مقدمه

پایداری شیب یکی از مباحث مهم معادن روباز می باشد که از مراحل مقدماتی مطالعات آماده سازی معادن سطحی می باشد. اصولاً به منظور کاهش تنش ها و فشارهای وارده از سوی دیواره پله، پلـ ههـا رابصورت شیبدار طراحی می کنند، زیرا سنگ یا خـاک در حالـت شـیبدار فشـار و نیـرو را بهتـر تحمـلمی کند. از طرفی کاهش و افزایش شیب از مقدار واقعی، بعضاً هزینه های زیادی را در برخواهـد داشـتبه همین منظور برای جلوگیری 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 پایداری شیب در فصل اول با معرفـی هندسـه شـیب، بـه کلیـات و راهنماییهـای 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 ای، گوه ای، ورقه ای، واژگونی و … پرداخته شده است.
فصل سوم دربرگیرنده روش های تحلیل پایداری شـیب شـامل روش تجربـی، تعـادل حـدی، آنـالیزعددی و آنالیز احتمالی پایداری شـیب مـ یباشـد . روش تجربـیSMR بـا امتیـازدهی بـه خصوصـیاتتوده سنگ دربرگیرنده شیب، کلاس پایداری آن را مشخص کرده و تحکیمات لازم را معرفـی مـی کنـد .
در ادامه اصول و انواع روش های تعادل حدی در تعیین ضریب ایمنی شیب بیان گردیده است. از دیگـرروش های دقیق تحلیل شیب، روش های آنالیز عددی می باشند. روش هـای عـددی بـا اسـتفاده از نـرمافزارهای مربوطه رفتار تنش و کرنش شیب را تعیین میکنند که در ادامه به بیان کاربرد و تفاوت ایـنروش ها میپردازد. در نهایت رو شهای آنالیز احتمالی پایداری 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 پایداری شیب …………………………………………………………………………………………………5
1-1- 4- هزینه شکست شیب………………………………………………………………………………………………….7
1-2- نگهداری شیب …………………………………………………………………………………………………………….8
1-3- آتشباری کنترل شده در شیب ……………………………………………………………………………………………9
1-4- مدیریت شیب ……………………………………………………………………………………………………………..10
1-4- 1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………..10
1-4- 2- بازرسی و نظارت بر ناپایداری …………………………………………………………………………………………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 های 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 های زمین شناسی …………………………………………………………………………………………..23
2-2- 2- 1- وجود سطوح لایه بندی 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 های زیرزمینی …………………………………………………………………………………………………………28
2-2- 4- 1- تأثیر عوامل هیدرولوژی در ناپایداری شیب………………………………………………………………………….28
2-2- 4- 2- تأثیر ترکیبی از گسل و هیدرولوژی بر ناپایداری شیب ……………………………………………………………31
2-2- 4- 3- تأثیر رطوبت بر ناپایداری شیب ………………………………………………………………………………………32
2-2- 5- تأثیر انفجار بر شکست …………………………………………………………………………………………………34
2-2- 5- 1- مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………..34
2-2- 5- 2- آتشباری ضربه گیر …………………………………………………………………………………………………35
2-2- 5- 3- آتشباری پیش شکافی ……………………………………………………………………………………………35
2-2- 5- 4- آتشباری ملایم……………………………………………………………………………………………………….37
2-3- انواع شکست ………………………………………………………………………………………………………………39
2-3- 1- سطوح شکست صاف ………………………………………………………………………………………………….39
2-3- 1- 1- برش صفحه ای یا شکست صفحه ای …………………………………………………………………………..39
2-3- 1- 2- شکست صفحه ای با مسیر پلکانی ………………………………………………………………………………40
2-3- 1- 3- شکست گوه ای …………………………………………………………………………………………………….41
2-3- 1- 4- شکست گوه ای با مسیر پلکانی ………………………………………………………………………………….41
2-3- 1- 5- شکست دوبلوکی …………………………………………………………………………………………………..42
2-3-1-6- شکست ورقه ای ……………………………………………………………………………………………………..42
2-3- 2- سطوح شکست غیرمستوی ………………………………………………………………………………………….43
2-3- 2- 1- شکست دایره ای (قاشقی)……………………………………………………………………………………….43
2-3- 3- سایر مدل های شکست………………………………………………………………………………………………45
2-3- 3- 1- جریان بلوک …………………………………………………………………………………………………………45
2-3- 3- 2- شکست سنگریزه ای …………………………………………………………………………………………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 بندی 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 پایداری شیب

3-1- جمع آوری اطلاعات…………………………………………………………………………………………………….51
3-1- 1- زمین شناسی و ساختارهای عمده………………………………………………………………………………53
3-1- 2- بافت سنگ …………………………………………………………………………………………………………53
3-1- 3- خصوصیات سنگ …………………………………………………………………………………………………..54
3-1- 4- هیدرولوژی …………………………………………………………………………………………………………..54
3-1- 5- اندازه گیری تنش …………………………………………………………………………………………………..55
3-2- روش های تحلیل پایداری شیب ………………………………………………………………………………………55
3-2- 1- امتیاز توده شیب(SMR) …………………………………………………………………..ا……………………….55
3-2- 1- 1- کلاس های پایداری شیب ………………………………………………………………………………………59
3-2- 1- 2- ملاحظات نگهداری …………………………………………………………………………………………….. 60
3-2- 1- 3- روش SMR اصلاح شده…………………………………………………………………………………………. 60
3-2- 2- روش های براساس تعادل حدی…………………………………………………………………………………… 63
3-2- 2- 1- روش های مبتنی بر تعادل گشتاور کلی……………………………………………………………………… 63
3-2- 2- 2- روش های مبتنی بر تعادل نیروها……………………………………………………………………………… 64
3-2- 2- 3- روش های مبتنی بر تعادل نیروها و گشتاور …………………………………………………………………. 64
3-2- 3- روش های آنالیز عددی پایداری شیب ها ……………………………………………………………………….. 65
3-2- 3- 1- روش های اجزاء محدود (FEM)………………………………..ا………………………………………………. 66
3-3- 3- 2- روش های تفاوت های محدود …………………………………………………………………………………. 68
3-3- 4- 3- روش اجزاء مجزا …………………………………………………………………………………………………..70
3-3- 3- 4- روش عناصر مرزی ………………………………………………………………………………………………..72
3-3- 4- تحلیل براساس مدل های فیزیکی …………………………………………………………………………………..73
3-3- 5- روش های آنالیز احتمالی پایداری شیب ها ………………………………………………………………………..74

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

نتیجه گیری ………………………………………………………………………………………………………………………78 پیشنهادات ………………………………………………………………………………………………………………………..80

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

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

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

فهرست جدو لها

جدول 1-1- نقش پایداری شیب در مراحل مختلف معدنکاری به روش روباز ……………………………………………….5

جدول 1-2- جدول پیشنهادی نظارت ……………………………………………………………………………………………15

جدول 1-3- اطلاعات مورد نیاز برای …………………………………………………………………………………………….17
جدول 2-1- نیروی به هم چسبی، زاویۀ اصطکاک داخلی به وزن مخصوص بعضی سنگ ها و خاک ها ……………….. 26

جدول 2-2- مقادیر پیشنهادی برای آشتباری ملایم و پیش شکافی ………………………………………………………. 36

جدول 3-1- مقادیر ضرایب تصحیح مربوط به جهت گیری های مختلف درزه ها………………………………………………54

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

جدول 3-3- کلاس های مختلف پایداری بر اساس مقادیر SMR …………………….ا………………………………………….57

جدول 3-4- مقادیر SMR برای هر گروه نگهداری ………………………………………………………………………………….58

جدول 3-5- نگهداری های توصیه شده برای کلاس های 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 ای از قرار گیری زون های 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 معدنکاری ……………………………………………………………………………………….30 شکل 2-7- تأثیر ترکیب گسل و هیدرولوژی در پایداری ……………………………………………………………………………31 شکل 2-8- شرط لغزش شکست صفحه ای ……………………………………………………………………………………….37 شکل 2-9- شکست صفحه ای ………………………………………………………………………………………………………38 شکل 2-10- شکست صفحه ای با مسیر ………………………………………………………………………………………….38 شکل 2-11- شکست گوه ای ……………………………………………………………………………………………………….39 شکل 2-12- شکست گوه ای با مسیر ……………………………………………………………………………………………..39 شکل 2-13- شکست دو بلوکی ……………………………………………………………………………………………………..40 شکل 2-14- شکست غیر دایره ای ………………………………………………………………………………………………….41 شکل 2-15- شکست سنگریزه ای ………………………………………………………………………………………………….44 شکل 2-16- شکست واژگونی ……………………………………………………………………………………………………….44 شکل 2-17- آزمون حرکت شناختی برای 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 ای …………………………………………………………………………………………………….. 56
شکل 3-2- تحلیل پایداری شیب به روش تفاضل محدود و بردارهای جابجایی حاصله ……………………………………….. 67

 

فصل اول شیب در معادن سطحی
1-1- کلیات
1 -1 -1 – مقدمه
پایداری شیب یکی از مباحث مهم معادن روباز می باشد که در زیر مجموعه مباحث ژئومکانیکی کـهخود نیز یکی از مراحل مقدماتی مرحله آماده سازی 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، هیـدرولوژی و ژئوفیزیـک کـاربرد دارد کـه ایـن علـوم شـاملطراحی و ساخت پروژه هایی نظیر معدنکاری، تونلسازی، مهندسی پی، حفاری شیب های سنگی، سدها، شفت ها، گمانه ها، چاه های مخازن نفت، ساختمان مخازن زیرزمینی نفت و گـاز و مخـازن باطلـه هـایخطرناک 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 ، ترازهای کاری 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 باعـثناپایداری هایی خواهد شد. بعنوان مثال زمانیکه لایه بندی با شیب ْ 40 به سمت گـودال معـدن داشـ ته باشیم، طراحی زاویه ْ 40 بعنوان شیب نهایی، برش لایه بندی را در پـی خواهـد داشـت. کـه در صـورتبزرگتر بودن شیب نهایی از زاویه اینتررمپ موجب ناپایداری اینتررمپ خواهد شد. [2]
1 -1 -3 – اهمیت پایداری شیب
اصولاً به منظور کاهش تنش ها و فشارهای وارده از سوی دیـواره پلـه، پلـ ههـا را بصـورت شـ یبدار طراحی می کنند، زیرا سنگ یا خاک در حالت شیبدار فشار و نیرو را بهتر تحمل مـی کننـد . از طرفـیکاهش و افزایش شیب از مقدار واقعی بعضاً هزینه های زیادی را در برخواهد داشت بهمین منظور برای جلوگیری از این هزینه ها در مرحله طراحی بایستی شیب بهینه پله هـا و شـیب نهـایی معـدن تعیـینشود. [1]
معلوم شده است که انتخاب زاویه ای ایمن برای شیب سنگ، از تلاش برای سرپا نگه داشـتن آن بـرشیبی غیر طبیعی، با تکیه گاههای مصنوعی ارزانتر تمام می شود، زیرا وقتی یک سنگ مرتفع شروع بـهحرکت می کند، نیروهای لازم برای نگه داشتن آن بسیار عظیم است. جدول 1-1 نقش پایداری شـیبرا در مراحل مختلف معدنکاری روباز نشان می دهد.
به منظور پی بردن به نقش پایداری شیب در برنامه ریزی طراحی و هزینه هـای معـدنکاری بایـد بـهعواملی که در درآمد و هزینه های معدن روباز موثرند توجه داشت. این عوامل به شـش گـروه بـه شـرحزیر تقسیم می شوند:
• قیمت فعلی محصول نهایی معدن
• پیش بینی میزان تقاضای محصول نهایی در آینده و پیش بینی قیمت
• میزان تولید
• هزینه های تولید
• میزان ذخیره
• نسبت W/O
جدول 1- 1- نقش پایداری شیب در مراحل مختلف معدنکاری به روش روباز[1]
v کاهش نسبت W/O
v کاهش زمان برگشت به سرمایه v افزایش ذخیره معدنی قابل استخراج از نظر
اقتصادی در مرحله
طراحی
v کنترل بهتر دیواره های معدن
v کنترل بهتر آب های سطحی و زیرزمینی v شرایط معدنکاری بهتر از نظر ایمنی
v امکان انفجار دلخواه به منظور دسترسی به خرد شدن بهتر وجود دارد، لذا هزینه های حفاری و انفجار ثانویه کاهش می یابد. از نظر
اقتصادی 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
اقتصادی پیش بینی
شکست
v امکان ادامه عملیات با مینیمم احتمال ریسک از نظر ایمنی
از میان عوامل فوق، میزان ذخیره و نسبت باطله بـرداریW/O متـاثر از شـیب معـدن مـ یباشـند،افزایش شیب باعث کاهش باطله برداری 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 پایـداریدیواره های 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 های ناشی از شکست می شود. [1]
به دلیل تنوع ساختارهای زمین شناسی و همچنین تنوع خصوصـیات سـنگ زاویـه شـیب واحـدیوجود ندارد که در همه موارد، کمتر از آن هیچ ناپایداری رخ نـداده و بـالاتر از آن همـواره شکسـت رخدهد.
در زوایای پرشیب تر، هزینه ناپایداری بسیار سریع تر از سود افزایش پیدا می کند. بنـابراین مـاکزیمممنحنی سود خالص از تفاضل هزینه های ناپایداری شیب و سود ناخالص بدست می آید.
طراحی شیب، فرآیند تشخیص زاویه بهینه برای بکارگیری در معدن است. پایـداری شـیب بعنـوانبخشی از طراحی شیب، بصورت پیش بینی ناپایداری ها بعنوان تابعی از زاویه شیب تعریف می شود.
یکی از عوامل دیگری که در کنار عامل اقتصادی، اهمیـت پا یـداری شـیب را دوچنـدان مـی کنـد،مسئله ایمنی است که خود باعث تلفات مالی و جانی جبران ناپذیری خواهد شد. [2]
1 -1 -4 – هزینه شکست شیب
با داشتن تعداد شکست های قابل انتظار و تناژ آن ها می توان هزینه شکست شیب را محاسـبه کـرد.
این هزینه ها عبارتند از خاک برداری حجم ریخته شده، مرمت راه های حمل و نقل، تعمیـر تجهیـزات،کاهش راندمان تولید به علت گسست عملیات، ارزش مواد معدنی از دست رفته در حجم ریخته شـده وهزینه های مهندسی.
روشی که برای 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 برای مقابله بـا آن شکسـت تهیـهمی کنند و هزینه آنرا تخمین می زنند. این آینده نگری 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 احتمـالناپایداری های شیب را کاهش خواهند داد.
1-2- نگهداری شیب
تکنیک های نگهداری زمین از قبیل کابل مهاری کاربرد گسترده ای در معادن روباز نداشـ تهانـد هـرچند که مؤثر بودن این تکنیک ها در معدنکاری زیرزمینی و ساخت و سازه های 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 های اقتصادی تعریف می کنند، تغییرات قیمت کالا یا هزینـه هـای اجرایـی باعـث تغییـرشیب می شود. در مواقعی که احتمال معقولی برای پیشروی جدید وجود داشـته باشـد، کـه لازم باشـدکابل ها خارج شوند، توجیه هزینه کابل مهاری مشکل می شود. عامل دیگر که برای مهار کابلی مشـکلایجاد می کند، عامل خوردگی است به ویژه در معادن مس که آب اسیدی معدن بسـیار خورنـده اسـت.
در پیت های بزرگ که طول بولت ها متجاوز از 15 متر میشود و شـامل شکسـ تهـای بـالقوه سـطحیمی گردد، بولت گذاری، مشکل و گران خواهد بود.[1]
کاربرد فعلی نگهداری که مخصوصاً در استرالیا بکار گرفته شده است بولت گذاری سطوح پل هها برای کاهش لغزش و شیب دار کردن سطوح آن هاست. با کاهش لغزش، پله های ایمنی را می تـوان باریـک تـردر نظر گرفت که در صورت ثابت بودن هندسه شکست های چند پلـه ای زاویـه اینتررمـپ را مـی تـوانافزایش داد. در بعضی موارد می توان با استفاده از ترکیب بولت گذاری و نصب مـش بـرای جلـوگیری ازریزش، پله ایمنی را حذف کرد.
موقعیت های خاصی وجود دارند که بولت گذاری موجه می باشد. حتی شکست های کوچـک مقیـاسمی توانند باعث آسیب پذیری تجهیزات داخل پیت از قبیل سن گشکن ها و نوار نقاله ها شوند و منجر بـهتحمیل هزینه های سنگین بابت تعمیر و توقـف طـولانی مـدت کـار بـرای تعمیـر یـا جـایگزینی ایـنتجهیزات شوند. در چنین مواقعی برای افزایش اطمینان از شیبها کـه روی تجهیـزات تـأثیر خواهنـدداشت بولت گذاری مناسب خواهد بود. به عنوان مثال بولت گذاری در جاده های 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 ای 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 تهای کاملاً تزریقی غیرکششی نسبت به بولتهای 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 ترک ایجاد کند کـه در اینصـورتبولت در معرض خوردگی قرار خواهد گرفت. بدون شک ظرفیت بولت های کششی هزینـه هـای بیشـترآن را موجه میسازد. برای پایدارسازی شکست های ریزشی مداوم تاثیرگذار روی جاده های 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
پایداری شیب، نسبت مقاومت مواد به تنش ها در شیب تعریـف مـی شـود ، بعبـارت دیگـر شکسـتعبارتست از مکانیسم گسیختگی سنگ، که آن را میتوان بعنوان فرآیندهای دربرگیرنده کاهش شـدیدولو موقتی چسبندگی، کاهش توان پایداری در مقابل تفاضل تنش ها، جدایش به دو قسمت یا بیشتر و آزاد شدن انرژی ذخیره شده کرنش کشسان تعریف نمود.
عموماً شکست را به دو نوع اصلی با نام های شکست گسترشی و شکست برشی تقسـیم مـی کننـد .
اگر تنش های 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 پایـداریمی باشد.
بدلیل تنوع خصوصیات سن گها و عدم امکان در اندازه گیری 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 ناهمسـانگردی 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 متـریتغییرات قابل ملاحضه داشته باشد. از این حیث برای بررسی شکستگی سنگ را بـه دو دسـته سـالم وغیرسالم دسته بندی 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 ههای تنش که باعث شکست می شوند برعهـدهمعیارهای شکست است.
شکست در سنگ های سالم بصورت برش و خمشی و سایر فرم های شکست شامل شکست لغزشی، شکست ناشی از واژگونی و شکست ناشی از ترکیب لغزش و واژگونی می باشد.
پس بنابر آنچه گذشت پایداری شیب متاثر از مقاومت مواد و عامل تأثیرگذار در آن ماننـد وضـعیتهیدرولوژی، وضعیت زمین شناسی منطقه و … و نیز وضعیت تنش ها در شیب است.
شکست در معادن چه ناگهانی باشد و چه تـدریجی خسـارت هـای زیـادی در برخواهـد داشـت کـهتعدادی 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 دارای پتانسیل شکست را در اولین فرصت ها پایدارسازی 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 شهای 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 زیادی را برای شکست معرفی کرده اند که از جمله آن ها حفـر دیـواره بـاشیب زیاد، شیب ظاهری و توپوگرافی لایه ها، ارتفاع دیواره شیب، وجود آب و فشار آب منفذی ، بـرشدر پاشنه، وارد شدن ضربه یا لرزش زیاد به زمین و بطور کلی عملکرد زلزلـه و نیروهـای بـالقوه دیگـر،وضعیت تکتونیکی و زمین شناسـی (گسـل، درزه و لایـه بنـدی، تـرک و …)، لیتولـوژی 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 خـاک سسـت
تا سنگ محکم و یکپارچه تشکیل شده اند، توده های خاک معمولاً همگن و ایزوتروپ هستند و مقاومت مکانیکی آن ها در پایداری دیواره ها در درجه اول اهمیت قرار دارد، در حالیکه وجود ناپیوسـتگی هـا درسنگ نقش اصلی را در پایداری توده های سنگی ایفا می کند.
2 -2- 2 – انفصال های زمین شناسی1
بطور کلی در بررسی های 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]
• ترک های ریز3
• شکستگی های ریز4
• شکستگی های بزرگ5 (ناپیوستگی)
3 ریز ترک ها نقائصی در بافت سنگ با عرض کمتر از 1 میکرومتر و طول حدوداً یـک بلـور و 2 تـامولکول آب هستند. عرض شکستگی های ریز در حدود 1/0 میلی متر و کمتر است.
اما اصطلاح ناپیوستگی6 که در مباحث زمین شناسی بصورت وسیعی بکـار رفتـه و مهمتـرین عامـلپایداری به شمار می رود، به معنی همان شکستگی های بزرگ (عریض تر از 1/0 میلـی متـر ) اسـت . ایـن
کلمه عنوان عامی برای اکثر انواع درزه ها، صفحات لایه بنـدی ضـعیف، صـفحات ضـعیف شیسـتوزیته، زون های 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: راستای نسبی7، فاصله بندی8، پایایی9، زبری10، مقاومت دیواره، اندازه دانه11، پرکننده12، تعداد سری و اندازه بلوک.

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 بندی یا زون ضعیف
وجود زون ضعیف یا سطوح لایه بندی در سنگ می تواند موجب ناپایداری شیب سـ نگهـا شـود، ایـناشر یط در سنگ بیشتر مطرح است تا در خاک، در خاک فرض بر این اسـت کـه مقاومـت آن در کلیـهجهات یکسان است، اما بدلیل امکان وجود زون ضعیف یا سطوح لایه بنـدی 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 بندی و زون ضـعیف و انـدازه گیـری مقاومـت ناپیوسـتگی تـ ودهسـنگضروری، و می تواند در پیش بینی چگونگی شکست از نظر زمان وقوع و مقیاس شکست و همـین طـورپایدار سازی شیب مؤثر باشد. شکل 2-1 سه نمونه از شـیب سـنگ را نشـان مـی دهـد کـه زونهـایضعیف در میان سنگ های نسبتاً سخت قرار گرفته اند.
شکل 2- 1- نمونه ای از قرارگیری زون های ضعیف درون سنگ ها[1]
2 -2- 2ال-ف2- – شینقل درش مجاوگسلرت مادر س هشکسنگس ت ب- شیشیب سهات در کنار کوارتزیت ج- باندهای میکایی در گنیس
شکل 2-2 مقطعی از یک گسل مرکب را نشان می دهد. در قسمت مرکزی ایـن سـ نگهـا بشـدتخرد شده و از مقاومت بسیار کم برخوردارند (الف). طرفین این زون توسط دان ههـای 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 هـای دارای شکسـتگی (د) و سـپس سـ نگهـا سـالم و فاق دشکستگی اند. (ر) به عبارت دیگر در این مناطق اخیر انرژی 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 مرکزی گسل بسیار ضعیف و بـه ترتیـبکه به مناطق سالم نزدیک می شویم کیفیت سنگ ها بهتر میشوند. لذا باید از طراحی شیب در منـاطقمرکزی و نزدیک به مرکز گسل اجتناب ورزید در غیر این صـورت وقـوع شکسـت حتمـی خواهـد بـودبطورکلی تأثیر جابجایی ناشی از گسل عبارتند از:
الف) نیروی بهم چسبی مواد کاهش پیدا خواهد کرد.
‌ب) زاویه اصطکاکی داخلی مواد Φ کاهش پیدا خواهد کرد.
‌ج) به دلیل کاهش زاویه اصطکاک داخلی و کاهش نیروی به مچسبی، مقاومت برشـی نیـز کـاهشمی یابد.
‌د) نفوذپذیری 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 های پراهمیت توده سنگ، در کنترل زمین در معدنکاری را می توان در موارد زیر بیان نمود:
• مدول الاستیسیته
• مقاومت فشاری
• مقاومت برشی
• مقاومت کششی
• ویژگی های اصطکاکی (چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی)
• توان باربری
• وزن مخصوص
که از این میان مهمترین خواصی که در پایداری شیب موثرند عبارتند از زاویـه اصـطکاک داخلـی،نیروی چسبندگی، وزن مخصوص و مقاومت برشی. [7]
2 -2- 4 – آب های زیرزمینی
عوامل زیر تأثیرات زیانبار حضور آب های زیرزمینی در معادن را نشان می دهد:[1]
• فشار آب : فشار آب از مقاومت برشی سطوح دارای پتانسیل شکست کاسته و در نتیجـه موجـبناپایداری شیب می شود، همچنین فشار آب در ترک های کششی موجب افزایش نیروی لغزش خواهـدشد.
• رطوبت : افزایش رطوبت موجب افزایش وزن مخصوص سنگ و هزینه های حمل و نقل میشـود .
همچنین تغییرات رطوبت در بعضی از انواع سنگ ها، مخصوصاً در شـیل باعـث تسـریع در هـوازدگی وناپایداری های شیب می گردد.
• انجماد : انجماد آب هـای زیرزمینـی در شـکاف هـا در زمسـتان موجـب افـزایش حجـم شـیار وناپایداری سنگ خواهد شد.
• فرسایش : سطح خاک و نیز شیارهای پرشده بسته به سرعت جریان آب های زیرزمینی فرسـایشپیدا می کنند که این فرسایش در پایداری سطوح تأثیر منفی می گذارد.
• تخلیه : جریان یافتن آب های زیرزمینی به سمت معـدن موجـب افـزایش هزینـ ههـای عملیـاتیخواهد شد مانند هزینه تجهیز پمپ های تخلیه و آتشباری در مناطق مرطوب.


مقطع : کارشناسی ارشد

قیمت 25 هزار تومان

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان