با سنگ شکنهای اولیه قبلا اشنا شدیم اما سنگ شکنهای ثانویه :

در ازمایشگاه دانشکده فنی یک نوع سنگ شکن ثانویه از نوع مخروطی داریم . در اینجا با سنگ شکن غلتکی , ضربه ای و چکشی نیز اشنا می شویم :

سنگ شکن مخروطی  (Cone Crusher):

سنگ شکن مخروطی در مرحله دوم و سوم و چهارم مورد استفاده قرار می گیرد و بدین ترتیب قادر به تولید سنگ های ریز بوده و معمولا برای خرد کردن سنگ های سخت کاربرد دارد. این سنگ شکن از نظر عملکرد شباهت زیادی به سنگ شکن ژیراتوری دارد .لذا آن را از نوع سنگ شکن ژیراتوری نیز می توان به حساب آورد که در آنها زاویه راس هسته مخروطی تا حدود 100 درجه افزایش یافته و همزمان با آن به منظور متناسب نگه داشتن فضای داخل سنگ شکن انحنای داخلی بدنه تغییر کرده و محفظه خرد کردن مسطح شده و سرعت دوران آن نیز بیشتر از سنگ شکن ژیراتوری است.

در بخش ابتدایی ارزیابی ذخایر معدنی دکتر افضل با مراحل مختلف اکتشاف بر اساس تقسیم بندی سازمان ملل اشنا می شویم:

شناسایی  /  پی جویی  /  اکتشاف عمومی-مقدماتی  /  اکتشاف تفضیلی

در مرحله شناسایی هدف شناسایی مناطق امید بخش در محدوده بزرگ می باشد است به این مناطق discovery  گویند این مرحله شامل جمع اوری اطلاعات می باشد

در مرحله پی جویی هدف کوچکترکردن منطقه و یافتن محدوه اصلی جهت حفاری است prospect  یا اندیس و این مرحله شامل تهیه نقشه و برداشتهای زمین شناسی و حفر چاهک و گمانه می باشد

تحقیقات اغازین بر روی یک کانی سازی کشف شده را اکتشاف مقدمانی گویند اهمیت این مرحله دادن اطلاعات اولیه است و نخستین مدل سه بعدی کانسار بدست می اید

اکتشاف تفضیلی شامل داده های سه بعدی و نمونه برداری ها است و با تهیه نقشه ها ی هم عمق , هم ارتفاع , هم ضخامت , هم عیارو انجام مطالعات ابشناسی , ژئوفیزیکی , ژئوشیمیایی , گازخیزی و ...می توان عیار ذخیره را تخمین زدو سپس به طرح عملیات معدنی و گزارشات پایانی پرداخت.

ترانشه روشي است براي آشكار كردن روسوبات گسل خورده و كشف تاريخ فعاليت زلزله هاست . هدف اين تمرين آشنا كردن شما با روش ترانشه زدن ونشانه هاي چينه شناسي زلزله هاست و به شما نشان مي دهد كه چگونه مي توانيد اين نشانه ها را تحليل كنيد پيش گفتار: اصل زير سئوال بردندر بسياري از زمينه هاي مورد مطالعه , ديده ميشود . زمين شناسان صحرايي يك منطقه را بخاطر برو نزد مفيد انتخاب مي كنند و اطلاعاتشان را بين نقاط ثابتي درون يابي مي كنند . زمين شناسان نفت كيلو متر ها از ميان سنگهاي رسوبي حفاري مي كنند تا روابط ساختاري و چينه شناسي زير سطحي را پيدا كنند و سايز مولوژيست ها از امواج زلزله اي در تحليل تركيب جبه و هسته زمين استفاده ميكنند.

زمين شناسي كه گسلهاي فعال را مطالعه مي كند كاستي هايي دارد: زلزله هايي كه امروزه رخ مي دهند ممكن است سطح را بشكنند اما فرسايش بسرعت نشانه هايي را ممكن است ايجاد شده باشند را از بين مي برد. تاريخ زلزله هاي گذشته كليدي براي پيش بيني زلزله هاي آينده است اما تاريخ اغلب در مناطق زير سطحي قرار گرفته است تراشه زدن تكنيكي است كه در دو دهه اخير براي مشخص كردن نشانه هاي زلزله هاي گذشته در رسوبات نزديك سطح , گسترش يافته است. يك قانون اين است كه اگر گسل نخواهد به سمت زمين شناس بالا بيايد زمين شناس به دنبال گسل پايين خواهد رفت با بلدوزر , backhoe يا بيل و كلنگ , يك يا چند گود برداري طولي از گسلي كه فعال است يا احتمال مي رود كه فعال باشد را قطع مي كند.

سنجش از دور علم (هنر و گستره) جمع‌آوري اطلاعات درباره سطح زمين است بدون اينكه هيچگونه تماسي با زمين داشته باشيم كه با ثبت و سنجش انرژي انعكاس و انتشار يافته صورت گرفته و اين اطلاعات مورد پردازش، آناليز و استفاده قرار مي‌گيرد.
فرآيند سنجش از دور از تأثيرات تشعشات (امواج) باسطح زمين مورد نظر ، استفاده مي‌كند مثالي كه مي‌توانيم براي درك بهتر موضوع بياوريم استفاده از سيستم تصوير سازي است كه با هفت اصل زير درگير است. (اگرچه سنجش از دور همچنين با سنجش انرژي منتشر شده و استفاده از سنجيده‌هاي غير تصوير سازي نيز سركار دارد)
+ منبع انرژي با شدت روشنائي (A): اولين نياز سنجش از دور داشتن يك منبع انرژي است كه انرژي الكترو مغناطيس را بسمت سطح (هدف) مورد نظر مي‌تاباند.
+ تشعشعات و اتمسفر (B): هنگامي كه انرژي (امواج) الكترو مغناطيس از منبع بسمت سطح زمين گسيل مي‌شوند با اتسمفر مسير حركت خود در تماس و تقابل است البته اين تقابل در هنگام ارسال انرژي (امواج) از سطح زمين به سمت سنجنده نيز ممكن است
رخ دهد.
+ اثر متقابل در برخورد با سطح زمين : وقتي انرژي به سمت سطح زمين (هدف) از ميان جو ارسال مي‌شود اثر متقابل ايندو بر همديگر بستگي به مشخصات سطح زمين و تشعشعات دارد.
+ ثبت انرژي بوسيله سنجنده (D): پس از اينكه انرژي بوسيله زمين پراكنده و منعكس گرديد ما به يك سنجنده‌اي كه امواج تشعشعات الكترو مغناطيس را جمع‌آوري و ثبت نمايد نياز داريم.
+ ارسال، دريافت و پردازش (E): امواج انرژي ثبت شده بوسيله سنجنده اغلب به فرم الكترونيكي به سطح زمين ارسال مي‌گردد و در مرحله دريافت و پردازش اين داده‌هاي الكترونيكي به تصوير (كپي سخت يا رقومي) تبديل مي‌گردد.
+ تفسير و آناليز (F): تصوير پردازش شده بصورت بصري يا رقومي و يا الكترونيكي تفسير مي‌شود تا اطلاعات سطح زمين استخراج گردد.
+ كاربرد (G): آخرين جزء از مراحل سنجش از دور استفاده از اطلاعات است كه اين اطلاعات از تصوير سطح زمين بمنظور درك بهتر آن استخراج مي‌گردد.

دستيابي به اطلاعات جديد و حل يكسري از مشكلات به ما كمك مي‌كند اين هفت اصل مراحل سنجش از دور از هنگام شروع تا پايان را شامل مي‌شود.

۱.توپوگرافي از نظر لغوي ، به معني پستي و بلندي مي باشد و در اينجا منظور از توپوگرافي ، پستي و بلنديهاي سطح زمين و يا همان ارتفاع عوارض زمين از سطح دريا مي باشد. ارتفاع گاهي بصورت نسبي و گاهي بصورت مطلق بيان ميگردد. به طور مثال اگر ارتفاع كوه دماوند را نسبت به ارتفاع تهران مقايسه نمائيم به آن ارتفاع نسبي مي گويند.  ( مثلاً بگوئيم كوه دماوند به اندازه h متر از تهران بلند تر مي باشد.) ولي چنانچه ارتفاع يك عازضه نسبت به يك سطح مبنا بيان گردد به آن ارتفاع مطلق مي گويند.

سطح مبناي ارتفاعات عموماً سطح درياها و آبهاي آزاد مي باشد.كه در ايران سطح درياي آبهاي بندر فاو در خليج فارس انتخاب شده است . و ارتفاع تمام عوازض خشكي ، اعم از كوه، دشت، ، دامنه،و...نسبت به آن سنجيده مي شود.

محتوي نقشه هاي توپوگرافي شامل عناصر مختلف طبيعي و انساني مي باشد. ناهمواريهاي سطح زمين تا حد كوچكترين تپه ها م حتي شيارهاي ناشي از سيلابها،جنگل ها، بيشه ها ، با تلاق ها، ماسه زارها ، درياچه ها ، آبهاي جاري ، انواع راه ها ، پل ها ، كانال، از شهرهاي بزرگ گرفته تا روستاها بعضاً تا حد خانه هاي منفردو ده ها عناصر ديگر روي اين نقشه ها نشان داده مي شود.

۲.مشخصات كلي نقشه هاي توپوگرافي:

الف-پايه و اساس نقشه هاي توپوگرافي بر روي خطوط تراز است. خطوط تراز با خطوط ميزان منحني عبارت است از كليه نقاط هم ارتفاع منطقه كه به وسيله منحني نمايش داده مي شود

ب-هر نقشه به وسيله دو نوع منحني ميزان مشخص مي شود.

خطوط ميزان اصلي ضخامت بيشتري داشته و فاصله دو خط ميزان اصلي است كه بستگي به اشل نقشه دارد.

ج-تعداد خطوط ميزان فرعي كه در بين دو منحني خط ميزان اصلي قرار گرفته اند بستگي به اشل نقشه داشته و از طرف ديگر ضخامت كمتري نسبت بخطوط اصلي دارند.خطوط ميزان منحني در نقشه هاي رنگي با رنگ قهوه اي مشخص مي شوند.ج- هر چه تعداد خطوط ميزان فرعي زيادتر باشد نقشه دقيق تر مي باشد . مثلاً در نقشه هاي با مقياس000/250 : 1 كه فاصله دو خط ميزان اصلي 50 متر است 5 خط ميزان فرعي قرار گرفته است.

د-هر چه خطوط ميزان به هم نزديكتر باشند شيب تندتر است و بر عكس . بنابراين در مناطق كوهستاني و دامنه هاي پرشيب منحني ها به هم نزديكتر بوده كه گاهي شمارش آنها مشكل مي باشد . ولي در مناطق مسطح و دشتي منحني ها از يكديگر دور مي شوند.

دره ها و ستيغ ها را در روي نقشه هاي توپوگرافي بآساني مي توان مشخص نمود . اگر ارتفاع افزايش يابد نمايش دهنده يك يال و ستيغ و اگر ارتفاع كاهش يابد دره ها را نشان مي دهد.

نقشه‌های توپوگرافی نقشه‌هایی با مقیاس‌های بزرگ و کوچک هستند که برای نشان دادن خصوصیات فیزیکی سطح زمین بکار می‌روند. این نقشه‌ها برای مطالعات جغرافیایی بخاطر اطلاعات مفید آن از جمله قابلیت اندازه گیری فواصل افقی و یا ارتفاع عمودی نقاط مختلف یک وسیله اساسی به شمار می‌روند.
منحنی‌های میزان
منحنی‌های میزان خطوط فرضی هستند که تمام نقاط واقع در آنها دارای ارتفاع یکسان نسبت به سطح دریا و یا یک مبدا مشخص هستند. منحنی‌های میزان علاوه بر مشخص نمودن وضعیت پستی و بلندی ناحیه ارتفاع و شیب واقعی محل را نیز مشخص می‌نمایند.
فواصل منحنی‌های میزان بیانگر مسافت عمودی بین دو منحنی هستند. این فاصله معمولا برای تمام منحنی‌های متوالی ثابت نگهداشته می‌شود. مگر در مواقعی که ارتفاع منطقه معینی مانند قله و غیره را نشان دهند.

به تمام روشهاي دسترسي به ماده معدني از سطح به طرف عمق گشايش گويند. در اين رابطه تصميمات اوليه متعددي بايستي گرفته شود که اهم انها عبارتند از:
1 ) موقعيت بازکننده هاي معدن (چاه قائم، تونل مورب ،چاه مورب …)
2 ) نوع بازکننده ها
3 ) ابعاد بازکننده ها (سطح مقطع )
4 ) انتخاب سيستم ترابري ( بارگيري +باربري )
5 ) انتخاب سيستم مناسب استخراج

عوامل موثر در تعيين نوع گشايش معدن :
1 ) عمق کانسار
2 ) شيب کانسار
3 ) ضخامت کانسار
4 ) وضعيت توپوگرافي سطح زمين
5 ) مشخصات زمين شناسي و معدني کانسار

نکته ؟؟
براي روشهاي گشايش و استخراج زيرزميني سه اصل مهم است :
1 ) ايمني افراد معدن
2 ) اقتصادي بودن( قيمت تمام شده ماده معدني + ميزان پيشروي به ازاي واحد وزن حداقل باشد)
3 ) کمترين ميزان افت

استخراج مواد معدني با توجه به عواملي چون نسبت باطله برداري، ميزان ذخيره، نوع ماده معدني و شرايط توپوگرافي به دو دسته کلي تقسيم مي شود:

الف) روش استخراج روبازيا openpite
از اين روش براي بهره برداري ذخايري سطحي و يا ذخاير بزرگ معدني زير زمين، که باطله برداري از آنها اقتصادي باشد به کار مي رود. بسياري از ذخاير فلزي بزرگ مثل آهن و مس حتي تا عمق 300 متري سطح زمين نيز به اين روش استخراج مي شوند.

ب) روش استخراج زيرزميني يا underground
اين روش در مورد ذخايري زير سطحي عميق و يا کوچک کم عمق به کار مي رود که امکان باطله برداري از آنها، يا وجود ندارد و يا اقتصادي نمي باشد روش هاي زيرزميني با توجه به شرايط توپوگرافي عموما به دو دسته تقسيم مي شوند:

1 - ذخايري که در مناطق کوهستاني واقع شده اند و مي توان با استفاده از تونلهاي افقي به آنها دسترسي پيدا کرد.

2 - ذخايري که در مناطق مسطح (دشت) واقع شده و فقط با استفاده از تونلهاي مورب و يا چاه مي توان به آنها دسترسي پيدا کرد.

مقايسه روشهاي روباز و زيرزميني استخراج مواد معدني:

● توليد در معادن روباز بيشتر از زيرزميني است.

● ايجاد اضافه توليد در زير زميني مشکل تر است.

● تاثير اب وهوا و شرايط جوي در معادن روباز بيشتر است.

● ايمني در معادن روباز به دليل نور کافي و ارتباط با هواي ازاد بيشتر از زيرزميني است.

● بازيابي در معادن روباز بيش از 90% است اما در معادن زيرزميني کمتر از 40%.

● افت ماده معدني معادن روباز به دليل دقيق بودن اطلاعات اکتشافي کمتر است.

● نسبت باطله برداري : (SR.a)

CU = هزينه استخراج يک تن ماده معدني به روش زيرزميني

CO = هزينه استخراج يک تن ماده معدني به روش روباز

CO.W = هزينه باطله برداري يک تن به روش روباز

دلايل افت ماده معدني :

1) باقي ماندن لنگه هاي محافظتي براي فضاهاي زيرزميني مثل گالري هاي استخراج، دنباله روها ، پذيرگاهها

2) فضاهاي حفاظتي براي تاسيسات سطحي مثل چاه

3) افت بخاطر روش نامناسب استخراج مثال روش نامناسب اتاق و پايه براي فيروزه

4) افت بخاطر تغيرات شديد عيار

5) افت بخاطر تغيرات شديد شکل کانسار

6) افت ماده معدني در طول حمل ونقل به محل مصرف

 ضررهاي افت ماده معدني :

1) باعث اتلاف ذخيره معدني و ثروت ملي مي شود.

2) باعث کاهش عمر معدن يا بهم ريختن طراحي هاي مي شود.

3) اگر کانسار مواد خود سوز باشد (گوگرد ،زغال سنگ ، پيريت) به دليل افت، احتمال اتش سوزي يا الودگي معدن وجود دارد.

حتما بارها خیرهای انفجار در معادن زغالسنگ را شنیده اید اما علت این امر عدم رعایت استانداردهای ایمنی است و مهمترین عامل انفجار در معدن زغال افزایش گاز متان بیش از حد مجاز است :

متان يا گريزو ( ch4 )
چگالي نسبت به هوا: 5545/0
خواص فيزيکي: بي بو ، بي رنگ ، بي مزه
منابع توليد: لايه هاي زغال ، آتشباري ، موتورهاي احتراقي ، تجزيه مواد آلي
آثار مضر: قابل انفجار ، خفه کننده
روش تشخيص: دستگاههاي گازسنج (گريزومتر) ، چراغ اطمينان شعله اي
علائم مشخصه: سمي نيست اما اگر مقدار آن از حد مجاز بيشتر شود باعث کاهش درصد اکسيژن در هوا مي شود.
حداکثر عيار مجاز: 1 درصد
عيار کشنده: در عيار 5 تا 15 درصد قابل انفجار

حفاري مکانيزه و  انتخاب TBM در سنگ

 مقدمه

روش حفاري با TBM يک سرمايه­گذاري زياد با قابليت انعطاف­پذيري بسيار کم است ولي به طور بالقوه روشي بسيار سريع براي حفاري و نگهداري تونل در سنگ قلمداد مي‌شود.

TBMها براي حفاري تونلي با مقطع دايره­اي شکل کاربرد دارند و در نصب نگهداري موقت و پوشش نهايي تونل نيز سطح بالايي از مکانيزاسيون را از خود نشان مي­دهند. به علت فرايند حفاري مکانيکي، اين روش حفاري موجب کاهش آشفتگي در سنگ شده  و پروفيل دقيقي از تونل را ايجاد مي­کند.

حفر تونل با TBM

• مزايا

-         کاهش سطح مقطع براي تونل­هاي آب؛

-         حفاري سريع و کاهش زمان احداث؛

-         سطح حفاري صاف­تر با پايداري بيشتر؛

-         کاهش هزينه­هاي نگهداري سنگهاي مجاور تونل به واسطه سست شدگي6 کم­تر؛

-         کاهش بيش شکستگي؛

-         کاهش ارتعاشات به علت عدم استفاده از آتشباري و متعاقبا کاهش تاثير بر روي سازه­هاي مجاور؛

-         محيط کاري ايمن تر به علت عدم به کارگيري مواد خطرناکي مانند مواد منفجره براي حفاري تونل؛

-         قابليت کنترل از راه دور و اتوماسيون به سبب پيوستگي عمليات.

• معايب

-       هزينه سرمايه­گذاري بالا؛

-       زمان ساخت و تحويل ماشين جديد، زياد است؛

-       تجهيزات، زمان و هزينه مصرف زياد؛

-       ريسک زمين شناسي بالا با توجه به نرخ پيشروي، مصرف برش دهنده­ها و هزينه­ها؛

-       انعطاف­پذيري کم در برخورد با شرايط مختلف زمين؛

-       ريسک خرابي ماشين در اثر شکست ياتاقان اصلي؛

-       افزايش سريع هزينه‌هاي تونلسازي در نواحي خرد شده و مشکل­آفرين؛

-       نرخ پيشروي کم در سنگ­هاي بسيار قوي و يا بسيار ضعيف.

 انتخاب TBM

دامنه کاربرد TBMها به علت شرايط پيچيده زمين­شناسي بسيار محدود مي­باشد و لذا بايد با بررسي‌هاي دقيق و همه جانبه شرايط ماشين و زمين، انتخاب شوند. در سال­هاي اخير TBMها از نظر جنبه­هاي مکانيکي (نيروي محوري و گشتاور)  و خصوصا از لحاظ توانايي حفاري در سنگ سخت، پيشرفت­هاي چشمگيري داشته­اند و از لحاظ مقاومت فشاري سنگ، قابليت کار در شرايط وسيع زمين شناسي از سنگ نرم تا سخت را کسب کرده­اند. همچنين توسعه برش­دهنده­هاي غلتکي با قطر بزرگ­تر و مقاومت بيشتر در برابر سايش، توانايي TBMها را براي حفاري در سنگ سخت افزايش داده است.

انتخاب TBM مناسب بايد به گونه­اي باشد که بتواند در شرايط نامطلوب و غيرمترقبه نيز حفاري تونل را با عملکرد قابل قبولي ادامه دهد. شرايط نامطلوب در تونلسازي با TBM ممکن است از طريق توده­­هاي سنگي ضعيف که منجر به ناپايداري ديواره و يا سينه‌کار تونل مي­شود و يا به وسيله توده­هاي ­سنگي با کيفيت بسيار خوب (توده سنگ توده­اي و قوي) که باعث کاهش نرخ پيشروي مي­شود، اتفاق بيفتد. بنابراين معمولا TBMها بر اساس شرايط زمين، طراحي، ساخته و انتخاب مي­شوند که اين شرايط شامل سنگ سخت، زمين نرم و و بعضا سينه کاري با زمين مرکب است. TBMهاي مورد استفاده جهت حفاري در سنگ هاي سخت محدوديت اجرا و اعمال نيروي محوري را دارند، زيرا نيروي محوري بيشتري براي نفوذ در اين نوع سنگ ها لازم است؛ از طرف ديگر در زمين­هاي نرم،TBM ها بيشتر محدوديت اعمال نيرو دارند. زيرا نيروي غلتش بالاتري براي نفوذ عميق براي سطح مشخصي از نيروي محوري، لازم است. در زمين­هاي نرم با سينه کار مرکب، TBMها نمي­توانند هميشه کارايي مناسبي داشته باشند، زيرا ارتعاشات کله حفار و ناپايداري سينه کار مانع آن مي­شود.

TBMها اغلب به خاطر داشتن نرخ پيشروي بيشتر نسبت به روش­هاي سنتي از لحاظ هزينه­اي تنها براي حفر تونل هايي با طول زياد به کار مي­روند. ارائه حداقل طول تونل، عملا ممکن نيست و به عوامل­ بيشماري که خاص هر پروژه است بستگي دارد. ولي به طور کلي استفاده از TBM از طول تقريبا 2 کيلومتر آغاز مي شود که بستگي به قطر ماشين دارد. 

در زير به برخي از مهمترين عوامل زمين‌شناسي و ژئومکانيکي موثر بر انتخاب TBM اشاره شده است:

-       مقاومت سنگ

-       شرايط درزه و لايه­بندي

-       شرايط آب

-       وجود گسل

-       شرايط مچاله­شوندگي

TBMها براي حفاري سنگ­هايي با مقاومت متوسط تا زياد (mm²/ N300-50) مناسب هستند. به شرط اينکه سنگ سايندگي زيادي نداشته باشد؛ زيرا افزايش سايندگي سنگ که بيشتر ناشي از کاني‌هايي با درجه سختي بالا است (مانند کوارتز)، منجر به فرسايش ابزارهاي برش­دهنده خواهد شد. همچنين سيستم پشتيباني TBMها بايد در هر شرايطي که در طول مسير تونل اتفاق مي­افتد، توانايي کار را داشته باشد.