دانشگاه یزد
دانشکده معدن و متالورژی
گروه مهندسی معدن
پایاننامه
برای دریافت درجه کارشناسی ارشد
مهندسی معدن – مکانیک سنگ
تخمين قابلیت انفجار در روش تخریب طبقات فرعی (مورد مطالعاتي: آنومالی 12 معدن سه چاهون)
استاد راهنما :
دکترعلی‌‌رضا یاراحمدی بافقی
اساتید مشاور :
مهندس مهدی ياوري شهرضا
مهندس عليرضا جبين پور
دانشجو :
مجتبی شیرازی
مهر 93

تقدیم به پدرم و مادر عزیزم که در تمامی مراحل زندگی پشتیبان و مشوق من بودهاند.
از استادان گرامی ، آقایان دکتریاراحمدی و مهندس جبين پور که با راهنمایی‌های خود، بنده را در انجام این پروژه یاری نمودند تشکر و قدردانی مینمایم.
در اینجا لازم می‌دانم از کلیه کسانی که در انجام این پروژه مرا با مساعدت های خود یاری نموده اند تشکر و قدردانی نمایم.
چکیده
امروزه عملیات انفجار در تودهسنگهای سخت امری اجتنابناپذیر در بسیاری از پروژههای معدنی و عمرانی محسوب میشود و در صورت عدم دقت در طراحی آن میتواند خسارات جانی و مالی زیادی را به تمامی پروژههای عمرانی یا معدنی وارد آورد. هنگامی که در دو تودهسنگ مختلف با هندسه انفجار و انرژی ماده منفجرهی مشابه ، انفجار صورت میگیرد، درجههای مختلفی از خردایش در آنها ملاحظه میشود. علت این است که تودهسنگها بطور ذاتی مقاومت متفاوتی در برابر خرد شدن بوسیله انفجار دارند. این خاصیت را قابلیت انفجار مینامند. این مشخصه نوعی خاصیت ذاتی سنگ، مانند سختی است و فاکتورهای زیادی بر روی آن تاثیر میگذارند. قابلیت انفجار رابطه مستقیمی با خردایش و نتایج حاصل از آتشباری دارد. برای محاسبهی قابلیت انفجار روابط زیادی ارائه شدهاند که اعتبارسنجی آنها بوسیلهی دادههای واقعی آتشباری انجام گرفته است. چنانچه دادههای واقعی موجود نباشد و یا معدن در مرحلهی طراحی اولیه قرار داشته باشد بایستی از روشهای غیرمستقیم برای محاسبهی قابلیت انفجار استفاده نمود. روشهای تخمین خردایش از مهمترین روشهای تخمین غیرمستقیم قابلیت انفجار هستند. دو روش کوز-رام1 و سوئبرک2 به عنوان مهمترین روشهای تخمین خردایش و نیز تخمین غیرمستقیم قابلیت انفجار هستند. معدن سهچاهون12 در مرحلهی طراحی اولیه قرار دارد که بدلیل فقدان اطلاعات آتشباری واقعی از روشهای غیرمستقیم برای تخمین قابلیت انفجار استفاده‌شد و براساس اطلاعات ژئوتکنیکی معدن قابلیت انفجار محاسبه گرديد. نهايتا طبق مدلسازی‌ انجام شده، قابلیت انفجار از روش طبقهبندی لاتهام3 بین مقادیر 7/3 و 5/4 تخمین زده شد. برای ایجاد جریان ثقلی، قطرچال آتشباری بهینه نیز طبق مدلسازی برابر 40-25 میلیمتر خواهد بود.
کلمات کلیدی: قابلیت انفجار-روشهای معدنکاری تخریبی-روشهای تخمین خردایش-معدن سهچاهون
فهرست مطالب
فصل اول1
كليات تحقيق1
1-1- مقدمه2
1-2- پيشينه تحقيق3
1-3- هدف تحقيق5
1-4- ساختار تحقيق5
قابلیت انفجار6
2-1- مقدمه7
2-2- تأثیر ویژگی‌های ماده سنگ بر قابلیت انفجار9
2-2-1- مقاومت سنگ بکر10
2-2-2- شکنندگی سنگ10
2-2-3- طاقت سنگ11
2-2-4- سفتی سنگ11
2-2-5- سختی11
2-2-6- وزن مخصوص سنگ12
2-2-7- الاستیسیته12
2-2-8- پلاستیسیته12
2-2-9- تخلخل13
2-2-10- بافت سنگ14
2-2-11- ساخت سنگ14
2-2-12- اصطکاک داخلی15
2-3- تأثیر ویژگی‌های تودهسنگ بر قابلیت انفجار15
2-3-1- لایه‌‌بندی15
2-3-2- چین خوردگی16
2-3-3-گسل‌ها17
2-3-4- حفره‌ها و نواحی غیر مقاوم17
2-3-5- شکاف‌های اولیه و درزه‌ها18
2-3-6- میدان‌های تنش29
2-4- تأثیر وجود آب بر قابلیت انفجار30
2-5- تأثیر دما بر قابلیت انفجار30
2-6- تأثیر نیروی انسانی بر قابلیت انفجار31
2-7- تأثیر ویژگی‌های مواد منفجره بر قابلیت انفجار31
2-7-1- سرعت انفجار32
2-7-2- قدرت ماده منفجره32
2-7-3 خردکنندگی32
2-8- تأثیر پارامتر‌های طراحی انفجار بر قابلیت انفجار33
2-8-1- قطرچال33
2-8-2- بارسنگ34
2-8-3- فاصله ردیفی چال‌ها35
2-8-4- ارتفاع پله36
2-8-5- اضافه حفر چال37
2-8-6- گل‌گذاری38
2-8-7- شیب چال38
2-8-8- خرج ویژه39
2-8-9- الگوی چال‌ها40
2-8-10- توزیع مواد منفجره داخل چال‌ها41
2-8-11- زمان‌های تأخیر و ترتیب انفجار43
2-8-12- حفاری ویژه43
2-9- تأثیرپارامتر‌های دینامیکی سنگ بر قابلیت انفجار44
2-9-1- امواج لرزه‌ای45
2-9-1-2- امواج سطحی48
2-10- تاریخچهی مطالعات مربوط به قابلیت انفجار51
2-10-1- باند52
2-10-2- فرانکل (1954)53
2-10-3- اشبی53
2-10-4- بورکویز55
2-10-5- لیلی56
2-10-6- ‌گوس57
2-10-7- لوولاتهام59
2-10-8- روش مومیوند60
فصل سوم63
معدنکاری به روش تخریبی63
3-1- مقدمه64
3-2- روشهای استخراج تخریبی65
3-2-1- روش استخراج تخریب در طبقات فرعی65
3-2-1- روش استخراج تخریب بزرگ67
3-3- جریان ثقلی مواد تخریبی در معادن70
3-3-1- تشکیل کمان75
فصل چهارم83
تخمین دانهبندی ناشی از انفجار83
4-1- مقدمه84
4-2- مدلهای پیش بینی خردایش سنگ85
4-2-1- معادله لارسون85
4-2-2- فرمول سوئدفو86
4-2-3- مدل کوز- رام86
4-2-4- مدل اصلاح شده کوز – رام88
4-2-5- فرمول دنیس و گاما89
4-2-6- مدل JKMRC90
4-3- نرم افزار JKSIMBLAST90
4-3-1- نرم افزار 2Dbench91
4-3-2- نرم افزار 2DFace91
4-3-3- نرم افزار 2DRing93
4-4-تخمین خردایش و محاسبه قابلیت انفجار94
4-4-1- رابطه کوز-رام اصلاح شده94
4-4-2-رابطه سوئبرک95
فصل پنجم99
مورد مطالعاتی99
آنومالی 12 معدن سهچاهون99
5-1- مقدمه100
5-2- مشخصات عمومي كانسار سه چاهون100
5-2-1- موقعيت جغرافيايي100
5-2-2- زمين‎شناسي منطقه100
5-2-3- تشریح توده‌های معدني و کیفيت آنها102
5-3- طراحی پارامترهای آتشباری103
5-3-1- مشکلات پیشرو و فرضیات موجود103
5-3-2- مشخصات ژئومکانیکی کانسار104
5-3-3- پارامترهای طراحی105
5-4- تخمین قابلیت انفجار105
5-4-1- تخمین قابلیت انفجار با استفاده از مدل کوز- رام105
5-4-2- تخمین قابلیت انفجار با استفاده از نرمافزار JKSimblast110
نتیجهگیری و پیشنهادات برای پژوهشهای آینده114
نتیجهگیری115
پیشنهادات117
منابع118
فهرست شکلها
شکل(2-1) قطعات بزرگ برجای مانده از آتشباری نادرست………………………………………………………………….7
شکل(2- 2) برخی از پارامترهای مربوط به توده سنگ………………………………………………………………………….8
شکل(2-3) عوامل مؤثر بر قابلیت انفجار…………………………………………………………………………………………………9
شکل (2-4) بارسنگ بیش از حد در پاشنه پله که در اثر زون عقب زدگی و سطوح زاویهدار ساختاری تولید میشود………………………………………………………………………………………………………………………………………….20
شکل (2-5) سطح آتشکاری که به موازات صفحات لایه بندی ایجاد شده است…………………………………20
شکل (2-6) جهت سطوح لایهبندی نسبت به محور تونل……………………………………………………………………23
شکل (2-7)حفر چاه مستطیلی شکل با برش V شکل………………………………………………………………………..24
شکل(2-8) سنگ ناهمسانگرد با شکستگی قائم…………………………………………………………………………………..24
شکل(2-9) سنگ ناهمسانگرد با شکستگی مسطح صفحه‌ای………………………………………………………………25
شکل (2-10) سنگ با شکستگی قائم و ناهمسانگردی پائین…………………………………………………………….26
شکل(2-11) سنگ با شکستگی مسطح صفحه‌ای و ناهمسانگردی پائین…………………………………………..28
شکل (2-12) توالی انفجار‌ها برای برش سوخته در متاطق دارای تنش ‌های افقی بالا (a) اجتناب شود‌، (b) رضایت بخش…………………………………………………………………………………………………………………………………..29
شکل (2-13) پارامترهای طراحی ………………………………………………………………………………………………………..33
شکل (2-14) تأثیر فاصله ردیفی چال‌ها بر میزان لرزش زمین…………………………………………………………..36
شکل (2-15) نحوه خمشدگی سنگ‌ها در آتشکاری پله‌ای برای HB های مختلف………………………….37
شکل ( 2-16) تأثیر فاصله جناحی در آتشکاری پله‌ای………………………………………………………………………..40
شکل (2-17) مقایسه الگوی مربعی و الگوی یک در میان با مثلث‌های متساوی الاضلاع…………………41
شکل (2-18) توزیع ماده منفجره در چال در آتشکاری پله‌ای…………………………………………………………….42
شکل ( 2-19) چالزنی ویژه برای چهار نوع سنگ مختلف در پله‌های 12 متری………………………………..43
شکل(2-20) یک موج P که درون یک واسطه حرکت می‌کند و باعث فشارش و کشش در ذرات می‌شود……………………………………………………………………………………………………………………………………………………47
شکل(2-21)یک موج S که درون یک واسطه جامد منتقل می‌شود و ذرات را به بالا و پائین حرکت می‌دهد……………………………………………………………………………………………………………………………………………………49
شکل(2-22) موج لاو…………………………………………………………………………………………………………………………….50
شکل (2-23) موج رایلی……………………………………………………………………………………………………………………….50
شکل(2-24) رابطه تجربی بین خرج ویژه‌،فرکانس شکست وزبری درزه (اشبی)………………………………..55
شکل (3-1) نمای کلی روش تخریب در طبقات فرعی………………………………………………………………………..66
شکل ( 3-2) هندسه‌ی تخریب در طبقات فرعی در معدن Kirunaدر سه زمان مختلف…………………67
شکل (3-3) نمای کلی از روش تخریب بزرگ……………………………………………………………………………………..69
شکل ( 3-4 ) انواع مواد تخریبی…………………………………………………………………………………………………………..70
شکل (3-5) تماس مستقیم بین قطعات تخریبی…………………………………………………………………………………72
شکل ( 3-6 ) تماس غیرمستقیم بین قطعات تخریبی…………………………………………………………………………73
شکل (‌‌ 3-7 ) مدل تنش فوتو-الاستیک………………………………………………………………………………………………74
شکل ( 3-8 ) نمودار کلی انتقال فشار در قطعات تخریبی…………………………………………………………………74
شکل( 3-9) محاسبه e/d……………………………………………………………………………………………………………………76
شکل( 3-10) ایجاد کمان در خروجی قیف………………………………………………………………………………………..76
شکل(3-11) گسترش و توزیع تنش در کمان……………………………………………………………………………………..77
شکل(3-12)‌ به دست آوردن ضریب K………………………………………………………………………………………………..79
شکل (3-13) تشکیل کمان در یک قیف تخلیه یک طرفه………………………………………………………………….80
شکل (3-14) مدل تنش فوتو الاستیک کمان……………………………………………………………………………………..80
شکل(3-15) تشکیل کمان در یک قیف تخلیه یک طرفه…………………………………………………………………..81
شکل(3-16) سست کردن بست دیوار کمان در قیف‌های یک طرفه…………………………………………………..81
شکل(4-1) نرم افزار JKSimblast……………………………………………………………………………………………………….91
شکل(4-2) نرم افزار 2DBench…………………………………………………………………………………………………………..92
شکل(4-3) نرم افزار 2DFace………………………………………………………………………………………………………………93
شکل(4-4) نمایی از نرم افزار 2DRing……………………………………………………………………………………………….94
شکل(4-5) نمایی از مدل کوز- رام در نرمافزار Excel……………………………………………………………………….96
شکل(4-6) نمایی از نرمافزار 2DRing…………………………………………………………………………………………………97
شکل(4-7) نمایی از یک مدل فرضی در نرمافزار 2DRing…………………………………………………………………97
شکل(5-1) نمایی از مدل کوز- رام در نرم افزار Excel…………………………………………………………………….106
شکل(5-2) مشخصات مادهسنگ در مدل کوز- رام…………………………………………………………………………..107
شکل(5-3) مشخصات درزهداری در مدل کوز- رام…………………………………………………………………………..107
شکل(5-4) مشخصات ماده منفجره در مدل کوز- رام………………………………………………………………………107
شکل(5-5) الگوی طراحی آتشباری در مدل کوز- رام………………………………………………………………………108
شکل(5-6) قابلیت انفجار و مشخصات خردایش………………………………………………………………………………108
شکل(5-7) جدول توزیع دانهبندی…………………………………………………………………………………………………….109
شکل (5-8) نمودار توزیع دانهبندی…………………………………………………………………………………………………..110
شکل(5-9) نمایی از مدل ساخته شده در نرمافزار 2DRing…………………………………………………………….111
شکل(5-10) نمایی از مشخصات چالهای مدل ساخته شده در نرمافزار 2DRing…………………………111
شکل(5-11) نمایی از خروجی مدل ساخته شده در نرمافزار 2DRing……………………………………………112
شکل(5-12) نمایی از خروجی مدل ساخته شده نرمافزار 2DRing…………………………………………………112
شکل(5-13) نمایی از دانهبندی مدل ساخته شده در نرمافزار 2DRing………………………………………….112
فهرست جدولها
جدول(2-1)درجات جذب درزههای مختلف…………………………………………………………………………………………19
جدول(2-2) رابطه احتمالی میان فاصله درزه‌ها(S)‌،درزه‌ها(J) وحداکثر ابعاد بلوک‌ها(M)………………19
جدول(2-3) طراحی آتشکاری ها با توجه به ساختارهای زمین شناسی……………………………………………..22
جدول (2-4) نتایج حاصل از جبهه‌کارهای مختلف انتخاب شده برای سنگ ناهمسانگرد با شکستگی قائم…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………25
جدول (2-5) نتایج حاصل از جبهه‌کارهای مختلف انتخاب شده برای سنگ ناهمسانگرد با شکستگی مسطح صفحه‌ای…………………………………………………………………………………………………………………………………….26
جدول (2-6) نتایج حاصل از جبهه‌کارهای مختلف انتخاب شده برای سنگ با شکستگی قائم و ناهمسانگردی پائین……………………………………………………………………………………………………………………………….27
جدول(2-7)نتایج حاصل از جبهه‌کارهای مختلف انتخاب شده برای سنگ با شکستگی مسطح صفحه‌ای و ناهمسانگردی پائین…………………………………………………………………………………………………………….28
جدول(2-8)واحدهای خرج ویژه…………………………………………………………………………………………………………..39
جدول(2-9) تأثیر پارامترها در روابط ارائه شده مختلف قابلیت انفجار………………………………………………..54
جدول (2-10) ضریب دگرگونی………………………………………………………………………………………………………….55
جدول(2-11) مقادیر پارامترهای موثر در رابطه لیلی………………………………………………………………………….58
جدول (2-12) ارتباط بین شاخص قابلیت انفجار با فاکتور پودر…………………………………………………………58
جدول(2-13) مقادیر متغیر‌های انتخاب شده برای محاسبه شاخص قابلیت انفجار پیشنهاد شده توسط گوس………………………………………………………………………………………………………………………………………………………59
جدول(2-14) طبقه بندی قابلیت انفجار سنگ براساس ویژگی ‌ها دینامیکی سنگ………………………….61
جدول ( 3-1) شرایط اجرایی و مشخصات روشهای تخریب در طبقات فرعی…………………………………..67
جدول ( 3-2) شرایط اجرایی و مشخصات روش تخریب بزرگ…………………………………………………………..69
جدول ( 3-3 ) انواع مواد تخریبی…………………………………………………………………………………………………………71
جدول (3-4) معادلات برای محاسبه کمینه سطوح مورد نیاز در خروجی افقی…………………………………78
جدول (4-1) ثابت آتشباری برای سنگهای مختلف…………………………………………………………………………..86
جدول(4-2) فاکتورسنگ برای تودهسنگهای مختلف…………………………………………………………………………87
جدول(5-1) پارامترهای آتشباری در معادن تخریبی………………………………………………………………………..104
جدول(5-2) مشخصات ژئوتکنیکی کانسار سهچاهون……………………………………………………………………….104
جدول(5-3) پارامترهای طراحی مورد مطالعاتی………………………………………………………………………………..105
فصل اول
كليات تحقيق
مقدمه
امروزه عملیات انفجار در تودهسنگهای سخت امری اجتنابناپذیر در بسیاری از پروژههای معدنی و عمرانی محسوب میشود و در صورت عدم دقت در طراحی آن میتواند خسارات جانی و مالی زیادی را به تمامی پروژههای عمرانی یا معدنی وارد آورد.
نتیجه یک عملیات آتشباری به پارامترهای متعددی مانند خصوصیات مکانیکیسنگ توده‌سنگ ( مقاومت فشاری تک محوری و سه محوری، مقاومت برشی، مقاومت کششی و مدول ارتجاعی توده سنگ و…)، خصوصیات دینامیکی سنگ، میزان و نوع ناپيوستگي‌ها، مشخصات الگوی انفجار ( قطر چال، طول چال، ضخامت بار سنگ، فاصله ردیفی چال‌ها، ارتفاع گل‌گذاری، طول اضافه حفاری و …)، نوع مواد منفجره، نحوه خرج‌گذاری، ترتیب انفجار چال‌ها، میزان تاخیرها و … بستگی دارد. در ابتدا بایستی مفهوم قابلیت انفجار بیان گردد. هنگامی که در دو تودهسنگ مختلف با هندسه انفجار و انرژی ماده منفجرهی مشابه ، انفجار صورت میگیرد، درجههای مختلفی از خردایش در آنها ملاحظه میشود. علت این است که تودهسنگها بطور ذاتی مقاومت متفاوتی در برابر خرد شدن بوسیله انفجار دارند. این خاصیت را قابلیت انفجار مینامند. این مشخصه به نظر میرسد که نوعی خاصیت ذاتی سنگ، مانند سختی است و فاکتورهای زیادی بر روی آن تاثیر میگذارند. پارامترهای موثر بر قابلیت انفجار به سه گروه کلی (1) خصوصیات مادهسنگ (2) خصوصیات تودهسنگ (3) مشخصات طراحی تقسیم شدهاند.
خواص فیزیکی و ژئومکانیکی تودهسنگ، از مهمترین پارامترهای موثر درطراحی الگوی حفاری و آتشباری هستند. این پارامترها را میتوان در دو گروه جای داد؛ گروه اول شامل خواص مادهسنگ نظیر مقاومت، سختی، مدول الاستیسیته، چگالی سنگ و غیره. این پارامترها به ساخت مادهسنگ، پیوستگی درونی و ترکیب و توزیع کانیهای تشکیلدهنده سنگ بستگی دارند. گروه دوم شامل ساختار ناپیوستگیها مانند جهتداری، فاصلهداری و تداوم ناپیوستگیها و غیره میشود.
قابلیت انفجار رابطه مستقیمی با خردایش و نتایج حاصل از آتشباری دارد، بطوری که با داشتن قابلیت انفجار میتوان آتشباری در معادن و در نتیجه خردایش مطلوب را طراحی نمود. برای محاسبه قابلیت انفجار روابط زیادی ارائه شدهاند که اساس و اعتبارسنجی آنها با استفاده از دادههای واقعی آتشباری انجام گرفته است. در صورتی که دادههای واقعی آتشباری در دسترس نباشد و یا معدن در مرحلهی طراحی اولیه قرار داشته باشد بایستی از روابطی که بطور غیرمستقیم قابلیت انفجار را محاسبه میکنند، استفاده کرد. از جمله مهمترین این روابط میتوان به روابط کوز-رام4 و رابطه سوئبرک5 اشاره نمود.
پيشينه تحقيق
روشهای مختلفی برای ارزیابی قابلیت انفجار سنگها با استفاده از طبقهبندی مهندسی سنگها صورت گرفته است. مطالعات و تحقیقات جدی در مورد ارائه روش از سال 1954 انجام شد. در این زمینه میتوان به روش فرانکل6 اشاره نمود[1]، روش اخیر به دلیل تاثیر پارامترهای قابل کنترل طراحی نظیر عمق چال، ارتفاع خرج، قطر خرج و غیره و لحاظ نکردن پارامترهای تودهسنگ، دارای دقت پایینی است. در سال 1954 هینو7 پیشنهاد کرد که قابلیت انفجار (که آن را ضریب انفجار نامید) با نسبت مقاومت فشاری به مقاومت کششی تودهسنگ برابر است[1]. این روش نیز به دلیل لحاظ کردن پارامترهای اندک و در نظر نگرفتن پارامترهای مربوط به تودهسنگ از دقت پایینی برخوردار است. پس از آن مطالعات زیادی نظیر افرادی مانند هینین و دیماک8 درسال 1976، آشبی9 در سال 1977 و بورکوئیز10 در سال 1981 انجام گرفت[1]، که این مطالعات نیز به دلیل لحاظ کردن پارامترهای اندکی از خصوصیات سنگ و تودهسنگ از قابلیت اطمینان بالایی برخوردار نبودند. در سال 1982 راکشیف11 قابلیت انفجار، مقاومت شکست در برابر انفجار، را تابعی از چگالی سنگ، سرعت موج طولی ضریب پواسون، مدول الاستیک، مقاومت فشاری و مقاومت کششی تودهسنگ، متوسط واحد ساختار طبیعی و ضریبی به نمایندگی از خصوصیات و درجه بازشدگی درزه بیان کرد و با تاثیر دادن آنها روشهای قبلی را تکمیل کرد[1]. پس از آن در سال 1986 توسط لیلی12 اندیس قابلیت انفجار معرفی شد که پرکاربردترین روش موجود هست[2]. ولی این روش بسیار کلی و دارای معایب زیادی است. برای رهایی از این مشکل، لو و لاتهام13 در سال 1998 شاخص قابلیت انفجار را معرفی کردند، که نسبت به سایر روشها تعداد پارامترهای بیشتری در آن در نظر گرفته شده و دقیقتر هست[3]. جیانگ هان وهمکاران14 در سال 2000 از روش شبکه عصبی جهت طبقهبندی قابلیت انفجار توده سنگ استفاده کردند. این روش به دلیل داشتن دقت پایین مورد اعتماد نیست[3]. در سال 2006 مومیوند با یافتن عامل جدید موثر بر قابلیت انفجار سنگها به نام اندازه دهانه ناپیوستگیها، روش جدیدی تحت عنوان شاخص خردایش سنگ ارائه داد[4]. به دلیل استفاده از مرزهای تیز بین رتبه دو کلاس مجاور، همپوشانی در مرزهای کلاسهای طبقهبندیهای ارائه شده، عدم قطعیت ذهنی به دادههایی که نزدیک به مرز جدایی دو کلاس و زیاد بودن دامنه امتیازهای کلاسهای طبقهبندیهای ارائه شده در روش ارائه شده توسط لاتهام و همچنین مومیوند، دشتکی و یار احمدی در سال 2005 یک طبقهبندی جدید بر اساس BRMR را به منظور تعیین قابلیت انفجار تودهسنگ‌ها و میزان خردایش آن‌ها ارائه نمودند. در این طبقهبندی‌، علاوه بر عواملی که در طبقهبندی RMR قید شده است‌، عواملی که در طبقهبندی پیشنهادی لو و لاتهام ذکر گردیده است‌، گنجانده شده است[5].عظیمی و اصانلو در سال 2010 روشی را مبتنی بر فازی سازی روش ارائه شده توسط لاتهام ارائه کردند[6] که به دلیل عدم قطعیت روش منطق فازی مورد اعتماد نیست. ياراحمدي و همكاران سال 2014 در يك طرح تحقيقاتي ضمن طبقه بندي قابليت انفجار بلوك ايران مركزي ويژگي هاي ديناميكي توده سنگ مثل سرعت موج طولي را در محاسبه دانه بندي خردايش ناشي از انفجار و محاسبه خرج ويژه دخيل نمودند.
هدف تحقيق
تعيين قابليت انفجار در فضاهاي زيرزميني بخصوص در روشهاي استخراج تخريبي از مهمترين پارامترهاي تعيينكننده قابليت تخريب در اين روشها است. در اين تحقيق به منظور تعيين قابليت تخريب بروش طبقات فرعي در معدن سنگ آهن زير زميني 12 سه چاهون ميبايست قابليت انفجار مورد بررسي قرار ميگرفت. از طرفي اغلب تحقيقات و تجربيات ثبت شده در خصوص قابليت انفجار، در معادن سطحي بوده است و لذا در اينجا بر اساس داده هاي ژئومكانيكي معدن 11 سه چاهون به عنوان نزديكترين معدن به معدن 12 سه چاهون قابليت انفجار بروش كوزـ رام و سوئبرک مورد محاسبه قرار ميگيرد.
ساختار تحقيق
در فصل دوم اين تحقيق قابلیت انفجار مورد بررسي قرار ميگيرد كه شامل پارامترهاي موثر از سيستم تودهسنگ، سيستم انفجار و شرايط انفجار است. در فصل سوم روشهای تخریبی بخصوص روش تخريب طبقات فرعي مورد بحث قرار ميگيرند. در فصل چهارم نحوهی تخمین خردایش معرفی شده و سپس در فصل پنجم معدن مورد مطالعه معرفی و قابلیت انفجار آن محاسبه میشود.
فصل دوم
قابلیت انفجار
2-1- مقدمه
آتشباری یکی از کاربردی‌ترین تکنیک‌های حفاری سنگ در معدن‌کاری است. به وسیله این عملیات اندازه اولیه سنگ به اندازه مورد نیاز کاهش یافته یا با کوبیدن و آسیاب کردن به پودر دانه ریز مناسب برای فرآوری کانه‌آرایی تبدیل می‌شود. در نتیجه شرایط نامناسب زمین‌شناسی یا طراحی ضعیف عملیات آتشباری، ممکن است که پس از آتشباری بلوک‌های بزرگی بر جای ماند که نیاز به شکستن مجدد آنها ‌باشد (شکل2-1).
شکل2-1 : قطعات بزرگ برجای مانده از آتشباری نادرست[8].
یک عملیات آتشباری خوب طراحی شده، عملیاتی است که منجر به تولید مصالح با توزیع اندازه‌ای گردد که مطابق تجهیزات بارگیری، حمل و نقل موجود و کارخانه سنگ‌شکن باشد و نیاز به خرد کردن مجدد سنگ نداشته باشد؛ بنابراین کنترل توزیع اندازه ذرات کپه انفجاری پس از آتشباری یکی از مهم‌ترین موضوع‌ها در صنعت معدن‌کاری است و از آنجایی که میزان خردایش ناشی از آتشباری تأثیر مهمی بر فرآیندهای پایین‌دستی معدن‌کاری از قبیل بارگیری، سنگ‌شکنی و آسیاب کردن دارد، انجام مطالعات جهت بهینه‌سازی خردایش بسیار مهم است. زیرا علاوه بر تأثیر مستقیم بر هزینه استخراج و فرآوری ماده معدنی، بر ایمنی بارگیری، حمل‌ونقل و کنترل پرتاب سنگ نیز مؤثر است[7]. پارامترهای مربوط به طبیعت تودهسنگ شامل خصوصیات فیزیکی و مکانیکی سنگ بکر و ناپیوستگی‌ها هستند. از خصوصیات سنگ بکر می‌توان به مقاومت فشاری و کششی، وزن مخصوص، مقاومت برشی، سختی، الاستیسیته، تغییر شکل‌پذیری، دوام و اندازه دانه‌ها اشاره کرد. این خصوصیات مرتبط با بافت سنگ، پیوندهای داخلی، ترکیب و توزیع کانی‌های تشکیل دهنده سنگ هستند. از خصوصیات ناپیوستگی‌ها نیز می‌توان به جهت‌یابی، فاصله‌داری، تداوم، بازشدگی، زبری، خصوصیات مواد پرکننده و غیره اشاره کرد.
شکل2- 2 : برخی از پارامترهای مربوط به توده سنگ[8]
ویژگی‌های تودهسنگ در عملیات آتشباری مهم‌ترین و پیچیده‌ترین عواملی هستند که برآن مؤثر بوده و لذا در هنگام شروع معدنکاری درمعادن روباز و یا درپروژه‌های عمرانی و همچنین در هنگام برنامه ریزی و طراحی باید مد نظر قرار گیرد.در ادامه به برخی از این خصوصیات اشاره خواهد شد.[5]
2-2- تأثیر ویژگی‌های ماده سنگ بر قابلیت انفجار
همانطور که در شکل زیر نیز مشخص شده است پارامتر‌های استاتیکی مؤثر بر قابلیت انفجار به سه دسته سیستم تودهسنگ‌، شرایط انفجار و سیستم انفجار تقسیم می‌شوند‌، که هر کدام از این دسته‌ها نیز به تعدادی زیر شاخه تقسیم می‌شوند.
شکل2-3: عوامل مؤثر بر قابلیت انفجار[5]
به غیر از پارامتر‌های استاتیکی مؤثر بر فرآیند انفجار و قابلیت انفجار عوامل دیگری نیز و.جود دارند که تأثیر بسزایی بر میزان خردایش‌، لرزش زمین و به طور کلی بر قابلیت انفجار دارند که از آن‌ها باعنوان پارامتر‌های دینامیکی مؤثر بر قابلیت انفجار نام برده می‌شود. این پارامتر‌ها شامل امواجی هستند که در اثر انفجار تولید شده و در سنگ‌ها انتشار می‌یابند. قدرت‌، سرعت و نحوه انتشار این امواج یک فاکتور مهم و تعیین کننده در قابلیت انفجار بوده از این رو در این مطالعه سعی شده به امواج ناشی از انفجار‌، علی الخصوص امواج طولی‌، قوانین حاکم بر امواج‌، نحوه ایجاد و برداشت آن‌ها به طور اجمالی اشاره شود. حال به شرح تک تک پارامتر‌های اشاره شده می‌پردازیم[8]‌:
2-2-1- مقاومت سنگ بکر
مقاومت سنگ عبارت است از حداکثر نیرو یا ترکیبی از نیروها در واحد سطح است که سنگ می‌تواند تحمل کند، بدون آنکه بشکند.
برای رسیدن به خردایش مطلوب، مقاومت سنگ‌ها، جهت و امتداد شیب درزه‌ها و موقعیت و جهت زون‌های شکستگی یا لایه‌های نرم از جمله رس فاکتورهای مهمی هستند، که باید ارزیابی شوند. لایه‌های نرم اجازه می‌دهند، که فشار گاز انفجاری در یک لحظه رها شود و این به دلیل مقاومت برشی پایینی است که بین این لایه‌ها وجود دارد. در عملیات حفاری مقاومت برشی سنگ مهم است. اما در عملیات آتشباری مقاومت‌های فشاری و کششی اهمیت ویژه‌ای دارند. مقاومت سنگ اثر بسیار مهمی روی نتایج انفجار دارد و طراحی الگوی انفجار بدون در نظر گرفتن آن ممکن است، هزینه زیادی را به کل عملیات تحمیل نماید. به عنوان مثال در یک سنگ با مقاومت زیاد اگر خرج‌گذاری کمتر از مقدار مورد نظر باشد سنگ شکسته می‌شود، اما جابه‌جا نمی‌شود. در نتیجه پس از انفجار، توده‌ای از سنگ شکسته درجا به وجود خواهد آمد که حفر چال در آن بسیار مشکل و یا حتی غیر ممکن است و برای از جا درآوردن و بارگیری آن باید از تجهیزاتی مانند بولدوزر کمک گرفت. به طور کلی می‌توان گفت هرچه مقدار مقاومت‌های مختلف سنگ بالاتر رود، به تبع آن کیفیت سنگ افزایش می‌یابد، در نتیجه خرج ویژه بیشتری برای انفجار سنگ نیاز است[8].
2-2-2- شکنندگی سنگ15
عبارتست از خرد شدن سنگ بدون تخریب با تغییرات پلاستیکی و یا وارد شدن درحالت پلاستیکی نسبتاً طولانی. معمولا سنگ‌هائی که مدول الاستیسیته نسبتاً زیاد دارند دارای خاصیت شکنندگی بالایی نیزهستند بنابراین خرج ویژه بالاتری نیز دارند[5].
2-2-3- طاقت سنگ
عبارت از مقاومت سنگ دربرابر شکستن و یا خرد شدن و در سنگ‌هایی که خاصیت پلاستیکی دارند این خاصیت بارزتر است. سنگ‌هایی‌که خاصیت پلاستیکی نسبتاً زیادی دارند کمتر شکننده بوده و بیشتر مقاومند بنابراین خرج ویژه بالاتری نیز دارند[5].
2-2-4- سفتی سنگ
عبارت است از مقاومت مولکول‌ها و سیمان بین اجزاء متشکله سنگ در برابر تغییر شکل تحت اثر فشارهای خارجی. هرجه این میزان بیشتر باشد، خرج ویژهی بالاتری نیز مورد نیاز است[8].
2-2-5- سختی16
شاخص سختی مشخص کننده نرمی و سختی جسم در برابر کشیده شدن با برخورد جسم دیگر بر آن است. اگر مقاومت سنگ در برابر خراش حاصل از جسم دیگر مورد نظر باشد سختی استاتیکی نامیده می‌شود و درحالی که مقاومت سنگ در برابر ضربه در نظر گرفته شود و سختی دینامیکی نامیده می‌شود که این دو سختی با یکدیگر مساوی نیستند. از آنجاییکه سختی یک سنگ قاعدتاً میانگین سختی کانی‌های تشکیل دهنده آن است بنابراین ابتدا مقیاس سختی کانی‌ها مورد بررسی قرار می‌گیرد. مقیاس سنجش سختی کانی‌ها معیار استاندارد «موهس» است که درآن سختی ده کانی به صورت اعداد صحیح از 1 تا 10 در نظر گرفته شده است، دراین معیار هر کانی با عدد سختی بالاتر می‌تواند کانی با عدد سختی پائین‌تر را خط بیندازد. باید توجه داشت که سختی تنها برروی راندمان حفاری و فرسایش ماشین‌آلایت حفاری تأثیر دارد و تأثیر آن برروی آتشباری چندان محسوس نیست[5].
2-2-6- وزن مخصوص سنگ17
عبارت است از نسبت وزن حجم معینی از فاز جامد سنگ (شبکه کانی‌های آن) به وزن همان حجم از آب مقطر. وزن مخصوص یک کانی بستگی به ترکیب و ساختمان شیمیایی آن دارد. معمولاً هر چه شماره اتم‌های سنگین یک کانی بیشتر باشد شعاع اتمی آن‌ها کوچک‌تر می‌گردد و تراکم آن‌ها در شبکه تبلور بیشتر شده و درنتیجه وزن مخصوص آن کانی بزرگ‌تر است[3].
چگالی سنگ یکی از پارامترهای کلیدی در مراحل طراحی الگوی حفاری است. میزان ماده منفجره مورد نیاز جهت شکستن و جابه‌جا کردن سنگ تابع وزن مخصوص سنگ است. سنگ‌های با وزن مخصوص بیشتر پاسخ بهتری به مواد منفجره با فشار انفجار بالاتر می‌دهند. در نهایت می‌توان نتیجهگیری نمود که هرچه وزن مخصوص سنگ بالاتر باشد، نیروی بیشتری لازم است تا حجم سنگ حاصل از آتشباری را جابه جا کند، از اینرو خرج ویژه مصرفی افزایش می‌یابد[3].
2-2-7- الاستیسیته18
خاصیت الاستیسیته عبارت است از قابلیت تغییر شکل مکانیکی سنگ تحت تأثیر نیروهای خارجی و برگشتپذیری آن به حالت اولیه پس از رفع نیروی خارجی تا زمانی که این نیروها سبب شکستن سنگ نشوند. چنانچه نیرو افزایش یابد سنگ شکسته می‌شود. بنابراین هرچه این خاصیت بیشتر باشد خرج ویژه بیشتر میشود[8].
2-2-8- پلاستیسیته19
وقتی تنش اعمال شده از حد کشسانی تجاوز کند جسم ممکن است به صورت خمیرسان (پلاستیک) عمل نمایند، که بر خلاف کرنش الاستیک دارای تغییر شکل موقت نیست و بلافاصله پس از برطرف شدن تنش تغییر شکل باقی میماند. باید توجه داشت که اجسام ترد فاقد مرحله الاستیک بوده و با یک تنش ثابت به طور دایم تغییر شکل خمیری می یابند.
یک روش تجربی و آزمایشگاهی مهم برای آگاهی از نحوه تغییر شکل اجسام در شرایط مختلف، استفاده از آزمون فشاری سه محوری است. از این رو هر چه سنگ دارای خاصیت پلاستیسیته بالاتری باشد شکستن آن نیاز به نیروی و فشار بیشتری دارد، لذا خرج ویژهی بیشتری مورد نیاز است[5].
2-2-9- تخلخل20
سنگ‌ها اجسامی کاملا توپر نیستند و همیشه حاوی خلل و فرج به صورت حفره‌های کم و بیش مرتبط به شکاف‌ها و یا حفره‌های مجزا هستند. به منظور بررسی خلل وفرج سنگ‌ها کمیتی به نام تخلخل تعریف می‌شود و آن عبارت است از نسبت حجم فضای حفره‌های سنگ به حجم کل سنگ. در صورتیکه نسبت حجم حفره‌های سنگ به حجم جامد آن در نظر گرفته شود، درصد پوکی نامیده می‌شود. ارتباط بین این دو کمیت عبارتست از :
(2-1)
n‌:‌ درصد تخلخل
e‌:‌ درصد پوکی
وجود این حفره‌ها اهمیت زیادی در خواص مکانیکی سنگ دارد و بطور کلی هرچه تخلخل سنگ بیشتر باشد مقاومت مکانیکی آن کمتراست. تخلخل با مقدار کم باعث افزایش پلاستیسیته سنگ شده و مقاومت آن را در مقابل ضربه افزایش می‌دهد. تخلخل منجر به کاهش عملیات آتشباری مؤثر می‌شود. طول ترک‌های ایجاد شده توسط انفجار در یک سنگ با تخلخل بالا، تنها 25 درصد این مقدار در سنگ‌های غیر متخلخل است. از طرفی اکثر سنگ‌های متخلخل انرژی را جذب می‌کنند که این پدیده کنترل اندازه خردایش را مشکل می‌کند[8].
2-2-10- بافت سنگ
واژه بافت گویای ساختمان درونی سنگ است که می‌تواند تحت تاثیر اشکال و اندازه‌های مختلف ذرات یا کانی‌ها، دارای بافت گوناگون نیز باشد. در واقع خصوصیاتی از یک سنگ که از دانه‌‌بندی، شکل تبلور و اندازه این دانه‌ها و ارتباط بین اجزاء ودانه‌های مختلف سنگ را بحث کند بافت گویند. باید توجه داشت که بافت‌های دانه‌ریز مقاومت بیشتری را در مقابل حفاری و آتشباری ایجاد می‌کند، به بیان دیگر هرچه سنگ همگن‌تر باشد، مصرف مواد منفجره (خرج ویژه) بیشتر خواهد بود[3].
2-2-11- ساخت سنگ
ساخت سنگ نیز خصوصیاتی از سنگ است که روی نمونه یا روی زمین به وضوح قابل مشاهده است که از آن جمله می‌توان به موارد زیر اشاره نمود[5]:
ساختمان توده‌ای: کانی‌های بدون هیچ تنظیم خاصی درکناریگدیگر قرار گرفته‌اند که حفاری و آتشباری آن‌ها نیزکار ساده‌ای نیست.
ساختمان لایه‌ای: در سنگ‌های رسوبی دیده می‌شود که مقاومت کمتری درمقابل حفاری و آتشباری دراین نوع سنگ مشاهده می‌شود.
ساختمان شیستی: خاص سنگ‌های دگرگونی است وبه‌ موازات لایه‌‌بندی در سنگ‌ها معمولاً صفحاتی غیر منقطع وجود دارد که نیروی جاذبه مولکولی در امتداد این صفحات نسبت به سایر قسمت‌های سنگ کمتر است که مقاومت کمتری درمقابل حفاری و آتشباری دراین نوع سنگ مشاهده می‌شود.
ساختمان تک دانه‌ای: معمولا ماسه وگراول دارای این نوع ساخت می‌باشند که ذرات تقریباً بدون هیچ واسطه‌ای، با سیمان کم درکنار یکدیگر قرار گرفته‌اند که مقاومت کمتری درمقابل حفاری و آتشباری دراین نوع سنگ مشاهده می‌شود.
2-2-12- اصطکاک داخلی
با توجه به اینکه سنگها یک محیط کاملاً الاستیک نیستند، بخشی از انرژی موج کرنشی که از میان آنها عبور میکند، در اثر مکانیزمهای مختلف به گرما تبدیل میشود. این مکانیزمها بنام اصطکاک داخلی یا ظرفیت خفهکنندگی ویژه نامیده می شوند. ظرفیت خفه کنندگی ویژه (SDC) مبین توانایی سنگ در میرا کردن امواج کرنشی حاصل از انفجار است. مقدار SDC بر حسب نوع سنگ میتواند بسیار متفاوت باشد. این مقدار برای گرانیتها 02/0 تا 06/0 و برای ماسه سنگ 07/0 تا 33/0 است. با افزایش تخلخل، نفوذپذیری، درزهداری و محتوی آب سنگ مقدار SDC نیز بالا میرود. بر حسب شرایط جوی نیز مقدار SDC به طور قابل ملاحظهای به صورت تابعی از ضخامت و هوازدگی افزایش مییابد.
با کاهش SDC مقدار درزههای تولید شده در اثر موج کرنشی بیشتر میشود. بنابراین استفاده از مواد منفجره ژل آبی در سنگ های سخت و تشکیلات کریستالین بهتر از استفاده آنها در سنگ های نرم و مواد سست است. به عبارت دیگر در سنگهای نرم و مواد شل شده، استفاده از آنفو حتی در صورت پایینتر بودن انرژی کرنشی آن، مناسب تر است[8].
2-3- تأثیر ویژگی‌های تودهسنگ بر قابلیت انفجار
ویژگیهای تودهسنگ تأثیر زیادی بر کیفیت آتشباری و قابلیت انفجار دارند. در ادامه به بررسی مهمترین این ویژگیها پرداخته میشود:
2-3-1- لایه‌‌بندی
لایه‌‌بندی روی میزان خردشدن و پایداری دیواره گودبرداری مؤثر است. اگر بین لایه‌ها فاصله باشد و یا جنس لایه از مواد سست تشکیل گردد، به عنوان ناحیه غیرمقاوم تلقی می‌شود. شیب لایه نیز در نتیجه آتشکاری تأثیر خواهد داشت، اگر شیب لایه به طرف داخل گودبرداری باشد پایداری دیواره گودبرداری به خطر می‌افتد واحتمال شکستن کمر چال به سبب حرکت لایه‌ها تحت تأثیر وزن خود وجود دارد. در اینگونه لایه‌ها امکان عقبزدگی هنگام انفجار زیاد می‌شود زیرا علاوه بر نفوذ گازهای حاصل از انفجار در بین لایه‌ها به علت اینکه شیب لایه در جهت سطح آزاد است، ریزش لایه‌ها در پشت چال به سهولت صورت می‌گیرد و همین امر موجب عقبزدگی زیاد می‌شود.
اگر شیب لایه به طرف بیرون سطح آزاد یا به سمت بیرون گود برداری باشد، دیواره پایدار می‌ماند اما احتمال شکستن کمر چال مثل حالت فوق وجود دارد در این وضعیت آتشکاری بر خلاف جهت شیب باعث کاهش عقب زدگی می‌شود اما سکو در کف پله به وجود خواهد آمد که نیازی به آتشکاری ثانوبه دارد. اگر چال‌ها در امتداد لایه حفر شوند و شیب لایه‌ها در سینه کار مشاهده شود، چون که لایه‌های گوناگون عکس العمل‌های متفاوت در مقابل انفجار نشان می‌دهند، سینه کار بسیار ناصاف در می‌آید. اگر آتشکاری در هر سه مورد فوق نتیجه مطلوبی نداشت، جهت سینه کار باید به نحوی عوض شود که شیب و امتداد بر نتیجه آتش تأثیری نداشته باشد[9].
2-3-2- چین خوردگی
به تغییر شکل‌های ایجاد شده در لایه‌ها و سنگها چینخوردگی می‌گویند. پیچ و خم‌های ایجاد شده درچین خوردگی‌ها معمولاً همراه با شکستگی نیست. در محور چین خوردگی‌ها معمولاً تمرکز تنش وجود دارد. به طور کلی تاقدیس جزء نواحی کم مقاومت یا ضعیف محسوب می‌شود، این امر به دلیل کشیدگی لایه‌های بالایی است که تا حدی ناشی از فشاری است که لایه‌های پایینی بدان وارد می‌کنند، لذا آتشباری در این نواحی به دلیل نبود مقاومت زیاد راحتر خواهد بود.
در نواحی ناودیس لایه‌ها تمایل به لغزش و سر خوردن بر روی یکدیگر را دارند و اغلب در این نواحی قطعات خرد شده لایه بالایی مشاهده می‌شود که در مجموع به دلیل مقاومت بالا، کار آتشباری دشوار و مصرف خرج ویژه بالاست[3].
2-3-3-گسل‌ها
گسل‌ها معمولاًسطوح برشی هستند که درامتداد آن‌ها حرکت و کانی سازی تحقق می‌یابد. سطوح گسل از مواد دانه ریزی چون رس و میلونیت تشکیل می شوند و تشکیل آن‌ها در امتداد سطوح برشی صورت می‌گیرد[3]. وجود گسلها باعث هدر رفت گازهای ناشی از آتشباری و افزایش خرج ویژه میشود.
2-3-4- حفره‌ها و نواحی غیر مقاوم
حفره‌ها و نواحی سست غیر قابل رویت مثل کارهای زیرزمینی، غارهای حاصل از انحلال، لایه‌های گلی و گسل‌ها مشکلات جدی در راه انفجار ایجاد می‌کنند، زیرا موجب هدررفتن انرژی ماده منفجره می‌گردند. انرژی ماده منفجره همیشه در مسیری حرکت می‌کند و به طرفی می‌رود که کم‌ترین مقاومت را در سر راه خود داشته باشد.
وقتی که تودهسنگ جلو چال، تکرار لایه‌های سخت وسست باشد، انرژی ماده منفجره در لایه‌های سست تلف شده و خردشدن سنگ بسیار ضعیف خواهد شد. بسته به امتداد ناحیه سست و با توجه به سطح آزاد ممکن است، پدیده لرزش هوا و پرتاپ سنگ پیش بیاید. وجود حفرهها باعث هدر رفت گازهای ناشی از آتشباری و افزایش خرج ویژه میشود. تکرار لایه‌های مقاوم و غیرمقاوم منجر به خردشدن سنگ به صورتی می‌شود که قطعات بزرگ و غیرقابل حمل به وجود آیند. افزایش خرج ویژه به ندرت این اشکال را برطرف می‌کند و احتمالا موجب جابجایی قطعات سنگ به فواصل بیشتر می‌شود. در چنین حالاتی بهترین راهحل این است که چال‌های کوچک‌تر حفر شود، تا توزیع ماده منفجره بهتر صورت گیرد[9].
وجود نواحی غیر مقاوم نیز باعث هدر رفت گازهای ناشی از آتشباری و افزایش خرج ویژه میشود.
2-3-5- شکاف‌های اولیه و درزه‌ها
سیستم درزه‌های موجود در تودهسنگ روی میزان خردشدن و پایداری محدوده گودبرداری مؤثراست. درزه‌ها شامل پارامترهای هندسی متعددی می‌باشند که هر یک می‌تواند بر روند انفجار موثر است[8].
فاصله‌داری: در فواصل زیاد با کم شدن سطوح ضعیف و کاهش اتلاف انرژی گازهای حاصل انفجار کیفیت آتشباری بهبود خواهد یافت و خرج ویژه کاهش مییابد.
جهت‌داری: عموما بهتر است جبههکار موازی با جهت سیستم درزه عمده باشد، در صورت اینکار تأثیر انبساط گازهای ناشی از آتشکاری روی سنگ بیشتر خواهد بود، به این شکل که ابتدا درزه‌های عمده و بعد درزه‌های جزئی تحت تأثیر تنش گاز قرار می‌گیرند و خرج ویژه کاهش مییابد.
شیب درزه‌ها: حالت مطلوب ما برای آتشباری شیب 90 درجه است و هرچه از 90 درجه منحرف شود، به دلیل دسترسی سریع‌تر به جبهه کار و هدر رفتن گاز حاصل از انفجار، باعث کاهش راندمان آتشباری می‌شود و خرج ویژه افزایش مییابد.
بازشدگی و گسترش: هر چه بازشدگی و گسترش درزه‌ها بیشتر باشد، اولاً کیفیت تودهسنگ کاهش یافته و دوماً انرژی گازها به هدر می‌رود، در نتیجه راندمان انفجار کاهش ‌یافته و خرج ویژه افزایش مییابد.
زبری سطح درزه‌ها: هرچه سطوح درزه‌ها زبرتر باشند، در مقابل نیروهای برشی و نیروهای حاصل از انفجار، مقاومت کرده و راندمان کاهش می‌یابد و در نتیجه خرج ویژه افزایش مییابد.
درزه‌ها ممکن است بسته‌، باز و یا پر باشند. به همین دلیل می‌توانند درجات مختلفی از عبور انرژی انفجار را از خود نشان دهند (جدول2-1). دیواره این درزه‌ها سطوحی هستند که بسته به آنها موج کرنشی منعکس‌،میرا و یا پراکنده می‌شود.

جدول 2-1 : درجات جذب درزههای مختلف[5]
جذب انرژی موج ضربه به وسیله درزه هاعرض درزه (mm)طبیعت درزه ها1- کم (%20>)
2- نسبتاً کم (% 40-20)
3- متوسط (% 80-40)
4- زیاد (% 80 <)(A)0
(B) 0/4 –
0
(A) تا 5/0
(B) تا 0/4
0/1-5/0
(A) 0/1-1/0
(B) 0/1درزه های بسیار فشرده به هم
درزه های پر شده با موادی که امپدانس صوتی آنها به امپدانس سنگ نزدیک است.
درزه های باز پر شده با هوا یا آب
درزه های پر شده با موادی که امپدانس صوتی آنها 5/1 تا 2 برابر کمتر از امپدانس سنگ است.
درزه های باز پر شده با هوا یا آب
درزه های پر شده با مواد شل و متخلخل
درزه های باز پر شده با مواد شل، متخلخل، هوا و آب
جدول2-2 رابطه احتمالی میان فاصله درزه‌ها (S)‌، درزه‌ها (J)‌، و حداکثر ابعاد بلوک‌ها (M) [8]
موردJs : SJs : MS : Mحساس بودن خردشدگی به خرج ویژهدرصد قطعات سنگی درشت1
2
3
4
5
6Js > S
Js > S
Js > S
Js < S
Js < S
Js < SJs > M
Js > M
Js < M
Js > M
Js < M
Js < MS > M
S < M
S < M
S > M
S < M
S > Mبلی
بلی
بلی
خیر
خیر
خیرمتوسط
کم
کم
بالا
کم
کم میزان خردشدگی بر اساس فاصله جناحی چال ها S، فاصله بین درزه ها و حداکثر ابعاد بلوک قابل قبول تعیین میشود. ترکیبات ممکن مختلف این عوامل و تأثیر آنها در تشکیل تکه سنگهای بزرگ در جدول (2-2) نشان داده شده است. جنبه دیگر طراحی آتشکاریها کنترل زمین ساختمانی تودهسنگ است که در آن جهت سینهکار و خردکردن سنگها بر اساس امتداد و شیب لایهها تعیین میشود.
شکل 2-4: بارسنگ بیش از حد در پاشنه پله که در اثر زون عقب زدگی و سطوح زاویه دار ساختاری تولید میشود[5].
شکل 2-5 : سطح آتشکاری که به موازات صفحات لایه بندی ایجاد شده است[8].
جدول(2-3) نتایج قابلیت انفجار آتشکاری را با در نظر گرفتن شیب ناپیوستگی و زاویه نسبی امتداد و شیب نشان میدهد. هنگامی که ناپیوستگیها نسبتاً قائم بوده و جهت آتشکاری عمود بر (یا موازی) آنها است، اعمال برخی ملاحظات ویژه ضروری است. در این موارد معمولاً در آخرین ردیف آتشکاری، مشکل پس شکست اتفاق افتاده و باعث میشود چالهای ردیف اول آتشکاری بعدی برای ثابت ماندن بارسنگ اجباراً مایل حفر شوند[5]. هنگامی که زاویه شیب صفحات لایهبندی کمتر از 30 درجه است، پیشنهاد میشود چالها در جهت عمود بر این صفحات حفر شوند. بدین ترتیب راندمان آتشکاری بالا خواهد رفت. در حفاری تونل، شکل مقطع حفاری به شدت وابسته به خواص ساختاری تودهسنگ است و معمولاً از مقطع مستطیل در سنگهای محکم و از مقطع منحنی در سنگهای ناپایدارتر استفاده میشود. اگر ناپیوستگیها عمود بر محور تونل باشند، نتایج آتشکاری معمولاً خوب از آب در خواهد آمد (شکل 2-6 الف)، ولی اگر ناپیوستگیها به موازات محور تونل باشند (شکل 2-6 ب)، میزان پیشروی رضایتبخش نبوده و شکل مقطع نیز صاف نخواهد بود[8]. حال اگر ناپیوستگیها نسبت به محور تونل حالت موربی داشته باشند، آتشکاری در یک طرف تونل راحتتر از طرف دیگر صورت میپذیرد. مثلاً در شکل(2-6 ج) آتشکاری در طرف چپ راحت خواهد بود. در سنگهای لامینه و شیستوز که درزههای زیاد نزدیک به هم دارند، حفاری با برش V مناسبتر است و تونلهای قطور 6 متری را نیز میتوان با این نوع برش حفر نمود. در حفر چاههای مستطیلی با برش V، بهترین حالت زمانی است که ناپیوستگیها به موازات خط و اصل انتهای برشV باشند (شکل2-7). راستای آتش باید با توجه به شکستگی‌های زمین‌شناسی انتخاب شود و برای عملیات کواری، سیستم شکستگی‌های اصلی باید بر روی نقشه‌های عملیاتی ترسیم شوند. در موارد خاص که راستای آتش (انفجار) با توجه به سایر پارامترها تعیین می‌شود، الگوی آتش‌زنی می‌تواند برای کنترل (تسلط داشتن) راستای آتش و نتیجه آن به کار گرفته شود. قبل از آغاز چالزنی، بایستی راستای آتش با توجه به شکستگی سیستماتیک تودهسنگ انتخاب شود. مسائل خردایش21 ، شکستن22 ، پای پله و مسائل مربوط به شلشدگی در طول کف پله یا پاشنه، همگی با راستای آتش در ارتباط به شکستگی سیستماتیک سنگ بستگی دارند. تحقیقات ثابت کرده‌اند که زاویه بهینه بین راستای آتش و راستای امتداد شکستگی‌های اصلی/ صفحات ضعف تقریباً برابر 20 – 45 درجه است[10].
جدول 2-3: طراحی آتشکاری ها با توجه به ساختارهای زمین شناسی[8]
نتیجهزاویه بین جهت لایه و آتشکاریشیب لایه ها
خردشدگی خوب و پله منظم
خردشدگی متغیر و پله دندانه ای
مناسب ترین جهت
خوب
نامناسب
قابل قبول
بسیار خوب
خوب
نامناسب
قابل قبول
بسیار خوب
نسبتاً نامناسب
مناسبجهت شکست بی اهمیت
360=180=0= β
315=225=135= β
45= β
270=90= β
360=180=0= β
135=45= β
90= β
315=225= β
270= β
360=180=0= β
135=45= β
90= β
315=225= β
270= β
90= β
270= β
(بسته به مقدار α و یکپارچگی سنگ نتایج می تواند نزدیک به 45= α و 90= α باشد.)0
0= α
90= α
45= α
45 <α< 0
(همانند مورد قبل
سختی عامل
تعیینکننده میباشد.)
90 <α< 45
شکل2-6: جهت سطوح لایه بندی نسبت به محور تونل[8]
شکل 2-7: حفر چاه مستطیلی شکل با برش V شکل[8]
برای یک نتیجه بهینه، بررسی مسائل دیواره پشت، پاشنه و کف پله مهم هستند. این موضوع می‌تواند از طریق جهت‌گذاری دیواره پشتی در امتداد سطح ضعیف و امتداد انفجار نزدیک به زاویه بهینه مدیریت شود. در زیر چهار حالت تودهسنگ مورد بررسی قرار گرفتهاند‌:
سنگ ناهمسانگرد با شکستگی قائم در شکل(2-8) برای چهار وضعیت مختلف راستای جبهه‌کار نشان داده ‌شده‌ است و همچنین نتایج حاصل از جبهه‌کارهای انتخاب شده برای دیواره پشت، پاشنه و کف پله در جدول(2-4)آورده‌شده‌اند.
شکل2-8: سنگ ناهمسانگرد با شکستگی قائم[5]
جدول2-4: نتایج حاصل از جبهه‌کارهای مختلف انتخاب شده برای سنگ ناهمسانگرد با شکستگی قائم[8]راستای دیواره پشتیخردایشمسائل عقب‌زدگی و پاشنهمسائل کف پلهAمتوسط2کوچکمتوسطBضعیف1بزرگبزرگCمتوسط – خوب3کوچکمتوسطDمتوسط2کوچکمتوسط
گاز از شیستوزیته موجود در دیواره‌ها خارج می‌شود. مسائل پرتاب سنگ و بلوک در ردیف اول چال‌ها وجود دارند. در ردیف اول باید برای کاهش دادن مسائل کف پله و بلوک فاصله جانبی کاهش داده شود.
چال‌های محصور شده در نوبت انفجار، خردشدگی پائین با مسائل پای پله (پاشنه) بدست خواهند داد.
راستای آتش C بسیار مطلوب است. مقدار این زاویه به ناهمسانگردی سنگ بستگی دارد. بهترین نتیجه آتشباری برای راستای آتش قائم بر امتداد C و برای دیواره پشت در امتداد D بدست خواهند آمد [10].
سنگ ناهمسانگرد با شکستگی مسطح صفحه‌ای در شکل(2-9) برای چهار وضعیت مختلف راستای جبهه‌کار نشان داده‌ شده ‌است و نتایج حاصل از جبهه‌کارهای انتخاب شده برای دیواره پشت، پاشنه و کف پله به صورت جدول(2-5) می‌باشند.
شکل2-9: سنگ ناهمسانگرد با شکستگی مسطح صفحه‌ای[5]

جدول2-5: نتایج حاصل از جبهه‌کارهای مختلف انتخاب شده برای سنگ ناهمسانگرد با شکستگی مسطح صفحه‌ای[8]راستای دیواره پشتیخردایشمسائل عقب‌زدگی و پاشنهمسائل کف پلهAضعیف1بزرگ2بزرگBخوبتا حدودیمتوسطCخوبتا حدودیمتوسط3Dخوب1تا حدودیمتوسط- بزرگ موارد مربوط به سنگ با شکستگی مسطح و هموار با ناهمسانگردی پائین در حقیقت برای آتشباری بسیار مطلوب می‌باشند که راستای آتش در راستای شیستوزیته مسطح قرار گیرد. دیوار جبهه در صورتی که انفجار ردیف به ردیف و دیواره جبهه دچار کمانش شود، سختی بسیار پائینی خواهد داشت. این مسائل می‌توانند با کاهش ارتفاع پله یا کوچک کردن قطر چال‌ها برطرف شوند.
بعضی از عقبزدگی‌ها و لغزش دیواره عقب در امتداد ترک‌های شیستوزیته (در امتداد دیواره پشت).
در صورتی که C به عنوان راستای آتش و دیواره پشت برای سنگ شکسته انتخاب شود، مطلوبترین امتداد هست [10].
سنگ با شکستگی قائم و ناهمسانگردی پائین در شکل(2-10) برای چهار وضعیت مختلف راستای جبهه‌کار نشان داده‌ شده ‌است و نتایج حاصل از جبهه‌کارهای انتخاب شده برای دیواره پشت، پاشنه و کف پله به صورت جدول(2-6) می‌باشند.
شکل 2-10: سنگ با شکستگی قائم و ناهمسانگردی پائین[5]
ساده‌ترین مثال‌های این سنگ‌ها کوارتزیت و گرانیت گنیس می‌باشند.
جدول2-6 : نتایج حاصل از جبهه‌کارهای مختلف انتخاب شده برای سنگ با شکستگی قائم و ناهمسانگردی پائین[8]راستای دیواره پشتیخردایشمسائل عقب‌زدگی و پاشنهمسائل کف پلهAخوبکوچکمتوسطBکمی‌ضعیفتا حدودی3متغیر4Cخوبزیاد2کوچک5Dخوبکوچک1متوسط
عقب زدگی پائین، اما ممکن است در امتداد شکستگی‌ها با دهانه خروجی در امتداد صفحات لغزش با 100>α ناپدید شده باشد.
دیواره پشت خشن و ناصاف و ناصافی دیواره با افزایش گسترش شکستگی، قطر چال و فشار چال، افزایش می‌یابد. این نتایج در مورد بلوک‌ها نزدیک به تودهسنگ خرد شده بیشتر است.
حداکثر عقب‌زدگی برای 450 = α، بعضی از بلوک‌های پشت تودهسنگ خرد شده به علت ریزش از دیواره پشت. عقبزدگی می‌تواند با افزایش گلگذاری در ردیف آخر کاهش داده شود.
فشار گاز از دیواره به بیرون نشت می‌کند، پرتاب سنگ، خردایش ضعیف (به خصوص در طول پای پله) و معمولاً مسائل پای پله به خصوص در سنگ درزهدار وجود دارند.
مسائل پای پله وجود خواهند داشت که احتمال آن در حالت A بیشتر است. بهتر این است که در امتداد D چالزنی صورت گیرد و جهت آتش در سمت C باشد.
سنگ با شکستگی مسطح صفحه‌ای و ناهمسانگردی پائین در شکل(2-11) برای چهار وضعیت مختلف راستای جبهه‌کار نشان داده ‌شده‌ است و نتایج حاصل از جبهه‌کارهای انتخاب شده برای دیواره پشت، پاشنه و کف پله به صورت جدول(2-7)می‌باشند.
جدول2-7 : نتایج حاصل از جبهه‌کارهای مختلف انتخاب شده برای سنگ با شکستگی مسطح صفحه‌ای و ناهمسانگردی پائین[8]راستای دیواره پشتیخردایشمسائل عقب‌زدگی و پاشنهمسائل کف پلهAضعیف1خیلی بزرگ2بزرگBخوبتا حدودیمتوسطCخوب+کوچکمتوسط3Dخوبکوچکمتوسط- بزرگ4
شکل2-11: سنگ با شکستگی مسطح صفحه‌ای و ناهمسانگردی پائین[11].
ساده‌ترین مثال‌های این سنگ‌ها کوارتزیت و گرانیت-گنیس می‌باشند.
خیلی از بلوک‌ها در بخش خرج‌گذاری نشده (گلگذاری) دچار ورقهشدگی می‌شوند. برای دفعات انفجار آزمایشی بالای پله باید دچار عقبافتادگی شود، در غیر اینصورت خیلی از بلوک‌ها با قطعات سنگ‌های خرد شده توسط قسمت خرجگذاری شده، مخلوط خواهد شد.
چالزنی فرعی بیش از حدی برای جلوگیری از پیش آمدن مشکلات پای پله ضروری است.
راستای C بسیار مطلوب و با توجه به شکستگی هست اگر امکان دسترسی به یک دیواره پشتی مناسب و ردیفی وجود داشته باشد.
مسائل پای پله با افزایش چالزنی فرعی کاهش می‌یابد. چالزنی فرعی ضروری به امتداد شکستگی‌ها بستگی دارد. D یک روش ساده برای به کار گرفتن چالزنی دورانی به جای چالزنی به روش چالزن بالای چال هست [11].
2-3-6- میدان‌های تنش
در صورت وجود میدان‌های تنش‌، خواه تکتونیکی و یا ثقلی (غیر هیدرواستاتیک)‌، الگوی ترک‌های ایجاد شده در اطراف چال‌ها متأثر از تمرکز تنش‌های غیر یکنواخت حول آنها خواهد بود. در تودهسنگ‌های فشرده و همگن‌، ترک‌هایی که شروع به گسترش شعاعی می‌کنند‌، بیشتر تمایل دارند از جهت تنش‌های اصلی طبیعت نمایند. بنابراین برای حفر چال در محل‌هایی که دارای تمرکز تنش‌های باقیمانده بالایی هستند‌، مثلا شکل ( 2-12)‌، ترتیب آتشکاری را باید مطابق با وضعیت موجود انجام داد.
شکل 2-12 : توالی انفجار‌ها برای برش سوخته در متاطق دارای تنش ‌های افقی بالا (a) اجتناب شود‌، (b) رضایت بخش[8]
در آتشکاری پیششکافی وجود تنش‌های عمود بر صفحه پیششکاف باعث می‌شود تا نتایج کار چندان مطلوب از آب در نیاید. برای حل مشکل در چنین حالاتی می‌توان فاصله چال‌ها را به طور قابل ملاحظه کاهش داد و یا با انجام یک حفاری راهنما‌، مواد سنگی و تنش‌ها را آزاد نمود. در حالت اخیر آتشکاری پیش شکافی به آتشکاری آرام تبدیل می‌شود. بنابراین وجود این میدانها در میزان خرج ویژه تأثیرگذار خواهد بود[5].
2-4- تأثیر وجود آب بر قابلیت انفجار
مقدار آب موجود در سنگ‌ها معمولا با درصد آب یا درصد رطوبت بیان می‌شود. برحسب اینکه حفره‌های داخل سنگ تمام یا بخشی از آن‌ها پر از آب باشد سنگ را اشباع یا نیمهاشباع می‌نامند.وجود آب یا عدم آن و مقدار درصد آن در سنگ بر کلیه خواص فیزیکی و مکانیکی سنگ تاثیر دارد.
به طور خلاصه آب اشباع کننده به طور محسوس سبب



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه ارشد

پاسخ دهید