پایان نامه کارشناسی ارشد با عنوان تخمین قابلیت انفجار در روش تخریب طبقات فرعی (مورد مطالعاتی: آنومالی ۱۲ معدن سه چاهون)

تخمین قابلیت انفجار در روش تخریب طبقات فرعی (مورد مطالعاتی: آنومالی ۱۲ معدن سه چاهون)

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 ۱۲ معدن سه چاهون)

 

 

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[۱] و سوئبرک[۲] به عنوان مهمترین روش­های تخمین خردایش و نیز تخمین غیرمستقیم قابلیت انفجار هستند. معدن سه­چاهون۱۲ 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[۳] بین مقادیر ۷/۳ و ۵/۴ تخمین زده شد. برای ایجاد جریان ثقلی، قطرچال آتشباری بهینه نیز طبق مدلسازی برابر ۴۰-۲۵ میلی­متر خواهد بود.

 

کلمات کلیدی: قابلیت انفجار-روش­های معدن­کاری تخریبی-روش­های تخمین خردایش-معدن سه­چاهون

 

فهرست مطالب

فصل اول.. ۱

کلیات تحقیق.. ۱

۱-۱- مقدمه. ۲

۱-۲- پیشینه تحقیق. ۳

۱-۳- هدف تحقیق. ۵

۱-۴- ساختار تحقیق. ۵

قابلیت انفجار.. ۶

۲-۱- مقدمه. ۷

۲-۲- تأثیر ویژگی‌های ماده سنگ بر قابلیت انفجار. ۹

۲-۲-۱- مقاومت سنگ بکر. ۱۰

۲-۲-۲- شکنندگی سنگ. ۱۰

۲-۲-۳- طاقت سنگ. ۱۱

۲-۲-۴- سفتی سنگ. ۱۱

۲-۲-۵- سختی. ۱۱

۲-۲-۶- وزن مخصوص سنگ. ۱۲

۲-۲-۷- الاستیسیته. ۱۲

۲-۲-۸- پلاستیسیته. ۱۲

۲-۲-۹- تخلخل. ۱۳

۲-۲-۱۰- بافت سنگ. ۱۴

۲-۲-۱۱- ساخت سنگ. ۱۴

۲-۲-۱۲- اصطکاک داخلی. ۱۵

۲-۳- تأثیر ویژگی‌های توده­سنگ بر قابلیت انفجار. ۱۵

۲-۳-۱- لایه‌‌بندی. ۱۵

۲-۳-۲- چین خوردگی. ۱۶

۲-۳-۳-گسل‌ها. ۱۷

۲-۳-۴- حفره‌ها و نواحی غیر مقاوم. ۱۷

۲-۳-۵- شکاف‌های اولیه و درزه‌ها. ۱۸

۲-۳-۶- میدان‌های تنش. ۲۹

۲-۴- تأثیر وجود آب بر قابلیت انفجار. ۳۰

۲-۵- تأثیر دما بر قابلیت انفجار. ۳۰

۲-۶- تأثیر نیروی انسانی بر قابلیت انفجار. ۳۱

۲-۷- تأثیر ویژگی‌های مواد منفجره بر قابلیت انفجار. ۳۱

۲-۷-۱- سرعت انفجار. ۳۲

۲-۷-۲- قدرت ماده منفجره. ۳۲

۲-۷-۳ خردکنندگی. ۳۲

۲-۸- تأثیر پارامتر‌های طراحی انفجار بر قابلیت انفجار. ۳۳

۲-۸-۱- قطرچال. ۳۳

۲-۸-۲- بارسنگ. ۳۴

۲-۸-۳- فاصله ردیفی چال‌ها. ۳۵

۲-۸-۴- ارتفاع پله. ۳۶

۲-۸-۵- اضافه حفر چال. ۳۷

۲-۸-۶- گل‌گذاری. ۳۸

۲-۸-۷- شیب چال. ۳۸

۲-۸-۸- خرج ویژه. ۳۹

۲-۸-۹- الگوی چال‌ها. ۴۰

۲-۸-۱۰- توزیع مواد منفجره داخل چال‌ها. ۴۱

۲-۸-۱۱- زمان‌های تأخیر و ترتیب انفجار. ۴۳

۲-۸-۱۲- حفاری ویژه. ۴۳

۲-۹- تأثیرپارامتر‌های دینامیکی سنگ بر قابلیت انفجار. ۴۴

۲-۹-۱- امواج لرزه‌ای. ۴۵

۲-۹-۱-۲- امواج سطحی. ۴۸

۲-۱۰- تاریخچه­ی مطالعات مربوط به قابلیت انفجار. ۵۱

۲-۱۰-۱- باند. ۵۲

۲-۱۰-۲- فرانکل (۱۹۵۴). ۵۳

۲-۱۰-۳- اشبی. ۵۳

۲-۱۰-۴- بورکویز. ۵۵

۲-۱۰-۵- لیلی. ۵۶

۲-۱۰-۶- ‌گوس. ۵۷

۲-۱۰-۷- لوولاتهام. ۵۹

۲-۱۰-۸- روش مومیوند. ۶۰

فصل سوم.. ۶۳

معدنکاری به روش تخریبی.. ۶۳

۳-۱- مقدمه. ۶۴

۳-۲- روشهای استخراج تخریبی. ۶۵

۳-۲-۱- روش استخراج تخریب در طبقات فرعی. ۶۵

۳-۲-۱- روش استخراج تخریب بزرگ. ۶۷

۳-۳- جریان ثقلی مواد تخریبی در معادن. ۷۰

۳-۳-۱- تشکیل کمان. ۷۵

فصل چهارم.. ۸۳

تخمین دانه­بندی ناشی از انفجار.. ۸۳

۴-۱- مقدمه. ۸۴

۴-۲- مدلهای پیش بینی خردایش سنگ. ۸۵

۴-۲-۱- معادله لارسون. ۸۵

۴-۲-۲- فرمول سوئدفو. ۸۶

۴-۲-۳- مدل کوز- رام. ۸۶

۴-۲-۴- مدل اصلاح شده کوز – رام. ۸۸

۴-۲-۵- فرمول دنیس و گاما. ۸۹

۴-۲-۶- مدل JKMRC. 90

4-3- نرم افزار JKSIMBLAST. 90

4-3-1- نرم افزار ۲Dbench. 91

4-3-2- نرم افزار ۲DFace. 91

4-3-3- نرم افزار ۲DRing. 93

4-4-تخمین خردایش و محاسبه قابلیت انفجار. ۹۴

۴-۴-۱- رابطه کوز-رام اصلاح شده. ۹۴

۴-۴-۲-رابطه سوئبرک. ۹۵

فصل پنجم.. ۹۹

مورد مطالعاتی.. ۹۹

آنومالی ۱۲ معدن سه­چاهون.. ۹۹

۵-۱- مقدمه. ۱۰۰

۵-۲- مشخصات عمومی کانسار سه چاهون. ۱۰۰

۵-۲-۱- موقعیت جغرافیایی. ۱۰۰

۵-۲-۲- زمین‎شناسی منطقه. ۱۰۰

۵-۲-۳- تشریح توده‌های معدنی و کیفیت آنها. ۱۰۲

۵-۳- طراحی پارامترهای آتشباری. ۱۰۳

۵-۳-۱- مشکلات پیشرو و فرضیات موجود. ۱۰۳

۵-۳-۲- مشخصات ژئومکانیکی کانسار. ۱۰۴

۵-۳-۳- پارامترهای طراحی. ۱۰۵

۵-۴- تخمین قابلیت انفجار. ۱۰۵

۵-۴-۱- تخمین قابلیت انفجار با استفاده از مدل کوز- رام   ۱۰۵

۵-۴-۲- تخمین قابلیت انفجار با استفاده از نرم­افزار JKSimblast 110

نتیجه­گیری  و پیشنهادات برای پژوهشهای آینده   ۱۱۴

نتیجه­گیری. ۱۱۵

پیشنهادات.. ۱۱۷

منابع.. ۱۱۸

 

 

فهرست شکل­ها

شکل(۲-۱) قطعات بزرگ برجای مانده از آتشباری نادرست………………………………………………………………….۷

شکل(۲- ۲) برخی از پارامترهای مربوط به توده سنگ………………………………………………………………………….۸

شکل(۲-۳) عوامل مؤثر بر قابلیت انفجار…………………………………………………………………………………………………۹

شکل (۲-۴) بارسنگ بیش از حد در پاشنه پله که در اثر زون عقب زدگی و سطوح زاویه­دار ساختاری تولید می­شود………………………………………………………………………………………………………………………………………….۲۰

شکل (۲-۵) سطح آتشکاری که به موازات صفحات لایه بندی ایجاد شده است…………………………………۲۰

شکل (۲-۶) جهت سطوح لایه­بندی نسبت به محور تونل……………………………………………………………………۲۳

شکل (۲-۷)حفر چاه مستطیلی شکل با برش V شکل………………………………………………………………………..۲۴

شکل(۲-۸) سنگ ناهمسانگرد با شکستگی قائم…………………………………………………………………………………..۲۴

شکل(۲-۹) سنگ ناهمسانگرد با شکستگی مسطح صفحه‌ای………………………………………………………………۲۵

شکل (۲-۱۰)  سنگ با شکستگی قائم و ناهمسانگردی پائین…………………………………………………………….۲۶

شکل(۲-۱۱) سنگ با شکستگی مسطح صفحه‌ای و ناهمسانگردی پائین…………………………………………..۲۸

شکل (۲-۱۲) توالی انفجار‌ها برای برش سوخته در متاطق دارای تنش ‌های افقی بالا (a) اجتناب شود‌، (b) رضایت بخش…………………………………………………………………………………………………………………………………..۲۹

شکل (۲-۱۳) پارامترهای طراحی ………………………………………………………………………………………………………..۳۳

شکل (۲-۱۴) تأثیر فاصله ردیفی چال‌ها بر میزان لرزش زمین…………………………………………………………..۳۶

شکل (۲-۱۵) نحوه خم­شدگی سنگ‌ها در آتشکاری پله‌ای برای  های مختلف………………………….۳۷

شکل ( ۲-۱۶) تأثیر فاصله جناحی در آتشکاری پله‌ای………………………………………………………………………..۴۰

شکل (۲-۱۷) مقایسه الگوی مربعی و الگوی یک در میان با مثلث‌های متساوی الاضلاع…………………۴۱

شکل (۲-۱۸) توزیع ماده منفجره در چال در آتشکاری پله‌ای…………………………………………………………….۴۲

شکل ( ۲-۱۹) چالزنی ویژه برای چهار نوع سنگ مختلف در پله‌های ۱۲ متری………………………………..۴۳

شکل(۲-۲۰) یک موج P که درون یک واسطه حرکت می‌کند و باعث فشارش و کشش در ذرات می‌شود……………………………………………………………………………………………………………………………………………………۴۷

شکل(۲-۲۱)یک موج S که درون یک واسطه جامد منتقل می‌شود و ذرات را به بالا و پائین حرکت می‌دهد……………………………………………………………………………………………………………………………………………………۴۹

شکل(۲-۲۲) موج لاو…………………………………………………………………………………………………………………………….۵۰

شکل (۲-۲۳) موج رایلی……………………………………………………………………………………………………………………….۵۰

شکل(۲-۲۴) رابطه تجربی بین خرج ویژه‌،فرکانس شکست وزبری درزه (اشبی)………………………………..۵۵

شکل (۳-۱) نمای کلی روش تخریب در طبقات فرعی………………………………………………………………………..۶۶

شکل ( ۳-۲)  هندسه‌ی تخریب در طبقات فرعی در معدن Kirunaدر سه زمان مختلف…………………۶۷

شکل (۳-۳) نمای کلی از روش تخریب بزرگ……………………………………………………………………………………..۶۹

شکل ( ۳-۴ ) انواع مواد تخریبی…………………………………………………………………………………………………………..۷۰

شکل (۳-۵) تماس مستقیم بین قطعات تخریبی…………………………………………………………………………………۷۲

شکل ( ۳-۶ ) تماس غیرمستقیم بین قطعات تخریبی…………………………………………………………………………۷۳

شکل (‌‌ ۳-۷ ) مدل تنش فوتو-الاستیک………………………………………………………………………………………………۷۴

شکل (  ۳-۸ ) نمودار کلی انتقال فشار در قطعات تخریبی…………………………………………………………………۷۴

شکل(  ۳-۹) محاسبه e/d……………………………………………………………………………………………………………………76

شکل(  ۳-۱۰) ایجاد کمان در خروجی قیف………………………………………………………………………………………..۷۶

شکل(۳-۱۱) گسترش و توزیع تنش در کمان……………………………………………………………………………………..۷۷

شکل(۳-۱۲)‌ به دست آوردن ضریب K………………………………………………………………………………………………..79

شکل (۳-۱۳) تشکیل کمان در یک قیف تخلیه یک طرفه………………………………………………………………….۸۰

شکل (۳-۱۴) مدل تنش فوتو الاستیک کمان……………………………………………………………………………………..۸۰

شکل(۳-۱۵) تشکیل کمان در یک قیف تخلیه یک طرفه…………………………………………………………………..۸۱

شکل(۳-۱۶) سست کردن بست دیوار کمان در قیف‌های یک طرفه…………………………………………………..۸۱

شکل(۴-۱) نرم افزار JKSimblast……………………………………………………………………………………………………….91

شکل(۴-۲) نرم افزار ۲DBench…………………………………………………………………………………………………………..92

شکل(۴-۳) نرم افزار ۲DFace………………………………………………………………………………………………………………93

شکل(۴-۴) نمایی از نرم افزار ۲DRing……………………………………………………………………………………………….94

شکل(۴-۵) نمایی از مدل کوز- رام در نرم­افزار Excel……………………………………………………………………….96

شکل(۴-۶) نمایی از نرم­افزار ۲DRing…………………………………………………………………………………………………97

شکل(۴-۷) نمایی از یک مدل فرضی در نرم­افزار ۲DRing…………………………………………………………………97

شکل(۵-۱) نمایی از مدل کوز- رام در نرم افزار Excel…………………………………………………………………….106

شکل(۵-۲) مشخصات ماده­سنگ در مدل کوز- رام…………………………………………………………………………..۱۰۷

شکل(۵-۳) مشخصات درزه­داری در مدل کوز- رام…………………………………………………………………………..۱۰۷

شکل(۵-۴) مشخصات ماده منفجره در مدل کوز- رام………………………………………………………………………۱۰۷

شکل(۵-۵) الگوی طراحی آتشباری در مدل کوز- رام………………………………………………………………………۱۰۸

شکل(۵-۶) قابلیت انفجار و  مشخصات خردایش………………………………………………………………………………۱۰۸

شکل(۵-۷) جدول توزیع دانه­بندی…………………………………………………………………………………………………….۱۰۹

شکل (۵-۸) نمودار توزیع دانه­بندی…………………………………………………………………………………………………..۱۱۰

شکل(۵-۹) نمایی از مدل ساخته شده در نرم­افزار ۲DRing…………………………………………………………….111

شکل(۵-۱۰) نمایی از مشخصات چال­های مدل ساخته شده در نرم­افزار ۲DRing…………………………111

شکل(۵-۱۱) نمایی از خروجی مدل ساخته شده در نرم­افزار ۲DRing……………………………………………112

شکل(۵-۱۲) نمایی از خروجی مدل ساخته شده نرم­افزار ۲DRing…………………………………………………112

شکل(۵-۱۳) نمایی از دانه­بندی مدل ساخته شده در نرم­افزار ۲DRing………………………………………….112

 

 

فهرست جدول­ها

جدول(۲-۱)درجات جذب درزه­های مختلف…………………………………………………………………………………………۱۹

جدول(۲-۲) رابطه احتمالی میان فاصله درزه‌ها(S)‌،درزه‌ها(J) وحداکثر ابعاد بلوک‌ها(M)………………19

جدول(۲-۳) طراحی آتشکاری ها با توجه به ساختارهای زمین شناسی……………………………………………..۲۲

جدول (۲-۴) نتایج حاصل از جبهه‌کارهای مختلف انتخاب شده برای سنگ ناهمسانگرد با شکستگی قائم…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………۲۵

جدول (۲-۵) نتایج حاصل از جبهه‌کارهای مختلف انتخاب شده برای سنگ ناهمسانگرد با شکستگی مسطح صفحه‌ای…………………………………………………………………………………………………………………………………….۲۶

جدول (۲-۶) نتایج حاصل از جبهه‌کارهای مختلف انتخاب شده برای سنگ با شکستگی قائم و ناهمسانگردی پائین……………………………………………………………………………………………………………………………….۲۷

جدول(۲-۷)نتایج حاصل از جبهه‌کارهای مختلف انتخاب شده برای سنگ با شکستگی مسطح صفحه‌ای و ناهمسانگردی پائین…………………………………………………………………………………………………………….۲۸

جدول(۲-۸)واحدهای خرج ویژه…………………………………………………………………………………………………………..۳۹

جدول(۲-۹) تأثیر پارامترها در روابط ارائه شده مختلف قابلیت انفجار………………………………………………..۵۴

جدول (۲-۱۰)  ضریب دگرگونی………………………………………………………………………………………………………….۵۵

جدول(۲-۱۱) مقادیر پارامترهای موثر در رابطه لیلی………………………………………………………………………….۵۸

جدول (۲-۱۲) ارتباط بین شاخص قابلیت انفجار با فاکتور پودر…………………………………………………………۵۸

جدول(۲-۱۳) مقادیر متغیر‌های انتخاب شده برای محاسبه شاخص قابلیت انفجار پیشنهاد شده توسط گوس………………………………………………………………………………………………………………………………………………………۵۹

جدول(۲-۱۴) طبقه بندی قابلیت انفجار سنگ براساس ویژگی ‌ها دینامیکی سنگ………………………….۶۱

جدول ( ۳-۱) شرایط اجرایی و مشخصات روش­های تخریب در طبقات فرعی…………………………………..۶۷

جدول ( ۳-۲) شرایط اجرایی و مشخصات روش تخریب بزرگ…………………………………………………………..۶۹

جدول ( ۳-۳ ) انواع مواد تخریبی…………………………………………………………………………………………………………۷۱

جدول (۳-۴) معادلات برای محاسبه کمینه سطوح مورد نیاز در خروجی افقی…………………………………۷۸

جدول (۴-۱) ثابت آتشباری برای سنگ­های مختلف…………………………………………………………………………..۸۶

جدول(۴-۲) فاکتورسنگ برای توده­سنگ­های مختلف…………………………………………………………………………۸۷

جدول(۵-۱) پارامترهای آتشباری در معادن تخریبی………………………………………………………………………..۱۰۴

جدول(۵-۲) مشخصات ژئوتکنیکی کانسار سه­چاهون……………………………………………………………………….۱۰۴

جدول(۵-۳) پارامترهای طراحی مورد مطالعاتی………………………………………………………………………………..۱۰۵