دانشگاه یزد
دانشکده معدن و متالورژی
گروه مهندسی معدن
پایاننامه
برای دریافت درجه کارشناسی ارشد
مهندسی معدن – مکانیک سنگ
تخمین قابلیت انفجار در روش تخریب طبقات فرعی
(مورد مطالعاتی: آنومالی 12 معدن سه چاهون)
استاد راهنما :
دکترعلی‌‌رضا یاراحمدی بافقی
اساتید مشاور :
مهندس مهدی یاوری شهرضا
مهندس علیرضا جبین پور
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
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-رام[1] و سوئبرک[2] 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 گردید. نهایتا طبق مدلسازی انجام شده، قابلیت انفجار از روش طبقهبندی لاتهام[3] 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 اول.. 1
كلیات تحقیق.. 1
1-1- مقدمه. 2
1-2- پیشینه تحقیق.. 3
1-3- هدف تحقیق.. 5
1-4- ساختار تحقیق.. 5
قابلیت انفجار. 6
2-1- مقدمه. 7
2-2- تأثیر ویژگی‌های ماده سنگ بر قابلیت انفجار 9
2-2-1- مقاومت سنگ بکر. 10
2-2-2- شکنندگی سنگ.. 10
2-2-3- طاقت سنگ.. 11
2-2-4- سفتی سنگ.. 11
2-2-5- سختی.. 11
2-2-6- وزن مخصوص سنگ.. 12
2-2-7- الاستیسیته. 12
2-2-8- پلاستیسیته. 12
2-2-9- تخلخل. 13
2-2-10- بافت سنگ.. 14
2-2-11- ساخت سنگ.. 14
2-2-12- اصطکاک داخلی.. 15
2-3- تأثیر ویژگی‌های تودهسنگ بر قابلیت انفجار 15
2-3-1- لایه‌‌بندی.. 15
2-3-2- چین خوردگی.. 16
2-3-3-گسل‌ها 17
2-3-4- حفره‌ها و نواحی غیر مقاوم. 17
2-3-5- شکاف‌های اولیه و درزه‌ها 18
2-3-6- میدان‌های تنش… 29
2-4- تأثیر وجود آب بر قابلیت انفجار 30
2-5- تأثیر دما بر قابلیت انفجار 30
2-6- تأثیر نیروی انسانی بر قابلیت انفجار 31
2-7- تأثیر ویژگی‌های مواد منفجره بر قابلیت انفجار 31
2-7-1- سرعت انفجار 32
2-7-2- قدرت ماده منفجره 32
2-7-3 خردکنندگی.. 32
2-8- تأثیر پارامترهای طراحی انفجار بر قابلیت انفجار 33
2-8-1- قطرچال. 33
2-8-2- بارسنگ.. 34
2-8-3- فاصله ردیفی چال‌ها 35
2-8-4- ارتفاع پله. 36
2-8-5- اضافه حفر چال. 37
2-8-6- گل‌گذاری.. 38
2-8-7- شیب چال. 38
2-8-8- خرج ویژه 39
2-8-9- الگوی چال‌ها 40
2-8-10- توزیع مواد منفجره داخل چال‌ها 41
2-8-11- زمان‌های تأخیر و ترتیب انفجار 43
2-8-12- حفاری ویژه 43
2-9- تأثیرپارامتر‌های دینامیکی سنگ بر قابلیت انفجار 44
2-9-1- امواج لرزه‌ای.. 45
2-9-1-2- امواج سطحی.. 48
2-10- تاریخچهی مطالعات مربوط به قابلیت انفجار 51
2-10-1- باند. 52
2-10-2- فرانکل (1954) 53
2-10-3- اشبی.. 53
2-10-4- بورکویز. 55
2-10-5- لیلی.. 56
2-10-6- گوس.. 57
2-10-7- لوولاتهام. 59
2-10-8- روش مومیوند. 60
فصل سوم. 63
معدنکاری به روش تخریبی.. 63
3-1- مقدمه. 64
3-2- روشهای استخراج تخریبی.. 65
3-2-1- روش استخراج تخریب در طبقات فرعی.. 65
3-2-1- روش استخراج تخریب بزرگ.. 67
3-3- جریان ثقلی مواد تخریبی در معادن. 70
3-3-1- تشکیل کمان. 75
فصل چهارم. 83
تخمین دانهبندی ناشی از انفجار. 83
4-1- مقدمه. 84
4-2- مدلهای پیش بینی خردایش سنگ.. 85
4-2-1- معادله لارسون. 85
4-2-2- فرمول سوئدفو. 86
4-2-3- مدل کوز- رام. 86
4-2-4- مدل اصلاح شده کوز – رام. 88
4-2-5- فرمول دنیس و گاما 89
4-2-6- مدل JKMRC. 90
4-3- نرم افزار JKSIMBLAST. 90
4-3-1- نرم افزار 2Dbench. 91
4-3-2- نرم افزار 2DFace. 91
4-3-3- نرم افزار 2DRing. 93
4-4-تخمین خردایش و محاسبه قابلیت انفجار 94
4-4-1- رابطه کوز-رام اصلاح شده 94
4-4-2-رابطه سوئبرک.. 95
فصل پنجم.. 99
مورد مطالعاتی.. 99
آنومالی 12 معدن سهچاهون.. 99
5-1- مقدمه. 100
5-2- مشخصات عمومی كانسار سه چاهون. 100
5-2-1- موقعیت جغرافیایی.. 100
5-2-2- زمینشناسی منطقه. 100
5-2-3- تشریح توده‌های معدنی و کیفیت آنها 102
5-3- طراحی پارامترهای آتشباری.. 103
5-3-1- مشکلات پیشرو و فرضیات موجود. 103
5-3-2- مشخصات ژئومکانیکی کانسار 104
5-3-3- پارامترهای طراحی.. 105
5-4- تخمین قابلیت انفجار 105
5-4-1- تخمین قابلیت انفجار با استفاده از مدل کوز- رام. 105
5-4-2- تخمین قابلیت انفجار با استفاده از نرمافزار JKSimblast 110
نتیجهگیری و پیشنهادات برای پژوهشهای آینده. 114
نتیجهگیری.. 115
پیشنهادات.. 117
منابع.. 118
1-Kuz-Ram
2-Swebrec
-3 Lu & Latham
1-1- 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 ناپیوستگیها، 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-رام[1] و رابطه سوئبرک[2] اشاره نمود.
1-2- پیشینه تحقیق
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 فرانکل[3] 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 هینو[4] 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 دیماک[5] درسال 1976، آشبی[6] در سال 1977 و بورکوئیز[7] 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 راکشیف[8] 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 لیلی[9] 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 لاتهام[10] 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 وهمکاران[11] 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. یاراحمدی و همكاران سال 2014 در یك طرح تحقیقاتی ضمن طبقه بندی قابلیت انفجار بلوك ایران مركزی ویژگی های دینامیكی توده سنگ مثل سرعت موج طولی را در محاسبه دانه بندی خردایش ناشی از انفجار و محاسبه خرج ویژه دخیل نمودند.
1-3- هدف تحقیق
تعیین قابلیت انفجار در فضاهای زیرزمینی بخصوص در روشهای استخراج تخریبی از مهمترین پارامترهای تعیینكننده قابلیت تخریب در این روشها است. در این تحقیق به منظور تعیین قابلیت تخریب بروش طبقات فرعی در معدن سنگ آهن زیر زمینی 12 سه چاهون میبایست قابلیت انفجار مورد بررسی قرار میگرفت. از طرفی اغلب تحقیقات و تجربیات ثبت شده در خصوص قابلیت انفجار، در معادن سطحی بوده است و لذا در اینجا بر اساس داده های ژئومكانیكی معدن 11 سه چاهون به عنوان نزدیكترین معدن به معدن 12 سه چاهون قابلیت انفجار بروش كوزـ رام و سوئبرک مورد محاسبه قرار میگیرد.
1-4- ساختار تحقیق
در فصل دوم این تحقیق قابلیت انفجار مورد بررسی قرار میگیرد كه شامل پارامترهای موثر از سیستم تودهسنگ، سیستم انفجار و شرایط انفجار است. در فصل سوم روشهای تخریبی بخصوص روش تخریب طبقات فرعی مورد بحث قرار میگیرند. در فصل چهارم نحوهی تخمین خردایش معرفی شده و سپس در فصل پنجم معدن مورد مطالعه معرفی و قابلیت انفجار آن محاسبه میشود.
تعداد صفحه : ۱۴۴
قیمت : 14700تومان