نرمال شده 123
شکل(4-4) نمودار احتمالاتی خطای رابطه (4-8) 125
شکل (4-5) ماتریس اندر کنش 126
شکل(4-6) نمودار احتمالاتی خطای رابطه (4-12) 127
شکل(4-7)رابطه میان BRMR(Sig) و BD 129
شکل(4-8) رابطه میان BRMR(Sig) و BRMR 129
شکل(4-9) پهنه بندی قابلیت انفجار معدن چغارت به روش BRMR اصلاح شده 130
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 سنگ 132
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 سن
