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
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)
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول قابلیت انفجار. 1
1-1- مقدمه. 2
1-2- سیستم توده سنگ… 4
1-3- سیستم انفجار. 5
1-4- شرایط انفجار. 7
1-5- تعیین قابلیت انفجار توده سنگ… 9
1-6- روابط تخمین خردایش…. 10
1-6-1- باند. 10
1-6-2- هینو. 11
1-6-3- دنیس و گاما 12
1-6-4- لارسون.. 12
1-6-5- فورنی.. 13
1-6-6- دا گاما 13
1-6-7- کازنتسوف.. 13
1-6-8- رزین ـ راملر. 14
1-6-9- کانینگهام. 14
1-6-10- کو و روستن.. 15
1-6-11- آلر. 15
1-6-12- کیسر. 15
1-6-13- کلیک… 16
1-7- روابط تخمین خرج ویژه. 16
1-7-1- هانسن.. 16
1-7-2- هنین و دیماک… 17
1-7-3- اشبی.. 17
1-7-4- لانگفورس… 18
1-7-5- پریلت… 19
1-7-6- لیتون.. 19
1-7-7- لوپز جیمنو. 20
1-7-8- گوپتا 21
1-7-9- پال روی و ذر. 21
1-8- شاخص قابلیت انفجار. 21
1-8-1- فرانکل.. 22
1-8-2- ساسا و ایتو. 22
1-8-3- بورکویز. 22
1-8-4- راکیشف… 24
1-9- طبقه بندی قابلیت انفجار. 24
1-9-1- لایلی.. 25
1-9-2- گوس… 27
1-9-3- هاگان.. 28
1-9-4- اسکوت.. 28
1-9-5- مرکز تحقیقات JKMRC.. 29
1-9-6- لاتهام و لو. 29
1-9-7- یاراحمدی و دشتکی.. 33
1-9-8- فرامرزی، منصوری و ابراهیمی.. 35
1-10- بحث و جمع بندی نتایج.. 37
1-11- اهداف تحقیق.. 38
فصل دوم مشخصات موارد مطالعاتی و اندازه‌گیری ویژگی‌ها 39
2-1- مقدمه. 40
2-1-1- معادن سنگ آهن ایران مركزی.. 41
2-2- معدن سنگ آهن چغارت.. 42
2-2-1- زمینشناسی كانسار چغارت.. 42
2-2-2- استخراج معدن چغارت.. 45
2-3- معدن سنگ آهن سه چاهون.. 46
2-3-1- زمینشناسی کانسار سه چاهون.. 46
2-3-2- استخراج معدن سه چاهون XI. 49
2-4-معدن سنگ آهن چادرملو. 50
2-4-1- زمینشناسی معدن چادرملو. 50
2-4-2- استخراج معدن چادرملو. 53
2-5- پارامتر های هندسه انفجار (طراحی آتشباری) و مواد منفجره. 54
2-6- خصوصیات ژئومکانیکی توده سنگ… 57
2-7- اندازه‌گیری خصوصیات توده سنگ… 57
2-7-1- نوع سنگ… 60
2-7-2- هوازدگی.. 60
2-7-3- ساخت سنگ و اندازه بلوک‌ها 61
2-7-4- مقاومت سنگ… 62
2-7-5- نوع ناپیوستگی.. 64
2-7-6- جهت داری ناپیوستگی.. 66
2-7-7- تداوم ناپیوستگی.. 68
2-7-8- بازشدگی ناپیوستگی.. 68
2-7-9- پرکننده. 70
2-7-10- مقدار نشت… 70
2-7-11- فاصله داری ناپیوستگی.. 71
2-7-12- شرایط سطح درزه. 72
2-8- تجهیزات برداشت داده‌های لرزه‌ای.. 74
2-8-1- منبع لرزهزا 74
2-8-2- لرزه سنج.. 75
2-8-3- لرزه نگار. 76
2-9- روند برداشت داده‌های لرزه‌ای.. 78
2-10- پردازش داده‌های لرزه‌ای برداشت شده. 80
2-11- تعیین میزان خردایش ناشی از انفجار. 82
فصل سوم تحلیل آماری.. 85
3-1- مقدمه. 86
3-2- روش‌های آماری.. 86
3-2-1-آمار توصیفی: 86
3-2-2-آمار استنباطی: 86
3-3-تحلیل حساسیت ویژگی‌های ژئومكانیكی توده سنگ… 88
3-4-تحلیل حساسیت ویژگی‌های سیستم انفجار. 91
3-5- رگرسیون‌گیری خطی چند‌متغیره. 93
3-6 شبکه عصبی 105
3-7- تحلیل‌های شبکه عصبی.. 108
3-8- جمع بندی فصل.. 114
فصل چهارم طبقه بندی قابلیت انفجارمنطقه و پهنه بندی معدن چغارت… 117
4-1- تخمین خردایش و خرج ویژه. 118
4-2- اندیس خردایش…. 118
4-3- طبقه بندی.. 119
4-3-1- طبقه بندی با استفاده از مفهوم سطح معنی داری (Signification): 120
4-3-2- توزیع امتیاز بر اساس داده‌های نرمال شده. 121
4-3-3- طبقه بندی با استفاده از مفهوم همبستگی (Correlation) 125
4-4- پهنه بندی قابلیت انفجار در معدن چغارت.. 128
بحث و نتیجه گیری.. 133
پیشنهادات.. 134
منابع و مآخذ. 135
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
1-1- مقدمه
آتشباری یكی از اصلی‌ترین عملیات معدنكاری 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 نتیجه شرایط نامناسب زمین یا طراحی ضعیف، 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 بلوكهای بزرگی نیازمند شكستن مجدد شود (شکل1-1).
شکل (1-1)حفاری مجدد قطعات بزرگ ناشی از آتشباری ناموفق (معدن چادرملو)
یك عملیات آتشباری خوب طراحی شده، عملیاتی است كه منجر به تولید سنگ خرد شده‌ای شود که ابعاد و توزیع دانه بندی آن مطابق با ابعاد و توزیع دانه بندی قابل بارگیری و باربری توسط تجهیزات موجود و قابل خردایش توسط كارخانه سنگشكنی باشد و نیاز به خرد كردن مجدد سنگ نباشد. از آنجایی كه میزان خردایش ناشی از آتشباری تأثیر مهمی بر فرآیند دیگر عملیات معدنكاری از قبیل بارگیری، باربری، سنگشكنی و آسیا كنی دارد، انجام مطالعات جهت بهینهسازی خردایش اهمیت بسزایی دارد چرا که علاوه بر تأثیر مستقیم بر هزینه استخراج و فرآوری ماده معدنی، بر ایمنی این عملیات و كنترل پرتاب سنگ و دیواره‌ها نیز مؤثر است [1][2][3].
علیرغم توسعه روش‌های مختلف در زمینه تعیین قابلیت انفجار تاكنون تلاش كمی جهت توسعه پارامترهای كمی و سیستماتیك مؤثر بر این قابلیت سنگ صورت گرفته است. مطالعات صورت گرفته در این زمینه كه گاهاً منجر به ارائه روابطی نیز شده است، قادر به بیان خصوصیت قابلیت آتشباری توده سنگ نیستند و هنوز رابطه یا سیستم طبقهبندی جامعی جهت پیشبینی این قابلیت توده سنگ ارائه نگردیده است. تلاش‌هایی نیز كه در این زمینه صورت گرفته، قابلیت كاربرد وسیع در عملیات آتشباری را ندارند. زیرا جهت عملیاتی كردن این سیستمهای طبقهبندی نیاز به بررسی یكسری از خصوصیات توده سنگ می‌باشد كه برآورد آن‌ها زمان زیادی را میطلبد. در حالی که در صنعت معدن کاری وقت و سرعت تولید بسیار حائز اهمیت است و این طراحی سیستم طبقهبندی توده سنگی را میطلبد كه به سرعت بتواند خصوصیات توده سنگ را در رابطه با قابلیت آتشباری آن توصیف كند. از طرفی نیز قابلیت ایجاد رابطه با پارامترهای طراحی و مواد منفجره را دارا باشد.
اهمیت وجود چنین سیستم طبقهبندی توده سنگی قابلیت كاربرد آن در پروژه‌های معدنی جهت طراحی بهینه طرح آتشباری برای رسیدن به توزیع اندازه مورد نظر ذرات حاصل از انفجار با حداقل مواد منفجره مصرفی می‌باشد. در صورت دستیابی به چنین طبقهبندی توده سنگی علاوه بر كاهش هزینه تولید مصالح معدنی دلخواه می‌توان هزینه بارگیری، حملونقل، خردایش و فرآوری ماده معدنی را تا حد زیادی كاهش داد و در نتیجه قابلیت اقتصادی معدن را به شدت افزایش 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.
تعداد صفحه : ۱۶۶
قیمت : 14700تومان