دانشــگاه یــــزد
دانشکده معدن و متالورژی
گروه استخراج معدن
پایان نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد مکانیک سنگ
تخمین قابلیت انفجار در معادن سنگ آهن بلوک ایران مرکزی با تأکید بر سرعت امواج طولی
استاد راهنما:
دکتر علی رضا یار‌احمدی بافقی
استاد مشاور:
مهندس مهدی پور قاسمی
نگارش:
محمد امجد
تیر 1393
این پایان نامه را ضمن تشکر و سپاس بیکران و در کمال افتخار و امتنان تقدیم می نمایم به
خدایی که آفریدجهان را، انسان را، عقل را، علم را، معرفت را و عشق را
تقدیم میکنم به پدر بزرگوار و مادر مهربانم
آن دو فرشته ای که از خواسته هایشان گذشتند، سختی ها را به جان خریدند و خود را سپر بلای مشکلات و ناملایمات کردند تا من به جایگاهی که اکنون در آن ایستاده ام برسم
فهرست مطالب
عنوانصفحه
فصل اول قابلیت انفجار1
1-1- مقدمه2
1-2- سیستم توده سنگ4
1-3- سیستم انفجار5
1-4- شرایط انفجار7
1-5- تعیین قابلیت انفجار توده سنگ9
1-6- روابط تخمین خردایش10
1-6-1- باند10
‌1-6-2- هینو11
1-6-3- دنیس و گاما12
1-6-4- لارسون12
1-6-5- فورنی13
1-6-6- دا گاما13
1-6-7- کازنتسوف13
1-6-8- رزین ـ راملر14
1-6-9- کانینگهام14
1-6-10- کو و روستن15
1-6-11- آلر15
1-6-12- کیسر15
1-6-13- کلیک16
1-7- روابط تخمین خرج ویژه16
‌‌1-7-1- هانسن16
‌1-7-2- هنین و دیماک17
1-7-3- اشبی17
1-7-4- لانگفورس18
1-7-5- پریلت19
1-7-6- لیتون19
1-7-7- لوپز جیمنو20
1-7-8- گوپتا21
1-7-9- پال روی و ذر21
1-8- شاخص قابلیت انفجار21
1-8-1- فرانکل22
1-8-2- ساسا و ایتو22
1-8-3- بورکویز22
1-8-4- راکیشف24
1-9- طبقه بندی قابلیت انفجار24
1-9-1- لایلی25
‌1-9-2- گوس27
1-9-3- هاگان28
1-9-4- اسکوت28
1-9-5- مرکز تحقیقات JKMRC29
1-9-6- لاتهام و لو29
1-9-7- یاراحمدی و دشتکی33
1-9-8- فرامرزی‌، منصوری و ابراهیمی35
1-10- بحث و جمع بندی نتایج37
1-11- اهداف تحقیق38
فصل دوم مشخصات موارد مطالعاتی و اندازه‌گیری ویژگی‌ها39
2-1- مقدمه40
2-1-1- معادن سنگ آهن ايران مركزي41
2-2- معدن سنگ آهن چغارت42
2-2-1- زمين‎شناسي كانسار چغارت42
2-2-2- استخراج معدن چغارت45
2-3- معدن سنگ آهن سه چاهون46
2-3-1- زمين‎شناسي کانسار سه چاهون46
2-3-2- استخراج معدن سه چاهون XI49
2-4-معدن سنگ آهن چادرملو50
2-4-1- زمين‎شناسي معدن چادرملو50
2-4-2- استخراج معدن چادرملو53
2-5- پارامتر های هندسه انفجار (طراحی آتشباری) و مواد منفجره54
2-6- خصوصیات ژئومکانیکی توده سنگ57
2-7- اندازه‌گیری خصوصیات توده سنگ57
2-7-1- نوع سنگ60
2-7-2- هوازدگی60
2-7-3- ساخت سنگ و اندازه بلوک‌ها61
2-7-4- مقاومت سنگ62
2-7-5- نوع ناپیوستگی64
2-7-6- جهت داری ناپیوستگی66
2-7-7- تداوم ناپیوستگی68
2-7-8- بازشدگی نا‌پیوستگی68
2-7-9- پرکننده70
2-7-10- مقدار نشت70
2-7-11- فاصله داری ناپیوستگی71
2-7-12- شرایط سطح درزه72
2-8- تجهیزات برداشت داده‌های لرزه‌ای74
2-8-1- منبع لرزه‎زا74
2-8-2- لرزه سنج75
2-8-3- لرزه نگار76
2-9- روند برداشت داده‌های لرزه‌ای78
2-10- پردازش داده‌های لرزه‌ای برداشت شده80
2-11- تعیین میزان خردایش ناشی از انفجار82
فصل سوم تحلیل آماری85
3-1- مقدمه86
3-2- روش‌های آماری86
3-2-1-آمار توصیفی‌:86
3-2-2-آمار استنباطی‌:86
3-3-تحليل حساسيت ویژگی‌های ژئومكانيكي توده سنگ88
3-4-تحليل حساسيت ويژگي‌هاي سيستم انفجار91
3-5- رگرسیون‌گیری خطی چند‌متغیره93
3-6 شبکه عصبی‌105
3-7- تحلیل‌های شبکه عصبی108
3-8- جمع بندی فصل114
فصل چهارم طبقه بندی قابلیت انفجارمنطقه و پهنه بندی معدن چغارت117
4-1- تخمین خردایش و خرج ویژه118
4-2- اندیس خردایش118
4-3- طبقه بندی119
4-3-1- طبقه بندی با استفاده از مفهوم سطح معنی داری (Signification):120
4-3-2- توزیع امتیاز بر اساس داده‌های نرمال شده121
4-3-3- طبقه بندی با استفاده از مفهوم همبستگی (Correlation)125
4-4- پهنه بندی قابلیت انفجار در معدن چغارت128
بحث و نتیجه گیری133
پیشنهادات134
منابع و مآخذ135
فهرست جداول
عنوانصفحه
جدول(1-1) ثابت قابلیت انفجار برای سنگ‌های مختلف12
جدول(1-2) مقادیر فاکتور سنگ با توجه ساختار توده سنگ [5]13
جدول(1-3) ضریب دگرگونی جهت اصلاح مقدار RQD23
جدول(1-4) رابطه قابلیت انفجار و سرعت بحرانی شکست24
جدول(1-5) نحوه امتیازدهی این شاخص‌ها را نشان می‌دهد.26
جدول(1-6) مقادیر متغیرهای انتخاب شده برای محاسبه شاخص قابلیت انفجار پیشنهادی گوس27
جدول(1-7) رابطه بین شاخص قابلیت انفجار و خرج ویژه پیشنها شده توسط گوس28
جدول(1-8) ماتریس اندرکنش عوامل موثر بر قابلیت انفجار [22]31
شکل (1-11)هیستوگرام وزن دهی و رتبه بندی پارامتر های موثر در روش لاتهام31
جدول(1-9) وزن و رتبه بندی تاثیر پارامتر‌ها در روش لاتهام32
جدول(1-10) فهرست كمي طبقه بندي قابليت انفجار مربوط به هريك از فاكتورها و پارامترهاي مربوط به آن‌ها33
جدول(1-11) پارامتر های داراي امتياز مثبت در طبقه بندی پيشنهادي BRMR34
جدول(1-12) امتيازات منفی مربوط به اختلاف جهتداري جبهه کار و ناپیوستگی ها و شيب35
جدول(1-13)عملکردمدل‌های تحلیلی مختلف36
جدول(1-14)پارامترهای مؤثر بکار رفته در مدلRSE36
جدول(1-15) وزن دهی پارامتر‌های مؤثر بر خردایش36
جدول(2-1) مشخصات معادن سنگ آهن مورد مطالعه41
جدول(2-2) ذخیره زمین‌شناسی آنومالی XI سه چاهون49
جدول(2-3) ذخیره قابل استخراج و نسبت باطله برداری آنومالی XI سه چاهون49
جدول(2-4) نتایج آماری برخی از خصوصیات حفاری در معادن مورد مطالعه55
جدول(2-5) نتایج آماری خرج ویژه در معادن مورد مطالعه56
جدول(2-6) طبقه بندی توده سنگ بر اساس درجه هوا‌زدگی61
جدول (2-7) رده بندی اندازه بلوک‌های توده سنگ[30]62
جدول (2-8) رتبه بندی انواع ناپیوستگی65
جدول(2-9) رتبه بندی تداوم ناپیوستگی[27]68
جدول (2-10) رتبه بندی بازشدگی ناپیوستگی[27]69
جدول (2-11) رتبه بندی انواع مصالح پرکننده70
جدول (2-12) توصیف مقدار نشت در ناپیوستگی‌های پر شده[27]70
جدول (2-13) نحوه رتبه بندی فاصله‌داری ناپیوستگی[27]72
جدول (2-14) رتبه بندی شرایط ناپیوستگی73
جدول(3-1) بازه تغییرات پارامتر‌های برداشت شده در سه معدن چغارت‌، چاردملو‌، سه چاهون87
جدول (3-2) بهترین مدل برازش یافته میان خصوصیات توده سنگ و خردایش91
جدول (3-3) بهترین مدل برازش یافته میان خصوصیات طراحی آتشباری و مواد منفجره با خردایش93
جدول(3-4) رگرسیون خطی بین پارامتر‌های مستقل و D80 در حالت بدون عرض از مبدا با Vpm94
جدول(3-5) رگرسیون خطی بین پارامتر‌های مستقل و D80 در حالت بدون عرض از مبدا با Vpi94
جدول(3-6) رگرسیون خطی بین پارامتر‌های مستقل و D80 در حالت بدون عرض از مبدا و با Kp95
جدول(3-7) رگرسیون خطی بین پارامتر‌های مستقل و D80 در حالت با عرض از مبدا با Vpm96
جدول(3-8) رگرسیون خطی بین پارامتر‌های مستقل و D80 در حالت با عرض از مبدا با Vpi96
جدول(3-9) رگرسیون خطی بین پارامتر‌های مستقل و D80 در حالت با عرض از مبدا باKp97
جدول (3-10)رگرسیون خطی بین پارامتر‌های ژئومکانیکی و Vpm98
جدول (3-11)رگرسیون خطی بین پارامتر‌های ژئومکانیکی و Vpi98
جدول (3-12)رگرسیون خطی بین پارامتر‌های ژئومکانیکی و Kp98
جدول (3-13) رگرسیون خطی بین q و Vpm با D8099
جدول (3-14) رگرسیون خطی بین q و Vpi با D8099
جدول (3-15) رگرسیون خطی بین q و Kp با D8099
جدول(3-16) رگرسیون خطی بین پارامتر‌های برداشت شده و D80 بدون سرعت موج طولی103
جدول(4-1) امتیاز و سهم پارامتر های مؤثر121
جدول(4-3) طبقه بندی BRMRاصلاح شده با استفاده از سطح معنی داری124
جدول(4-4) امتیاز و سهم پارامتر های مؤثر126
جدول(4-5) طبقه بندی BRMRاصلاح شده با استفاده از همبستگی126
جدول (4-6) محاسبه قابلیت انفجار با روش‌های مختلف برای معدن چغارت128
فهرست اشکال
عنوانصفحه
شکل (1-1)حفاری مجدد قطعات بزرگ ناشی از آتشباری ناموفق (معدن چادرملو)2
شکل (1-2)عوامل مؤثر بر قابلیت انفجار4
شکل (1-3)ویژگی‌های توده سنگ موثر بر قابلیت انفجار5
شکل (1-4)پارامترهای هندسی انفجار [9]7
شکل (1-5)مراحل طراحی شبکه آتشباری یک بلوک انفجاری [5]8
شکل (1-6)ارتباط بین خرج ویژه و سرعت موج در سنگ17
شکل (1-7)رابطه خرج ویژه با فراوانی شکستگی18
شکل (1-8)ارتباط بین خرج ویژه و شاخص کیفی سنگ20
شکل (1-9)ارتباط بین خرج ویژه و شاخص حفاری21
شکل (1-10)رابطه خرج ویژه با فراوانی شکستگی یا RQD اصلاح شده23
شکل (1-11)هیستوگرام وزن دهی و رتبه بندی پارامتر های موثر در روش لاتهام31
شکل (1-12)هیستوگرام فراوانی استفاده از پارامترهای موثر سیستم توده سنگ بر قابلیت انفجار37
شکل(2-1) راه‌هاي دسترسي معادن مورد مطالعه42
شکل(2-2) نقشه زمين‎شناسي کانسار چغارت43
شکل(2-3) بلوک‌های تکتونیکی کانسار چغارت44
شکل(2-4) محدوده نهایی معدن چغارت (کاوشگران سال 1391)46
شکل(2-5) نقشه زمین شناسی کانسار سه چاهون 1148
شکل(2-6) نقشه زمین شناسی کانسار چادرملو51
شکل(2-7) نقشه گسل های منطقه معدن چادر ملو53
شکل(2-8) محدوده نهایی معدن چادر ملو54
شکل (2-9) شمایی از روش برداشت خطی در طول یک خط پیمایش59
شکل (2-10) خصوصیات ناپیوستگی‌های سنگ60
شکل (2-11) شمایی از انواع بلوک در توده سنگ. (aبلوکی (bنامنظم (cتخته‌ای (dستونی62
شکل (2-12) نحوه اندازه‌گیری سختی[31]63
شکل (2-13) تخمین مقاومت فشاری از سختی اشمیت[31]64
شکل (2-14) نمایی از جهت داری ناپیوستگی66
شکل (2-15) نحوه اندازه‌گیری جهت شیب با قطب نما66
شکل (2-16) نمایش اشکال ساختاری با نرم افزار DIPS67
شکل (2-17) تداوم دسته‌های مختلف ناپیوستگی[27]68
شکل (2-18) مقادیر مختلف نشت در ناپیوستگی71
شکل (2-19) نمایی از نحوه اندازه‌گیری فاصله‌داری ناپیوستگی‌ها71
شکل (2-20) نمایی از زبری سطح درزه در یک ماسه سنگ73
شکل (2-21) پروفیل نشانگر انواع زبری و شکل درزه[27]73
شکل(2-22)تجهیزات لرزه‎نگاری مورد استفاده74
شکل(2-23) وسیله مورد استفاده برای ایجاد موجS75
شکل(2-24)نحوه ایجادو ثبت موجS]75
شکل(2-25) ژئوفون افقی برای اندازه‎گیری موج برشی76
شکل(2-26) ژئوفون عمودی برای اندازه‎گیری موج تراکمی76
شکل(2-27) دستگاه لرزه‎نگار TERRALOC Mk 877
شکل(2-28) محیط نرم‎افزارSeisTW77
شکل(2-29)چیدمان پروفیل لرزه‌‌نگاری با توجه به امتداد جبهه آزاد بلوک آتشباری79
شکل(2-30) نحوه ایجاد و ثبت موج P مستقیم و منکسر شده با زاویه انکسار بحرانی cα توسط یک لرزه‌‌نگار 12 کاناله80
شکل(2-31) تعداد و طول پروفیل‎های لرزه‎ای برداشت شده در مناطق مطالعاتی80
شکل(2-32) امواج دریافت شده توسط ژئوفون ها در نرم افزار reflexw81
شکل(2-33) نمونه‌ای از عکس گرفته شده از کپه انفجاری82
شکل(2-34) تصویر آنالیز شده در محیط نرم افزار split desktop83
شکل(2-35) نمودار دانه بندی رسم شده توسط نرم افزار split desktop84
شکل(3-1)ارتباط میان مقاومت فشاری تک محوری و D8088
شکل(3-2)ارتباط میان طول اثر و D8088
شکل(3-3)ارتباط میان بازشدگی و D8089
شکل(3-4)ارتباط میان چگالی درزه داری و D8089
شکل(3-5) ارتباط میان جهت یافتگی درزه ها و D8089
شکل(3-6) ارتباط میان سرعت آزمایشگاهی موج و D8090
شکل(3-7) ارتباط میان سرعت صحرایی موج و D8090
شکل(3-8) ارتباط میان سرعت نسبی و D8090
شکل(3-9) ارتباط میان حفاری ویژه و D8092
شکل(3-10) ارتباط میان خرج ویژه و D8092
شکل(3-11) ارتباط میان فاصله ردیفی چال‌ها و D8093
شکل(3-12) ارتباط میان بارسنگ و D8093
شکل (3-13) نمودارهای هیستوگرام و احتمالاتی برای رابطه (3-10)100
شکل (3-14) نمودارهای هیستوگرام و احتمالاتی برای رابطه (3-11)101
شکل(3-15) نمودارهای هیستوگرام و احتمالاتی برای رابطه (3-12)102
شکل(3-16) نمودارهای هیستوگرام و احتمالاتی برای رابطه (3-13)103
شکل (3-17) نمودارهای هیستوگرام و تست نرمال برای کنترل رابطه (3-10)105
شکل(3-18)نمودار وتنیجه تست شبکه عصبی برای رابطه (3-3)108
شکل(3-19)نمودار وتنیجه تست شبکه عصبی برای رابطه (3-7)109
شکل(3-20)نمودار وتنیجه تست شبکه عصبی برای رابطه (3-10)110
شکل(3-21)نمودار و نتیجه تست شبکه عصبی برای رابطه (3-11)111
شکل(3-22) نمودار و نتیجه تست شبکه عصبی برای رابطه (3-12)112
شکل(3-23) نمودار و نتیجه تست شبکه عصبی برای رابطه (3-13)113
شکل(4-1) ماتریس اندرکنش120
شکل (4-2) آنالیز حساسیت هر یک از پارامتر‌های دخیل در طبقه بندی122
شکل (4-3) مقایسه حساسیت تمام پارامتر‌ها123
جدول (4-2) بهترین مدل برازش یافته میان پارامتر‌های نرمال شده123
شکل(4-4) نمودار احتمالاتی خطای رابطه (4-8)125
شکل (4-5) ماتریس اندر کنش126
شکل(4-6) نمودار احتمالاتی خطای رابطه (4-12)127
شکل(4-7)رابطه میان BRMR(Sig) و BD129
شکل(4-8) رابطه میان BRMR(Sig) و BRMR129
شکل(4-9) پهنه بندی قابلیت انفجار معدن چغارت به روش BRMR اصلاح شده130
شکل(4-10) پهنه بندی قابلیت انفجار معدن چغارت با روش لو ولاتهام (BD)131
شکل (4-11) پهنه بندی معدن چغارت بر اساس سرعت امواج طولی در توده سنگ132
چکیده
قابلیت انفجار توده سنگ ویژگی بسیار مهمی در طراحی‌های آتشباری در معادن و فعالیت‌های عمرانی می‌باشد که با سیستم توده سنگ‌، شرایط محیطی و سیستم انفجار ارتباطی تنگاتنگ دارد. از میان عوامل مؤثر بر قابلیت انفجار مواردی قابل کنترل بوده و مواردی هم وجود دارند که غیر قابل کنترل می‌باشند و چه بسا بیشترین تأثیر را نیز بر قابلیت انفجار همین پارامتر‌ها دارند. این پارامتر‌ها مربوط به سیستم توده سنگ می‌باشند. از جمله عوامل مؤثر بر قابلیت انفجار ویژگی‌های دینامیکی توده سنگ مانند سرعت امواج الاستیک است. به دلیل تعدد و پیچیدگی عوامل مؤثر بر قابلیت انفجار هر یک از محققان تنها تأثیر یک یا تعداد محدودی از این پارامتر‌ها را بر قابلیت انفجار مورد بررسی قرار داده‌اند‌، اما با جمع بندی مطالعات انجام شده مشخص شد که با وجود تأثیر بسیار زیاد سرعت امواج در قابلیت انفجار‌، تحقیقات زیادی بر روی آن انجام نگرفته است. هدف اصلی در این پایان نامه بررسی امکان جایگزینی سرعت امواج طولی با پارامتر های ژئومکانیکی توده سنگ و ارائه یک رابطه برای پیش بینی میزان خردایش پس از انفجار با استفاده از نرم افزار تحلیل آماری SPSS و سپس بررسی و مقایسه ضریب همبستگی روابط بدست آمده با روش داده کاوی شبکه عصبی مصنوعی و نرم افزارneuro solution می‌باشد. هدف دیگر ارائه یک طبقه بندی برای تعیین قابلیت انفجار در معادن سنگ آهن بلوک ایران مرکزی است که با استفاده از سیستم مهندسی سنگ انجام گرفت که روش کار در ادامه به تفصیل توضیح داده خواهد شد.
کلمات کلیدی‌: قابلیت انفجار‌، سیستم تودهسنگ‌، پارامتر‌های دینامیکی‌، طبقهبندی قابلیت انفجار
فصل اول
قابلیت انفجار
1-1- مقدمه
آتشباري يكي از اصلی‌ترین عملیات معدنكاري برای جدا کردن سنگ از توده و خردایش آن تا حد قابل قبول است. و در اصل به کار بردن انرژی آزاد شده حاصل از انفجار مواد منفجره برای شکستن و جدا کردن آن از توده می‌باشد. لذا این عملیات نیازمند شناخت کامل همه پارامترهای موثر و طراحی بهینه می‌باشد که در نتيجه شرايط نامناسب زمين يا طراحي ضعيف، ممكن است باعث پیامد های نامطلوبی مثل پرتاب سنگ، لرزش زمین، لرزش هوا، عقب زدگی، ایجاد سر و صدا، تولید گرد و غبار وبر جای ماندن بلوك‎هاي بزرگی نيازمند شكستن مجدد شود (شکل1-1).
شکل (1-1)حفاری مجدد قطعات بزرگ ناشی از آتشباری ناموفق (معدن چادرملو)
يك عمليات آتشباري خوب طراحي شده، عملياتي است كه منجر به توليد سنگ خرد شده‌ای شود که ابعاد و توزیع دانه بندی آن مطابق با ابعاد و توزیع دانه بندی قابل بارگیری و باربری توسط تجهيزات موجود و قابل خردایش توسط كارخانه سنگ‎شكنی باشد و نياز به خرد كردن مجدد سنگ نباشد. از آنجايي كه ميزان خردايش ناشي از آتشباري تأثير مهمي بر فرآيند دیگر عملیات معدن‎كاري از قبيل بارگيري، باربری، سنگ‎شكني و آسيا كنی دارد، انجام مطالعات جهت بهينهسازي خردايش اهمیت بسزایی دارد چرا که علاوه بر تأثير مستقيم بر هزينه استخراج و فرآوري ماده معدني، بر ايمني این عملیات و كنترل پرتاب سنگ و دیواره‌ها نيز مؤثر است [1][2][3].
عليرغم توسعه روش‌های مختلف در زمينه تعیین قابلیت انفجار تاكنون تلاش كمي جهت توسعه پارامترهاي كمي و سيستماتيك مؤثر بر این قابليت سنگ صورت گرفته است. مطالعات صورت گرفته در اين زمينه كه گاهاً منجر به ارائه روابطي نيز شده است، قادر به بيان خصوصيت قابليت آتشباري توده سنگ نيستند و هنوز رابطه يا سيستم طبقه‎بندي جامعي جهت پيش‎بيني اين قابليت توده سنگ ارائه نگرديده است. تلاش‌هایی نيز كه در اين زمينه صورت گرفته، قابليت كاربرد وسيع در عمليات آتشباري را ندارند. زيرا جهت عملياتي كردن اين سيستم‎هاي طبقه‎بندي نياز به بررسي يكسري از خصوصيات توده سنگ مي‎باشد كه برآورد آن‌ها زمان زيادي را مي‎طلبد. در حالی که در صنعت معدن کاری وقت و سرعت توليد بسيار حائز اهميت است و اين طراحي سيستم طبقه‎بندي توده سنگي را مي‎طلبد كه به سرعت بتواند خصوصيات توده سنگ را در رابطه با قابليت آتشباري آن توصيف كند. از طرفي نيز قابليت ايجاد رابطه با پارامترهاي طراحي و مواد منفجره را دارا باشد.
اهميت وجود چنين سيستم طبقه‎بندي توده سنگي قابليت كاربرد آن در پروژه‎هاي معدني جهت طراحي بهينه طرح آتشباري براي رسيدن به توزيع اندازه مورد نظر ذرات حاصل از انفجار با حداقل مواد منفجره مصرفي مي‎باشد. در صورت دست‎يابي به چنين طبقه‎بندي توده سنگي علاوه بر كاهش هزينه توليد مصالح معدني دلخواه مي‎توان هزينه بارگيري، حمل‎و‎نقل، خردايش و فرآوري ماده معدني را تا حد زيادي كاهش داد و در نتيجه قابليت اقتصادي معدن را به شدت افزايش داد.
قابلیت انفجار توده سنگ ویژگی بسیار مهمی در طراحی آتشباری در معادن و فعالیت‌های عمرانی می‌باشد که با سیستم توده سنگ، سیستم انفجار و شرایط محیطی انفجار دارای ارتباط تنگاتنگ است (شکل1-2) و نتیجه آن خردایش توده سنگ به ابعاد و با توزیع دانه بندی مورد نیاز می‌باشد.
از آنجائیکه ویژگی‌های مؤثر بر قابلیت انفجار و نتیجه آتشباری زیاد می‌باشد، محققان در تحقیقات خود بسته به وزن تاثیر، برخی از آن‌ها را مورد بررسی قرار ‌داده‌اند و تأثیر آن‌ها را از طریق روابطی استنباط کرده‌اند.
برخی از این دانشمندان قابلیت انفجار را با شاخصی ساده بیان نموده، برخی با یک طبقه بندی دارای پارامتر های متعدد و برخی دیگر با استفاده از روش‌های هوشمند ارتباط آن‌ها را پیدا نموده‌اند. در این فصل همه دیدگاه‌ها و تحقیقات گذشته که در مورد قابلیت انفجار توده سنگ انجام گرفته‌ مورد بررسی قرار می‌گیرد.

شکل (1-2)عوامل مؤثر بر قابلیت انفجار
1-2- سیستم توده سنگ
پارامترهای مربوط به طبیعت توده سنگ شامل ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی سنگ بکر و ناپیوستگی‌ها، قوانین حاکم بر مقاومت و رفتار آن‌ها و شرایط محیطی مثل تنش‌ها، بارهای دینامیکی و هیدرو سیستم می‌شود که به پارامتر های غیر قابل کنترل موثر بر انفجار نام برده می‌شود. از خصوصیات سنگ بکر می‌توان به مقاومت تراکمی و کششی، وزن حجمی، 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 جهت‌داری، فاصله‌داری، تداوم، بازشدگی، زبری، خصوصیات مواد پرکننده،… اشاره کرد. شکل(1-3)برخی از ویژگی‌های توده سنگ موثر بر قابلیت انفجار را نشان می‌دهد.
شکل (1-3)ویژگی‌های توده سنگ موثر بر قابلیت انفجار
ویژگی‌های توده سنگ در عملیات آتشباری مهم‌ترین و پیچیده‌ترین عواملی هستند که بر آن مؤثر بوده و لذا در هنگام شروع معدن کاری در معادن روباز و یا در پروژه‌های عمرانی و همچنین در هنگام برنامه ریزی و طراحی باید مد نظر قرار گیرد.[2]
به جز پارامتر‌های استاتیکی مؤثر بر قابلیت انفجار عوامل دیگری نیز وجود دارند که تأثیر بسزایی بر میزان خردایش‌، قابلیت انفجار و تأثیرات منفی انفجار دارند که از آن‌ها با عنوان 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 از جمله فاکتورهای مهم و تعیین کننده قابلیت انفجار بوده، لذا در این مطالعه سعی شده به امواج حاصل از انفجار‌، قوانین حاکم بر امواج‌، نحوه ایجاد و برداشت آن‌ها به طور اجمالی اشاره شود.

1-3- سیستم انفجار
به مجموعه مواد منفجره، روش‌های انفجار و هندسه انفجار سیستم انفجار گفته می‌شود. پارامتر های این سیستم معمولاً قابل کنترل بوده و برای رسیدن به انفجار بهینه قابل تغییر می‌باشند لذا هرگاه سخن از طراحی انفجار و آتشباری است مقصود تغییر در این پارامترها بر اساس پارامتر های غیر قابل کنترل توده سنگ و شرایط انفجار تا رسیدن به نتیجه انفجار مطلوب است.
ماده منفجره ترکیبی شیمیایی و یا مخلوطی مکانیکی است که در اثر جرقه، ضربه، حرارت و یا شعله در مدت زمان کوتاهی تجزیه و مقدار بسیار زیادی گاز و حرارت تولید می‌کند. این مواد انرژی را به صورت ذخیره در خود نگه می‌دارند و آماده برای اجرای مقاصد نظامی و مهندسی می‌باشند. مواد منفجره به صورت جامد، مایع و یا مخلوط جامد و مایع وجود دارند. در یک انفجار، بیشتر مواد متشکله ماده منفجره، تغییر حالت داده و ضمن ایجاد موج ضربه، اکثراً به گاز تبدیل می‌شوند و در این فعل و انفعالات، مقدار زیادی حرارت تولید می‌شود که باعث انبساط گازها شده و به دیواره محیط اطراف فشار وارد می‌کند.
به منظور ارزیابی و قابلیت تشخیص و طبقه‌بندی توانایی و کارایی مواد منفجره باید خصوصیات شیمیایی و فیزیکی و نوع مواد ناریه دقیقاً شناسایی و مورد بررسی قرار گیرند. از جمله مهم‌ترین پارامترهای مواد منفجره می‌توان به نوع ماده منفجره، چگالی، مقاومت در برابر رطوبت و حرارت، سرعت انفجار، حساسیت، قدرت و قطر بحرانی اشاره کرد. تمامی این پارامترها نیز قابل کنترل می‌باشند.[4]
روش‌های انفجاری معمولا بسته به نوع ارتباط دهنده‌ها و چاشنی‌ها دسته بندی می‌شوند و بسته به نوع توده سنگ و شرایط انفجار انتخاب می‌گردند.
از انواع این روش‌ها می‌توان به روش فتیله انفجاری (کرتکس1)، روش الکتریکی (چاشنی‌های الکتریکی)، روش نانل (تیوب‌ها و چاشنی‌های نانلی) و غیره اشاره نمود.
از مهم‌ترین پارامتر های آتشباری پس از انتخاب ماده منفجره و روش انفجار ویژگی‌های ابعادی هندسه انفجار می‌باشد که معمولا با تغییرات پارامتر های غیر قابل کنترل معادن ناشی از سیستم توده سنگ و شرایط انفجار بهینه سازی می‌شوند تا نتیجه مورد نظر آتشباری را حاصل کنند. قطر چال، ارتفاع پله، بار سنگ، فاصله ردیفی چال‌ها، اضافه حفری چال، طول گل گذاری، جهت انفجار مهم‌ترین پارامترهای هندسی انفجار و قابل کنترل می‌باشند. شکل(1-4) این پارامترها را به صورت شماتیک نشان می‌دهد.
و شکل(1-5) مراحل طراحی شبکه آتشباری یک بلوک انفجاری را نشان می‌دهد.
شکل (1-4)پارامترهای هندسی انفجار [9]
1-4- شرایط انفجار
حتی وقتی عوامل موثر ناشی از سیستم توده سنگ و سیستم انفجار بر قابلیت انفجار را شناختیم و طراحی صحیحی نیز انجام گرفت، عدم توجه به حضور آب در توده سنگ، دمای منطقه مورد مطالعه و بعضاً مسائل پرسنلی می‌تواند تمام محاسبات را به هم بریزد. به طور مثال در حضور آب امکان استفاده از بسیاری از مواد منفجره وجود ندارد و این مشکل هزینه های انفجار را تا چندین برابر افزایش می‌دهد و یا نبود نیروی آموزش دیده و ماهر لطمات جبران ناپذیری را به مجموعه معدن وارد می‌آورد. لذا شناخت تمام این مسائل و اعمال در محاسبات و طراحی انفجار می‌تواند این اثرات را به حداقل برساند.
مقدار آب موجود در سنگ‌ها معمولاً با درصد آب یا درصد رطوبت بیان می‌شود. وجود آب یا عدم آن و مقدار درصد آن در سنگ بر کلیه خواص فیزیکی و مکانیکی و مقاومت و رفتار سنگ تأثیر دارد. به طور خلاصه آب اشباع کننده به طور محسوس سبب افزایش سرعت انتقال امواج انفجاری می‌شود. زیرا به واسطه پر شدن خلل و فرج و شکستگی‌ها با آب یک محیط خوب برای انتقال امواج الاستیک پدید می‌آید و موجب کاهش میرایی امواج می‌شود.

شکل (1-5)مراحل طراحی شبکه آتشباری یک بلوک انفجاری [5]
همچنین آب به علت کاهش اصطکاک داخلی بین اجزاء سنگ سبب کاهش مقاومت‌های کششی و تراکمی سنگ می‌شود و از طرفی هم به علت اینکه مقداری از حرارت مواد منفجره صرف تبخیر آب موجود در خلل و فرج سنگ‌ها می‌شود و عملاٌ بخشی از انرژی ماده منفجره که می‌توانست به مصرف شکستن سنگ برسد تلف می‌شود در نتیجه وجود آب باعث کاهش قدرت ماده منفجره می‌گردد.
دمای بالای توده سنگ همچنین دمای هوای منطقه مورد انفجار معمولاً تأثیرات منفی در ایجاد انفجارات ناخواسته دارند. مواد معدنی حاوی پیریت معمولا به علت اکسیداسیون تدریجی با مشکل دمای بالا مواجه می‌شوند. دمای بالا‌،10±120 درجه سانتی‌گراد‌،باعث می‌شود تا عوامل انفجاری همچون آنفو به صورت گرمازا با پیریت واکنش دهند. تحقیقات اخیر نشان داده‌اند که واکنش اولیه مابین آنفو و سولفات آهن هیدراته (نیترات آمونیوم با آهن) صورت می‌گیرد که واکنشی گرمازا است و می‌تواند دمای خود را در 80 درجه سانتی‌گراد حفظ نماید. سولفات آهن مذبور به همراه سولفات‌های آهن دار دیگر و اسید سولفوریک از محصولات فروپاشی پیریت هستند. برای جلو‌گیری از این مشکلات که تا کنون در چندین مورد باعث حادثه شده‌اند‌، موادی همچون اوره‌، اکسالات پتاسیم دار و… به ماده منفجره ای مثل آنفو اضافه می‌شود. قابل ذکر است که افزودن 5 درصد وزنی اوره به آنفو باعث بالا رفتن دمای واکنش تا حدود 180 درجه سانتی‌گراد می‌گردد.
گاهی اوقات بسیاری از حوادث و اتفاقات نا‌مطلوبی که در معادن اتفاق می‌افتد ناشی از خطاهای انسانی است‌، ازاینرو بکار گیری افراد با دانش و مجرب در کلیه عملیات معدنی می‌تواند موجب بهبود این فرایند‌ها و رسیدن به هدف مورد نظر که همان دست یابی به حداکثر محصول با خردایش مناسب در حداقل زمان است‌، شود و در مجموع قابلیت انفجار توده سنگ را افزایش دهد.
1-5- تعیین قابلیت انفجار توده سنگ
تا کنون روشهای مختلفی برای بدست آوردن قابلیت انفجار بکار برده شده است. هنگامی که گروهی از محققان سعی میکردند تا وابستگی قابلیت انفجار را نسبت به دادههای آزمایشگاهی و تنشهای صحرایی پیدا کنند، گروهی دیگر قابلیت انفجار را به پارامترهای طراحی انفجار و سنگ مربوط میساختند و هنوز گروهی در حال تحقیق برای تخمین قابلیت انفجار بر اساس راندمان حفاری و نتیجه انفجار هستند. جدیدترین اقدامات در این زمینه مربوط به روش‌های کامپیوتری و استفاده از روشهای هوش مصنوعی در تخمین قابلیت انفجار میباشد[6].
به طور کلی کارهای انجام شده را می‌توان به 4 دسته تقسیم نمود. دسته اول روابط تجربی تعیین انرژی مورد نیاز خردایش و تخمین ابعاد سنگ خرد شده یا دانه بندی. دسته دوم روابط تجربی تخمین ابعاد هندسی انفجار و خرج مورد نیاز اند. در این دو دسته اخیر معمولا یک یا چند ویژگی توده سنگ مورد توجه قرار گرفته‌اند.دسته سوم شاخصی با عنوان شاخص قابلیت انفجار را تعریف و سعی در تخمین آن با چند پارامتر موثر از سیستم توده سنگ و سیستم انفجار جهت دسته بندی قابلیت انفجار توده سنگ دارند و دسته چهارم سیستم‌های طبقه بندی قابلیت انفجارند. محققین در این گروه با مطالعات گسترده سعی نموده‌اند تا تعداد زیادی از پارامترهای موثر بر انفجار را به روش‌های آماری و یا هوشمند به قابلیت انفجار مرتبط نمایند.
1-6- روابط تخمین خردایش
این روابط اغلب به دنبال ارزیابی ابعاد سنگ خرد شده پس از انفجار و یا توزیع دانه بندی آن بر اساس تعدادی از پارامتر های موثر بر قابلیت انفجار توده سنگ و انرژی مورد نیاز می‌باشند.
1-6-1- باند2
باند در سال 1952 رابطه زیر را برای ارزیابی انرژی مورد نیاز برای خردایش سنگ از ابعاد مشخص تا ابعاد مشخص پیشنهاد کرد:
W=10Wi((1/d_80 )-(1/F_80 )) (1-1)
در معادله (1-1) W انرژی مورد نیاز برای خردایش (kwh/ton)، Wi شاخص کار باند (مرتبط با خصوصیات فیزیکو ـ مکانیکی سنگ)، d80 ابعادی که 80% از مواد خرد شده از آن عبور کند بر حسب µm و F80 ابعادی که 80% از خوراک اولیه از آن عبور کند بر حسب µm می‌باشد.[7]

‌1-6-2- هینو3
هینو در سال 1959 دريافت كه تعداد قطعه سنگ‌های توليدي به وسیله تكه تكه شدن كششي مرتبط با مقاومت كششي و تراكمي سنگ و دامنه امواج فشارشي است. وي نسبت مقاومت تراكمي سنگ به مقاومت كششي سنگ را ضريب آتشباري ناميد.[8]
(1-2)
امواج فشاری از طرف چال به سمت سطح آزاد مجاور چال انتقال پیدا کرده و پس از برخورد با سطح جبهه آزاد به صورت موج کششی به سمت داخل توده سنگ بر می‌گردند و در صورتی که از مقاومت کششی سنگ فراتر باشند باعث شکست سنگ شده و سنگ خرد می‌شود و این فرآیند تا جایی که مقاومت تراکمی باقی مانده بسیار ضعیف شود ادامه می‌یابد. وسعت ترک‌های کششی و تعداد ورقه سنگ‌های ایجاد شده به مقاومت کششی توده سنگ (σt)، دامنه (σa) و طول موج فشاری (L) بستگی دارد. به نظر وی تعداد ورقه‌های سنگی ایجاد شده در اثر ورقه زایی کششی به علت امواج منعکس شده به صورت زیر خواهد بود:

n≤〖 σ〗_a/ σ_t و یاn≤L/2t
که در اینجا t ضخامت ورقه سنگ می‌باشد. هینو همچنین دریافت که رابطه خطی بین مقاومت تراکمی توده سنگ (σc)، و دامنه موج فشاری(σa) منتشر شده در توده سنگ وجود دارد، از آنجا که σ_c∝σ_a می‌باشد و همچنین n∝σ_c/σ_t ، پس مقدار σ_c/σ_t را به عنوان ضریب آتشباری معرفی کرد.

1-6-3- دنیس و گاما4
این مدل در سال 1970 توسط دنیس و گاما ارائه شد. در این مدل ابعاد مواد معدنی طی عملیات انفجار طبق رابطه زیر پیش بینی می‌شود.[5]
d(x)=aW^b 〖(X/B)〗^c (1-3)
بطوریکه d(x)درصد تجمعی قطعات کوچک‌تر از دهانه سرند X، W انرژی مورد نیاز برای خردایش (kwh/ton)، B بارسنگ به متر، X دهانه سرند به سانتی متر، a,b,c ثابت‌های وابسته به نوع سنگ و مواد منفجره و مقدارW بر اساس فرمول (1-1) به شکل زیر به دست می‌آید:
W=10 W_i/√(d_80 )(1-4)
بطوریکه Wi شاخص کار باند، d80 ابعادی که 80% از مواد خرد شده از آن عبور کند بر حسب µm است.
1-6-4- لارسون5
این مدل در سال 1973 میلادی توسط لارسون برای تعیین d50 (ابعادی که50% از مواد خرد شده از آن عبور کند) ارائه شده است و به صورت ذیل می‌باشد:[9]
(1-5) d_50=C_b.e^[0.58 LnB-0.145 Ln(S/B)-1.18 Ln(CE/C)-0.82]
که در این رابطه B بارسنگ، S فاصله ردیفی چال‌ها، CE خرج ویژه به کیلوگرم بر متر مکعب، C ثابت سنگ که معادل خرج ویژه دینامیت ژلاتینی لازم برای خرد کردن سنگ بوده و معمولا بین 0.3 تا 0.5 کیلوگرم بر متر مکعب در نظر گرفته می‌شود. Cbثابت قابلیت انفجار وابسته به عوامل ساختاری مطابق با جدول (1-1) تعیین می‌شود.
جدول(1-1) ثابت قابلیت انفجار برای سنگ‌های مختلف
وضعیت توده سنگقابلیت انفجاردارای درزه و شکاف خیلی زیاد0.6دارای درزه و شکاف نسبتا زیاد0.55توده سنگ معمولی با ترک‌های ریز0.5نسبتا همگن0.45همگن0.41-6-5- فورنی6
فورنی و همکاران در سال 1983 آزمایشاتی بر روی مکانیزم خردایش آغاز شده از درزه انجام دادند. برای یک محیط لایه‎ای این مکانیزم اندازه متوسط قطعات کوچک‌تری نسبت به خردایش بدست آمده در یک محیط هموژن داد. این کاهش اندازه قطعات 5/1 برابر بود.[10]

1-6-6- دا گاما7
دا گاما در سال 1983در آتشباری پله‎ای تمام مقیاس پی برد که انرژی کمتری برای خرد کردن یک سنگ ناپيوسته نسبت به یک سنگ هموژن لازم است.[11]

1-6-7- کازنتسوف8
کازنتسوف در سال 1973برای پیش بینی ابعاد متوسط سنگ‌های خرد شده پس از آتشباری رابطه زیر را ارائه داده است:
X ̅=A.〖(V/Q_TNT )〗^0.8 〖.Q_TNT〗^0.167(1-6)
بطوریکه X ̅ متوسط ابعاد خرد شده به سانتی متر، A شاخص قابلیت انفجار یا فاکتور سنگ که به ساختار توده بستگی دارد و از جدول (1-2) به دست می‌آید، V حجم سنگ خرد شده در اثر انفجار هر چال به متر مکعب، QTNT مقدار TNT به کیلوگرم که از نظر انرژی معادل ماده منفجره داخل چال است.[5]
جدول(1-2) مقادیر فاکتور سنگ با توجه ساختار توده سنگ [5]
وضعیت توده سنگضریب پروتودیاکنففاکتور سنگخیلی نرم5-33نرم8-55متوسط10-77سخت و درزه دار14-1010سخت و همگن16-1413
اگر وزن ماده منفجره داخل چال Q کیلو گرم باشد و قدرت وزنی ماده منفجره نسبت به آنفو E (قدرت وزنی آنفو و TNT به ترتیب 100 و 115 است) باشد رابطه تعادلی زیر برقرار است:
Q×E=Q_TNT×115(1-7)
در این صورت رابطه 1-6 برای ماده منفجره آنفو به شکل زیر در می‌آید:
X ̅=1.0925×A.〖(V/Q_ANFO )〗^0.8 〖〖.Q〗_ANFO〗^0.167(1-8)
1-6-8- رزین ـ راملر9
رزین ـ راملر تابع نمایی زیر را برای تخمین توزیع ابعاد قطعات خرد شده ارائه نمودند:
d(x)=1-e^(〖-(X/X_c )〗^n )(1-9)
بطوریکه d(x)درصد تجمعی قطعات کوچک‌تر از دهانه سرند X، X دهانه سرند به سانتی متر، Xc اندازه مشخصه10 سرند، n شاخص یکنواختی11 است که نشان دهنده یکنواختی توزیع ابعاد سنگ خرد شده می‌باشد و مقدار آن معمولا بین 0.8 تا 2.2 متغیر است.[5]
از آنجا که معادله کازنتسوف مقدار متوسط X را محاسبه می‌کند بنابراین d(x)=0.5 خواهد بود و لذا:
X_c=X ̅/〖(0.693)〗^(1/n) (1-10)
1-6-9- کانینگهام12
کانینگهام در سال 1983 مدلی با عنوان کازـ رام13 را برای پیش‎بینی یکنواختی در خردایش بر اساس مدل کازنتسوف و فرمول رزین ـ راملر ارائه کرد.[12]
(1-11) n=(2.2-14 B/D) √((1+S/B)/2) (1-σ_B/B) (abs[Lb-Lc]/Lch+0.1)^0.1× Lch/Hb f
در این رابطه n شاخص یکنواختی، B بارسنگ (متر)، D قطر چال حفاری(میلی متر)، σB انحراف از بارسنگ اجرا شده یا انحراف چال (متر)، Lb طول خرج انتهایی(متر)، Lc طول خرج ستون(متر)، Lch طول کل خرج(متر)، Hb ارتفاع پله و f فاکتور آرایش چال که برای آرایش‌های مربعی 1 و برای آرایش‌های لوزی 1.1 است.

1-6-10- کو و روستن14
کو و روستن در سال 1993 با اضافه کردن تأثیر عمق چال (L) و طول انسداد (T) به فرمول لارسون معادله زیر را با عنوان مدل سوئدیفو پیشنهاد دادند: [5]
(1-12) d_50=C_b (1+4.67(T/L)^2.5 ).e^(0.29 LnB^2 √(S/1.25)-1.18 Ln(CE/C)^(-0.82) )
در این مدل d(x)درصد تجمعی قطعات کوچک‌تر از دهانه سرند X از رابطه زیر به دست می‌آید: [5]
d(x)=1-e^(〖-(0.76 X/d_50 )〗^1.35 )(1-13)
1-6-11- آلر15
آلر و همکاران در سال 1996 ارزیابی بازده خردایش آتشباری و پیش‎بینی آن را به وسیله روش‌های تحلیل چند متغیره مطالعه کردند. ایشان روشی را بر اساس توزیع اندازه بلوک در توده سنگ با توزیع اندازه در سنگ خرد شده آتشباری توصیه کردند.[13]

1-6-12- کیسر16
کیسر و همکاران در سال 2003 مطالعاتی راجع به رابطه میان فاصله‎داری ناپیوستگی و اختلاف جهت‎داری (زاویه میان امتداد سطح جبهه کار با ناپیوستگی اصلی) با اندازه‎های عبوری 50% و 80% (d50 و d80) و هزینه آتشباری انجام دادند. ایشان دریافتند که با افزایش زاویه جهت‎داری، خردایش حاصله منجر به تولید قطعات بزرگ‌تری می‌شود و وقتی دسته درزه اصلی موازی با سطح جبهه کار باشد خردایش خوب با هزینه آتشباری کمتری بدست می‎آید. همچنین هنگامی‌که فاصله‎داری ناپیوستگی‎ها یا شاخص اندازه بلوک افزایش یابد، پارامترهای خردایش نیز افزایش می‎یابند.[14]

1-6-13- کلیک17
کلیک و همکاران در سال 2009 تأثیر خصوصیات نمونه سنگ از قبیل وزن حجمی، جذب آب، مقاومت تراکمی تک محوره، مقاومت کششی، زاویه اصطکاک داخلی و چسبندگی و اندازه بلوک‎ها در توده سنگ را بر روی میزان خردایش حاصل از عملیات آتشباری ارزیابی کردند. ایشان با انجام تحلیل آماری رابطه خوبی میان ویژگی‌های توده سنگ و خردایش حاصله پیدا کردند[15]

1-7- روابط تخمین خرج ویژه
این روابط اغلب به دنبال ارزیابی و یا تعیین خرج یا خرج ویژه ,و یا یکی از ابعاد هندسی انفجار بر اساس تعدادی از پارامتر های موثر بر قابلیت انفجار توده سنگ می‌باشند.

‌‌1-7-1- هانسن18
هانسن در سال 1968 رابطه زیر را برای تخمین مقدار مواد منفجره مورد نیاز برای خردایش بهینه سنگ پیشنهاد کرده است.[16]
(1-14) Q=B^2 [0.0236×(H/B+1.5)+0.1984×C×(H/B+1.5)]

در رابطه فوق Q، کل خرج واقع در یک چال با بارسنگ آزاد بر حسب کیلوگرم، B بارسنگ به متر، H ارتفاع سطح آزاد به متر وC ثابت سنگ تخمین زده شده با آزمایش می‌باشد.

‌1-7-2- هنین و دیماک19
در سال 1976 يك روش گرافيكي براي ارزيابي شاخص قابليت آتشباري بر اساس سرعت انتشار لرزه‎اي در توده سنگ را پيشنهاد كرده‎اند[8]. این افراد بر اساس مطالعات انجام شده در معدن مس نوادا رابطه بین خرج ویژه با سرعت انتشار موج را بدست آوردند که در آن خرج ویژه با افزایش سرعت انتشار موج در سنگ افزایش می‌یابد. (شکل1-6)
شکل (1-6)ارتباط بین خرج ویژه و سرعت موج در سنگ
1-7-3- اشبی20
در سال 1977 اشبی رابطه ای تجربی را برای بدست آوردن خرج ویژه از مشاهداتش در یک معدن مس پیشنهاد کرد.[16]
(1-15)
در رابطه فوق q خرج ویژه برای آنفو به کیلوگرم بر مترمکعب، φ زاویه اصطکاک داخلی سنگ به درجه، iزاویه زبری (زاویه اتساع) به درجه و p10 چگالی خطی درزه داری (تعداد به متر) می‎باشد. شکل (1-7) نمودار رابطه فوق را نشان می‎دهد.
شکل (1-7)رابطه خرج ویژه با فراوانی شکستگی
1-7-4- لانگفورس21
لانگفورس در سال 1978 فاکتوری پیشنهاد نمود که نمایانگر تأثیر سنگ بوده و تنها زمانی که به یک شارژ معین دلالت داشته باشد آن را C0 نامید (بسته به شرایط صفر در نظر گرفته میشود). Cبیانگر مقدار خرج برای خردایش مطلوب است و میزان آن برابر با C=1.2(C0 میباشد. C0 دارای ارزشی برابر با 0.17 kg/m3 برای سنگ گرانیت و ارزشی بین 0.18-0.35 kg/m3 برای سایر سنگها است. برای طراحی انفجار مستقیماً ارزش C=0.4 kg/m3 در نظر گرفته میشود و برای خردایش و پرتاب سنگ مطلوب بر اساس پارامترهای طراحی و زمینشناسی نیاز به تعدیل در خرج ویژه میباشد. این تغییر ممکن است به عنوان فاکتور هندسی و یا تثبیت شده در نظر گرفته شود. فرانکل پیشنهاد کرد که برای محاسبه تجربی قابلیت انفجار سنگ، C (kg/m3) میتواند از طریق انفجار آزمایشی یک چال عمودی به قطر 33 میلی‌متر و عمق 33/1 متر و خرجی به اندازه ای که یک پله عمودی یک متری با بارسنگ یک متر، پرتاب سنگ و خردایش حداکثر یک متر داشته باشد، در نظر گرفت”. لارسون بیان کرد که به طور معمول میزان ارزش ثابت سنگ (0.4 kg/m3) میتواند تا 25% تفاوت داشته باشد[17].

1-7-5- پریلت22
پریلت در سال 1980 مقاومت تراکمی سنگ را بر اساس نرخ نفوذ، وزن پشت سرمته حفاری، سرعت دوران مته و قطر آن محاسبه و بر اساس یک معادله درجه سوم میزان بارسنگ را بر اساس تابعی از ارتفاع پله و دانسیته خرج، سرعت انفجار، طول گل گذاری، مقاومت تراکمی، اجزایی که وابسته به سایر تجهیزات بارگیری هستند، محاسبه نمود.
مزیت این روش در این است که الگوی حفاری به عنوان تابعی از پارامترهای شناخته شده به غیر از مقاومت تراکمی بدست میآید و مقاومت تراکمی نیز از پارامترهای شناخته شده حفاری محاسبه میگردد. بنا بر این به چال و انفجار آزمایشی کمتری نیاز دارد[18].

1-7-6- لیتون23
لیتون در سال 1982 شاخص کیفیت سنگ را با خرج ویژه آنفو مرتبط ساخت. وی شاخص کیفیت سنگ را از چالزنی دورانی با استفاده از رابطه زیر تعیین کرد:
RQI=E_h t/L(1-16)
در رابطه فوق RQI شاخص کیفیت سنگ، Eh فشار هیدرولیک چالزن (کیلو پاسکال)،t زمان چالزنی (دقیقه) و L طول چال به متر می‎باشد. مسئله اساسی روش وی این است که فقط برای چالزن زنجیری B.E. 40-R با قطر 229 میلی‌متر با دور سرمته و فشار پشت سرمته مشخص و ثابت قابل کاربرد است. شکل(1-8) ارتباط بین خرج ویژه و شاخص کیفی سنگ را نشان می‌دهد.[8]

شکل (1-8)ارتباط بین خرج ویژه و شاخص کیفی سنگ
1-7-7- لوپز جیمنو24
جیمنو در سال 1984روی محدودیتها و اشکالات RQI کار کرد و یک اندیس حفاری در سنگ به صورت زیر ارائه نمود:
(1-17)
بطوری VP نرخ نفوذ (متر بر ساعت)، D قطر حفاری (اینچ)، E وزن پشت سرمته (1000 پوند)، Nr دور سرمته (دور بر دقیقه) است. این فرمول تحت شرایط زیر صادق میباشد:
سر مته حفاری بایستی بهترین نوع سرمته برای حفاری باشد.
میزان هوا برای خروج قطعات حفاری شده کافی باشد.
در رابطه نرخ نفوذ خالص در نظر گرفته شود (تعویض سرمته و یا انتقال دستگاه محاسبه نگردد)
رابطه خرج ویژه (q) و اندیس حفاری (IP) به کمک رگرسیون گیری و تحلیل دادههای معادن مختلف از طریق رابطه زیر بیان شده است[8]:
(1-18)



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه ارشد

پاسخ دهید