluating the application of rock breakage without explosives in underground construction—a critical review of chemical demolition agents”, Minerals, 12(2), p.220, 2022. ##
Ataee-pour, M., “The MVN multiple pass algorithm for optimization of stope boundaries”, Iranian Journal of Mining Engineering (IRJME), 1(2):88-73, 2006. ##
 

  • تاریخ دریافت 08 اسفند 1402
  • تاریخ بازنگری 05 آذر 1403
  • تاریخ پذیرش 17 فروردین 1404