09 تیر 1393 In مقاله های معدن

مصطفی امیری شمسی

 

روش استخراج انباره ای

Shrinkage Stoping

 

 

 

 

روش انباره‌اي يكي از روش‌هاي بدون نگهداري است. لايه‌هايي كه توسط اين روش استخراج مي‌شوند ضرورتاً باريك و پرشيب‌اند. و به اين دليل به اين روش، روش استخراج قائم نيز گفته مي‌شود.

اين روش كه روش بالاسري است، بدین معني كه جبهه كار روي‌سر و به بالا حركت خواهد نمود. دراين روش ماده معدني را به صورت برش‌هاي افقي از پائين به بالا استخراج مي‌كنند و ماده معدني خرد شده را در قسمت‌هاي استخراج شده مي‌ريزند. درحقيقت دراين روش ماده معدني خود عامل پركردن كارگاه استخراج و درنتيجه نگهداري آن مي‌باشد و درعين حال از ماده معدني باقي‌مانده در داخل كارگاه به عنوان سكويي جهت حفر ماده معدني در قسمت‌هاي بالا استفاده مي‌شود.

قسمت اعظم سنگ‌هاي استخراج شده در كارگاه به روش انباره‌اي داخل قيف‌ها و نقاط واريز انبار مي‌شوند. وقتي كه فاصله بين كف استخراج روي سنگ‌هاي خرد شده و سقف كار كم و ادامه كار غيرممكن شد، به تخليه حساب شده مبادرت مي‌ورزند.

سنگ‌هاي معدني پس از خردشدن متورم مي‌شوند و اين افزايش حجم بين 30 تا40 درصد است. اضافه حجم ماده معدني را از طريق دويل‌هاي مخصوص به تونل‌هاي دنباله‌رو پاييني كارگاه مي‌ريزند و به بيرون منتقل مي‌كنند. بعد از اينكه تمام ماده معدني موجود در يك كارگاه حفر شد با بازكردن دريچه بونكرهاي كارگاه، مواد معدني را درون دريل واگنهاي موجود در اين تونل تخليه و تمامي آن را به بيرون حمل مي‌كنند. پس از بيرون كشيدن تمام ماده معدني،  فضاي كارگاه اشغال شده،  همچنان باقي مي‌ماند.

 

در اين روش سنگ‌هاي كمر بالا و پايين كه لايه معدني در آن محصور است، نبايستي بيش از حد نرم باشد. بلكه به دلايل زير بايد استحكام داشته باشد:

الف ـ دلايل ايمني.

ب ـ مخلوط نشدن ريزش‌هاي كمرها (باطله‌ها) با سنگ معدن اصلي.

 

ماده معدني كه با اين روش استخراج مي‌شوند نبايد داراي خاصيت چسبندگي باشد تا باعث قفل‌شدگي و گيركردن قيف نشود.

در اين روش كارگاه از هر دوسمت توسط ستون‌هاي حائلي كه از جنس خود سنگ حائل مي‌باشد نگهداري مي‌شود. كف كارگاه همان سنگ‌هاي استخراج شده و تخليه نشده مي‌باشد كه خود حكم نگهداري موقت بين كمر بالا و پايين مي‌باشد.

روش انباره‌اي در عمق‌هاي گوناگون و زياد تا 900 متر به اجرا درآمده است. درصد بازيابي اين روش حدود 80 درصد است.

يكي از نكات مهم كه براي اين روش ضروري است، شيب زياد ماده معدني است، زيرا ماده معدني كه در قسمت خالي ريخته مي‌شود در مراحل نهايي بايد تحت نيروي وزن خود از داخل بونكرهاي پايين كارگاه تخليه شود. در زاويه شيب كمتر از 90 درجه مشكل جمع‌شدن ماده معدني وجود دارد و در شيب كمتر از 50 درجه اين روش كاربردي ندارد.

روش انباره‌اي روشي با توليدمتوسط، هزينه پایین، غيرمكانيزه و به مهارت و تخصص و كنترل نيارمند است و از طرف ديگر ماده معدني پس از استخراج مدت زماني را در كارگاه محبوس مي‌ماند. اين روش جايي به كار مي‌رود كه مكانيزه كردن آن محل با روش‌هاي ديگر با توليد بالا امكان‌پذير نباشد و معمولاً اين روش را براي لايه‌هاي پرشيب و با عيار بالا به كار مي‌برند. در آمريكا حدود يك درصد از مواد معدني با اين روش استخراج مي‌شوند.

ابعاد كارگاه استخراج در اين روش متأثر از شكل و اندازه كانسار است. دركانسارهاي نسبتاً نازك يا باريك، كارگاه به صورت طولي و در كانسارهاي مواد معدني عريض، كارگاه‌ها به صورت عرضي قرار مي‌گيرند.

شرایط کاربرد روش استخراج انباره ای:

 

این روش استخراج معمولا برای کانسارهای رگه ای باریک و در بسیاری از موارد کانسارهایی که سایر روشهای استخراج برای آنها قابل استفاده و یا اقتصادی نباشند به کار می رود .

ویژگی های مهم برای استفاده از این روش عبارتند از :

 1)      شیب  :

زاویه شیب ایده آل برای کاربرد این روش 90 درجه میباشد و شیب های کمتر از 90 و تا حدود 70 درجه نیز برای استفاده از این روش مطلوب است . هرچه زاویه به 90 نزدیکتر باشد شرایط بهتری ایجاد می شود.

علت این امر سادگی و روان تر شدن تخلیه مواد استخراجی تحت زاویه شیب می باشد .

 2)      ضخامت :

ضخامت رگه ای کانسارهای مناسب برای این روش از 1 تا 3 متر متغیر می باشد اما کانسارهایی که ضخامت آنها بین3 الی20 مترباشد مطلوبتراند .

انتخاب ضخامت در روش  انباره ای خود به شرایط زیر بستگی دارد  :

الف ) پایداری کانسار  ب ) پایداری کمر بالا بدون نگهداری 

 3)      یکنواختی  :

 کانسار باید نسبتا یکنواخت بوده و تغییرات شیب و ضخامت آن کم باشد . چرا که در غیر این صورت جریان مواد به سمت پایین در نقاطی که ضخامت کم می باشد کند شده و مانعی در جهت تخلیه مواد خواهد بود  .

 4)      پایداری ماده معدنی  :

 در روش استخراج انباره ای کانسنگ باید کاملا" پایدار و مقاوم باشد .

استحکام ماده معدنی در این روش بیشتر از سایر روشها اهمیت دارد چراکه در این روش کارهای استخراجی بالای سر کارگر قرار دارد وبه  منظور ایمنی بیشتر در این روش استحکام بیشتر ماده معدنی نسبت به سنگ دیوار بسیار حائز اهمیت می باشد .

ارتعاش حاصل از ماشین آلات چالزنی نیز میتواند هرگونه مواد سست ر ا به پایین بیندازد و مشکل ایمنی برای کارگران ایجاد نماید بنابراین ماده ی معدنی باید کاملا" پایدار باشد و علاوه بر این پس از عملیات آتشباری و قبل از شروع عملیات چالزنی کار لق گیری کاملا انجام شود.

 5)      پایداری دیواره ها :

در این روش سنگ دیوار نیز باید محکم باشد، البته استحکام دیواره می تواند کمی پایین تر از استحکام ماده معدنی نیز باشد .

گاهی اوقات برای استحکام بیشتر دیواره ها در داخل کارگاه پیلار  باقی می گذارند تا کارگاه بسته نشود .

6)      خواص فیزیکی ماده معدنی :

ماده معدنی باید فاقد خواص فیزیکی  نامطلوب از قبیل  خود سوزی٬ چسبندگی  و آبداری  باشد .

 

آماده سازي :

ابتدا تونل  ( 1 ) را حفر مي كنيم و سپس با گذاشتن يك لنگه ، دويل ( 2 ) را حفر مي كنيم . اين دو دويل به تهويه ي هم كمك مي كنند  . سپس با ارتفاع  5 m  از سقف تونل  ( 1 ) يك   under cut

حفر مي كنيم .

 

نكته ها :

1- عرض  under cut   برابر ضخامت ماده ي معدني است ولي عرض تونل  transport   ارتباطي با ضخامت ماده ي معدني ندارد .

 

2- اين روش يك روش  selective mining    است و بيشترين طراحي در داخل معدن صورت مي گيرد .

ودر صورتيكه عيار و خصوصيات قسمتي از ماده ي معدني براي ما مناسب نباشد الزامي به استخراج ان نداريم و مي توانيم آن را به صورت لنگه باقي گذاريم .

 

3- اصطلاح پل زدگي :

اين عامل يك عامل محدود كننده در ارتفاع كارگاه استخراج مي باشد و با افزايش ارتفاع ، وزن مواد نابرجا زياد و باعث گير كردن و متراكم شدن مواد و در نتيجه از دست دادن آنها مي شويم .

 

معایب پل زدگي :

                     1- امكان از دست دادن مواد معدني

                     2- امكان ريزش ناگهاني وجود دارد كه ممكن است آماده سازي هاي انجام شده مانند     

                         بونكرها حتي تونل  transport     تخريب شود .

نكته :

 

در شرايطي كه احتمال پل زدگي وجود داشته باشد ارتفاع كارگاه استخراج را كمتر  در نظر مي گيرند .

 

عوامل مؤثر در پل زدگي :

 

1- رطوبت                          2- نوع ماده ي معدني

 

نكته :

هرچه دانه بندي غير يكنواخت تر باشد پل زدگي بيشتر مي شود .

راه هاي جلوگيري از پل زدگي :

 

1- سرعت بالاي تخليه                             2- تخليه ي تك به تك سيستم هاي تخليه

3- شروع تخليه از سمت كمر پايين و ادامه ي آن به طرف كمر بالا

در مرحله ي تخليه ي نهايي چنانچه پل زدگي ايجاد شده باشد ، تا حد ممكن با فشار آب از بالاي كارگاه و انجام آتشباري ثانويه آن را از بين مي برند .

 

نكته :

چنانچه تصميم بر پر شدن كارگاه باشد ، بهتر است كه پر شدن به طور همزمان انجام شود چون ديواره هاي كارگاه پس از تخليه روز به روز تغييرات شكل مي دهند و پر شدن آن هر چه ديرتر انجام شود تأثير كمتري خواهد داشت .

 

    مراحل استخراج:

چالزنی + خرج گزاری  +  آتشباری  +  تخلیه  +  تسطیح

 

      ابعاد کارگاه :

·        عرض کارگاه : 1- 30 متر ( بهترین 3- 20 متر می باشد )

·        طول کارگاه : 45 تا 90 متر ( کمتر از 45 متر هم ممکن است باشد )

·        ارتفاع کارگاه : 60 تا 90 متر ( کمتر از 60 متر هم ممکن است باشد ولی قیمت تمام شده به ازای واحد تولید بالا خواهد رفت )

 

     عدم مکانیزاسیون روش:

·        سطح ناصاف ماده ی معدنی خرد شده و عدم استحکام آن پس از عملیات آتشباری

·        کوچک بودن فضا برای ماشین آلات بزرگ مکانیزه

·        عدم تخلیه مواد به دلیل فشرده شدن در اثر رفت و آمد ماشین آلات

       شرایط نا مطلوب برای روش انباره ای:

·        ماده معدنی سخت باشد ( آن قدر سخت باشدکه به راحتی کنده نشود )

·        ضخامت کانسار کم باشد

·        کانسار یکنواخت نباشد.

 

 

مقايسه ي روش استخراج انباره اي و روش استخراج از طبقات فرعي :

 

1-  در اين روش انباره اي احتمال گير كردن بونكرها خيلي كم است زيرا سنگ كنده شده در كف كارگاه مي ريزد و در صورت درشت بودن مي تواند آن را به راحتي خرد كرد در حالي كه در روش

Sub level stoping     مواد كنده شده در داخل بونكر ها مي ريزند.

 

2- در روش انباره اي بازيابي لنگه ها را مي توان انجام داد ← در صورتي كه كمر بالا و كمر پايين مقاوم باشد و احتمال ريزش وجود نداشته باشد .

 

    * اگر قرار باشد به جاي روش استخراج انباره اي از روش ديگري استفاده نماييم مي توانيم از دو روش زير استفاده كنيم :

 

اگر كمر بالا مقاوم تر از ماده ي معدني باشد از روش  :  1- sub level stoping                           

اگر ماده ي معدني قابليت خود سوزي داشته باشد :  2- cut & fill                                          

 

 

تخلیه نهایی:

1-  در پايان استخراج در شرايطي كه احتمال ريزش وجود داشته باشد مجبوريم به طرق مختلف فضاي استخراج شده را پر كرد .

2- جهت تخليه ي مناسب و بروز گرفتگي از فشار آب 5-10 kg .cm   با نازل هايي به قطر        2-3 cm  استفاده مي شود .

3-  تخليه مواد ممكن است از تمتم  draw point   ها يا از تك تك آنها صورت مي گيرد .

در صورتي كه فشار آب جهت تخليه كم و دبي آن زياد باشد ايجاد گل و لاي خواهد كرد كه خود تخليه را مشكل تر مي كند هرچه سرعت تخليه بيشتر باشد احتمال پل زدگي كمتر خواهد بود .

4-  در صورتي كه احتمال پوسته ، پوسته شدگي وجود داشته باشد ،بهتر است تخليه ي همزمان صورت گيرد ، كه در اين صورت اختلاط ماده ي معدني و باطله وجود دارد اما اختلاط ماده ي معدني از حالتي كه  draw point   ها به صورت تك تك تخليه انجام مي شود ، كمتر خواهد بود .

5-  در صورتي تخليه به صورت تك تك انجام مي گيرد كه نرخ توليد زياد مد نظر نباشد و احتمال پل زدگي كمتر باشد ، از ويژگي هاي اين روش است . گل شدگي كمتر اتفاق مي افتد زيرا به هرحال آب از يك مكان خارج مي شود.

پر كردن نهايي  stop  ها براي كنترل زمين بسيار مهم است و به 3 روش :

هيدروليكي ، پنوماتيكي و دستي و يا به صورت همزمان و غير همزمان انجام مي شود .

6-  در اين روش  out put per man shift ( o.m.s )   ( مقدار استخراج به ازاي هر نفر در شيفت )

فوق العاده كم است چون درجه ي مكانيزاسيون آن از ساير روش ها كمتر است .

در شرايط بد تقريباً   10 ton  در هر شيفت و در شرايط مساعد ممكن است تا   20 ton  در هر شيفت استخراج شود .

در اين روش احتمال ترفيق شدگي زياد است و براي رفع اين مشكل قبل از آتشباري يك سري ورقه هاي فلزي ،پهن مي كنند و ايجاد يك فصل مشترك بين مواد معدني و مواد پر شده مي كنند .

 

 

مزايا
1) بيرون كشيدن مواد از كارگاه تحت نيروي ثقل.
2) كاربرد روش در معادل كوچك به دلیل سادگی روش.
3) ميزان توليد متوسط تا کم.
4) سرمايه‌گذاري پايين.
5) احتياج به نگهداري كم.
6) بازيابي نسبتاً خوب (75 تا 80 درصد) و اختلاط باطله کم (زیر 10 درصد)

 


 معايب
1) راندمان توليد پايين تا متوسط (در آمريكا 5 تا 10 تن به ازاي هر نفر در شيفت)
2) هزينه استخراج متوسط تا نسبتاً بالا (به طور نسبي 50 درصد)
3) مكانيزاسيون مشكل.
4) ماده معدني در معرض اكسيدشدن قرار مي‌گيرد.

5) شرایط سخت کاری بخصوص در معادن کوچک و رگه های باریک

6) وجود ریسک از دست دادن ماده معدنی انبار شده

7) عدم امکان فروش  60 تا 70 درصد از ماده معدنی تا قبل از اتمام عملیات استخراج

 

 

 

 

 

 

 

Shrinkage Stoping

In shrinkage stoping ore is excavated in horizontal slices, starting from the bottom of the stope and advancing upward. Part of the broken ore is left in the mined-out stope, where it serves as a working platform for mining the ore above and to support the stope walls.Through blasting, rock increases its occupied volume by about 50%. Therefore, 40% of the blasted ore must be drawn off continuously during mining to maintain suitable headroom between the back and the top of the blasted ore. When the stope has advanced to the upper border of the planned stope, it is discontinued, and the remaining 60% of the ore can be recovered.Smaller ore bodies can be mined with a single stope, whereas larger ore bodies are divided into separate stopes with intermediate pillars to stabilize the hanging wall. The pillars can generally be recovered upon completion of regular mining. Shrinkage stoping can be used in ore bodies with

  • Steep dips (the dip must exceed the angle of repose),
  • Firm ore,
  • Comparatively stable hanging wall and footwall,
  • Regular ore boundaries,
  • Ore that is not affected by storage in the stope (certain sulfide ores tend to oxidize and decompose when exposed to the atmosphere).

The development for shrinkage stoping consists of

  • A haulage drift along the bottom of the stope,
  • Crosscuts into the ore underneath the stope,
  • Finger raises and cones from the crosscuts to the
    undercut,
  • An undercut or complete bottom slice of the stope
    5 to 10 m above the haulage drift, and
  • A raise from the haulage level passing through the
    undercut to the main level above to provide access and ventilation to the stope.

The development of the bottom section of the stope can be simplified in the same way as for sublevel stoping--the finger raises are deleted, and the cross-cuts are developed for drawpoint loading.

Drilling and blasting are carried out as overhead stoping. The rough pile of ore in the stope prevents the use of mechanized equipment. Standard practice is to use air-leg rock drills and stoper drillers.

The traditional ore handling system in shrinkage stoping entails direct dumping of ore into rail cars from chutes below the finger raises. Shovel loaders are more effective in conjunction with a drawpoint loading system.

Shrinkage stoping was a common and important method in the days when few machines were employed in underground mining. Its advantage is the fact that the ore could be dumped directly into cars through the chutes, eliminating hand-loading. This is of little importance today, and the drawbacks--that is, the method is labor intensive, working conditions are difficult and dangerous, productivity is limited, and the bulk of the ore remains stored in the stope for a long period of time--have resulted in the replacement of shrinkage stoping by other methods. Sublevel stoping, vertical retreat stoping, sublevel caving, and cut-and-fill mining are methods that usually can be applied under similar conditions.

Shrinkage stoping remains, however, as one of the methods that can be practiced with a minimum of investment in machinery and yet is still not entirely dependent on manual capacity.

27 خرداد 1393 In مقاله های معدن

 

بنام ایزد منان

 

تنظیم: سعیده عسکرزاده

93/2/24

مهندسی استخراج معدن

 

 

ماشین حفر تمام مقطع

تونل TBM


مقدمه :

در جریان توسعه و پیشرفت تونلسازی مکانیزه معلوم شد که مقاومت سنگ ، عامل محدود کننده اصلی در حفر توسط ماشین تونلسازی محسوب می شود . ابداع ماشین حفر تونل (T.B.M  ها ) که با برش -دهنده های دیسکی بنحو مناسبی تجهیز شده ، تنها پیشرفت عمده صورت گرفته در روند مکانیزاسیون تونلسازی بوده است . این ماشینها به میزان زیادی حوزه کاربرد تونلسازی برای دستیابی به نرخهای بالاتر پیشروی و همچنین در شرایط سنگی
سخت تر ، که قبلا خارج از حیطه عملکرد ماشینها بود ، را افزایش داده است .

آشنایی:

این ماشین ها ، تمام مقطع تونل های دایره ای را بطور یکجا حفر می کنند ، و با علامت اختصاری tbm که حروف اول نام انگلیسی دستگاه است نشان داده می شوند . تکامل و گسترش این دستگاه ها سبب شده است که آهنگ پیشروی تونلها در حد قابل توجهی افزایش یابد . امروزه در سنگ های سخت نیز برای حفر تونل از این ماشینها استفاده می کنند .

اولین ماشین از این نوع در سال 1880 میلادی به قطر 2.13 متر بکار گرفته شد و سرعت پیشروی آن 35 متر در هفته بود . همین نوع ماشین دو سال بعد برای حفر بخشی از یک تونل آزمایشی در کنار پروژه اصلی تونل زیر دریای مانش بکار رفت . این تونل به طول تقریبا 1600 متر در زیر دریا حفر شد که آهنگ پیشروی آن در سنگهای گچی 15 متر در روز بود .

این آزمایشهای اولیه ، توانایی ماشین برای حفر سریع تونلها را نشان داد .در واقع اولین ماشین تونل کنی واقعی از این نوع طی سالهای 1950 میلادی توسط شخصی به نام جیمز رابینز[1] در امریکا ساخته شد که قادر بود در انواع مختلفی از سنگ ها و تحت شرایط زمین شناختی متفاوت تونل حفر کند.کوششهای بعدی ، به منظور ساخت ماشینهای تمام مقطعی بود که در شرایط سخت زمین شناختی ، قادر به حفر تونل باشد که آهنگ پیشرفت و تکامل در این زمینه در مقایسه با پیشرفتهای اولیه این ماشین ها محدودتر است . در واقع شروع اصلی این تحقیقات ، کوششهای رابینز[2] درسال 1957 برای ساخت ماشینهایی بود که بتوانند در سنگهای

 خیلی سخت نیز با راندمان معقول ، تونل حفر کند .

 

 

 

شکل-1-  TBMبزرگ استفاده شده در حفاری کوه یوکا[3]

1- قسمتهای مختلف tbm:

صرفنظر از مدل و سیستم ماشین ، در تمامی آنها قسمتهای اصلی به شرح زیر وجود دارد .

 

 

                                                               شکل-2- قسمتهای مختلف  TBM

-1-1- بدنه[4] :

بدنه ماشین محور اصلی دستگاه را تشکیل می دهد که تمام قسمتها مثل صفحه حفار ، الکتروموتورها ، سیستم هیدرولیک و نظایر آنها بر روی آن نصب شده اند . بسته به نوع ماشین ، اجزای بدنه متفاوت است ولی در حالت کلی ، از مجموعه ای از اجزای فولادی تشکیل شده است . موتورهای محرکه دستگاه ، انرژی لازم برای چرخش صفحه حفار را تأمین میکنند . البته بین الکتروموتور اصلی و صفحه حفار ، سیستم جعبه دنده وجود دارد که به کمک آن می توان سرعتها و گشتاورهای مختلفی را برای صفحه حفار تأمین کرد .

در بعضی از ماشینها الکتروموتور  ، مجاور صفحه حفار است و تعدادی دیگر ، موتور محرکه در عقب دستگاه قرار دارد و حرکت چرخشی بوسیله محوری که در امتداد محور ماشین تعبیه شده است ، به صفحه حفار منتقل می شود .

-1-2- صفحه حفار[5] :

مهمترین قسمت دستگاه صفحه حفار آن است که در جلو دستگاه قرار دارد . این صفحه که عمومأ دایره ای شکل است ، حول محور خود که منطبق بر محور دستگاه و محور تونل است می چرخد . ابزار حفاری بر روی این صفحه نصب می شوند .

شكل -3- صفحه حفار ماشین تمام مقطع ساخت کارخانه آلپاین[6]

صفحه حفار ممکن است مسطح یا کمی مخروطی و به شکل صفحه پر ، یا به صورت ستاره مرکب از بازوهای فلزی باشد . گاهی نیز  صفحه حفار ، مرکب از تعدادی صفحه کوچکتر دایره ای (چرخک ) است که بر روی هر یک از آنها ابزار  حفاری نصب شده است و این صفحات کوچک به طور مجزا می چرخند و مقطع تونل به کمک مجموعه آنها حفر می شوند .

 

 

شكل -4- صفحه حفار ستاره ای

-1-3- ابزار برش[7] :

ابزار برش بر روی صفحه حفار نصب می شوند و حفر سنگ در واقع به کمک این ابزار انجام می گیرد .بسته به نوع زمینی که باید حفر شود ابزار برش متفاوت است ، که در حالت کلی به چهار دسته تقسیم می شوند :

   - ابزار برش برای حفر زمینهای نرم

  - ابزار برش برای حفر سنگهای نرم

- ابزار برش برای حفر سنگهای متوسط

- ابزار برش برای حفر سنگهای محکم و سخت

 

به هر حال ، ابزار برش مناسب برای هر یک از رده های یاد شده متفاوت است که در زیر به شرح آنها می پردازیم :

الفابزار برش برای ماشینهای مخصوص زمینهای نرم :

در بعضی از ماشینهای مربوط به زمینهای نرم ، ابزار برش ناخنهای فلزی اسکنه مانند و نوک تیزی هستند که بر صفحه حفار نصب می شوند . این ناخنها انواع مختلفی دارند و هر کارخانه شکل ویژه خود را می سازد . در حالت کلی این ناخنها قابل تعویض اند و نوک آنها از جنس مواد سخت ساخته شده است . بطوریکه دیده می شود این ابزار شبیه ابزاری است که در تراش فلزات بکار می رود و ضمن حرکت این ناخنها بر سنگ زمین را می خراشند . با توجه به گرمایی که در اثر اصطحکاک این ابزار با سنگ ایجاد می شود اصولأ کاربرد این ابزار محدود شده است .

جدول -1- جدول رده بندی سنگها بر اساس قابلیت حفاری به وسیله ماشینهای تونل کنی

رده بندی

مقاومت فشاری

تک محوری بار

                         نوع سنگ

زمین نرم

 

رس ، سیلت و شن سیمانی نشده ، مارن

سنگ نرم

کمتر از 550

شیل ، توف ، سنگ رس ، ماسه سنگ

سنگ نیمه سخت

550 تا 1700

بعضی از انواع بازالت ، گرانیت و آندوزیت .انواع متوسط ماسه سنگ ، آهک ، دولومیت ، چاک ، ریولیت ، گنایس و شیست

سنگ سخت

بیش از 1700

بعضی از انواع بازالت ، گرانیت و آندوزیت . ماسه سنگ و آهکی که به خوبی سیمانی شده اند . مرمر ، چرت ، دیوریت ، کوارتزیت و آرژنیت

 

 

ب ابزار برش برای ماشینهای حفر سنگ :

بسته به سختی سنگ ، ابزار برش متفاوتی در ماشینهای مربوطه بکار می رود که متداولترین آنها در شکل زیر آمده است . این ابزار را می توان به دو گروه کلی دیسکها و غلتکها تقسیم کرد .

اول- دیسکها[8] :

از جمله مهمترین ابزار برش این ماشینها دیسکها هستند که به طور موفقیت آمیزی برای حفر سنگهای نرم و متوسط بکار می روند این ابزار از دیسک تیز تشکیل شده است که حول محور خود قادر به چرخش است و به آرایه های مختلفی در صفحه حفار نصب می شود . لبه تیز دیسک قابل تعویض است ومعمولأ آنرا از فولاد سخت شده و یا کاربید تنگستن می سازند . دیسک ممکن است به صورت مجزا بر روی صفحه حفار نصب شود و یا اینکه مجموعه چندتایی از آنها یک دیسک مرکب را تشکیل دهند که محور مشترک دارند .

 

 

 

 

شكل -5-  نمای سرهای دیسک دوار از جلوی TBM

 

دیسکها برای حفر سنگهایی با مقاومت تا    1700 bar بسیار مناسباند اما اگر سختی و قابلیت سایش سنگ زیاد باشد ، در سنگهایی که مقاومت آنها به مراتب کمتر از این حد هستند نیز کارایی ندارند . در سالهای اخیر ، لبه تیز دیسکها را از جنس کاربید تنگستن می سازند که این امر سبب می شود که این ابزار در سنگهای سخت تر نیز کارایی خوبی داشته باشند .

دوم - غلتکها

نوع دیگری از این ابزار برش که در ماشینهای حفر سنگ بکار می روند ، غلتکها هستند . این ابزار بر روی سنگ می غلتند وبا توجه به فشاری که در محل تماس ابزار با سنگ بر آن اعمال می کنند ، سبب خرد شدن سنگ
می شوند .

غلتکها خود به دو گروه تقسیم می شوند و تفاوت آنها در دندانه های دستگاه است که در نوع اول از جنس فولاد آبدیده و در نوع دوم از جنس کاربید تنگستن است .

نوع اول با انجام عملیات حرارتی بر روی فولادهای آلیاژی تولید می شود و آنها را در سطح خارجی غلتک که معمولأ مخروطی شکل است ، نصب می کنند .

در مواردی که سنگها به گونه ای باشد که دندانه های فولادی کارایی لازم را نداشته باشند ، از دندانه های کاربید تنگستن استفاده می کنند . سطح حفار این دندانه ها با کاربید تنگستن  پوشیده شده است . شکل دندانه ها نیز متفاوت می باشد ، بعضی از آنها به حالت اسکنه معمولی هستند و انواع دیگر ، سر گرد مخروطی شکل دارند که زاویه راُس مخروطی بین 60 تا 120 درجه تغییر می کند . گاهی نیز دندانه ها به شکل نیمکره اند و به حال انتخاب نوع دندانه ها تابع وضعیت سنگ و سختی آن است .

دندانه های کاربید تنگستن معمولأ با مکانیسم پودر کردن ، سنگ را حفر می کنند و مکانیسم تراشه برداری از سنگ در مورد آنها ، اهمیت چندانی ندارد . گرچه این دندانه ها قادرند سنگهای با مقاومت بیشتر را حفر کنند اما در عین حال گرانند و سرعت نفوذ آنها پایین است و نرمه زیادی تولید می کنند .

-2- آرایه های ابزار برش در صفحه حفار :

در ماشینهای تونل کنی مخصوص زمین های نرم ، معمولأ فقط از یک نوع ابزار برش استفاده می شود اما در مورد ماشینهایی که در سنگ کار می کنند ، امکان دارد که در یک ماشین ، از ابزار برش متفاوتی استفاده شود .

به طور کلی ، ابزار برش را که بر صفحه حفار نصب می شوند ، به سه گروه مرکزی ، میانی و محیطی تقسیم
می کنند و هر یک از این ابزار با توجه به وظیفه ای که در حفر جبهه کار تونل به عهده دارند انتخاب می شوند .

 

 

شكل -6- آرایه های  ابزارر برشی که بر روی صفحه حفار ماشین نصب شده است

الف ابزار برش مرکزی[9] :

این ابزار ، وظیفه حفر مرکز جبهه کار را به عنوان بخش حفاری پیشاهنگ به عهده دارند و معمولأ مرکب از یک یا چند ابزار برش غلتکی هستند . علت آن است که تا قبل از برش حفره مرکزی جبهه کار ، ابزار برش دیسکی نمی توانند به خوبی عمل برش سنگ را انجام دهند . در حقیقت وظیفه ابزار برش مرکزی ، حفر مرکزی و آماده سازی جبهه کار برای سایر ابزار برش است .

ب ابزار برش میانی[10] :

این ابزار در واقع بدنه اصلی سیستم حفاری دستگاه را تشکیل می دهند وحفر بخش عمده ای از سطح جبهه کار ، به عهده آنهاست ، بسته به جنس و سختی سنگ جبهه کار ، این ابزار از نوع دیسکی یا غلتکی انتخاب می شوند .در

مواردی که ماشین برای حفر زمینهای نرم طراحی می شود ، به جای انواع دیسکس یا غلتکی ، از دندانه های حفار استفاده می کنند . این ابزار به حالت عمود بر صفحه حفار ، نصب می شوند .

ج ابزار برش محیطی[11] :          

این ابزار در محیط صفحه حفار نصب می شوند و وظیفه آنها برش سطح جانبی تونل و حفظ شکل آن است . این ابزار نیز معمولأ از نوع دیسکی یا غلتکی هستند . برای اینکه خلاصی لازم بین لبه خارجی این ابزار و سطح تونل تأمین شود ، معمولأ این ابزار را کمی به حالت مایل نصب می کنند و بنابراین سطح آنها عمود بر سطح جبهه کار نیست . این امر سبب می شود که فرسایش این ابزار ، بیش از فرسایش سایر ابزار برش باشد . به همین جهت آنها را از فولادهای آلیاژی ویژه و یا کاربید تنگستن های مقاوم تر می سازند .

تعداد کل ابزار برش لازم برای صفحه حفار ، تابع قطر ماشین است و با افزایش قطر ، افزایش می یابد . به عنوان مثال ، تعداد ابزار برش در یک ماشین به قطر 4 متر 25 عدد و در مورد ماشینی به قطر 8 متر ، 50 عدد می باشد .

 

 

 

 

 

 

شكل -7- آرایه ابزار برش در ماشین ساخت کارخانه رابینز به قطر 5 متر

 

-3- چنگ زن ها :

برای اینکه دستگاه بتواند به کمک جکهای جلو برنده به جلو حرکت کند ، باید بتواند به جایی تکیه کند و اگر پوشش اصلی تونل در پشت دستگاه استحکام کافی نداشته باشد ، نمی توان جکهای طولی را به این پوشش ها تکیه داد و به کمک آنها دستگاه را جلو برد . این جکها در پیرامون دستگاه و به موازات محور آن تعبیه می شوند و تعداد آن ها به گونه ای است که فشار یکنواختی را به سیستم آن بخش از تونل که در پشت دستگاه قرار دارد ، منتقل
می کنند .                                            

در حالت کلی ، سیستم نگهداری موقت تونل در پشت دستگاه ، امکان ارائه چنین سیستمی را ندارد و بنابراین در پیرامون ماشین و به حالت عمود بر محور آن ، تعدادی جک تعبیه می کنند که دو به دو در امتداد هم قرار دارند وبه نام چنگ زن معروفند . در هر ماشین معمولأ دو سری چنگ زن در جلو و عقب دستگاه تعبیه می شوند . به ترتیبی که خواهیم دید ، پس از آنکه چنگ زن ها به دیواره تونل متکی شدند ، صفحه حفار دستگاه به وسیله جکهای رانش به تدریج به جلو رانده می شوند . در انتهای جکهای چنگ زن ، صفحات فلزی موقتی شکل نصب می کنند تا فشار وارد بر دیواره تونل کم شود و در آن فرورفتگی ایجاد نشود . حداکثر فشار مجاز در این حالت بین 1/ 0 تا 2/0 مگا پاسکال است . جکهای جلوبرنده دستگاه به این چنگ زن ها متصل اند .

-4- جک های رانش صفحه حفار[12] :

جکهای رانش از یک سو به چنگ زن ها و از سوی دیگر به صفحه حفار متکی هستند و وظیفه رانش این صفحه به جلو را ، به عهده دارند تعداد این جکها در دستگاههای مختلف متفاوت و معمولأ 5 عدد است .

-5- سیستم بارگیری و تخلیه مواد حفر شده[13] :

قطعات سنگها و موادی که بوسیله صفحه حفار از جبهه کار کنده می شوند ، باید از محل جبهه کار به پشت ماشین منتقل شوند تا دستگاه بتواند به حفاری خود ادامه دهد . اگر سیستم دفع مواد متناسب با ماشین نباشد ، آهنگ پیشروی ماشین ، علیرغم ظرفیت بالای آن محدود به توانایی ماشین در دفع مواد خواهد شد . بنابراین ، مواد حفر شده باید بلافاصله به پشت دستگاه منتقل شده و در آنجا به داخل نوار نقاله یا واگنهایی که مواد را به بیرون تونل حمل می کنند تخلیه شوند .

در بسیاری موارد ، در محیط صفحه حفار ، سطل هایی تعبیه می شود که مواد حفاری شده به داخل آنها ریخته شده و از درون این سطلها بر روی نوار نقاله ای که از بدنه دستگاه می گذرد تخلیه می شوند . سرعت چرخش سطلها باید به گونه ای باشد که موادی که در آنها می ریزند به آسانی تخلیه شوند و نیروی گریز از مرکز مانع تخلیه آنها نشود .

 

-6-  بازوی نصاب[14] :

در اغلب ماشینها ، یک بازوی هیدرولیکی تعبیه شده است که به کمک آن می توان قطعات بتنی یا فلزی را که برای نگهداری تونل بکار می رود ، در جای خود نصب کرد .

-7- عملکرد TBM ها در سنگ :

شرایط اجرائی تونلسازی بر مبنای نرخ پیشروی تحت تاثیر عوامل متعددی در شرایط سنگی مختلف و بویژه قابلیت TBM قرار دارد . عوامل مهم دیگر قطر تونل حفر شده ، طبیعت و شرایط زمین و بالاخص وجود بهم ریختگی یا زمینهای تحت تنش بالا و وجود آب زیرزمینی می باشند . عوامل زیادی علاوه بر تعمیر و نگهداری و جنبه های اجرائی کلی ، بر زمان برش ماشین تاثیر دارند که همه اینها بر عملکرد کلی TBM اثر دارند .آقای Parkers عوامل موثر بر عملکرد TBM را به 5 دسته تقسیم کرده و آنها را در جدول صفحه بعد آورده است . Parkers با توجه به اطلاعات مربوط به عملکرد TBM  ها در 10 کشور مختلف ، پیشنهادات زیر را ارائه داده است :

1- بر اهمیت و توجه به بررسیهای اولیه زمین شناختی بیشتر و گسترده تر تاکید شود و بویژه منافع و اثراتی که چنین مطالعاتی بر بهبود عملکرد TBM ها دارند ، بایستی بیشتر شناسانده شوند و بر آن تاکید گردد .

 

جدول -2- عوامل موثر بر عملکرد TBM و نرخهای بالقوه تونلسازی

بر مبنای مطالعات صورت گرفته در 65 تونل در آمریکا ، اروپا ، استرالیا ، و آفریقای جنوبی ، مهمترین عامل موثر در نرخ پیشروی TBM ، قطر تونل است .

جدول -3- بهترين نرخ پيشروي TBM

                                         

 

 

 

 

 

 

2- توجه بیشتری برای یافتن تکنیکهای بررسی مقدماتی زمین شناسی هم قبل از احداث تونل و هم در جریان حفر و احداث تونلهای پیشرو بایستی مبذول شود .

3- تلاش بیشتری جهت کاستن از زمان بیکاری TBM باید انجام شود .

4-قابلیت کار ماشین برای دامنه گسترده تری از شرایط زمین بویژه قابلیت کار آن در شرایط زمینهای نا پایدار بایستی از طریق توسعه و پیشرفت بیشتر ماشین افزایش یابد .

یک جنبه مهم موثر بر نرخ نفوذ TBM ، نوع سنگ است که در ارتباط با مقاومت سنگ می باشد .

-8- نحوه کار ماشین:

-8-1- عمل حفر :

به طور کلی مراحل حفاری ماشین را به چهار مرحله می توان تقسیم کرد :

الف ) مرحله اول استقرار دستگاه :

 در این مرحله ، ماشین در جلو جبهه کار تونل مستقر می شود . چنگ زنهای جلو و عقب که تعدادشان معمولأ 8 تا است ، باز می شوند و به دیواره تونل گیر می کنند .در این حالت جک عقب دستگاه آزاد است . صفحه حفار که به ابزار برش مناسب مجهز شده است ، با سرعت ثابت می چرخد و جبهه کار تونل را حفر می کند . در این حالت جکهای رانش به صفحه حفار فشار وارد می کنند و آنرا به جلو می رانند

ب ) مرحله دوم انجام چرخه حفاری :

در این مرحله عمل حفاری ادامه می یابد و صفحه حفار به جلو رانده می شود تا اینکه جکهای رانش تا آخر باز شوند . میزان پیشروی در هر نوبت در دستگاه های مختلف  متفاوت است  و بین  3/0 تا  2 متر تغییر می کند . در

 این حالت قسمت عقبی دستگاه به وسیله جکهای ویژه به جلو کشیده می شود جکهای گیرش عقبی آزادند .

ج) مرحله سوم استقرار مجدد ماشین :

در این مرحله ، جکهای گیرش عقبی دستگاه باز می شوند و به کف تونل گیر می کنند . صفحه حفار نیز به آهستگی می چرخد تا یکی از بازوهای نگهدارنده آن به حالت قائم قرار گیرد . و در این حالت این بازوی هیدرولیکی باز می شود و به کف تونل تکیه می کند . سپس چنگ زنها جمع می شوند و در این حالت وزن دستگاه بوسیله جک گیرش عقبی وبازوی نگهدارنده صفحه حفار تحمل می شود .

 

د ) مرحله چهارم جلورفتن ماشین :

در این مرحله ، با جمع شدن جکهای رانش صفحه حفار ماشین به جلو کشیده می شود . پس از جلورفتن دستگاه ف چنگ زن ها مجددأ باز می شوند و به دیواره تونل گیر می کنند . پس از استقرار چنگ زنها ، جکهای گیرش عقبی و بازوی نگهدارنده صفحه حفار جمع می شوند و بدین ترتیب ماشین برای شروع مجدد حفاری آماده می شود .

-8-2- تخلیه مواد :

 همانگونه که گفتیم ، مواد حفر شده بوسیله سیستم ویژه ای که معمولأ مرکب از سطلهای تعبیه شده در پیرامون صفحه حفار است ، از جلو جبهه کار جمع آوری شده و به داخل نوار نقاله ای که از داخل دستگاه می گذرد ، به پشت ماشین هدایت می شود . گرچه معمولأ محدودیتی برای ابعاد مواد حفر شده و انتقال آنها وجود ندارد ،اما اگر ابعاد قطعات حفر شده خیلی بزرگ باشد ، ممکن است گیر کنند و عمل انتقال مواد را متوقف سازند .

از سوی دیگر ، مواد خیلی نرم نیز علاوه بر مشکل تهویه ممکن است مخلوطی را تولید کنند که به شدت ساینده باشند . در بعضی از ماشینها در مجاورت صفحه حفار ، پرده هایی تعبیه می شود که گرد و غبار را می گیرد ، این ذرات ، در اثر اسپری آب جدا می شوند .

-8-3- تعویض ابزار برش :

ابزار برش ، به هر حال عمر مفید معینی دارند و هر چند وقت یکبار باید آنها را تعویض کرد . در اولین ماشینها ، تعویض ابزار برش فقط از طرف جلو ماشین امکان پذیر بود و این کار مشکلات زیادی داشت زیرا دسترسی به جلو ماشین آسان نبود و بدین منظور می بایست تمام ماشین مقداری به عقب کشیده شود تا بتوان عمل تعویض را انجام داد .

در ماشین های جدید ، تعویض ابزار برش از پشت صفحه حفار ماشین انجام می گیرد که کار ساده ای است و نیازی به عقب کشیدن ماشین ندارد .

 

 

-8-4 - نگهداری تونل :

 برای اینکه ماشین بتواند به طور مداوم پیشروی کند ، می بایست بخش حفاری شده تونل در پشت ماشین بلافاصله نگهداری شود . البته طراحی سیستم نگهداری و مسایل فنی مربوط به آن خود مبحث جداگانه ای است که مجال پرداختن به آن در اینجا نمی باشد . اما به منظور آشنایی با چگونگی نگهداری تونلها در اینجا به شرح سیستم نگهداری یکی از تونلهای مترو در پاریس می پردازیم :

  قطر این تونل 7 متر بود که با ماشین T.B.M  ساخت کارخانه رابینز به قطر 7 متر ، طول 16 متر و وزن آن 270 تن ، حفر شد .

با توجه به وجود آب در این تونل ، برای رفع گل و لای در کف تونل و آماده سازی کف برای حرکت قطارهایی که حمل مواد حفر شده را به عهده داشتند ، بلافاصله در پشت ماشین ، قطعاتی از بتن مسلح پیش ساخته به طول 1 متر موسوم به کف بند نصب می شد که جزئی از حلقه نگهدارنده دایره ای شکل تونل را تشکیل می دادند . بر روی این کف بند ، ریل گذاری می شد تا امکان رفت و آمد قطارها فراهم شود .

   برای جلوگیری از ریزش تونل در محلی که ماشین مشغول کار بود ، بسته به مورد ، بلافاصله پشت سر صفحه حفار و یا در محل چنگ زنها ، حائل بندی می شد که این حائل بندیها عبارت از قابهای فلزی پیش ساخته ای بودند که به فاصله یک متری هم نصب می شدند که این فاصله در واقع میزان پیشروی ماشین در هر چرخه حفاری بود . این کار به کمک جکهای 40 تنی انجام می گرفت و در حالی که قاب به سقف تونل فشرده شده بود ، در جای خود محکم می شد . پس از نصب قابهای فلزی ، در پشت آنها صفحات فولادی موجدار نصب می کردند که این کار به کمک دستگاه ویژه ای موسوم به ارابه جاگذاری انجام می گرفت . این صفحات فلزی موجدار به هنگام بتن ریزی دیواره اصلی تونل بر جا می ماند ولی در مواردی که زمین محکم بود ، قابهای فلزی را باز می کردند تا مجددأ در جای دیگر از آنها استفاده شود .

پس از آنکه تونل 10 تا 20 متر پیشروی می کرد ، در این قسمت ، سیستم نگهداری دائمی تونل مرکب از دیواره سازی بتنی به ضخامت 35 سانتیمتر اجرا می شد و بخش کف بند که قبلأ نصب شده بود ، قسمتی از دیواره را تشکیل می داد .

-9- تجزیه و تحلیل تئوریکی نیروهای دیسک:

عملکرد یک برش دهنده دیسکی را می توان توسط پارامترهای زیر نشان داد :

1-  نیروی محوری (Ft) : متوسط نیروی اعمالی عمود بر جهت نیروی غلتش که برای نگهداشتن دیسک در عمق مورد نیاز نفوذ لازم است


(3-1)                                                

(3-2)                                                

با ترکیب معادلات 3-1 و3-2 و تنش مربوطه به نیرو خواهیم داشت :

(3-3)                                                     

 

که : L    : طول وتر قوس تماس                     : زاویه لبه دیسک

         D :قطر دیسک                              =مقاومت فشاری تک محوره سنگ

         P : عمق نفوذ دیسک                        Ft :نیروی فشاری محوری

         A:سطح تماس دیسک تصویر شده

رابطه 3-3 بر این فرض استوار است که مقاومت فشاری سنگ ، مقاومت نفوذ را تعیین می کند . فرض دیگر در این تحلیل این است که نیروی محوری (Ft) در زمان غلتیدن دیسک ثابت باقی می ماند . شکل 3-3(ب) نیروی غلتشی (Fr) و شرط برش دیسک فرض شده برای این تحلیل نشان داده شده است .

    (3-5) 

    (3-6)                                                                                                        

با ترکیب معادلات 3-5 و 3-6 نتیجه می شود که :

(3-7)                               

2- نیروی غلتش (Fr):نیروی متوسط اعمال شده در جهت برش و نیروئی است که موجب غلتش دیسک در عمق نفوذ مورد نیاز می شود .

3- بار (Q) : حجم سنگ حفر شده با برش دهنده دیسکی که بر حسب فاصله برش بیان می شود .

4-انرژی ویژه (SE): کار انجام شده برای برش واحد حجم سنگ با برش دهنده دیسکی .

-10- طرح و عمل TBM :

بهبود و افزایش عملکرد : کاربرد رو بتزاید TBM ها جهت حفر سنگهای آذرین و دگرگونی با مقاومت بالا و ویژگیهای سایندگی ایجاب نمود که تلاش تحقیقاتی گسترده ای برای یافتن راههائی جهت بهبود عملکرد چنین ماشینهائی صورت گیرد . بهبود عملکرد TBM در سنگهای سخت و افزایش قابلیت حفر تونلهائی با قطر بزرگتر با نرخهای بالاتر حفر ، موجب افزایش انرژی مصرفی آنها شده است . آبفشان در عملکرد برشی دیسک بهبود قابل ملاحظه ای ایجاد کرد و به عنوان روشی که بهبود عمده ای در فرآیند حفر و برش ایجاد کرده مطرح است . این بهبود بطور خاص به کمکی که آبفشان در تمیز کردن مسیر برش ، برش دهنده دیسکی میکند ، مربوط است . تاثیرات دیگری که استفاده از آبفشانها در بهبود عملکرد برش دارند ناشی از موارد زیر می باشد :

1- کاهش نیروهای اعمالی برای برش در برش دهنده ها

2-افزایش عمر برش دهنده ها ناشی از خنک کردن آنها

3- کاهش میزان گرد و غبار تولیدی علاوه بر بالابودن توان انتقال مواد کنده شده .

در تلاش برای یافتن روشی جهت بهبود عملکرد TBM ها ، یکی از موثرترین روشها ارزیابی دقیق عملکرد حفر پیش بینی شده در شرایط سنگی است که تونلسازی قرار است در آن انجام گیرد . آگاهی دقیقتر از شکلها و حالتهای اجرائی مورد انتظار مبنائی برای قضاوت در مورد تحقیق پیش بینی های بعدی به دست می دهد . این آگاهی ها بویژه در مورد تعیین نوع برش دهنده و ترتیب قرار گیری و آرایش بهینه آنها بر روی پیشانی برشی موثر است . متغیرهای مهم متعدد دیگری وجود دارند که تغییر آنها می تواند منجر به بهبود عملکرد حفر شود ، ولی از آنجائی که کنترل و هماهنگی چنین تغییراتی مشکل است ، اقدام به چنین تغییراتی می تواند منجر به بدتر شدن عملکرد حفر گردد .

جمع بندی و ملاحظات نهائی  : فرآیند حفر تونل در 30 تا 40 ساله اخیر تغییرات عمده ای را شاهد بوده است و بدون شک مهمترین تغییر ابداع و معرفی ماشینهای حفر تونل (TBM) با قابلیت حفر در سنگهای سست و با قطرهای بالای 11 متر بوده است . این ماشینها امکان حفر تونلهای طویلتر و بزرگتر و با زمان کمتر را میسر
ساخته اند.  ملاحظات ذیل مهمترین ویژگیهای چنین ماشینهائی را برای حفر تونل بیان می دارد :

1-اندازه تونل و قابلیت تغییر :TBM  ها امکان حفر تونل در مقیاسهای جالب توجهی را فراهم آورده اند . در سالهای 1963 تا 1964 ،TBM رابینز با قطر 11.18 متر ، فشار محوری 273 تن و توان 746 کیلو وات پیشانی برشی به نحو موفقیت آمیزی در حفر 5 تونل که هر کدام 503 متر طول داشتند ، بکار گرفته شد . شرایط سنگی تونلها ماسه سنگ و رس همراه با میان لایه های از ماسه سنگ سخت و سنگ آهک بود . این ماشین اصلاح شد و با قطر 10.34 متر برای حفرتونل دوبانده ای در زیر رودخانه و در ماسه سنگ ها چندین گسل آن را قطع کرده بودند ، بکار گرفته شد . این مثال نه تنها به منظور نشان دادن قابلیت حفر قطر های بزرگ تونلی برای TBM بلکه برای بیان قابلیت تغییر پذیری آن برای اصلاح و تطبیق با سایر شرایط ارائه شده است .

2-شرایط سنگ سخت :  انواع سنگهای سخت نظیر سرپانتین ،سنگ سبز ، چرت و برش توسط JARVA TBM یا برش دهنده های 3 دیسکه با دانه های کاربید تنگستنی ، قطر 6.10 ، فشار محوری 1000 تن و توان مصرفی پیشانی برشی 615 کیلو وات حفر شده اند . نرخهای نفوذ بالای 1.5 متر در ساعت با نرخ حداکثر 32.9 متر در روز و 111 متر در هفته با این ماشین بدست آمده است .

3-بهبود عملکرد حفر : بهترین رقمهای پیشروی برای یکی از 2 TBM بکار گرفته شده در یک تونل مشخص (تونل انحرافی نیروگاه برقی Vinstra) در نروژبا طول 17 کیلومتر) بطور متوسط m/week167 و در بهترین هفته به m/week  275  و نرخ متوسط نفوذ m/h  3  دست یافت . بوضوح مشاهده می شود که نرخ حفر از مقادیر پیش بینی شده ، بیشتر بوده است . در روش حفر با TBM نیاز به وسائل نگهداری کمتری است . در مناطق گسله به منظور کنترل موثر باید زمین را به نحو مکفی نگهداری کرد که این کار با استفاده از قابهای فولادی قوسی ، توری فولادی ، و پیچ سنگ صورت می گیرد .

ماشین های کوچک و جمع و جور : طراحی TBM های کوچک و جمع و جور حوزه کاربردهای آتی این
ماشین ها را افزایش خواهد داد . یک گام عمده در این راستا توسط SYNDER  صورت گرفته است که TBM  جمع و جوری با قطر 4.87 و قابلیت حفر تونلهائی با شعاع قوس 12.2 متر با دیوارگیرهای افقی یا قائم ساخته است . ماهیت جمع و جور بودن این نوع TBM ، نه تنها آن را  از نظر طولی کوتاهتر می سازد ، بلکه وزن را سبکتر ، قابلیت مانور را بیشتر و شعاع چرخش را  کوچکتر می کند . این نوع ماشین قابلیت تغییر پذیری و انعطاف پذیری برای عملیت در دامنه گسترده ای از شرایط زمین را دارا است .

4- دامنه گسترده کاربرد : اطلاعات موجود در حال حاضر بیانگر کاربرد و عملکرد TBM  در دامنه گسترده ای از انواع سنگهاست . چنین ماشینهائی را نمی توان برای کار در انواع مختلف شرایط سنگی طراحی کرد ، در عین حال شرایط عملکرد و اجرائی را نیز می توان با دقت خوبی پیش بینی نمود .

5- انتخاب پیشانی برشی : طرح پیشانی برشی و انتخاب برش دهنده ها جهت دستیابی به نرخهای اجرائی  حفر پیش بینی ، هنوز زمینه ای است که نیاز به بررسی و ارزیابی دقیق دارد . اطلاعات و آگاهیهای تفصیلی از شرایط سنگی که تونل در آن حفر می شود ، می تواند به میزان زیادی در انتخاب صحیح پیشانی برشی ، نوع برش دهنده و آرایش آنها در پیشانی برشی کمک کند .

6- برش دهنده های دیسکی : گسترش دامنه کاربرد TBM  ها برای انواع سنگهای سخت تر و دستیابی به نرخهای بالاتر حفر تونل هنوز نیاز به توسعه ، کارهای تجربی و تحقیقات در زمینه عملکرد برش دهنده ها دارد . نظرات زیر در مورد عملکرد برش دهنده های دیسکی ارائه شده است .

الف – افزایش نظر دیسک بنحو زوبتزایدی فشار محوری را بالاتر برد ولی در نیروی غلتشی تغییر عمده -ای ایجاد نمی کند . با افزایش قطر دیسک ، انرژی ویژه و بار ( حجم سنگ کنده ششده در واحد طول تونل ،معمولا مترمکعب بر کیلومتر ) تغییر عمده ای را متحمل نمی شوند .

ب- با افزایش عمق نفوذ دیسک ، نیروی محوری و غلتشی بطور مشابه افزایش نشان می دهند . انرژی ویژه به نحو قابل توجهی کاهش می یابد و بار سنگ خرد شده در عمقهای بالا تر نفوذ و افزایش میابد.

ج- هر چه زاویه لبه دیسک افزایش می یابد نیروی محوری بطور مشابه افزایش می یابد ، ولی نیروی غلتشی بطور جزئی تحت تاثیر قرار می گیرد .

د-برای سرعتهای برشی دیسک بالای حدود 200 میلیمتر در ثانیه ، نیروهای غلتشی و محوری و انرژی ویژه و بار سنگ خرد شده تغییر عمده ای نشان نمی دهند .

7- قابل اعتماد بودن TBM ها : حفر تونل توسط TBM یک روش با اعتماد بالائی برای حفاری است . انتخاب نوع TBM ، نیروی محوری و طرح پیشانی برشی ، عوامل اصلی و حیاتی هستند که مستلزم ارزیابی و بررسی دقیق در ارتباط با نوع سنگ و محیط زمین شناسی ای که ماشین در آن عمل می کند ، می باشند . TBM را می توان برای حفر در بیشتر شرایط زمین شناختی انتخاب کرد و اطلاعات کافی از عملکرد TBM  در انواع سنگها و ویژگیهای اجرائی آنها در انواع سنگها موجود می باشد .

پیشرفتهای قابل توجهی در زمینه حفر چاه با استفاده از پیشانهای برشی مجهز به برش دهنده های  دیسکی و بویژه با ماشینهای حفر چاه TITAN در انگلستان که بیشترشان با قطر 2.44 متر و بزرگترین آنها با قطر حفر شده اند ، صورت گرفته است . 



[1] James Robbins

[2]  Robbins

[3] Yucca Mountain

[4] Machine body

[5] Cutter head

[6] Alpine

[7] Cutting tools

[8] Disc cutter

[9] Center cutters

[10] Face cutters

[11] Gauge cutters

[12] Thrust jacks

[13] Mucking system

[14] erector

 

27 خرداد 1393 In مقاله های معدن

      تهیه کننده : عسکرزاده      

93/2/25


آشنایی با انواع مواد منفجره مورد استفاده در معادن و مصارف عمرانی (بخش سوم)

معدن 24: در ادامه سلسله مطالب مربوط به آشنایی با مواد ناریه به معرفی مواد ناریه مصرفی در معادن و مصارف عمرانی پرداخته و به اختصار توضیحاتی ارائه می گردد.

آنفو(A N F O)

آنفو: مخفف كلمه Ammonium Nitarte Fuel Oil بوده و ترکیبی از نیترات آمونیوم با مواد کربن دار مثل گازوئیل به نسبت 5/94% (نیترات) به 5/5% (گازوئیل) است.

طرز تهیه آنفو: به مقدار 5/94% نیترات آمونیوم را در یک ظرف توری شکل ریخته و به آرامی 5/5% گازوئیل به آن اضافه می کنیم و با پاروی چوبی به هم زده می شود. باید نیترات آمونیوم بیش از 5/33% نیترات داشته باشد. اگر بخواهیم آنفوی کمتری درست کنیم به نسبت 17 پیمانه نیترات آمونیوم ، یک پیمانه گازوئیل اضافه می شود. به طوریکه دانه های نیترات فقط چرب شود.

نكاتی مهم در مورد آنفو:

A: اگر دانه های نیترات در گازوئیل اشباع شود، قدرت آنفو کم می شود. همچنین سرعت آن نیز کاهش می یابد و رنگ ته انفجار (غبار حاصله ار انفجار) به صورت زرد لیمویی است. (تولید گاز سمی می کند).

B: اگر به دانه های نیترات گازوئیل کمی برسد، قدرت آنفو و سرعت انفجار کم خواهد شد و رنگ ته انفجار قهوه ای می شود.

C: اگر به دانه های نیترات آمونیوم به اندازه کافی گازوئیل برسد، عمل تجزیه و فعل و انفعالات شیمیایی به درستی انجام شده و رنگ ته انفجار سفید خواهد بود. در اصل تراز اکسیژنی صفر خواهد بود.

در هنگام خرج گذاری با آنفو به علت اصطکاک دانه های نیترات با هوا ، الکتریسیته ساکن تولید می شود ، که اگر نسبت به آن بی دقت باشیم امکان انفجار ناخواسته وجود دارد. همچنین الکتریسیته ساکن ممکن است در شخص خرج گذار حمل شده و یا در ماشین تجمع نماید که حتما باید آنفو تراک دارای زنجیر ارت گیر باشد.

بهترین روش جهت تخلیه الکتریسیته ساکن در بدن در زمان خرج گذاری و كار با مواد ناریه، زدن کف دستها به زمین است سرعت انفجار آنفو حدود 2700 تا 3400 متر بر ثانیه است كه این امر بعلاوه ارزانی و فراوانی ، آن را به یكی از پركاربردترین مواد انفجاری در معادن تبدیل كرده است. آنفو با دو رنگ در بازار قابل مشاهده است: زرد و سفید.

آنفو تولید شده با آمونیاک به رنگ سفید است و اگر با اوره درست شود به رنگ زرد می باشد. آنفویی که به رنگ زرد است زودتر از آنفوی سفید کلوخه می شود ولی ماهیت و عملکرد هردو آنها یکی است.

مشکل اصلی آنفو عدم مقاومت در برابر آب است. بطوریكه در چالهای آب دار عملا بصورت مستقیم قابلیت استفاده نداشته و باید در كیسه های پلاستیكی ریخته شده و اصطلاحا باتوم ساخته شود.

(بسته بندی آنفو)

پودر آذر

ترکیبی از TNT و نیترات آمونیوم است. همانند آنفو در مقابل آب مقاوت کمی دارد و سرعت متوسط انفجاری آن 3000 متر برثانیه است و معمولا به صورت فشرده استفاده می شود.

معمولا پودر آذر بصورت فله ای در سنگهای سخت و در کف چالها به عنوان خرج ته چال استفاده می شود.

اسلاری (SLURRY)

این ماده منفجره که از آن بعنوان ماده ژله ای یاد می شود ،در برابر آب مقاوم بوده و سرعت انفجاری خوبی دارد و برای معادن آب دار استفاده می شود. عیب این ماده این است که قدرت پایداری خوبی ندارد ، یعنی در انبار بیش از یکماه در مناطق سردسیر و بیش از دو هفته در مناطق گرمسیر نمی توان نگه داری نمود. سرعت انفجار آن 3500 متر برثانیه می باشد.

در سال های 1950 مخلو ط نیترات آلومنیوم و سوخت در معادن روباز به عنوان ماده منفجره بکار گرفته شد . این تر کیب مخصوصاً از نظر ارزانی بسیار ایده آل بود اما نقایص عمده آن عبارت بودند از : عدم مقاومت در مقابل آب ، وزن مخصوص کم ، قدرت نسبی کم و قطر بحرانی زیاد .

برای جبران این نقایص ، مواد منفجره ژله ای بر اساس آب و نیترات آمونیوم ساخته شده در حالی که اشکالات فوق برطرف شده است . این مواد در محیط مر طوب قابل استفاده اند و ایمنی کار با آن ها بالا می باشد و به دو دسته عمده ژله ای و امو لسیون تقسیم بندی می شوند.مقدارTNT بسته به قطر بحرانی و در جه حرارت محیط کار تغییر می کند . مثلاً برای قطر 3 اینچ در 30 درجه فارنهایت

تر کیب عمومی SLURRY عبارتست از : تی ان تی 25% ، آب 15% ، نیترات آمو نیوم 59% ، صمغ 5/0 تا 1 درصد آلومنیوم به منظور ازدیاد قدرت به آن اضافه می شود . اما اضافه کردن بیش از اندازه آلومنیوم سبب سفت شدن ماده ناریه سیال می شود . از صمغ ماتریکس ژله ای درست می شود و در نتیجه در مقابل آب مقاومت می کند و برای این که ژله فاسد نشود بایستی PH آن ثابت نگاه داشته شود . نیترات آمونیوم و سایر اکسید کننده ها مثل نیترات سدیم ، پر کلرات سدیم و پر کلرات آمونیوم به صورت حل شده و معلق در آب می باشند. سوخت های خنثی مثل گرد ذغال سنگ ، اوره ، گو گرد و هیدرو کربور ها نیز ممکن است به آن اضافه شود. برای کنترل ویسکوزیته اجسامی از قبیل دی کرومات پتاسیم و تترا بورات سدیم اضافه می شود.

وزن مخصوص اسلاری 25/1 الی 15/1 گرم بر سانتی متر مکعب می باشد و در بشکه های 25 کیلوگرمی تهیه و عرضه می شود. مایع آن ژله ای با دانه های قرمز زعفرانی می شود.

نكته مهم در خصوص اسلاری این است كه در زمان استفاده نباید به صورت دوفاز درآمده باشد. اسلاری در 4 تیپ تولید می شود: تیپ 10 – تیپ 20- تیپ 30- تیپ 10A

(شارژ چال توسط اسلاری)

بوستر

بوستر در لغت به معنای تقویت کننده است. پرایمر مسلح به چاشنی است و اگر بدون چاشنی انداخته شود بوستر نامیده می شود.

بوستر ماده منفجره بسیار قوی است که به شوک حساس است. مقاومت آن در آب زیاد بوده و با فتیله کورتکس 10 گرمی و 12 گرمی و بالاتر به خوبی منفجر می شود.

موارد استفاده از بوستر: در ایران از بوستر برای درست کردن لول فعال یا پرایمر برای چال های با خرج آنفو ، آذر و اسلاری کاربرد دارد. سرعت انفجار آن حدود 7000 متر برثانیه است.

بوسترهای پنتولیت با وزن های 3/1 ، 2/1 ، 1 ، 5/1 و 2 پوند استفاده می شود. (هر پوند=450 گرم)

ترکیبات بوستر: پتن + تتریل + نیترات آمونیوم


 

منتشر شده توسط سازمان توسعه و نوسازی معادن و صنایع معدنی ایران در تاریخ ۱۳۹۱ دوشنبه ۱۶ بهمن

کدخبر:3740منبع:سازمان توسعه و نوسازی معادن و صنایع معدنی ایرانتاریخ انتشار:۱۳۹۱ شانزدهم بهمنلینک خبر: http://www.www.madan24.com/Pages/News-3740.aspx

Description: http://www.madan24.com/App_Themes/default/img/pbt.gif

27 خرداد 1393 In مقاله های معدن

 

سعیده عسکرزاده

93/2/20

 

 

ماشین حفار بازویی

Road header

 

مقدمه:

حفر سنگ در تونلسازی توسط ماشین یکی از دو روش حفر تونل می باشد .روش اول  ، حفر بخشی توسط
ماشین های حفار بازویی است که عبارتست از یک بازویی که بر روی آن سر برشی نصب شده و نیروهای حفر سنگ توسط آن اعمال می شود   ،  بر روی این سرپوشی [1] قلمها[2] یا دندانه ها ی برشی قرار داده شده است . روش دوم یا ماشین های دسته دوم تونلسازی ، حفر تمام رخ[3] تونل توسط ماشین های حفر تونل یا TBM [4]می باشد انواع دیگری از ماشین های حفر تونل نیز ابداع شده اند که به طور کلی کاربرد های ویژه دارند . TBM  و کله گاویها یا ماشینهایی کاربردهای گسترده و عمومی پیدا کرده اند .

حفر سنگ توسط ماشین تونلسازی به طور یکنواختی روند افزایشی داشته است زیرا پیشرفتهایی که در طراحی این ماشین بتدریج صورت گرفته ، قابلیت چنین ماشینهایی را برای حفر سنگهایی با مقاومت بیشتر افزایش داده است . این پیشرفتها امکان حفر موفقیت آمیز تونل در شرایط سخت و پیچیده زمین شناسی را فراهم آورده است .

-1- ماشینهای حفار بازویی : پیشرفت و کاربرد

 

 

 

 

شكل -1- ماشین حفار بازویی

ابداع ماشین های حفار بازویی به طور مشخص در دهه 1940 در اروپا صورت گرفت  . تا دهه 1950 انواع قابل توجهی از ماشین های حفار بازویی در صحنه تونلسازی پا به عرصه نهادند . پیشرفتهای عمده ای که در طول دهه 1950 بر روی ماشینهای بازویی برش دهنده[5]  در شوروی صورت گرفت ، منجر به معرفی ماشین های حفار بازویی مدل pk3 روسی در سال 1961 در انگلستان شد .

این نوع از ماشین های حفار بازویی مبنایی برای پیشرفتهای بعدی و به کارگیری گسترده ماشین های حفار بازویی در صنعت معدنکاری زغالسنگ انگلستان گردید . این ماشینها در استخراج  ذغال سنگهای دارای لایه بندی چند گانه شد در انگلستان تقریبـا کلیه ماشینهای حفار بازویی مورد استفاده از نوع مخروطی یا سایشی در آلمان غربی 65% ازنوع مخروطی و 35% از نوع طبلکی یا شکافی ودر آمریکا ، کانادا و مکزیک 75% از نوع طبلکی هستند .

 

 

 

 

شکل-2-  یک ماشین حفار بازویی به همراه اپراتور ماشین

 

 

 

 

 

شکل-3-  دستگاه رودهدر مدل KCP-22 ساخت کارخانه Yasinovatsky (اکراين)

براي انجام عمليات حفاري، مشابه به دستگاههاي رودهدر مدل KCP-22 و مدل 4PP-2M با سطح مقطع سينه کار از
 18-8 مترمربع و سختي سنگ تا MPa 80 با راندمان 42/1- 25/0 مترمکعب در دقيقه (متناسب با سختي سنگ) طراحي گرديده است. وزن ٢٨ تني دستگاه و ابعاد کوچکتر آن نسبت به دستگاههاي فوق امکان مانور در فضاي کوچکتر را ميسر مي سازد.

 

 

 

 

 

 

 شکل-4- دستگاه رودهدر مدل KCP-32 ساخت کارخانه Yasinovatsky (اکراين)

 

 

 

 

 

 

شکل-5- دستگاه رودهدر مدل PK-8MA ساخت کارخانه Yasinovatsky (اکراين)

-2- سیستم برش نوع مخروطی :‌

معمولترین شکل سر یا تاج برشی در ماشینهای حفار بازویی ، مخروطهایی است که حول محوری در امتداد محور بازوی ماشین دوران می کند طرح تاج برشی مخروطی و موقعیت و جهت نصب آن بر روی بازو بگونه ای است که در موقعیت بهینه ای جهت اعمال حداکثر نیروی برشی بر جبهه کار تونل قرار گیرد . به همین دلیل این نوع ماشینهای حفار بازویی توانسته اند قابلیت اجرایی پذیرفته شده ای در شرایط زمین شناختی مشکل و محکم از خود ارائه دهند و کاربرد گسترده ای در اروپا پیدا کنند . در روش مخروطی در مقایسه با طبلکی ، زمان کمتری صرف خرد کردن یا حفر یا نفوذ اولیه فروروی در یک جبهه کار سخت تونلی می شود . این روش امکان حفر زودتر در جبهه کارهای با سنگ سخت رافراهم می آورد و راندمان برش در جبهه کارهای تونلی را گسترش داده است . در شرایط سنگی ضعیف که مقاومت کمتری وجود دارد ، فروروی اولیه و تثبیت سر برشی در جبهه کار با مشکل مواجه است نوع مخروطی احتمالا از کارائی بیشتری ازجهت به حداکثر رساندن استفاده از نیروهای برشی برخوردار است به هر حال برای برش در شرایط سنگی سخت تر ، از سرمته های سر برشی یا تاج حفار مخروطی بهره وری بیشتری صورت می گیرد و حتی بدنه هایی که سر مته در آن قرار گرفته اند در برش سهم دارند .

 

-3- سیستم برش نوع طبلکی

مکانیزم برش شکافی یا برش نوع طبلکی به طور گسترده ای در ماشینهای استخراج پیوسته[6] برای برش شرایط سنگی نسبتا ضعیف همچون جبهه کار های زغالسنگی یا انواع مختلفی از سنگهای رسوبی پذیرفته شده است . برای شرایط سنگی سست مناسب ، مکانیزم برش شکافی بدون شک سرعت هوش خوبی به دست می دهد مطلوب بودن سرعت برش در این سیستم در مقایسه با سیستم برش نوع مخروطی و بر مبنای  زمان مورد نیاز جهت حفر تونلی با شکل مقطع مناسب مطرح می شود یک نیروی فشاری یا محوری از طریق بازو ، تاج حفار یا سر برشی را به داخل جبهه کار تونل هل می دهد . ماشین های حفار طبلکی 20 تا 30 درصد سبکتر از ماشین های حفار مخروطی با ظرفیت یکسان هستند . شرایط سنگی سخت یا محکم مستلزم تمرکز نیروهای برشی ، بویژه در شروع برش جبهه کار تونل ، می باشد و سیستم برش نوع مخروطی در این گونه موارد موثر و کاراتر از سیستم برش نوع طبلکی می باشد . ویژگی های اصلی سیستم برش نوع طبلکی عبارت است از انطباق پذیری آن با شرایط پیچیده ، قابلیت مانور ، توانایی برش سطح مقطع های بزرگ و ظرفیت بالای برش آنها ، که این ویژگیها این ماشین را در شرایطی که محصول یا خروجی انبوه مطلوب باشد به صورت بسیار جذاب درآورده است و باعث به کارگیری آن در عملیات متعدد معدنکاری شده است.

                     

 

 

 

 

 

شکل4-6-  ماشین استخراج پیوسته شرکت caterpillar

-4- آبفشانهای فشار بالا[7]

استفاده از آبفشانها یا جت آبهایی که تحت فشار بالای 700 بار عمل می کنند ، طبق گزارشها باعث تقلیل عمده نیروهای برشی سرمته می شود .

مطالعاتی بر روی یک معدن سنگ آهک با مقاومت فشاری 108 تا 137 مگاپاسکال انجام شد . ماشین حفار بازویی مورد استفاده مدل  (Dosco)MK.2A بود که شرایط عادی قدرت حفر آن به سنگ های با مقاومت 70 مگاپاسکال محدود می شد . بدون استفاده از آبفشان ، این ماشین در معدن مزبور قادر به حفر رضایت بخش سنگ آهک نبود ، زیرا سر برشی (تاج حفار) پس می زند و سر مته ها خراب می شدند و در بعضی موارد می شکستند . وقتی این ماشین (قدرت موتور 48.5 کیلووات ) با آبفشانهای با فشار 700 بار (bar) شامل 9 آبفشان که هر کدام 4 لیتر آب در دقیقه پاشیده می شد ، تجهیز گردید ، این ماشین توانست سنگ آهک مذکور را با مصرف قابل قبول سرمته بتراشد و حفر کند.

-5- سرمته های برشی :

به بازار آمدن ماشین های حفار بازویی سنگین بسرعت مشخص کرد که پیشرفت و توسعه سرمته های برشی در زنجیر توسعه از روند کند تری برخوردار بوده است . توسعه و پیشرفت سرمته ها به منظور برآوردن نیازها و همپایی با پیشرفت ماشین های حفار بازویی سه نوع خاص سرمته ها مطرح نمود : سرمته های مخروطی ، سرمته های شعاعی و سرمته های جلوبر

-6- سرمته های مخروطی :

یکی از ویژگی های اصلی سرمته های مخروطی قابلیت چرخش آن در درون پایه تا زمان ساییده شدن آن می باشد . این منجر به افزایش زمان بین تعویض سرمته شده است . در مواقعی که میزان بار اعمالی به سرمته و سینه کار بالا و بویژه بار به صورت محوری اعمال شود ، سرمته های مخروطی احتمالا قوی تر از سرمته های شعاعی عمل می کنند . عمل برش اینگونه سرمته ها با تعبیه آبفشانهای فشار بالا بهبود داده شده است .

-7- سرمته های شعاعی بزرگ:

مهمترین ویژگی این سرمته ها دسترسی به راندمانهای بالای برش در حین کاهش میزان گرد و غبار حاصل می باشد. اندازه بزرگ این سرمته ها ، کاربرد آنها را در شرایط سنگی سست تا متوسط ، مطلوب می سازد . کاربرد
سرمته های شعاعی بزرگ در سنگ های سخت می تواند موجب وارد آمدن سریع خسارت به سرمته و کاهش راندمان برش و بروز لرزش های شدید در دستگاه شود .

-8- سرمته های جلوبر:

این سرمته ها بگونه ای طراحی شده اند که در مقایسه با سرمته های شعاعی ، نیروی محوری بیشتری را در جریان برش به سنگ منتقل می کنند . پایه سرمته ها برای این که تحمل نیروهای برشی بیشتری را داشته باشند به نحو مناسب تری تنظیم شده اند . ساق سرمته ها کمتر از ساق سرمته های شعاعی در معرض آسیب پذیری قرار دارند و بهتر قابل انطباق با سرمته های مخروطی هستند . آبفشانها با موفقیت همراه با سرمته های جلوبر به کار گرفته شده اند.

Hurt در مورد تاج حفار و سرمته های ماشینهای حفار بازویی اظهار داشته است که سرمته های مخروطی با توجه به قابلیت چرخش سرمته ها در درون پایه ، از این مزیت برخوردارند که تا سایش کامل سرمته ، سرمته ها کارایی دارند و در نتیجه از عمر طولانی تری برخوردارند. استفاده از سرمته های شعاعی در طبلک زغالتراش ها نتایج خوبی از جهت سازگاری با سیستمهای جلوگیری از احتراق و تولید گرد زغال دارد .

-9- توانایی برش ماشین حفار بازویی :

تجارب حاصل در مناطق زغالی انگلستان نشان می دهد که ماشین های حفار بازویی قادر به حفر سنگ ها با دامنه مقاومتی متفاوت هستند ، لیکن ضعف های ساختاری در سنگ نظیر درزه ها و صفحات لایه بندی می توانند محدودیت های در جریان حفر به وجود آورند . مطالبی کلی در مورد قدرت و توانایی برش ماشین حفار بازویی در جدول ذیل آورده شده است .

 

جدول -1-توانایی با قدرت برش ماشین حفار بازویی

انواع ردهدر

توانایی با قدرت برش

1- ماشینهای سبک

1- قادر به برش سنگ هایی با مقاومت 80Mpa به نحوه موفقیت آمیز می باشد .

2-در سنگهایی با مقاومت بیش از 80Mpa می تواند مشکلاتی در برش بروز کند .

2- ماشینهای سنگین

1- حفر موفق سنگهایی با مقاومت تا 100Mpa

2- در سنگهایی با مقاومت بیش از 150Mpa و بالاتر نمی توان موفق بودن حفر را تضمین کرد .

3- یک سنگ توده ای با مقاومت 200Mpa توسط یک ماشین حفار بازویی انگلیسی – روسی در معدن زغال lea Hall با موفقیت حفر شد .

 

 یک عامل محدود کننده در رابطه با قدرت برش ، این نکته است که با افزایش قدرت برش ، هزینه سرمته افزایش می یابد . سختی اجزای برشی و حفظ قدرت موثر برش در دماهای بالای حاصل از اصطکاک ، از ویژگی ها و عوامل مهم می باشند . کاهش سرعت سرمته به منظور افزایش عمر سرمته ها و حفظ قدرت برش ایجاب می کند که از ماشین های حفار بازویی سنگین تری استفاده شود ، که این امر خود معایبی نظیر افزایش هزینه ها و کاهش انعطاف پذیری عملیاتی و تعمیراتی را به همراه دارد . پیشرفت هایی که در زمینه تولید ماشین های حفار بازویی سنگین در سال های اخیر صورت گرفته در حین حفظ ویژگی های برشی اجزایی موثر سرمته ها ، امکان افزایش قدرت برش انواع سنگ های سخت تر را نیز میسر ساخته است .

 

-10- کنترل ماشین های حفار بازویی :

تجارب حاصل از کار با ماشین های حفار بازویی در معادن زغالسنگ انگلستان نشان داده است که محدودیت عمده ناشی از تطبیق قابلیت های ماشین با شرایط متغیر لایه ها بوده است (به عنوان مثال کنترل میزان نیروی وارد بر سطح سینه کار با توجه به تغییر مقاومت لایه ها ) . عملکرد ماشین در این گونه موارد بستگی زیادی به مهارت اپراتور ماشین دارد . برش های کم عمق همراه با نفوذ محدود و نرخ بالای نفوذ در سنگ سخت می تواند موجب وارد آمدن خسارت به سرمته ها و تاج حفار و همچنین لرزش ماشین شود . به منظور کنترل یا بهبود کنترل ماشین های حفار بازویی توجه بر کنترل بار وارده به سینه کار از طریق اندازه گیری میزان برق مصرفی برای برش متمرکز بوده است .

-11- طراحی بوسیله کامپیوتر (CAD):

کمک مهمی برای ماشین های حفار بازویی بویژه از جنبه طراحی تاج حفار و جانمایی فاصله داری و قرارگیری بهینه سرمته ها بوده است . پیشرفت ها در زمینه هیدرولیک و میکروالکترونیک محدوده روش های کنترلی جدید را به صورت گسترده ای گسترش بخشیده است و در نتیجه سرعت پیشروی و قابلیت دسترسی به ماشین افزایش یافته است . سرمته های طراحی شده جدید و سیستم های آبفشانی که اخیرا طراحی شده اند ، پتانسیل بالایی برای بهبود عملکرد و کنترل ماشین های حفار بازویی از خود ارائه داده اند .

-12- سپرهای دارای بازوهای حفار :

یکی از کاربردهای مهم بازوهای حفار در تونلسازی برای کندن ، بارگیری و تامین نگهداری استفاده از بازوی حفاری است که در داخل یک سپر برای انجام عملیات در شرایط استخراجی عمیق نصب شده است . موارد زیر در ساخت این سپر مدنظر قرار گرفته بودند :

1- جلوگیری از گیر افتادن سپر در حین کار

2- به حداقل رساندن طولی از سقف لایه که به طور موقت در جلوی ماشین بدون نگهداری باقی می ماند .

3- ایجاد قابلیت نصب قابهای نگهداری فولادی دایره ای شکل به فواصل 0.5 تا 1 متر از یکدیگر

4- مسیر ساختن حفر تونلهایی با قطر 4.5 تا 7 متر

5- ساخت ماشینی با هزینه نسبتا کم

6- تامین دسترسی به جبهه کار

7- قابلیت انتقال آسان و سریع از جایی به جایی دیگر و انعطاف پذیری در حفر تونل های با طول کم از ابتدا معلوم بود که حفر تونل در مناطق گسله واقع در عمق های مکفی در زیر سطح زمین توسط ماشینهای حفر تونل موجب وارد آمدن تنشهای سنگی بالایی بر روی این ماشینها می شود . ماشین های تونلسازی تمام رخ در شرایطی که زمین دارای خاصیت مچاله شوندگی زیادی بود ، گیر افتاده بودند و زمان و تلاش زیادی صرف بیرون کشیدن و رها کردن آنها شده بود تحقق موارد فوق مستلزم انعطاف پذیری بیشتر در عمل در حین دستیابی به کنترل موثر زمین در شرایط سنگی مختلف بود .

1- سپر دارای حفار بازویی ساخت Dosco  مدل CTM5 در سنگ های آهکی کربنیفر با مقاومت 90  تا  130 مگاپاسکال دارای سرعت کندن حدود 10 تا 12 متر مکعب در ساعت بوده است .

-13- تاثیر ویژگی های حفر سنگ بر عملکرد ماشین حفار بازویی:

ماشین های تونلسازی از جنبه قابلیت اجرایی حفرشان در شرایط زمین شناسی مختلف مورد مطالعه قرار گرفته اند . به هر صورت یکی از ویژگی های مهمی که داشتن ارزیابی در مورد آن ضروری است عملکرد ماشین در انواع مختلف سنگ ها می باشد . تحقیقات در این زمینه بر تعیین شاخص ها و ویژگیهای سنگ و برقراری ارتباط بین این شاخص ها و نرخ پیشروی ردهدر متمرکز بوده است .

-14- آزمایشهای لازم برای تعیین ویژگی های حفرسنگ:

آزمایش های لازم برای تعیین شاخص ها و ویژگی های سنگ در برابر برش و حفر بر تست های آزمایشگاهی مختلف نظیر مقاومت ، سختی و سایندگی مبتنی هستند . پارامترهای منفرد مورد رسیدگی و بررسی قرار می گیرند و برای قضاوت کلی راجع به رفتار برشی سنگ به صورت تجمعی مدنظر قرار داده می شوند . بر مبنای نتایج آزمایشگاهی نسبتهای تجربی از بین نتایج آزمایشگاهی به منظور انجام یک ارزیابی منطقی از رفتار برشی سنگ استنتاج می شود .

-15- رود هدر 1100 MD شرکت داسکو:

 

 

 

شکل-7-  ردهدر ساخت شرکت Dosco

رود هدر 1100 MD شرکت داسکو دستگاهی با ساختار محکم است که برای انجام فعالیتهای در حد سبک و متوسط طراحی شده است . این نوع رود هدر روی زنجیر حرکت می کند و دارای یک بازواست که برای انجام حفاریهای مقدماتی در معدن و مهندسی عمران طراحی شده است . نیروی حرکت ماشین هیدرولیک می باشد . این دستگاه دارای قسمتهای مجزایی است که به وسیله پیچ به یکدیگر متصل شده اند و بنابراین نگهداری و تعمیر آن آسان بوده و قطعات آن به راحتی از یکدیگر جدا شده و به داخل معدن منتقل می شوند . رود هدر 1100 MD به منظور حفاری زغال ، سنگهای رسوبی و املاحی با حداکثر درجه UCS معادل 80 Mpa طراحی شده است .

 

 

 

 

شکل4-8- ردهدر MD1100 شرکت داسکو

-16- ابعاد دستگاه

 این ماشین دارای 16/8 متر طول ( بدون کانویر bridge ) و 86/1 متر ارتفاع می باشد . عرض ماشین 5/2 متر و پهنای سینی جمع آوری زغال 3 متر است . دستگاه رود هدر مجموعأ 43 تن وزن دارد .

-17- برش :

حفاری با استفاده از قسمت برش انجام می شود که در انتهای بازوی رودهدر قرار گرفته است . نیروی محرکه قسمت برش عبارت است از یک موتور الکتریکی که با آب خنک می شود و با استفاده از یک گیر بکس دو سرعته و یک گیر بکس epicyclic نیروی معادل 82 کیلو وات ایجاد می کند .بازوی  دستگاه با استفاده از نیروی هیدرولیک و با کمک /یستونها و صفحه گردان به حرکت در می آید . حرکت بازو با استفاده از حرکت یک اهرم کنترل از داخل اتاق مداین ماشین کنترل می شود و قادر است در محدوده پروفیل راهرو به راحتی به سمت بالا ، پایین یا اطراف جابجا شود . بنابراین راننده دستگاه می تواند قسمت برش را دقیقأ در محل مورد نظر قرار دهد . قسمت برش دارای 24 عدد چکش برش است که هر کدام دارای یک افشانه آب با فشار زیاد می باشند .یک ابزار تنظیم قاب نیز برای دستگاه در نظر گرفته شده است که می توان آن را به بازو متصل کرد و برای نصب نگهداری در سقفهای دارای قاب مورد استفاده قرار داد . بعلاوه یک محفظه کار نیز در پشت قسمت برش قابل نصب است که در هنگام نصب قابها افراد می توانند درون آن قرار بگیرند .

-18- برداشت و تمیز سازی مواد معدنی :

در حین حرکت ماشین به سمت جلو مواد حفر شده توسط قسمت برش در داخل سینی جمع آوری زغال انباشته
می شود . سینی جمع آوری را می توان در صورت نیاز با استفاده از نیروی هیدرولیک بالا یا پایین برد تا در زمینهای شیب دار به زمین گیر نکرده و راحت تر حرکت کند . برای جمع آوری زغال دو چرخ ستاره ای چرخان و یا دو عدد spinner   در طرفین سینی نصب می شود.

Spinner ها با استفاده از نیروی هیدرولیکی و با کمک گیر بکس های نصب شده در زیر سینی جمع آوری به حرکت در می آیند . سرعت چرخش spinner ها 30 دور در دقیقه است . spinner های مذکور مواد بریده شده را به درون کانویر زنجیری     centre stand scrapar600 میلیمتری منتقل می کنند .

این کانویر با سرعت 1.18 متر بر ثانیه از مرکز بدنه ماشین عبور کرده و مواد حفر شده را به قسمت عقب دستگاه منتقل می کند . این کانویر با کمک یک میله متصل به گیربکس های بازوی جمع آوری به حرکت در می آید . قسمت جلوی کانویر به سینی جمع آوری متصل شده است و قسمت عقب آن با استفاده از اتصالات محوری نگهداری می شود . به این ترتیب کانویر قادر خواهد بود در حین حرکت سینی جمع آوری را به بالا و یا پایین به کار خود ادامه دهد .

Flight bar ها در فاصله 400 میلیمتری قرار گرفته اند . از آنجا مواد به داخل کانویر bridge 660 میلیمتری عقب ریخته شده و سرانجام به داخل سیستم کانویر پیشروی منتقل می شود .

-19- نحوه حرکت ماشین :

حرکت ماشین با استفاده از دو زنجیر انجام می شود . که هر یک به وسیله یک موتور هیدرولیک به حرکت در می آیند . این موتورهای هیدرولیک دارای پیستونهای شعاعی هستند که سرعت چرخش آنها زیاد بوده و سرعت حرکت کمی دارند . این موتورهای هیدرولیک را می توان به صورت دو جهته و یا مجزا از هم به کار انداخت و در نتیه راننده رود هدر می تواند موقعیت ماشین را در شرایط مختلف به صورت دقیق تعیین کند .

هر یک از موتور های زنجیرهای حرکت دارای یک سیستم ترمز داخلی برای شرایط اضطراری است که وقتی اهرم کنترل حرکت در موقعیت خنثی[8] قرار دارد و یا برق سیستم هیدرولیکی و الکتریکی قطع می شود فعال خواهد شد .سرعت حرکت ماشین به هنگام ایجاد حفره[9] 0.38% متر برثانیه و هنگام flitting   0.12  متر بر ثانیه می باشد . فشار زنجیرهای حرکت بر کف مسیر حرکت اندک می باشد (0.99 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع ) و در نتیجه می توان در بسترهای بسیار نرم و مرطوب نیز از رودهدر استفاده کرد . مجموع مساحت منطقه تماس زنجیرها با کف 3.333 متر مربع است . حداکثر شیب عملیاتی دستگاه 16 درجه (1 در 4 ) و حداکثر شیب عرضی[10] قابل قبول برای محل فعالیت ماشین 8 درجه (1 در7 )می باشد .

 -20- ثبات موقعیت در حین فعالیت رودهدر:

بمنظور ایجاد ثبات در محل استقرار ماشین به هنگام انجام برش یا کار در شیب ، دو عدد جک یا بازوی هیدرولیک در قسمت عقب تعبیه شده است . علاوه بر این هنگام انجام سرویس ها نیز می توان از جکهای عقب برای بلند کردن دستگاه استفاده کرد .

-21- نیروی هیدرولیک :

نیروی مورد نظر از مجموعه ایجاد نیرو (power pack) در قسمت ماشین تأمین می شود . در این قسمت یک پمپ هیدرولیک دنده ای سه قسمتی قرار گرفته است که به وسیله موتور الکتریکی 75 کیلو وات کار می کند (موتور مذکور با جریان هوا خنک می شود) شیرهای اصلی تخلیه مستقیمأ در خارج پمپ نصب شده اند و روغن با کمک صافیهای مکنده از منبع 1021 لیتری خارج می شود . فشار کاری در این سیستم 1400 بار است یک شیر ، تغییر مسیر نیز در نظر گرفته شده است که تنها هنگامی که راننده رودهدر در محل خود قرار داشته و پدال مربوط به آن را فشار دهد بکار می افتد . به این ترتیب تا وقتی که راننده این پدال را فشار ندهد تنها سیستم های هیدرولیکی متصل به سیستم power take off  قادر به کار خواهند بود این عمل باعث ایزوله و جداشدن سیستم power take off نیز می شود .

-22- نیروی برق:

برق مورد نیاز سیستمهای الکتریکی ماشین با استفاده از یک کابل متصل به کانون برق تأمین خواهد شد . این پانل شامل اهرمهای قطع برق موتور اصلی و موتورهای قسمت برش isolators می باشد . علاوه بر این کلیه سیم کشیهای کنترل و آزمایش نیز در این پانل قرار گرفته است .

طراحی پانل مرکزی کنترل جریان برق به گونه ای است که اگر احتیاج به انجام برش باشد برق مورد نیاز موتور اصلی و موتور برش تأمین شده و در صورتی که نیازی به انجام برش نباشد می توان برق قسمت برش را قطع نمود تا فقط موتور اصلی روشن باشد . قطع برق یک یا چند موتور به وسیله اهرمهای پانل کنترل انجام می شود و چنانچه برق یک موتور از این قسمت قطع نشده باشد راننده قادر خواهد بود آن موتور را با استفاده از کنترل های موجود در اتاق هدایت روشن و خاموش کند . اتصال برق موتور اصلی  power pack  باعث می شود جراغهای جلو عقب ماشین بطور خودکار روشن شوند . چراغهای عقب ماشین بصورت معمول دارای رنگ قرمز هستند و در صورت حرکت ماشین به سمت عقب رنگ این چراغها سفید می شود .

تعدادی سویچ قطع اضطراری برق نیز در اطذاف رودهدر و کانویر عقبی نصب شده است که در مواقع اضطراری می توان دستگاه را با فشار دادن هر کدام از آنها خاموش کرد این رودهدر دارای تجهیزات ایمنی دیگری نیز می باشد که برای حفاظت از قطعات ماشین و تأمین ایمنی پرسنل در نظر گرفته شده اند .

-23- کاهش درجه حرارت دستگاه (cooling):

کل حجم آب مورد نیاز رودهدر 90 لیتر در دقیقه تحت فشار 34.5 بار است که با استفاده از شیر تنظیم فشار و یک شلنگ 25 میلیمتری مقاوم تأمین می شود .برای اطمینان از کافی بودن فشار آب در دستگاه رودهدر پمپهایی تعبیه شده است که فشار آب ورودی را افزایش می دهند.

سیستم هیدرولیک و موتور برش نیز با استفاده از همین چرخه آب خنک می شود . در این روش جریان کم فشار آب به داخل خنک کننده های سیستم هیدرولیک و پوشش آبگیر موتور برش  water jacket   هدایت می شود.

-24- سیستم هشدار اولیه :

سیستم هشدار اولیه دارای روزنه های آب پاش است که در داخل بازوی دستگاه نصب شده اند . این سیستم همچنین به trolex  pressure و سویچ های تغییر جریان flow switches  مجهز شده است تا هشدار اولیه به صورت خودکار و بدون دخالت انسانی شروع به کار نکند . روش کار سیستم هشدار اولیه به این صورت است که قبل از شروع چرخش قسمت برش آب حداقل به مدت 7 ثانیه با فشار زیاد به اطراف پخش می شود و در صورت نصب آژیر خطر ، آژیر نیز به صدا در خواهد آمد تا پرسنل حاضر در محل قبل از شروع عملیات برش مطلع شوند . علاوه بر این ، تجهیزات رانش هوا نیز در ماشین نصب شده است تا گازهای خطرناک قبل از شروع عملیات از اطراف قسمت برش زدوده شوند . این تجهیزات نیز با نیروی فشار آب کار می کند .

-26- تخلیه غبار :

سیستم دفع غبار چکش برش از یک میله نیزه مانند و موم چرخان تشکیل شده است که این موم به منظور آبگیری مورد استفاده قرار می گیرد در این سیستم آب از قسمتهای داخلی بازوی دستگاه عبور کرده و از آبپاشهای قسمت برش خارج می شود . به این ترتیب چکشها خنک شده و مقدار غبار ایجاد شده نیز کاهش می یابد . علاوه بر این آبپاشهای دیگری نیز در پشت قسمت برش نصب شده اند که آب با فشار زیاد از آنها خارج شده و غبار موجد در هوا را کاهش  می دهد . در میله منتهی به قسمت برش و همجنس در محفظه بسته چرخان[11] مجراهایی تعبیه شده است که در صورت آسیب دیدن میله نیزه ای آب از آنها خارج شده و بنابراین پرسنل مربوطه متوجه وجود نقص در سیستم دفع غبار خواهند شد . با توجه به اینکه دفع گاز و غبار با استفاده از آب دارای فشار زیاد انجام می شود ، یک پمپ تقویت فشار نیز در دستگاه نصب شده تا فشار آب ورودی افزایش یافته و به حد مطلوب برسد .

-27- پروفیل برش :

رود هدر 1100 MD قادر است با ترکیب ram های مختلف بازو ،عملیات برش را در زوایای مختلف انجام دهد .حداکثر پهنای برش در حالت معمولی و در شرایطی که موقعیت کار ثابت باشد(6610 میلیمتر) و حداکثر پهنای برش 4378 میلیمتر است . حداکثر عمق برش در زیر سطح کف 188 میلیمتر می باشد .هرگز نباید برای افزایش ارتفاع برش ، ماشین را با فشار دادن قسمت apron (قسمت جمع کننده زغال ) بر روی زمین بلند کرد .

جدول-2- خلاصه ویژگیهای دستگاه رودهدر 1100 MD

طول

8160میلیمتر

ارتفاع بدنه اصلی

1860میلیمتر

عرض بدنه

2500میلیمتر

عرض قسمت جمع آوری زغال(apron)

3000میلیمتر

وزن

34تن

حداکثر ارتفاع برش

4378میلیمتر

حداکثر عرض برش

6160میلیمتر

حداکثر عمق برش زیر سطح کف

188میلیمتر

زاویه بازو در بالاترین وضعیت

49.65 درجه

زاویه بازو در پایین ترین وضعیت

26 درجه

زاویه چرخش بازو

45+/- درجه

قدرت موتور برش

112کیلووات

سرعت قسمت برش

32 تا 58rpm

نوع کانویر

Centre stand scraper

سرعت حرکت

1.18 متر در ثانیه

نیروی محرکه کانویر

گیربکس spinner

توان موتور حرکت

43 کیلو وات(21.5*2 کیلو وات)

عرض spinner

615 میلیمتر

Flight bar spacing

400 میلیمتر

ارتفاع گلوگاه breaker bar

400 میلیمتر

ارتفاع تخلیه نسبت به سطح کف

1500 میلیمتر

سیستم جمع آوری زغال

چرخهای ستاره ای        star wheel

سرعت گردش چراغهای ستاره ای

30 rpm

سرعت حفاری قسمت برش

0.38 متر برثانیه

سرعت flitting

0.12 متر در ثانیه

مساحت تماس زنجیر حرکت با زمین

3.333 متر مربع

طول تماس زنجیر حرکت با زمین

30 میلیمتر

عرض زنچیر حرکت

550 میلیمتر

فشار تماس زنجیر با زمین

0.99 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع

حداکثر شیب منطقه کار

16 درجه (1 در 4 )

حداکثر شیب عرضی محل کار

8 درجه (1 در 7 )

نیروی محرکه رودهدر

موتورهای هیدرولیک 25 کیلویی

موتور قسمت تأمین نیرو

موتور kw 100 که با هوا خنک می شود

تعداد پمپهای هیدرولیک

1*3section gear

مجموع ظرفیت پمپها

458 لیتر در دقیقه

فشار اسمی

140 بار

نوع روغن موتور مورد استفاده

Mineral

ظرفیت منبع روغن

1021 لیتر

مجموع ظرفیت سیستم هیدرولیک

1200 لیتر

فشار سیستم آب

34.5 بار

حجم جریان آب

0.53 لیتر در ثانیه

حداقل جریان مورد نیاز قبل از شروع کار

0.15 لیتر در ثانیه

قطر شیلنگ اصلی

25 میلیمتر

پمپ فشار بالا بر روی دستگاه

دارد

آبپاش قسمت برش

دارای فشار زیاد

موقعیت آبپاش قسمت برش

یک عدد روی هر چکش برش

میله آبپاش فشار بالا

درون بازو

ابپاش تصویه هوا

در دو سمت بازو

برق مورد نیاز

110 ولت ، 50 هرتز

موتور قسمت تأمین نیرو

100کیلووات پیوسته

موتور قسمت برش

112 کیلووات پیوسته

کل نیروی برق

112 کیلووات پیوسته

حداقل جریان مورد نیاز موتورها

0.38 لیتر در ثانیه

 

 

 

 



[1] Cutting head

[2] pick

[3] Full face

[4] Tunnel boring machine

[5] Boom cutting machine

[6] Continuous mining machine

[7] High pressure jel

[8] natural

[9] (sumping

[10] cross gradient

[11] rotary coupling

 

26 خرداد 1393 In مقاله های معدن

                                     تهیه کننده : عسکرزاده                                       تاریخ:93/2/30

 

زمین شناسی عمومی ومحدوده مورد مطالعه

کانيهاي موجود در پوسته زمين به جهت اهميت و ارزشي که براي انسانها به همراه داشته اند همـــواره مورد توجه انسان بوده است و تلاش براي يافتن کانسارهاي جديد و يا گسترش و استفاده هر چه بيشتر از کانســـارهاي موجود همچنان ادامه دارد.


با توجه به پيشـــرفت روز افزون تکنولوژي و استفاده از اين مواد در صنايع مختلف به عنوان ماده اوليه يا مواد مورد نياز هم اکنون کانيهاي اقتصادي يکي از ارکان اصلي در اقتصاد هر مملکت محسوب ميشوند.

يکي از مهمترين موادي که در صنعت و رشد اقتصادي يک کشور نقش بسزايي دارد، آهن مي باشد. آهن جز لاينفک و مهمترين ماده در صنايع فولاد سازي است صنعت فولاد هم اکنون جز صنايع مهم و استراتژيک هر کشور است که بي شک در توسعه وپيشرفت آن کشورنقش بسزايي دارد قابل ذکر است که صنعت فولاد از چنان اهميتي برخوردار است که از آن به عنوان صنعت مــادر نيز نام برده مي شود.
فراواني آهن در طبيعت به حدي است که اين عنصر در رده بندي فراواني فلزات دومين فلز موجود در پوسته زمين به شمار مي رود . پراکندگي کانسارهاي آهن به صور مختلف ماگمايي و گرمابي و رسوبي است که از نظر ارزش اقتصادي نوع ماگمايي و رسوبي اهميت زيادي دارند .
بعلت فراواني آهن در پوسته زمين تقريبا در تمام قاره هاي کره زمين کانسارهاي آهن يافت ميشود و به همين جهت اين کانسارها کم و بيش در هر کشوري اکتشاف و بهره برداري مي شوند.
ترکيبات مختلف آهن بصورتهاي بسيار مختلفي مي باشد که از ميان اين ترکيبات بيشمار تنها کاني هاي معدودي از نظر اقتصادي حائز اهميت مي باشند بعضي از اين ترکيبات عبارتند از :
- مگنتيت : با فرمول اين کاني يک ترکيب اکسيدي است که داراي وزن مخصوص 7/5 و به رنگ سياه مي باشدکه در سيستم بلور شناسي کوبيک متبلور مي شود و داراي بيشترين ارزش اقتصادي در بين کاني هاي آهن مي باشد اين کاني داراي خصوصيت مغناطيسي بسياربالايي ميباشد و به شدت خاصيت مغناطيسي از خود نشان ميدهد.


- هماتيت : با فرمول اين کاني نيز يک ترکيب اکسيدي است که داراي وزن مخصوص 2/5 و به رنگ قهوه اي مي باشدکه در سيستم بلور شناسي تتراهدرال متبلور مي شود و بعد از مگنتيت از ارزش اقتصادي بيشتري برخوردار است متاسفانه هم اکنون بازيابي و فرآوري آهن از اين کاني در کشورما انجام نمي شود هر چند تحقيقاتي در اين زمينه در حال شکل گيري است که بهترين مثال آن طرح گندله سازي شرکت گل گهر است که جهت بازيافت و فرآوري آهن از هماتيت مي باشد.
شايد به جرات بتوان گفت که دو کاني فوق مهمترين و اقتصادي ترين کاني هاي آهن مي باشند هر چند که کاني هاي ديگري نيز از آهن وجود دارد که از لحاظ اقتصادي چندان مهم نيستند مثل ليمونيت ، گوتيت وشاموزيت و...


عيار کانسارهاي آهن ايران بين 50 تا 60 درصد مي باشد که از نظر ميزان استاندارد جهاني از وضعيت مطلوبي برخوردار است مهمترين کانيهايي که همراه کاني هاي آهن يافت مي شوند کانيهاي ايلمنيت و آپاتيت و گاهي سولفيدها و کانيهاي مختلف مس مي باشد که بسته به نوع کانسار ( ماگمايي يا رسوبي يا ...) کانيهاي پاراژنز همراه کانه آهن تغير مي کند .
در حال حاضر پنج سازند آهني در ايران شناخته شده است اين سازندها عبارتند از :
الف) مگنتيت  


ب ) مگنتيت – هماتيت


ج ) هماتيت – سيدريت


د ) ليمونيت


ه ) هماتيت قهوه اي



قطعا ذخاير مگنتيتي از ارزش اقتصادي بيشتري نسبت به ساير سازندهاي گفته شده دارد ذخاير عمده مگنتيتي در ايران مرکزي قرار دارند مشابه اين سازندها در نواحي ديگر کشور نظير سمنان و سيرجان نيز وجود دارد.


بر اساس برداشتهاي مغناطيس سنجي هوابرد و بررسيهاي زمين شناسي که بر روي مناطق آهن خيز ايران در سالهاي اخير انجام شده است پراکندگي مناطق آهن خيز ايران رامي توان به شرح زير تقسيم کرد:
الف ) کمربند زنجان – سمنان – مشهد


ب ) کمربند انارک – بافق – کرمان


ج ) کمربند همدان – اصفهان – سيرجان


د ) حوضه بندرعباس

 

شرح مختصری درمورد زون سنندج –سیرجان

مقدمه

سنندج –سیرجان باریکه ای ازجنوب غربی ایران میانی است که دربلافصل شمال خاوری راندگی اصلی زون زاگراس قراردارد ویژگی های سنگی وساختاری زون سنندج –سیرجان معرف یک گودی ژرف و یا کافت میانه بلوک درسپرپرکامبرین ایران وعربستان است به همین رو ویژگی های زمین شناختی آن با پهنه های مجاور تفاوت های آشکاردارد.

درازای زون سنندج –سیرجان حدود 1500 و پهنای آن تا 150 تا 250 کیلومتراست که ازباختر دریاچه ارومیه آغازمی شود و دریک راستای شمال غربی – جنوب شرقی تا گسل میناب درشمال بندرعباس ادامه می یابد نیازبه یادآوری است که درپهنه مکران باریکه ای از پوسته قاره ای به نام کمپلکس دورکان وجود دارد که مک کال آن را ادامه شرقی زون سنندج –سیرجان می داند .درجهت شمال غرب گودی درون قاره ای سنندج –سیرجان تا جنوب شرقی ترکیه ادامه دارد که پس ازتغییری درروند آن تا ماسیف بیتلیس ادامه می یابد.

برخلاف مرز جنوب غربی که با راندگی اصلی زاگرس مشخص می شود ارتباط  شمال شرقی سنندج –سیرجان با مناطق دیگرایران میانی به دلیل پوشش گسترده سنگ های ترشیری و کواترنر تغییرات جانبی رخساره ها و نیزدگرشکلی های پیچیده به خوبی مشخص نیست فروافتادگی های دریاچه ارومیه ،توزلوگل ،گاوخونی و جازموریان فصل مشترک تقریبی سنندج –سیرجان با ایران میانی است .

تکتونیک و فعالیت سنندج –سیرجان

راستای مستقیم سنندج –سیرجان درفاصله دریاچه ارومیه و اسفندقه به طورمحلی نمایانگر سامانه ای راستالغز است درراستای جنوبی این ناحیه گسلهای مستقیمی مانند آباده ،ده شیر،شهربابک و بافت مشخص اند که بعضی ازآنها نشانگر جابه جایی امتداد لغز راستگرد دررسوبات کواترنری می باشند همخوانی روند ساختاری یکسانی الگوی ساختاری ،چیرگی راندگی ها به ویژه پذیرش الگوی استاندارد مناطق کوهزادی درزون های برخوردی سبب شده است تا زمین شناسانی مانند فالکن ،بروو ریکو،هینز و مک کوییلن ،فرهودی و علوی سنندج –سیرجان را زیر زونی ازکوهزاد زاگرس بدانند ولی ترتیب رسوبات چارچوب زمین ساختی و به ویژه رویدادهای زمین ساختی و فعالیت های ماگمایی –دگرگونی سبب شده است تا گروهی بزرگ از زمین شناسان ویژگی های سنندج –سیرجان را با مناطق پرتحرک مرکزو شمال ایران قیاس کرده و آن را زیرزونی ازایران میانی بدانند.با این حال تفاوت هایی مانند پیروی ازروند ساختمانی زاگرس ،نبود نسبی سنگ های آتشفشانی دوره ترشیری ،محدودیت گسترش سنگ های ترشیری ،فراوانی نفوذی های  گرانیتی –دیوریتی مزوزوئیک و سنوزوئیک ،فراوانی نسبی سنگ های آذرین بیرونی پالئوزوئیک سیلورین – دونین –پرمین ،عملکرد احتمالی رویدادهای زمین ساختی پیش ازپرمین وسرانجام دگرگونی به نسبت پیشرفته جنبش های سیمرین پیشین از ویژگی های بارز سنندج –سیرجان است که وابستگی آن را با زون های مجاور پرسش آمیز  و مستقل دانستن آن را پیشنهاد می کند ویژگی های بارز سنند ج –سیرجان به ویژه فرایندها ی دگرگونی آن درهمه جا یکسان نیستند درنیمه جنوب شرقی این زون پدیده های دگرگونی به طورعمده حاصل عملکرد کوهزایی سیمرین پیشین است درحالی که درنیمه شمالی آن رویدادهای سیمرین میانی به ویژه کوهزایی لارامید ازعوامل پلوتونیسم و دگرگونی هستند به همین دلیل افتخارنژاد زون سنندج –سیرجان را به دو بخش سنندج –همدان و همدان –سیرجان تقسیم می کند.

تاریخچه چینه نگاری سنندج –سیرجان

درزون سنندج –سیرجان پدیده های دگرگونی ،ماگماتیسم و زمین ساخت پی درپی وهم آهنگ با فازهای زمین ساختی شناخته شده درمقیاس جهانی دربیشترین مقداراست به همین رو این زون ناآرام ترین و به گفته ای دیگر پویا ترین پهنه زمین ساختی ایران است .

درباره پی سنگ پرکامبرین این پهنه اطلاع روشنی دردست نیست درپاره ای ازگزارش ها پی سنگ متشکل ازآمفیبولیت ،گنیس و آمفیبولیت شیست دانسته شده است سبزه ئی پی سنگ پرکامبرین سنندج –سیرجان را با نواحی رودان قیاس کرده و پی سنگ را نوعی پوسته اقیانوسی می داند .

ازاواخر پالئوزوئیک پیشین این زون به حوضه ای درحال نشست تبدیل و با نهشته ها ی آواری انباشته شده است نیروهای کششی موثر درفرونشست موجب ظهور وخروج ماگماهای بازالتی ازنوع قلیایی قاره ای شده که اوج آن دردونین بالایی است .نبود سنگ های کربونیفر بالایی نشان می دهد که حرکت های خشکی زای فلات ایران همچنان براین زون اثرگذار بوده است که بارزترین اثرآن ،ایجاد پستی و بلندی است ولی تیله و همکاران براین باورند که فازهرسی نین همرا ه با دگرگونی بوده است .

مجموعه پرمین زون سنندج –سیرجان کم وبیش با ایران مرکزی همانند است ولی سنگ های شیلی پرمین دراین پهنه بیشترند و دربرخی نقاط مانند حاجی آباد ،اقلید،گلپایگان و مریوان با دیابازهای قلیایی و بازالت همراه است به جزموارد نادرسنگ های پرمین را شیست های تریاس بالا –ژوراسیک پوشانده اند و شواهد موجود گویای این است که درمیانه های تریاس حوادثی بس مهم روی داده که درنتیجه آن سنگ های زون سنندج –سیرجان دچاردگرگونی دینا موترمال شده اناد که تا رخساره آمفیبولیت پیشرفته و دراعماق پایین تر به ذوب آنا تکتیک رسیده است .ازآغاز  تریاس پسین تا کرتاسه پسین درفرونشست ژرف سنندج –سیرجان رسوبات آواری و گاه کربناتی همراه با سنگ های ماگمایی انباشته شده است این توالی ها درتأثیرفازکوهزایی لارامید قرارگرفته اند که حاصل آن پایداری و سخت شدن بخش های شمال باختری زون سنندج –سیرجان است به گونه ای که درنواحی باخترارومیه ،میاندواب ،بوکان و مهاباد،رسوبات آهکی الیگوسن – میوسن (سازند قم) چین خوردگی ملایم و دامنه کوتاه دارند به جزچند ناحیه درزون سنندج –سیرجان سنگ های سیستم ترشیری گسترش چندان ندارند.

ازدیدگاه ژئو دینامیکی شیخ الاسلامی نکته های زیررا باوردارد.

الف – بازشدگی درون قاره ای به سن پالئوزوئیک درحاشیه شمالی گندوانا

ب- جدا شدن ورق ایران ازگندوانا درحاشیه جنوبی خود به دنبال بازشدگی تتیس جوان پس از پرمین میانی

ج- ازآغاز تریاس پسین سنگ کره اقیانوسی تتیس جوان دراثر فرورانش درزیر ورق ایران شروع به ازمیان رفتن کرده است ازاین زمان به بعد سنندج –سیرجان یک گوه برافزایشی را شکل داده است .

د- بسته شدن تتیس جوان درانتهای مزوزوئیک دراین زمان حاشیه قدیمی ایران (سنندج –سیرجان) با مجموعه دگرگون همراه با افیولیت های تتیسی برروی حاشیه قدیمی عربی –گندوانایی رانده شده اند.

با توجه به دیرینه جغرافیایی گفته شده می توان پذیرفت که زون سنندج –سیرجان دارای یک زمینه ساختاری اصلی است که از پرکامبرین پسین باکافتن آغاز شده و درکوهزایی سیمرین پیشین با وارونگی زمین ساختی پایان یافته و سپس حوضه های توربیدیتی مزوزوئیک درتریاس پسین شکل گرفته و درفاز سیمرین میانی و یا لارامید بسته شده است همه سنگ های سنندج –سیرجان را می توان درسه واحد زمین ساختی – چینه نگاشتی پرکامبرین پسین –تریاس میانی ،تریاس بالایی –کرتاسه و مجموعه ترشیری جای داد.

 

 

استان کرمان پهناورترین استان کشور بوده که بین طول های جغرافیایی 54 تا 59 درجه و عرض های جغرافیایی 26 تا 32 درجه شمالی و درجنوب شرق ایران قرارگرفته است این استان ازنظرزمین شناسی درزون ایران مرکزی واقع شده و درقسمتی ازشرق خود با بلوک لوت که جزو زون های شرق وجنوب شرقی ایران است استان کرمان ازلحاظ تکوین زمین شناسی اکثر پدیده ها را درخودثبت کرده و سنگ های مربوط به اکثر ادوار زمین شناسی ازپرکامبرین تا عهد حاضر و ازآذرین تا دگرگونی دراین منطقه وجود دارند که درامتداد واحدهای ساختاری اصلی ازشمال غرب به جنوب شرق گسترده شده اند دیمیترویویچ براساس ویژگیهای چینه شناسی و ساختاری این استان را به پنج قسمت تقسیم کرده است.

1-نوار رفسنجان شامل بلوک مراد و جوپارو گوک

2- کمربند دهج –ساردوئیه

3- کمربند آمیزه های رنگین

4- منطقه اسفندقه – سبزواران

5- کمربند سیرجان

کمربند سیرجان درمقیاس وسیع تر متعلق به کمربند سنندج- سیرجان می باشد درمرز بین کمربند سیرجان و کمربند دهج – ساردوئیه زون آمیزه رنگین وجود دارد.

کمربند دهج – ساردوئیه بخش جنوب شرقی وبیشترین حجم ماگماتیسم کمربند ارومیه – دختر را به خود اختصاص داده است. رشته کوههای دهج –ساردوئیه متعلق به حاشیه بلوک لوت می باشد. منطقه اسفندقه – سبزواران تقریباً شبیه به کمربند سیرجان است هردو واحد حاوی سنگ های دگرگون شده باسن نامشخص است امتداد ساختارهای اصلی درهردوشبیه است کمربند رفسنجان بوسیله گسل های ناحیه ای به بلوک های مراد و جوپار و گوک تقسیم می شود سن سنگ های این کمربند ازاواخر پرکامبرین تا نئوژن تغییرمی کند کمربند آمیزه های رنگین یک کمپلکس افیولیتی آشفته است که درمنطقه کرمان به صورت کمربند باریکی ازورقه کمرود درشمال غرب تا کوه بحرآسمان درجنوب شرق ادامه می یابد و درآنجا به طورناگهانی ناپدید می شود درحالی که درمناطق متعددی درامتداد این کمربند افیولیت ها زیررسوبات قرارگرفته اند گستره نقشه ازدیدگاه زمین ساختاری درجنوب باختری زون ساختاری ایران مرکزی قراردارد وجود گسل های فعال با امتداد شمال باختری –جنوب خاوری نشان میدهد که رویدادهای زمین ساختی دراین گستره مانند سایر نقاط ایران مرکزی فشارهای پی درپی را پس از کرتاسه و دوران سوم برمنطقه اعمال نموده است .

دراین منطقه درجنوب غرب تا شمال غرب منطقه پوشش آبرفتهای عهد حاضربه چشم می خورد به تدریج به سمت مرکز و دامنه های شمال شرقی منطقه نزدیک می شویم به سنگ های آذرین می رسیم این واحدهای سنگی دردامنه برآمدگی شرق منطقه مشاهده می شود .

زمين شناسي ناحيه تركيبي است بيشتر از لايه هاي كرتاسه كه روي آنها را ماسه سنگها وتوده هاي ومكانيكي، كرتاسه پاييني ولايه هاي پليوسن- ميوسن در بعضي نقاط پوشانده اند. نواحي وسيعي را نهشته هاي كواترنري در برگرفته اند، سنگهاي رسوبي در ناحيه كوچكي در جنوب غربي ديده مي شوند وشامل فيليت- سر سيت- پشت دار ميباشد كه سن آنها شناخته شده نيست كرتاسه پائيني در شمال شرقي وجنوب غربي ديده مي شوند كه از ديگر واحد ها توسط دشت بصورت تكتونيكي جدا شده اند وشامل سكانسي از اسليت وماسه سنگ با دگرگوني ضعيف وماهيتي توربيديتي سنگ كنگلومرا، كوارتزيت ومتادياباز است.

درجه متوسط دگرگوني اين سنگها مطابق با فاسيس زئوليتي ميباشد. لايه هائي از كنگلومرا با قطعاتي از كوارتزيت، شيست، آهك دولوميتي ودياباز تا قطر نيم متر نيز در منطقه وجود دارد. دياباز در رسوبات كرتاسه پاييني بصورت لنزهاي كشيده وسيل ديده مي شوند. اين دياباز ها تحت اثر تكتونيك تغيير يافته وانواعي از آلبيتيزاسيون پلاژيوكلازها، كلريتيزاسيون وكربناتيزاسيون قطعات مافيك در آنها ديده ميشود.

سنگهاي پليوسن كه زير واحدهاي ميوسن- بالايي قرار دارند از لايه هاي ميوسن پاييني توسط گسل جدا شده اند. پايين ترين واحد سكانس را سنگهاي متابازيك وشيست هاي بدون فسيل تشكيل مي دهند اين واحد شامل تناوبي از سنگهاي متاگابرو، آمفيبول شيست، فيليت، ميكاشيست ومقداري كالك شيست ميباشد. اين واحد را دايك ها وسيل هاي زيادي از جنس، كوارتز ديوريت و دولوميت اندكي دگرگون شده قطع مي كنند. فليت وكالك شيست هائي با ضخامت 600 متر روي اين واحد سنگ آهك، سنگ دايك هاي متبلور ودولوميت با وسعت زياد قرار مي گيرد. سنگ آهكهاي متبلور عضو اصلي اين واحد ميباشند مرمرهاي آن سفيد وشكري هستند.                                                                                            

بر روي آخرين واحد ذكر شده، آهكهاي پرمين مياني تا بالايي بصورت نا پيوسته قرار ميگيرد كه عمدتاً توده اي بوده وشامل لنزها وقطعاتي از جنس چرت مي باشند ورنگ آنها سياه تا خاكستري است.      

آهك هاي خاكستري تا قهوه اي با سن ژوارسيك بالايي- كرتاسه پائيني بصورت نا پيوسته بر روي لايه هاي پالئوزوئيك قرار ميگيرند كه عمدتاً لايه بندي واضحي را نشان داده ودر بين آنها لايه هايي از ماسه سنگ توفي با رنگ قرمز تا قهوه اي ولايه هاي نازكي از چرت قرمز رنگ ديده مي شود.                

در شمال شرقي آهك هاي كرتاسه بالايي وسنگهاي آذرين بازي آميزه رنگين بچشم ميخورد.                

ماسه سنگها وآهكهاي مرجاني اليگوسن- ميوسن در شمال وجنوب غربي قرار دارند.                       

نهشته هاي كواترنري بصورت دشت، تراسهاي آبرفتي رسوبات رودخانه اي، كوير (رسي، ماسه هاي با پوشش نمكي با ضخامت بيش از 10 سانتيمتر) ونهشته هاي ماسه اي ديده ميشوند.                         

آزمایشات تجربی و صنعتی :

همانطورکه می دانیم آزمایشات صنعتی و ارسال مقداری ازماده معدنی درحین عملیات اکتشاف به خصوص درمورد مواد معدنی مثل آهن که درزمینه های مختلف مصرف دارد کاری بس ضروری است لذا با درخواست متقاضی درزمان مناسب وتأیید اداره کل معادن و فلزات استان واداره اکتشاف وگزارش کارشناسی مربوط مبنی برصدور مجوز برداشتی جهت ارسال مقدار متناسب و مکفی ازماده معدنی به خصوص موادی که دراثر ایجاد و احداث ترانشه ها و چاههای دستی جمع آوری شده احساس می شود این امر اولاً روشن می سازد که ماده معدنی درزمینه های مصرف تا حدودی اوضاع ماده معدنی را درنقاط مختلف معدن و درزمان بهره برداری روشن می سازد.

نکته مهمی که باید آورده شود اینکه بجز آزمایشات تجربی و صنعتی با ارسال نمونه ازنقاط مختلف معدن آزمایشات شیمیایی جهت تعیین درصد عناصر و درجه خلوص ،روی ذخیره این معدن ازنظر سطحی وعمقی باید به دقت انجام شود بطوریکه بهره برداری بعد ازعملیات اکتشاف بشکل کامل اوضاع کیفی و کمی نقاط مختلف ذخیره معدن را بداند و این امر باعث می شود با تناسب کامل خطر مصرف این ماده معدنی ازنظر درصد عناصر و درجه خلوص داشته باشد.