مقدمه

پایداري شیب یکی از مباحث مهم معادن روباز می باشد که از مراحل مقدماتی مطالعات آماده سازي معادن سطحی می باشد. اصولاً به منظور کاهش تنش ها و فشارهاي وارده از سوي دیواره پله، پلـ ههـا رابصورت شیبدار طراحی می کنند، زیرا سنگ یا خـاك در حالـت شـیبدار فشـار و نیـرو را بهتـر تحمـلمی کند. از طرفی کاهش و افزایش شیب از مقدار واقعی، بعضاً هزینه هاي زیادي را در برخواهـد داشـتبه همین منظور براي جلوگیري از این هزینه ها در مرحله طراحی، بایستی شیب بهینه پلـ ههـا و شـیب نهایی معدن تعیین شود. این سمینار در سه فصل ذیل موارد مهم و لازم جهت طراحی شـیب را بیـانمی کند: 1- شیب در معادن سطحی؛ 2- علل و انواع شکست؛ 3- تحلیل پایداري شیب در فصل اول با معرفـی هندسـه شـیب، بـه کلیـات و راهنماییهـاي مهندسـی لازم جهـت مواجهـه بـاشیروانی ها در معادن سطحی پرداخته شده است. فصل دوم به معرفی علل و انواع شکست مـی پـردازدکه در بخش اول عوامل مهم تاثیر گذار بر شکست پرداخته و در بخش دوم بـه ذکـر انـواع شکسـت از
قبیل صفحه اي، گوه اي، ورقه اي، واژگونی و … پرداخته شده است.
فصل سوم دربرگیرنده روش هاي تحلیل پایداري شـیب شـامل روش تجربـی، تعـادل حـدي، آنـالیزعددي و آنالیز احتمالی پایداري شـیب مـ یباشـد . روش تجربـیSMR بـا امتیـازدهی بـه خصوصـیاتتوده سنگ دربرگیرنده شیب، کلاس پایداري آن را مشخص کرده و تحکیمات لازم را معرفـی مـی کنـد .
در ادامه اصول و انواع روش هاي تعادل حدي در تعیین ضریب ایمنی شیب بیان گردیده است. از دیگـرروش هاي دقیق تحلیل شیب، روش هاي آنالیز عددي می باشند. روش هـاي عـددي بـا اسـتفاده از نـرمافزارهاي مربوطه رفتار تنش و کرنش شیب را تعیین میکنند که در ادامه به بیان کاربرد و تفاوت ایـنروش ها میپردازد. در نهایت رو شهاي آنالیز احتمالی پایداري شـیب معرفـی گردیـ دهانـد کـه فـاکتورایمنی را براساس مقدار میانگین و واریانس بیان میکنند و از آنالیز اعتماد به منظـور بـرآورد و تعیـیننــامعینی و خطاهــا در ضــریب اطمینــان و بدســت آوردن احتمــال شکســت اســتفاده مــ یشــود.

شیب در معدن سطحی و بررسی عوامل تاثیر گذار در پایداری شیب های معادن

شیب در معدن سطحی و بررسی عوامل تاثیر گذار در پایداری شیب های معادن

فهرست مطالب

مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………2

فصل اول : شیب در معادن سطحی…………………………………………………..3

1-1- کلیات…………………………………………………………………………………………………………………………4
1-1- 1- مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………4
1-1- 2- هندسه شیب در معادن روباز ………………………………………………………………………………………..4
1-1- 3- اهمیت پایداري شیب …………………………………………………………………………………………………5
1-1- 4- هزینه شکست شیب………………………………………………………………………………………………….7
1-2- نگهداري شیب …………………………………………………………………………………………………………….8
1-3- آتشباري کنترل شده در شیب ……………………………………………………………………………………………9
1-4- مدیریت شیب ……………………………………………………………………………………………………………..10
1-4- 1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………..10
1-4- 2- بازرسی و نظارت بر ناپایداري …………………………………………………………………………………………11
1-4- 2- 1- جابجایی سطحی …………………………………………………………………………………………………12
1-4-2-2- جابجایی زیرسطحی (عمقی) ……………………………………………………………………………………..13
1-4- 2- 3- برنامه نظارت ………………………………………………………………………………………………………..15
1-4-2-4- خلاصه داده ها و تهیه گزارش……………………………………………………………………………………… 16
1-4- 3- مدیریت لغزش ………………………………………………………………………………………………………….18
1-4- 4- طراحی دورنگرانه ( پیشامد هاي احتمالی ) ……………………………………………………………………….19

فصل دوم: علل و انواع شکست…………………………………………………………………..20

2-1- شکست و خسارات ناشی از آن …………………………………………………………………………………………..21
2-2- علل شکست ………………………………………………………………………………………………………………..22
2-2- 1- مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………..22
2-2- 2- انفصال هاي زمین شناسی …………………………………………………………………………………………..23
2-2- 2- 1- وجود سطوح لایه بندي یا زون ضعیف …………………………………………………………………………….24
2-2- 2- 2- نقش گسل در شکست شیب ها …………………………………………………………………………………24
2-2- 3- خواص توده سنگ ……………………………………………………………………………………………………….. 26
2-2- 4- آب هاي زیرزمینی …………………………………………………………………………………………………………28
2-2- 4- 1- تأثیر عوامل هیدرولوژي در ناپایداري شیب………………………………………………………………………….28
2-2- 4- 2- تأثیر ترکیبی از گسل و هیدرولوژي بر ناپایداري شیب ……………………………………………………………31
2-2- 4- 3- تأثیر رطوبت بر ناپایداري شیب ………………………………………………………………………………………32
2-2- 5- تأثیر انفجار بر شکست …………………………………………………………………………………………………34
2-2- 5- 1- مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………..34
2-2- 5- 2- آتشباري ضربه گیر …………………………………………………………………………………………………35
2-2- 5- 3- آتشباري پیش شکافی ……………………………………………………………………………………………35
2-2- 5- 4- آتشباري ملایم……………………………………………………………………………………………………….37
2-3- انواع شکست ………………………………………………………………………………………………………………39
2-3- 1- سطوح شکست صاف ………………………………………………………………………………………………….39
2-3- 1- 1- برش صفحه اي یا شکست صفحه اي …………………………………………………………………………..39
2-3- 1- 2- شکست صفحه اي با مسیر پلکانی ………………………………………………………………………………40
2-3- 1- 3- شکست گوه اي …………………………………………………………………………………………………….41
2-3- 1- 4- شکست گوه اي با مسیر پلکانی ………………………………………………………………………………….41
2-3- 1- 5- شکست دوبلوکی …………………………………………………………………………………………………..42
2-3-1-6- شکست ورقه اي ……………………………………………………………………………………………………..42
2-3- 2- سطوح شکست غیرمستوي ………………………………………………………………………………………….43
2-3- 2- 1- شکست دایره اي (قاشقی)……………………………………………………………………………………….43
2-3- 3- سایر مدل هاي شکست………………………………………………………………………………………………45
2-3- 3- 1- جریان بلوك …………………………………………………………………………………………………………45
2-3- 3- 2- شکست سنگریزه اي …………………………………………………………………………………………45
2-3- 3- 3- شکست واژگونی ……………………………………………………………………………………………….. 46
2- 3-3-3-1- شکست واژگونی خمشی ……………………………………………………………………………………..48
2- 3-3-3-2- شکست واژگونی بلوکی ……………………………………………………………………………………….48
2- 3-3-3-3- شکست واژگونی بلوکی – خمشی …………………………………………………………………………49
2-3- 4- تقسیم بندي شکست از دید امکان محاسبه فاکتور ایمنی …………………………………………………….49
2-3- 4- 1- شکست هایی که امکان محاسبه فاکتور ایمنی وجود دارد …………………………………………………..49
2-3- 4- 2- شکست هایی که امکان محاسبه فاکتور ایمنی وجود ندارد ……………………………………………………………………………………………………………………………………49

فصل سوم : تحلیل پایداري شیب

3-1- جمع آوري اطلاعات…………………………………………………………………………………………………….51
3-1- 1- زمین شناسی و ساختارهاي عمده………………………………………………………………………………53
3-1- 2- بافت سنگ …………………………………………………………………………………………………………53
3-1- 3- خصوصیات سنگ …………………………………………………………………………………………………..54
3-1- 4- هیدرولوژي …………………………………………………………………………………………………………..54
3-1- 5- اندازه گیري تنش …………………………………………………………………………………………………..55
3-2- روش هاي تحلیل پایداري شیب ………………………………………………………………………………………55
3-2- 1- امتیاز توده شیب(SMR) …………………………………………………………………..ا……………………….55
3-2- 1- 1- کلاس هاي پایداري شیب ………………………………………………………………………………………59
3-2- 1- 2- ملاحظات نگهداري …………………………………………………………………………………………….. 60
3-2- 1- 3- روش SMR اصلاح شده…………………………………………………………………………………………. 60
3-2- 2- روش هاي براساس تعادل حدي…………………………………………………………………………………… 63
3-2- 2- 1- روش هاي مبتنی بر تعادل گشتاور کلی……………………………………………………………………… 63
3-2- 2- 2- روش هاي مبتنی بر تعادل نیروها……………………………………………………………………………… 64
3-2- 2- 3- روش هاي مبتنی بر تعادل نیروها و گشتاور …………………………………………………………………. 64
3-2- 3- روش هاي آنالیز عددي پایداري شیب ها ……………………………………………………………………….. 65
3-2- 3- 1- روش هاي اجزاء محدود (FEM)………………………………..ا………………………………………………. 66
3-3- 3- 2- روش هاي تفاوت هاي محدود …………………………………………………………………………………. 68
3-3- 4- 3- روش اجزاء مجزا …………………………………………………………………………………………………..70
3-3- 3- 4- روش عناصر مرزي ………………………………………………………………………………………………..72
3-3- 4- تحلیل براساس مدل هاي فیزیکی …………………………………………………………………………………..73
3-3- 5- روش هاي آنالیز احتمالی پایداري شیب ها ………………………………………………………………………..74

فصل چهارم: نتیجه گیري و پیشنهادات…………………………………………………………..77

نتیجه گیري ………………………………………………………………………………………………………………………78 پیشنهادات ………………………………………………………………………………………………………………………..80

منابع و مآخذ………………………………………………………………………………………………………………………81

منابع فارسی …………………………………………………………………………………………………………………….82

منابع لاتین ………………………………………………………………………………………………………………………..84
چکیده انگلیسی …………………………………………………………………………………………………………………..85

فهرست جدو لها

جدول 1-1- نقش پایداري شیب در مراحل مختلف معدنکاري به روش روباز ……………………………………………….5

جدول 1-2- جدول پیشنهادي نظارت ……………………………………………………………………………………………15

جدول 1-3- اطلاعات مورد نیاز براي …………………………………………………………………………………………….17
جدول 2-1- نیروي به هم چسبی، زاویۀ اصطکاك داخلی به وزن مخصوص بعضی سنگ ها و خاك ها ……………….. 26

جدول 2-2- مقادیر پیشنهادي براي آشتباري ملایم و پیش شکافی ………………………………………………………. 36

جدول 3-1- مقادیر ضرایب تصحیح مربوط به جهت گیري هاي مختلف درزه ها………………………………………………54

جدول 3-2- مقادیر ضریب تصحیح FA مربوط به روش حفاري ………………………………………………………………….55

جدول 3-3- کلاس هاي مختلف پایداري بر اساس مقادیر SMR …………………….ا………………………………………….57

جدول 3-4- مقادیر SMR براي هر گروه نگهداري ………………………………………………………………………………….58

جدول 3-5- نگهداري هاي توصیه شده براي کلاس هاي مختلف SMR …..ا………………………………………………….59

جدول 3-6- محاسبات مربوط به ضرایب تصحیح 1F3,F2,F ……………….ا…………………………………………………… 60

فهرست شک لها

شکل 1-1- مقطع یک معدن روباز ………………………………………………………………………………………………….3

شکل 2-1- نمونه اي از قرار گیري زون هاي ضعیف درون سنگ ها ……………………………………………………………24

شکل 2-2- مقطعی از یک گسل مرکب …………………………………………………………………………………………..25

شکل 2-3- نقش مجموعه درزه در ایجاد فشار آب در شیب …………………………………………………………………….28

شکل 2-4- مقایسه تغییرات در افق آب در شیب خاکی …………………………………………………………………………29

شکل 2-5- مسیر آب به سمت معدن ………………………………………………………………………………………………29 شکل 2-6- مسیر آب خلاف جهت معدنکاري ……………………………………………………………………………………….30 شکل 2-7- تأثیر ترکیب گسل و هیدرولوژي در پایداري ……………………………………………………………………………31 شکل 2-8- شرط لغزش شکست صفحه اي ……………………………………………………………………………………….37 شکل 2-9- شکست صفحه اي ………………………………………………………………………………………………………38 شکل 2-10- شکست صفحه اي با مسیر ………………………………………………………………………………………….38 شکل 2-11- شکست گوه اي ……………………………………………………………………………………………………….39 شکل 2-12- شکست گوه اي با مسیر ……………………………………………………………………………………………..39 شکل 2-13- شکست دو بلوکی ……………………………………………………………………………………………………..40 شکل 2-14- شکست غیر دایره اي ………………………………………………………………………………………………….41 شکل 2-15- شکست سنگریزه اي ………………………………………………………………………………………………….44 شکل 2-16- شکست واژگونی ……………………………………………………………………………………………………….44 شکل 2-17- آزمون حرکت شناختی براي واژگونی ………………………………………………………………………………..45 شکل 2-18- شکست واژگونی خمشی …………………………………………………………………………………………… 46 شکل 2-19- شکست واژگونی بلوکی ……………………………………………………………………………………………… 46 شکل 2-20- شکست واژگونی بلوکی- خمشی ……………………………………………………………………………………47 شکل 3-1- شکست صفحه اي …………………………………………………………………………………………………….. 56
شکل 3-2- تحلیل پایداري شیب به روش تفاضل محدود و بردارهاي جابجایی حاصله ……………………………………….. 67

 

فصل اول شیب در معادن سطحی
1-1- کلیات
1 -1 -1 – مقدمه
پایداري شیب یکی از مباحث مهم معادن روباز می باشد که در زیر مجموعه مباحث ژئومکانیکی کـهخود نیز یکی از مراحل مقدماتی مرحله آماده سازي معادن می باشد. تعریف و بررسی می گردد.
ژئومکانیک در علوم مختلفی نظیر، مهندسی معدن، مهندسی عمران، زمین شناسـی ، زمـ ینشناسـی مهندسی، مهندسی نفت و گاز طبیعـی، هیـدرولوژي و ژئوفیزیـک کـاربرد دارد کـه ایـن علـوم شـاملطراحی و ساخت پروژه هایی نظیر معدنکاري، تونلسازي، مهندسی پی، حفاري شیب هاي سنگی، سدها، شفت ها، گمانه ها، چاه هاي مخازن نفت، ساختمان مخازن زیرزمینی نفت و گـاز و مخـازن باطلـه هـايخطرناك می شوند.[1]
1 -1 -2 – هندسه شیب در معادن روباز
مطابق شکل 1-1، شیب در معادن روباز سه جزء عمده دارد:
v شیب و وضعیت پله ها v زاویه اینتررمپ v شیب نهایی
که وضعیت پله ها شامل زاویه سطح پله، ارتفاع و عرض پله می شود. زاویه اینتررمپ زاویه ایست کـهاز متصل کردن پاشنه پله تا لبه بالاترین پله حاصل می شود (درجائیکه بین پله ها جـاده ارتبـاطی یـاسایر پله ها مانند پله ایمنی نداشته باشیم). و زمانیکه جاده حمل و نقل ، ترازهاي کاري و سـایر انـواعپله ها وجود داشته باشند، شیب نهایی به زاویه خطی اطلاق می شود کـه پاشـنه اولـین پلـه را بـه لبـهبالاترین پله متصل می کند.
زاویه شیب نهایی می بایست از زاویه اینتررمپ کمتر باشـد . زیـرا عـدم رعایـت ایـن مسـئله باعـثناپایداري هایی خواهد شد. بعنوان مثال زمانیکه لایه بندي با شیب ْ 40 به سمت گـودال معـدن داشـ ته باشیم، طراحی زاویه ْ 40 بعنوان شیب نهایی، برش لایه بندي را در پـی خواهـد داشـت. کـه در صـورتبزرگتر بودن شیب نهایی از زاویه اینتررمپ موجب ناپایداري اینتررمپ خواهد شد. [2]
1 -1 -3 – اهمیت پایداري شیب
اصولاً به منظور کاهش تنش ها و فشارهاي وارده از سوي دیـواره پلـه، پلـ ههـا را بصـورت شـ یبدار طراحی می کنند، زیرا سنگ یا خاك در حالت شیبدار فشار و نیرو را بهتر تحمل مـی کننـد . از طرفـیکاهش و افزایش شیب از مقدار واقعی بعضاً هزینه هاي زیادي را در برخواهد داشت بهمین منظور براي جلوگیري از این هزینه ها در مرحله طراحی بایستی شیب بهینه پله هـا و شـیب نهـایی معـدن تعیـینشود. [1]
معلوم شده است که انتخاب زاویه اي ایمن براي شیب سنگ، از تلاش براي سرپا نگه داشـتن آن بـرشیبی غیر طبیعی، با تکیه گاههاي مصنوعی ارزانتر تمام می شود، زیرا وقتی یک سنگ مرتفع شروع بـهحرکت می کند، نیروهاي لازم براي نگه داشتن آن بسیار عظیم است. جدول 1-1 نقش پایداري شـیبرا در مراحل مختلف معدنکاري روباز نشان می دهد.
به منظور پی بردن به نقش پایداري شیب در برنامه ریزي طراحی و هزینه هـاي معـدنکاري بایـد بـهعواملی که در درآمد و هزینه هاي معدن روباز موثرند توجه داشت. این عوامل به شـش گـروه بـه شـرحزیر تقسیم می شوند:
• قیمت فعلی محصول نهایی معدن
• پیش بینی میزان تقاضاي محصول نهایی در آینده و پیش بینی قیمت
• میزان تولید
• هزینه هاي تولید
• میزان ذخیره
• نسبت W/O
جدول 1- 1- نقش پایداري شیب در مراحل مختلف معدنکاري به روش روباز[1]
v کاهش نسبت W/O
v کاهش زمان برگشت به سرمایه v افزایش ذخیره معدنی قابل استخراج از نظر
اقتصادي در مرحله
طراحی
v کنترل بهتر دیواره هاي معدن
v کنترل بهتر آب هاي سطحی و زیرزمینی v شرایط معدنکاري بهتر از نظر ایمنی
v امکان انفجار دلخواه به منظور دسترسی به خرد شدن بهتر وجود دارد، لذا هزینه هاي حفاري و انفجار ثانویه کاهش می یابد. از نظر
اقتصادي در مرحله
استخراج
v امکان ایجاد پله ایمنی وجود دارد. از نظر ایمنی
v کاهش ضایعات معدنی که در اثر شکست بوجود می آیند.
v کاهش خسارات جانی و مالی از نظر
اقتصادي پیش بینی
شکست
v امکان ادامه عملیات با مینیمم احتمال ریسک از نظر ایمنی
از میان عوامل فوق، میزان ذخیره و نسبت باطله بـرداريW/O متـاثر از شـیب معـدن مـ یباشـند،افزایش شیب باعث کاهش باطله برداري و یا افزایش برداشت ماده معدنی خواهـد شـد کـه نتیجـه آنسود بیشتر و بازگشت به سرمایه خواهد بود. با وجود این افزایش زاویه شـیب باعـث کـاهش پایـداريدیواره هاي شیب دار می شود که این مسئله علاوه بر کاهش ایمنی که خود یکی از موارد اهمیـت دقـتدر تعیین شیب بهینه است، باعث افزایش هزینه هاي ناشی از شکست می شود. [1]
به دلیل تنوع ساختارهاي زمین شناسی و همچنین تنوع خصوصـیات سـنگ زاویـه شـیب واحـديوجود ندارد که در همه موارد، کمتر از آن هیچ ناپایداري رخ نـداده و بـالاتر از آن همـواره شکسـت رخدهد.
در زوایاي پرشیب تر، هزینه ناپایداري بسیار سریع تر از سود افزایش پیدا می کند. بنـابراین مـاکزیمممنحنی سود خالص از تفاضل هزینه هاي ناپایداري شیب و سود ناخالص بدست می آید.
طراحی شیب، فرآیند تشخیص زاویه بهینه براي بکارگیري در معدن است. پایـداري شـیب بعنـوانبخشی از طراحی شیب، بصورت پیش بینی ناپایداري ها بعنوان تابعی از زاویه شیب تعریف می شود.
یکی از عوامل دیگري که در کنار عامل اقتصادي، اهمیـت پا یـداري شـیب را دوچنـدان مـی کنـد،مسئله ایمنی است که خود باعث تلفات مالی و جانی جبران ناپذیري خواهد شد. [2]
1 -1 -4 – هزینه شکست شیب
با داشتن تعداد شکست هاي قابل انتظار و تناژ آن ها می توان هزینه شکست شیب را محاسـبه کـرد.
این هزینه ها عبارتند از خاك برداري حجم ریخته شده، مرمت راه هاي حمل و نقل، تعمیـر تجهیـزات،کاهش راندمان تولید به علت گسست عملیات، ارزش مواد معدنی از دست رفته در حجم ریخته شـده وهزینه هاي مهندسی.
روشی که براي تخمین هزینه شکست بکار میبرد روش طراحـی »چـه مـی شـود اگـر « در معـدنمی باشد. در مرحله طراحی یک شکست را فرض می کنند؛ طراحی را براي مقابله بـا آن شکسـت تهیـهمی کنند و هزینه آنرا تخمین می زنند. این آینده نگري ها مفید هسـتند خـواه صـرفه و صـلاح بصـورتهمه جانبه رعایت شده باشد یا نه زیرا منجر به پی شبینی هایی در طراحی معدن می شوند کـه احتمـالناپایداري هاي شیب را کاهش خواهند داد.
1-2- نگهداري شیب
تکنیک هاي نگهداري زمین از قبیل کابل مهاري کاربرد گسترده اي در معادن روباز نداشـ تهانـد هـرچند که مؤثر بودن این تکنیک ها در معدنکاري زیرزمینی و ساخت و سازه هاي عمرانی به اثبات رسیده است، یکی از دلایل آن عدم شناخت هندسه نهائی پیت می باشد. در مواقعی که پیت نهایی را بـا توجـهبه صرفه جویی هاي اقتصادي تعریف می کنند، تغییرات قیمت کالا یا هزینـه هـاي اجرایـی باعـث تغییـرشیب می شود. در مواقعی که احتمال معقولی براي پیشروي جدید وجود داشـته باشـد، کـه لازم باشـدکابل ها خارج شوند، توجیه هزینه کابل مهاري مشکل می شود. عامل دیگر که براي مهار کابلی مشـکلایجاد می کند، عامل خوردگی است به ویژه در معادن مس که آب اسیدي معدن بسـیار خورنـده اسـت.
در پیت هاي بزرگ که طول بولت ها متجاوز از 15 متر میشود و شـامل شکسـ تهـاي بـالقوه سـطحیمی گردد، بولت گذاري، مشکل و گران خواهد بود.[1]
کاربرد فعلی نگهداري که مخصوصاً در استرالیا بکار گرفته شده است بولت گذاري سطوح پل هها براي کاهش لغزش و شیب دار کردن سطوح آن هاست. با کاهش لغزش، پله هاي ایمنی را می تـوان باریـک تـردر نظر گرفت که در صورت ثابت بودن هندسه شکست هاي چند پلـه اي زاویـه اینتررمـپ را مـی تـوانافزایش داد. در بعضی موارد می توان با استفاده از ترکیب بولت گذاري و نصب مـش بـراي جلـوگیري ازریزش، پله ایمنی را حذف کرد.
موقعیت هاي خاصی وجود دارند که بولت گذاري موجه می باشد. حتی شکست هاي کوچـک مقیـاسمی توانند باعث آسیب پذیري تجهیزات داخل پیت از قبیل سن گشکن ها و نوار نقاله ها شوند و منجر بـهتحمیل هزینه هاي سنگین بابت تعمیر و توقـف طـولانی مـدت کـار بـراي تعمیـر یـا جـایگزینی ایـنتجهیزات شوند. در چنین مواقعی براي افزایش اطمینان از شیبها کـه روي تجهیـزات تـأثیر خواهنـدداشت بولت گذاري مناسب خواهد بود. به عنوان مثال بولت گذاري در جاده هاي حمل و نقـل در معـدنارتسبرگ را میتوان نام برد. در این معدن جاده حمل و نقل تنها راه دسترسی به مـاده معـدنی بـود ویک شکست گوه اي در مقیاس یک پله در ایـن جـاده، تولیـد را متوقـف مـ یکـرد . بـدلیل شـیب تنـداینتررمپ تعمیر جاده مشکل می شد، بنابراین سطح پله زیرین توسط کابل مهار شـد تـا ایمنـی جـادهافزایش یابد.
نصب بول تهاي کاملاً تزریقی غیرکششی نسبت به بولتهاي کششی، هم آسانتر و هم ارزانتر اسـت .
شواهد قابل توجهی وجود دارد که نشان می دهد بولت تزریقی با یک جابجایی بسیار کوچک به کشـشکامل میرسد. مشکل اینجاست که جابجایی مورد نیاز به کشش رساندن بولت غیرکششی ممکن اسـتمنجر به افت مقاومت اوج برشی سنگ شود و در دوغاب تزریق شده ترك ایجاد کند کـه در اینصـورتبولت در معرض خوردگی قرار خواهد گرفت. بدون شک ظرفیت بولت هاي کششی هزینـه هـاي بیشـترآن را موجه میسازد. براي پایدارسازي شکست هاي ریزشی مداوم تاثیرگذار روي جاده هاي حمل و نقـلعمل شاتکریت نیز در مقیاس کوچک موفق عمل کرده است. [3]

شیب در معدن سطحی و بررسی عوامل تاثیر گذار در پایداری شیب های معادن

شیب در معدن سطحی و بررسی عوامل تاثیر گذار در پایداری شیب های معادن

فصل دوم : علل و انواع شکست

2-1- شکست و خسارات ناشی از آن
پایداري شیب، نسبت مقاومت مواد به تنش ها در شیب تعریـف مـی شـود ، بعبـارت دیگـر شکسـتعبارتست از مکانیسم گسیختگی سنگ، که آن را میتوان بعنوان فرآیندهاي دربرگیرنده کاهش شـدیدولو موقتی چسبندگی، کاهش توان پایداري در مقابل تفاضل تنش ها، جدایش به دو قسمت یا بیشتر و آزاد شدن انرژي ذخیره شده کرنش کشسان تعریف نمود.
عموماً شکست را به دو نوع اصلی با نام هاي شکست گسترشی و شکست برشی تقسـیم مـی کننـد .
اگر تنش هاي وارد شده بیشتر از مقاومت سنگ باشد، شیب ناپایدار و برعکس اگر مقاومت مواد بیشـتراز تنش باشد، شیب پایدار خواهد بود. این نسبت فاکتور ایمنی نامیـده شـده و اسـاس آنـالیز پایـداريمی باشد.
بدلیل تنوع خصوصیات سن گها و عدم امکان در اندازه گیري دقیق این ویژگی ها و نیز ثابت حـوادثغیرمترقبه نظیر زلزله و بارندگی، فاکتور ایمنی در طراحی شیب بزرگتر از 1 در نظر گرفته میشود.
آنچه سنگ را از مواد دیگر متمایز می سازد شـدت نـاهمگنی و ناهمسـانگردي آن، محـدوده انـدازهدانه ها، طول زمان تشکیل و محدود بودن انتخاب مشخصات ماده معدنی می باشد. همچنین در طبیعت بنابر شرایط خاص زمین شناسی و ساختمان منطقه شرایط منطقه ممکن است در فاصـله چنـد متـريتغییرات قابل ملاحضه داشته باشد. از این حیث براي بررسی شکستگی سنگ را بـه دو دسـته سـالم وغیرسالم دسته بندي می کنند. که سنگ سالم (بکر) به سنگ فاقد ناپیوستگی یا اصطلاحاً مـاه سـنگ اطلاق می شود. لازم به ذکر است تشریح روابط بین مولف ههاي تنش که باعث شکست می شوند برعهـدهمعیارهاي شکست است.
شکست در سنگ هاي سالم بصورت برش و خمشی و سایر فرم هاي شکست شامل شکست لغزشی، شکست ناشی از واژگونی و شکست ناشی از ترکیب لغزش و واژگونی می باشد.
پس بنابر آنچه گذشت پایداري شیب متاثر از مقاومت مواد و عامل تأثیرگذار در آن ماننـد وضـعیتهیدرولوژي، وضعیت زمین شناسی منطقه و … و نیز وضعیت تنش ها در شیب است.
شکست در معادن چه ناگهانی باشد و چه تـدریجی خسـارت هـاي زیـادي در برخواهـد داشـت کـهتعدادي از آن ها عبارتند از:
• از دست رفتن ماده معدنی
• هزینه اضافی جهت جدا کردن ماده معدنی از باطله که در اثر شکست با آن مخلوط شده است.
• هزینه اضافی جهت تمیز کردن و حمل مواد ریخته شد.
• تاخیر در تولید
• خسارات جانی و صدمات وارد آمده به ماشین آلات
با توجه به تأثیر مهم شکست ها در اقتصاد معادن لازم است علائـم شکسـت همـواره مـورد بررسـیباشند تا بتوان منطقه داراي پتانسیل شکست را در اولین فرصت ها پایدارسازي و کنترل نمود. [2]
2-2- علل شکست
2 -2- 1 – مقدمه
آنچه موجب شکست می شود کاهش شدید مقاومت سنگ و یا افزایش قابل توجه تن شهاي منطقـهاست، بنابراین بررسی عواملی که موجب بروز این دو پدیده و تأثیر در اندازه آن ها می شوند، مـ یتواننـدبعنوان علل شکست مورد توجه قرار گیرند. [1]
نویسندگان مختلف دلایل زیادي را براي شکست معرفی کرده اند که از جمله آن ها حفـر دیـواره بـاشیب زیاد، شیب ظاهري و توپوگرافی لایه ها، ارتفاع دیواره شیب، وجود آب و فشار آب منفذي ، بـرشدر پاشنه، وارد شدن ضربه یا لرزش زیاد به زمین و بطور کلی عملکرد زلزلـه و نیروهـاي بـالقوه دیگـر،وضعیت تکتونیکی و زمین شناسـی (گسـل، درزه و لایـه بنـدي، تـرك و …)، لیتولـوژي خـواص مصـالحتشکیل دهنده دیواره، موقعیت و تعداد ناپیوستگ یها، مقاومت برش سنگ و وضـعیت اسـتحکام سـنگمی باشد.
ولی بطور عمده می توان گفت از آنجائیکه دیواره ها در معادن روباز از مواد متفاوت، از خـاك سسـت
تا سنگ محکم و یکپارچه تشکیل شده اند، توده هاي خاك معمولاً همگن و ایزوتروپ هستند و مقاومت مکانیکی آن ها در پایداري دیواره ها در درجه اول اهمیت قرار دارد، در حالیکه وجود ناپیوسـتگی هـا درسنگ نقش اصلی را در پایداري توده هاي سنگی ایفا می کند.
2 -2- 2 – انفصال هاي زمین شناسی1
بطور کلی در بررسی هاي زمین شناسی با توده سنگ2 سروکار داریم، که به مجمـوع شکسـتگ یهـا وسنگ بکر (ماده سنگ) اطلاق می شود. سنگ بکر به عنوان سنگ اولیه شکسته نشده تعریف می شود.
انفصال ها به سه گروه تقسیم می شوند: [1]
• ترك هاي ریز3
• شکستگی هاي ریز4
• شکستگی هاي بزرگ5 (ناپیوستگی)
3 ریز ترك ها نقائصی در بافت سنگ با عرض کمتر از 1 میکرومتر و طول حدوداً یـک بلـور و 2 تـامولکول آب هستند. عرض شکستگی هاي ریز در حدود 1/0 میلی متر و کمتر است.
اما اصطلاح ناپیوستگی6 که در مباحث زمین شناسی بصورت وسیعی بکـار رفتـه و مهمتـرین عامـلپایداري به شمار می رود، به معنی همان شکستگی هاي بزرگ (عریض تر از 1/0 میلـی متـر ) اسـت . ایـن
کلمه عنوان عامی براي اکثر انواع درزه ها، صفحات لایه بنـدي ضـعیف، صـفحات ضـعیف شیسـتوزیته، زون هاي ضعیف و گسل ها است. در ضمن ناپیوستگی ها، مقاومت کششی پایین و یا صفر دارند.
مشخصه هایی از ناپیوستگی ها، که تأثیر آن ها بر خواص مهندسی توده سنگ اثر می گـذارد عبارتنـداز: راستاي نسبی7، فاصله بندي8، پایایی9، زبري10، مقاومت دیواره، اندازه دانه11، پرکننده12، تعداد سري و اندازه بلوك.

1 – geological separations
2 – rock mass
3 – micro fissures
4 – micro fractures
5 – macro fractures
6 – discontinuity
7 – orientation
8 – spacing
9 – persistence
10 – roughness
11 – aperture
12 – filling
2 -2- 2 -1- وجود سطوح لایه بندي یا زون ضعیف
وجود زون ضعیف یا سطوح لایه بندي در سنگ می تواند موجب ناپایداري شیب سـ نگهـا شـود، ایـناشر یط در سنگ بیشتر مطرح است تا در خاك، در خاك فرض بر این اسـت کـه مقاومـت آن در کلیـهجهات یکسان است، اما بدلیل امکان وجود زون ضعیف یا سطوح لایه بنـدي در میـان سـنگ و امکـانپیدایش ناپیوستگی، مقاومت توده سنگ بطور قابل توجهی کاهش پیدا می کند.
بعضاً مقاومت ناپیوستگی توده سنگ، تا میزان بسیار ناچیز از مقاومت سنگ یکپارچه تقلیل مـی یابـد،لذا بررسی موقعیت سطوح لایه بندي و زون ضـعیف و انـدازه گیـري مقاومـت ناپیوسـتگی تـ ودهسـنگضروري، و می تواند در پیش بینی چگونگی شکست از نظر زمان وقوع و مقیاس شکست و همـین طـورپایدار سازي شیب مؤثر باشد. شکل 2-1 سه نمونه از شـیب سـنگ را نشـان مـی دهـد کـه زونهـايضعیف در میان سنگ هاي نسبتاً سخت قرار گرفته اند.
شکل 2- 1- نمونه اي از قرارگیري زون هاي ضعیف درون سنگ ها[1]
2 -2- 2ال-ف2- – شینقل درش مجاوگسلرت مادر س هشکسنگس ت ب- شیشیب سهات در کنار کوارتزیت ج- باندهاي میکایی در گنیس
شکل 2-2 مقطعی از یک گسل مرکب را نشان می دهد. در قسمت مرکزي ایـن سـ نگهـا بشـدتخرد شده و از مقاومت بسیار کم برخوردارند (الف). طرفین این زون توسط دان ههـاي بسـیار ریـز غالبـاًهم جنس و هم اندازه با رس پوشانیده میشود (ب) که دو سـمت آن را آئینـه گسـل تشـکیل مـ یدهـد .
(جابجـایی )، بعـد از آئینـه گسـل سـنگ هـاي داراي شکسـتگی (د) و سـپس سـ نگهـا سـالم و فاق دشکستگی اند. (ر) به عبارت دیگر در این مناطق اخیر انرژي گسل کافی جهت خرد کردن سـنگ نبـودهو سنگ ها سالم اند. به چنین سکانسی از گسل، گسل مرکب می گویند. [1]
در مناطقی که گسل اتفاق افتاده است مواد زون یا قسمت مرکزي گسل بسیار ضعیف و بـه ترتیـبکه به مناطق سالم نزدیک می شویم کیفیت سنگ ها بهتر میشوند. لذا باید از طراحی شیب در منـاطقمرکزي و نزدیک به مرکز گسل اجتناب ورزید در غیر این صـورت وقـوع شکسـت حتمـی خواهـد بـودبطورکلی تأثیر جابجایی ناشی از گسل عبارتند از:
الف) نیروي بهم چسبی مواد کاهش پیدا خواهد کرد.
‌ب) زاویه اصطکاکی داخلی مواد Φ کاهش پیدا خواهد کرد.
‌ج) به دلیل کاهش زاویه اصطکاك داخلی و کاهش نیروي به مچسبی، مقاومت برشـی نیـز کـاهشمی یابد.
‌د) نفوذپذیري افزایش خواهد یافت نتیجتاً مقاومت برشی مواد کاهش می یابد.
هـ) در طول مناطق گسل زده بالاخص نواحی مشرف به مرکـز هـوازدگی شـدید و ایـن امـر باعـثتضعیف مواد می شود.
2 -2- 3 – خواص توده سنگ
ویژگی هاي پراهمیت توده سنگ، در کنترل زمین در معدنکاري را می توان در موارد زیر بیان نمود:
• مدول الاستیسیته
• مقاومت فشاري
• مقاومت برشی
• مقاومت کششی
• ویژگی هاي اصطکاکی (چسبندگی و زاویه اصطکاك داخلی)
• توان باربري
• وزن مخصوص
که از این میان مهمترین خواصی که در پایداري شیب موثرند عبارتند از زاویـه اصـطکاك داخلـی،نیروي چسبندگی، وزن مخصوص و مقاومت برشی. [7]
2 -2- 4 – آب هاي زیرزمینی
عوامل زیر تأثیرات زیانبار حضور آب هاي زیرزمینی در معادن را نشان می دهد:[1]
• فشار آب : فشار آب از مقاومت برشی سطوح داراي پتانسیل شکست کاسته و در نتیجـه موجـبناپایداري شیب می شود، همچنین فشار آب در ترك هاي کششی موجب افزایش نیروي لغزش خواهـدشد.
• رطوبت : افزایش رطوبت موجب افزایش وزن مخصوص سنگ و هزینه هاي حمل و نقل میشـود .
همچنین تغییرات رطوبت در بعضی از انواع سنگ ها، مخصوصاً در شـیل باعـث تسـریع در هـوازدگی وناپایداري هاي شیب می گردد.
• انجماد : انجماد آب هـاي زیرزمینـی در شـکاف هـا در زمسـتان موجـب افـزایش حجـم شـیار وناپایداري سنگ خواهد شد.
• فرسایش : سطح خاك و نیز شیارهاي پرشده بسته به سرعت جریان آب هاي زیرزمینی فرسـایشپیدا می کنند که این فرسایش در پایداري سطوح تأثیر منفی می گذارد.
• تخلیه : جریان یافتن آب هاي زیرزمینی به سمت معـدن موجـب افـزایش هزینـ ههـاي عملیـاتیخواهد شد مانند هزینه تجهیز پمپ هاي تخلیه و آتشباري در مناطق مرطوب.


مقطع : کارشناسی ارشد

قیمت 25 هزار تومان

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان