مقدمه

نشست یک نتیجه طبیعی از کند و کاو زیر زمینی است و زمانی که یک حفره به وجود می آید طبیعت بهدنبال یک شکل ژئـولوژیکی ثابت تر خواهـد رفت که نتیجه آن فرو ریختــن این محیط خالی و تلفیقکردن مواد، تحت فشار جدید می باشد که این امر منجر به تأثیرات بر روی لایه های اساسی زمین خواهدشد   .

یکی از عواقب فعالیت های معدنی نشست زمین در اثر استخراج زیر زمینی مواد معدنی می باشد که بعضاًخسارات جبران نا پذیری را به تأسیسات، ساختمان ها، جنگل ها و غیره، که در بالای بخش معدن کاریشده قرار گرفته اند، وارد می آمد از دیدگاه زیست محیطی این پدیده موجب بروز تغییراتی در محیط زیستمی شود که معمولاً با به هم خوردن وضعیت تعادل زیست جانداران همراه است. به طور کلی نشست میتواند موجب بروز آلودگی آب های زیر زمینی و سطحی، تغییر ظرفیت مخازن آب زیر زمینی، تغییر دبیجریان های آب زیر زمینی و سطحی، هرز روی آب در سفره های آب زیر زمینی و جریان های سطحی ،

تغییر مسیر جریان آب رودخانه ها ،تغییر در پوشش سطحی و جنگل ها، تغییر در چهره زیست گاه هایطبیعی و تغییر در خواص خاک گردد. همچنین نشست چه در سطح زمین و چه در زیر زمین می تواندآسیب هایی را به سازه های واقع در محدوده شامل ساختمان ها، جاده ها، پل ها، خطوط راه آهن، شبکههای انتقال آب، کابل های نوری، دکل های انتقال برق، دکل های مخابراتـــی، منابع نگهداری آب وسوخت، تونلها، چاه ها، کارگاه های استخراج و چاه های نفت و آب وارد آورد. و لذا در مناطقی که ذخایرمعدنی در زیر مناطق مسکونی، صنعتی و یا کشاورزی قرار دارند شناخت این پدیده از اهمیت بالایی

برخوردار می باشد.

مکانیزم نشست در لایه های افقی نسبت به لایه های شیب دار شناخته شده تر است. این شناخت به علتسادگی و همچنین تعدد تحقیق های انجام گرفته در این زمینه است. یکی از ویژگی های نشست در اثر استـخراج لایه های شیب دار، شکل نا متقارن پروفیل نشست است. دراین حالت، پروفیل نشست در طرفی که به قسمت کم عمق کارگاه استـــــخراج نزدیک تر است از گسترشکمتری برخوردار است و در آن طرف که به قسمت عمیق تر کارگاه استـخراج نزدیک است، گسترشبیشتری دارد. این شرایط موجــــب شده است که در لایه های شیب دار محل وقوع حداکثر نشست دروسط پروفیل نشســت قرار نگیرد. در حالی که محل وقوع حداکثر نشست در استخراج لایه های افقیدرست در مرکز پروفیل نشست و بالای مرکز کارگاه استخراج قرار دارد. همین ویژگی های پروفیل نشستدر لایه های شیب دار موجب می شود تا پیش بینی نشست در این شرایط نسبت به لایه های افقی دشوارترگردد.

در اکثر کشورهای جهان قوانین بسیار سختی وجود دارد که بهره برداران معادن را مجبور می سازد خساراتناشی از نشست را جبران نمایند و از آن جا که جبران این خسارت ممکن است هزینه بسیار بالایی داشتهباشد لذا سعی می شود در وهله نخست از بروز پدیده نشست جلوگیری شود و یا در صورت بروز نشست ،خسارات ناشی از آن کاهش یابد. تغییر مکان سطح زمین دارای دو مؤلفه قائم و افقی می باشد، که منظور ازنشست فقط مؤلفه قائم این تغییر مکان است که در قسمت مرکزی منطقه استخراجی دیده می شود و درصورت وجود مولفه افقی به آن جا بجایی می گویند.

برای پیش بینی نشست در اثر معدن کاری زیر زمینی روش های متعددی از جمله، روش های تجربی، روشهای تحلیلی، روش توابع تأثیر و غیره ارائه شده اند. در روشهای تجربی برای پیش بینی نشست در یک ناحیه مشخص، بر اساس مشاهدات و اندازه گیری هایانجام شده در آن ناحیه، نمودار یا رابطه ای به دست می آید که بااستفاده از این نمودار یا رابطه، می توان

نمشست در هر نقطه از ناحیه را محاسبه کرد. روابط به دست آمده از روش های تجربی فقط برای منطقه ایکه این روابط برای آن محاسبه شده و یا مناطقی که از زمین شناسی و معدن کاری مشابه آن منطقههستند ،قابل استفاده خواهد بود.

در روش های تحلیلی جهت پیش بینی نشست باید مدلی از توده سنگ پوششی و ابعاد استخراجی شبیهسازی شود، که برای نیل به این هدف می توان از روش های عددی از جمله روش المان های محدود، روشالمان های مرزی و روش المان های مجزا استفاده کرد.

 از بین این روش ها ،روش توابع تأثیر بیش از دیگر روش ها مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است و توابعتأثیر مختلفی برای پیش بینی نشست ارائه گردیده است. اساس کار این روش به این ترتیب است که سطحمنطقه استخراجی بعه مجموعه ای از المان های کوچک تقسیم می شود و تأثیر استخراج هر یک از اینالمان ها با تابع تأثیر مشخص می شود که برای پیش بینی شکل و مقدار نشست باید اثرز همه المان هایموجود را با یکدیگر جمع کرد.   سمینار حاضر در سه فصل تهیه گشته است. در فصل اول، کلیاتی در مورد نشست، از جمله پارامتر هاینشست، انواع نشست، درفصل دوم تأثیر روش های استخراج در نشست سطح زمین و در فصل سوم عوارضنشست، روش های پیش بینی و جلوگیـری از خسارات نشست و مقایسه پروفیل نشست در لایه های افقی وشیبدار بیان گشته است.

نشست در اثر استخراج مواد معدنی و عوارض و روش های پیش بینی نشست

نشست در اثر استخراج مواد معدنی و عوارض و روش های پیش بینی نشست

 فهرست مطالب 

چکیده…………………………………………………………………………………………………………1

مقدمه………………………………………………………………………………………………………..2

فصل اول : کلیات                                                   

1-1- نشست   …………………………………………………………………………………………… 6

1-2- پارامتر های نشست ……………………………………………………………………………..  7

1- 2- 1- گودال نشست ………………………………………………………………………………….7

1- 2- 2- زاویه تأثیر  ………………………………………………………………………………………  7

1- 2- 3- زاویه کشش  …………………………………………………………………………………. 7

1- 2- 4- زاویه شکست  ………………………………………………………………………………. 8

1- 2- 5- شعاع تأثیر  …………………………………………………………………………………. 8   

1- 2- 6- حداکثر نشست …………………………………………………………………………….. 8

1- 2- 7- سطح بحرانی  ……………………………………………………………………………… 8

2- 8- نقطه عطف……………………………………………………………………………………….. 9

1-3- انواع نشست  ……………………………………………………………………………………  10

1- 3- 1- نشست های طبیعی  ………………………………………………………………………. 11

1- 3- 2- نشست در اثر استخراج نفت، گاز و آب  …………………………………………………….11

  فصل دوم : نشست در اثر استخراج مواد معدنی

2- 1-  نشست ناپیوسته در اثر استخراج به روش های تخریبی- الف) تخریب بلوکی ………….17

2- نشست ناپیوسته در اثر استخراج به روشهای تخریبی – ب) تخریب در طبقات فرعی……… 19

2-4- تأثیر روش های استخراج در نشست سطح زمین………………………………………………21

2- 4- 1- نشست در روش جبهه کار طولانی …………………………………………………………  21

2- 4- 2- نشست در روش اطاق و پایه………………………………………………………………….. 23

2- 4- 3- نشست در روش جبهه کار کوتاه  ………………………………………………………………23

2- 4- 4- نشست در روش تخریب بزرگ ………………………………………………………………… 23

2- 4- 5- نشست در روش تخریب طبقات فرعی ……………………………………………………….24

2- 4- 6- نشست در روش طبقات فرعی …………………………………………………………….. 24

2- 4- 7- نشست در روش انباره ای …………………………………………………………………. 24

2- 4- 8- نشست در روش کندن و آکندن ………………………………………………………….. 24

فصل سوم : عوارض و روش های پیش بینی نشست

3-1- عوارض نشست ……………………………………………………………………………………… 27

3- 1- 1- تأثیر نشست بر محیط زیست …………………………………………………………………..27

1 2- تاثیر نشست بر سازه های مصنوعی………………………………………………………………. 28

3-2- روش های پیش بینی نشست ……………………………………………………………………… 29

3- 2- 1- روش تئوری …………………………………………………………………………………………..29

3- 2- 2- روش تابع پروفیل……………………………………………………………………………………. 30

3- 2- 3- روش تجربی ………………………………………………………………………………………..31

3- 2- 4- روش عددی …………………………………………………………………………………………32

2- 5- روش تابع تأثیر………………………………………………………………………………………… 34

روش های جلوگیری از خسارات نشست………………………………………………………………. 35

عوامل موثر در نشست حاصل از انجام عملیات معدن کاری…………………………………………….. 37

3- 4- 1- ضخامت موثر لایه ……………………………………………………………………………………37

3- 4- 2- تعداد لایه  …………………………………………………………………………………………….37

3- 4- 3- عمق لایه  ………………………………………………………………………………………….. 38

3- 4- 4- شیب لایه  …………………………………………………………………………………………. 38

3- 4- 5- کیفیت سنگ سقف و کف معدن …………………………………………………………………. 39

3- 4- 6- طبیعت پوشان سنگ  …………………………………………………………………………….. 39

3- 4- 7- زمین شناسی در نزدیک سطح زمین ……………………………………………………………….39

3- 4- 8- ناپیوستگی زمین شناسی  ……………………………………………………………………….. 40

3- 4- 9- تنش برجا ……………………………………………………………………………………………. 40

3- 4- 10- درصد استخراج  ……………………………………………………………………………………40

3 4 11- توپوگرافی سطح   ……………………………………………………………………………………40

3- 4- 12- آب های زیر زمینی ………………………………………………………………………………….41

3- 4- 13- سطح معدن کاری شده …………………………………………………………………………….41

3- 4- 14- روش استخراج  ……………………………………………………………………………………..41

3- 4- 15- سرعت معدن کاری ………………………………………………………………………………. 41

4- 16- پر کردن کارگاه………………………………………………………………………………………….. 42

3-5- نظریه پنگ در رابطه با رفتار مکانیکی طبقات در بالای کارگاه استخراج……………………………… 42

3- 5- 1- ناحیه تخریب شده ………………………………………………………………………………………42

3- 5- 2- ناحیه شکسته  ……………………………………………………………………………………….. 43

3- 5- 3- ناحیه تغییر شکل پیوسته ……………………………………………………………………………. 43

5- 4- ناحیه خاک  ………………………………………………………………………………………………….43

3-6- پروفیل نشست در لایه های افقی و شیبدار …………………………………………………………… 44

فصل چهارم : نتیجه گیری و پیشنهادات                                                            

منابع و ماخذ …………………………………………………………………………………………………….49

فهرست منابع فارسی  ……………………………………………………………………………………….. 49

فهرست منابع لاتین …………………………………………………………………………………………….49

  فهرست جدول ها

 

3- 1-  تقسیم بندی شیب لایه ……………………………………………………………………………… 38   

  فهرست شکل ها                                           

1- 1-  ایجاد نواحی گستردگی و فشردگی در اثر استخراج مواد معدنی ………………………………….  6

1- 2-  مفهوم سطح بحرانی، فوق بحرانی و زیر بحرانی ………………………………………………………9

1- 3-  منحنی نشست و جابجایی در اثر معدن کاری زیر زمینی ……………………………………………10

4- چگونه کرد وقوع نشست…………………………………………………………………………………….. 12

1- نشست از نوع پیوسته در اثر استخراج به روش جبهه کار بلند ……………………………………………14

2-  2-نشست زمین از نوع نا پیوسته – (الف) در اثر استخراج به روش تخریب بلوکی و (ب) در اثر استخراج به روش تخریب در طبقات فرعی (تخریب پیاپی سقف) ……………………………………………………………………………..  15

2- 3-  نوع خاصی از نشست ناپیوسته موسوم به (الف): دودکشی (Chimney type) و (ب): سمبه ای  (Plug type)    ……………………………………………………………………………..ا…………………………………………15                              4-  مکانیزم نشست دودکشی در توده های سست  ……………………………………………………….. 16

2- 5-  مثالی از یک نشست غیر پیوسته در اثر استخراج به روش تخریب بلوکی در معدن برات “Jeniter” در کالیفرنیا  …………………………………………………………………………………………………………………………….17                        –  تشکیل دودکش به صورت ثانوی در توده نشست کرده قبلی در روش تخریب بلوکی که معمولاً در تخلیه غیر یکنواخت نقاط تخلیه حادث می شود …………………………………………………………………………………………………. 18

2- 7-  نشست در کمر بالا در اثر استخراج به روش تخریب در طبقات فرعی ………………………………………19

2- 8-  نشست به صورت واژگونی طبقات کمر بالا در روش استخراج تخریب در طبقات فرعی ………………… 20

2- 9-  مقطع تیپیک از نشست پیوسته نشان دهنده علائم استاندارد و پروفیل های نشست در شرایط مختلف ………………………………………………………………………………………………………………………………21

10- مقطع عرضی از روش جبهه کار طولانی…………………………………………………………………………. 22

1- تأثیر نشست بر طبیعت……………………………………………………………………………………………… 27

3- 2-  وقوع نشست در سطح زمین ………………………………………………………………………………….. 29

3- 3-  استفاده از روش تابع پروفیل برای پیش بینی نشست ………………………………………………………30

3- 4-  رابطه بین نسبت فاصله از مرکز پهنه به عمق با نسبت عرض استخراجی به عمق استخراج  …………………………………………………………………………………………………………………………….. 31

3- 5-  رابطه بین نسبت نشست به عمق استخراجی و عرض استخراج  …………………………………………32

3- 6-  روش تابع تاثیر برای پیش بینی نشست ……………………………………………………………………… 34

3- 7-  پروفیل نشست یک لایه افقی  …………………………………………………………………………………..44

3- 8-  پروفیل نشست یک لایه شیب دار ……………………………………………………………………………….44

 

  

 فصل اول

1-1- نشست

در اثر استخراج مواد معدنی به روش های زیر زمینی ممکن است پس از مدتی در سطح زمین یک گودیایجاد شود. در قسمت های مرکزی منطقه استخراجی حرکت سطح زمین به صورت قائم ولی سایر قسمتهای سطح زمین علاوه بر حرکت قائم به سمت داخل گودی نیز حرکت خواهند کرد. مؤلفه عمودی حرکتسطح زمین نشست و مؤلفه افقی حرکت  سطح زمین جابه جایی نامیده می شود. به طور کلی این نوعحرکات در سطح زمین تخریبات متفاوتی از جمله در تأسیسات و خانه های مسکونی و یا صنعتی، راه حلهای حمل و نقل، لوله های آب و گاز و فاضلاب شهری و غیره ایجاد خواهند کرد.

هنگامی که نقاط سطح زمین به نسبت های مختلف جابجایی افقی پیدا می کنند حسب این که نقطه داخلییا نقطه خارجی بیشتر حرکت کنند، سطح زمین دچار گستردگی و یا فشردگی خواهد شد. در شکل شماره1-1 ایجاد مناطق گستردگی و فشردگی نشان داده شده است. [1]

 121گودال نشست 

هنگامی که از کارگاهی با ابعاد کافی استخراج کامل انجام می گیرد، طبقات فوقانی به طرف پایین شکم دادهو به طور پیوسته تغییر کل می دهند تا این که در نهایت به یک شرایط تعادل جدید برسند. شدت اینتغییرات از پایین به بالا کاهش می یابد و زمانی که شکم دادگی طبقات به سمت سطح زمین می رسد، یکفرورفتگی در سطح زمین ایجاد می شود که به آن گودال نشست می گویند. لبه های گودال نشست از لحاظتئوریف نقاط دارای نشست صفر هستند. [1]

122زاویه تأثیر[1] 

طبق تعریف به زاویه بین امتداد افقی و خط فرضی واصل بین لبه جبهه کار و نقطه ای از سطح زمین که درآن نشست مساوی صفر می باشد، زاویه تأثیر (حد) گفته می شود. زاویه حد بیانگر حد نشست سطحی زمینبه قسمت استخراج شده است. این زاویه با اندازه گیری و تجربه به دست می آید و مقدار آن در مناطق وکشورهای مختلف با هم تفاوت دارد. مقدار این زاویه به عواملی مانند ضخامت لایه، موقعیت جغرافیاییمحل، چگونگی قرار گیری گسل ها در منطقه، صفحات شکستگی، وضعیت رگه های زغای و طبقات بالاییاز نظر نگهداری طبیعی بستگی دارد. [1]

123زاویه کشش[2] 

به زاویه بین امتداد قائم و خط فرضی بین لبه جبهه کار و نقطه ای از سطح زمین که در ان نشست مساویصفر می باشد، زاویه کشش گفته می شود. تعیین نقطه با نشست صفر بسیار مشکل است. این زاویه با اندازهگیری و تجربه به دست می آید و مقدار آن در مناطق و کشورهای مختلف با هم تفاوت دارد. مثلاً در معادنزغال آلمان و اتریش مقدار این زاویه بین 45 درجه (برای کمر بالای سست) تا 55 درجه (برای کمر بالای محکم) می باشد. هر چه این زاویه کمتر باشد، محدوده نشست بیشتر می شود. در لایه های افقی این زاویهدر دو طرف کارگاه یکسان است ولی در لایه های شیبدار مقدار این زاویه در دو سمت کارگاه متفاوت میباشد. [1]

124زاویه شکست1 

زاویه بین امتداد افقی و خط فرضی واصل بین لبه جبهه کار و نقطه ای از سطح زمین که دارای بیشترینگستردگی است، زاویه شکست نامیده می شود. مقدار این زاویه در مناطق مختلف متفاوت است و مقدارش باعمق معدن کاری ،خاصیت سنگ های پوششی، ضریب استخراج و سرعت معدن کاری رابطه مستقیم دارد. هر چه لایه های بیشتری و در عمق بیشتری استخراج شودف ضریب استخراج بیشتر شده و این زاویهبزرگتر می شود. [1]

125شعاع تأثیر2 

به فاصله افقی بین لبه جبهه کار و نقطه ای در سطح زمین که دارای نشست صفر است، شعاع تأثیر اطلاقمی شود. [1]

126حداکثر نشست 

حداکثر نشست تابعی از ضخامت استخراج و روش نگهداری فضای استخراج شده است. [1]

127سطح بحرانی3 

سطح بحرانی به مساحتی از منطقه استخراجی اطلاق می شود که استخراج آن در یک نقطه از سطح زمین ،حداکثر نشست را به وجود آورد.

 نشست خواهیم داشت، که به چنین سطحی سطح فوق بحرانی[3] گفته می شود. چنانچه مساحت استخراجیاز سطح بحرانی کمتر باشد حداکثر نشست در سطح زمین در هیچ نقطه ای به وجود نخواهد آمد، که در اینحالت به چنین سطحی، سطح زیر بحرانی[4] اطلاق می شود. [1]

 128نقطه عطف[5] 

به نقطه ای که قسمت محدب و مقعر پروفیل نشست را از هم جدا می کند، نقطه عطف گفته می شود.

موقعیت و محل نقطه عطف به ابعاد کارگاه استخراج و نوع سنگ ها بستگی دارد. [1]

1-3- انواع نشست

پدیده نشست به فرو رفتن سطح زمین در اثر وجود حفره در زیر زمین اطلاق می شود. این حفره ممکناست به صورت طبیعی (مانند فرآیند انحلال) یا به دست بشر (مانند استخراج معادن زیر زمینی) به وجودآمده باشد.

معمولاً منظور از نشست فقط مؤلفه قائم تغییر مکان یک نقطه در سطح زمین می باشد و در صورت وجودمؤلفه افقی به آن جابجایی می گویند. [2]

به طور کلی انواع نشست را می توان در سه گروه به شرح زیر طبقه بندی کرد:

  • نشست طبیعی
  • نشست حاصل از استخراج نفت، آب وگاز
  • نشست حاصل از انجام عملیات معدن کاری

131نشست های طبیعی 

در نشست طبیعی انسان به طور مستقیم در وقوع این پدیده نقش ندارد و عوامل مختلف طبیعی و زمینشناسی باعث این نوع نشست می شود. برخی از عوامل که باعث بروز این نوع نشست می شوند عبارتند از:

حل شدن: وجود سازه های آهکی، نمکی و گچی به همراه جریان آب زیر زمینی موجب حل شدن موادحلال در آب شدهف و به ایجاد حفره هایی در زیر زمین منجر می گردد. با ادامه این فرآیند حفره به وجودآمده بزرگتر شده و موجب تخریب سازنده های بالایی و نهایتاً وقوع نشست در سطح زمین می گردد.

فرآیندهای تکتونیکی: گاهی نشست در اثر فرآیندهای تکتونیکی چون حرکت در صفحات گسل، تکتونیکصفحه ای و غیره رخ می دهد. زلزله: در مناطقی که از رسوب جدید و مستحکم نشده تشکیل شده اند وقوع زلزله می تواند موجب تسریعدر تراکم رسوبات و در نتیجه نشست گردد. [2]

132نشست در اثر استخراج نفت، گاز و آب 

مخازن نفت، گاز و آب دارای ساختاری متخلخل و نفوذ پذیر می باشند که مایع یا گاز بخشی از فضای خالیبین ذرات سنگ را اشغال کرده اند. در هنگام استخراج از این نوع ذخایر به علت خارج شدن مایع و یا گاز ازفضای بین ذرات سنگ، حفره های کوچکی در بین این ذرات به وجود می آید که مقدمه ای برای بروزنشست خواهند بود که البته ساختار مخزن و عمق آن در میزان و زمان وقوع نشست مؤثر می باشد. [2]

133نشست حاصل از انجام عملیات معدن کاری 

با استخراج مواد معدنی فضای خالی ایجاد شده در زیر زمین می تواند منجر به بروز نشست در سطح زمینگردد. روش های استخراجی مختلف نتایج متفاوتی در نشست از خود نشان می دهند، که به خصوصیات روش و همچنین شیوه نگهداری در زمان استخراج و پس از آن بستگی دارد. [2] در شکل شماره 1-4چگونگی وقوع نشست نشان داده شده است.

نشست در اثر استخراج مواد معدنی و عوارض و روش های پیش بینی نشست

نشست در اثر استخراج مواد معدنی و عوارض و روش های پیش بینی نشست

فصل دوم

نشست زمین در اثر استخراج بسته به روش استخراج به دو دسته پیوسته و نا پیوسته تقسیم می شود (Continuous & Dis Continuous). نوع پیوسته به نشستی اطلاق می شود که در آن جابجاییزمین به صورت یکنواخت و بدون ایجاد شدن پله و شکستگی بوده و عموماً ناشی از استخراج کانسارهایلایه ای است (شکل 2-1). نوع ناپیوسته همراه با جابجایی به صورت پلکانی شدن و تغییرات وسیع درمحدوده های کوچک است و مرتبط با برخی روش های استخراج زیر زمینی نظیر Block caving , Sub  [12] (2- 2 است. (شکل level caving

  امروزه غلبه روش های جبهه کار بلند بر دیگر روش های استخراج کانسارهخای لایه ای به ویژه زغالسنگ که باعث نشست از نوع پیوسته می گردد، همچنین قابلیت فرمولاسیون فرآیند این نوع نشت باعثشده است تا تحقیقات جامع در زمینه نشست از نوع پیوسته صورت پذیرد که در بخش های بعدی به آن هااشاره خواهد شد. اما قبل از آن به چند مثال در خصوص نشست نا پیوسته در اثر استخراج کانسارهای زیرزمینی اشاره می شود.

 نوع خاصی از نشست غیر پیوسته موسوم به نشست دودکشی است ((Chimney Subsidence [12]. کهبه نوع آن تنوره ای (Piping) هم اطلاق می شود. در این نوع نشست تخریب در کمر بالای قسمتاستخراج شده به صورت ممتد و ستون مانند تا سطح زمین ادامه می یابد. این نوع نشست ممکن است درشرایط وجود طبقات سست در بالای قسمت استخراج شده یا در بخش های فوقانی که قبلاً تخریب شده وتشکیل مواد و توده های خرد شده را داده است و یا توده هایی که درزه های منظم در آن ها وجود داردایجاد شود. چناچه تشکیل این نوع نشســـت به صورت ناگهانی باشد، آن را نوع سمبه ای (Plug type)می خوانند (شکل 2-3). [13] شکل 2-3- نوع خاصی از نشست ناپیوسته موسوم به (الف): دودکشی ((Chimney type و (ب): سمبه ای  (Plug type) [12] معمولاً نشست نوع “Plug”  یا سمبه ای با برخی ویژگی های ساختمانی طبقات فوقانی نظیر دایک ها یاگسل ها کنترل می شود که سطوح ضعیف ایجاد می کنند. این نوع نشست ناگهانی ممکن است پدیده موجهوای فشرده یا “wind blast”  نیز ایجاد نماید. این پدیده عبارت است از رانش ناگهانی هوای کارگاه بهدرون راهروها و مسیرهای مرتبط به کارگاه در اثر عمل پیستون مانند بلوک فوقانی. این جابجایی هوا ممکناست باعث صدمه به افراد و تجهیزات گردد. مکانیزم نشست دودکشی در توده های سست در شکل 2-4نشان داده شده است. نشست با تخریب سقف بلا واسطه آغاز و به صورت پیاپی تا سطح زمین ادامه می یابد. این نظریه مستلزم آن است که فضای خالی شده به حد کافی بزرگ باشد تا به انبساط حجمی اجازه عملداده شود و یا به صورت ممتد مواد از کارگاه بیرون کشیده شود. در این حالت توالی ریزش چنان سریع

انجام می شود و به سطح زمین می رسد که می توان تصور کرد مکانیزم شبیه حالت دودکشی یا سمبه ایاست و آنی می باشد و نه مرحله ای. [13]

 21نشست ناپیوسته در اثر استخراج به روش های تخریبیالف) تخریب بلوکی  

نشست ناشی از استخراج به روش تخریب بلوکی از موارد مهم در این بخش می باشد. محدوده اثر نشست درسطح زمین ناشی از استخراج به روش فوق به وسیله خطوط مستقیم مومورب که از لبه های محدوده زیربرش و با زاویه شکست (Angle of break) نسبت به افق رسم می شود و سطح زمین را در نقاط مرزمحدوده نشست قطع می کند به دست می آید. این زاویه در مورد سنگ های سخت تر بیبشتر خواهد بود وبعضاً به حد تقریباً قائم ممکن است برسد که در این صورت نشست به صورت شکل 2-5 خواهد بود. اینوضعیت در اعماق کمتر محتمل تر است. با توجه به آن که روش تخریب بلوکی در توده های دارای نا

پیوستگی زیاد اجرا می شود، نشست با دیواره های پر شیب و تقریباً قائم مانند شکل 2-5 تاحدودی مشابهمکانیزم دودکشی است که در قسمت قبل تشریح شد. البته نوع دودکشی در مقیاس کوچکتر مطرح میباشد. به عنوان نمونه ای از ارتباط این دو نشست می توان گفت نشست نوع دودکشی ممکن است در تودهسنگ نشست کرده در اثر تخریب بلوکی به صورت ثانوی حادث شود کخ به ویژه در شرایط تخلیه مواد بهشکل نا متعادل و غیر یکنواخت در کف و از طریق نقاط تخلیه دیده شود (شکل 2-6). [13]

 اصولاً برای نشست ناشی از تخریب بلوکی می توان مراحل زیر را ترسیم کرد:

  • ارتباط یافتن تخلیه به سطح زمین با حرکت دودکشی یا قیفی مواد.
  • توسعه و به هم پیوستن دودکش های ایجاد شده در بالای هر نقطه تخلیه.
  • درزه های کششی قائم در سطح زمین تشکیل می شود که محدودیت نشست را معین می کند.
  • حرکت سنگ ها در سطوح شیب دار برشی و اصل بین کف بلوک و درزه های کششی در سطحزمین.
  • تشکیل درزه های کششی جدیدتر و لغزش به درون در سطح جدید با پیشرفت استخراج و تخلیهمواد معدنی.

( به این ترتیب نشست نشان داده شده در شکل 2-5 را نشست مرحله ای در مرحله 2 از ترتیب فوق نیز

می توان قلمداد کرد.)

علیرغم نظریات ارائه شده برای نشست مرحله ای و تدریجی مانند فوق، برای استخراج با روش تخریببلوکیف هیچ طریقه منطقی و مستدل برای پیش بینی نشست ناشی از استخراج با این روش تدوین نشده است. [12] بلکه مانند بسیاری از عملیات معدن کاری این پیش بینی بر اساس تجربه و الهام از تجاربگذشته انجام می شود.

با وجود این، با کمی اصلاحات و تغییرات روش تعادل حدی تعریف شده در زیر برای نشت کمر بالای رگههای شیبدار را می توان به تخریب بلوکی و توده ای نیز تعمیم داد.

 22نشست ناپیوسته در اثر استخراج به روشهای تخریبیب) تخریب در طبقات فرعی 

در شرایطی که ماده معدنی توده ای نبوده و شکل رگه ای پر شیب به خود می گیرد، در این صورت تخریبو نشست فقط در کمر بالا وجود خواهد داشت. از روش های مناسب برای این نوع کانسارها روش تخریب درطبقات فرعی (Sub level Caving) است. (شکل 2-7) شمایی از نشت زمین به صورت نا پیوسته در اثراستخراج به این روش را نشان می دهد. [13]

چنانچه ناپیوستگی های موازی سطح رگه در کمر بالا وجود داشته باشد، تخریب و نشست ممکن است بهصورت واژگونی طبقات (Toppling) به وقوع بپیوندد (شکل 2 -8).

نشست پیوسته نشستی است که طی آن جابجایی زمین به صورت یکنواخت و بدون ایجاد شدن پله وشکستگی انجام می شود و عمدتاً ناشی از استخراج کانسارهای لایه ای است. با توجه به شکل 2 -9 در ایننوع نشست ،بسته به وسعت پهنای استخراج، سه مرحله قابل تشخیص است: فاز زیر بحرانی  (Sub  [13] .(Super critical)  و فاز فوق بحرانی ( critical) فاز بحرانی ،critical)

 شکل 2-9- مقطع تیپیک از نشست پیوسته نشان دهنده علائم استاندارد و پروفیل های نشست در شرایط مختلف عرض های پانل

استخراجی[12]

 h و (Angle of draw) یا زاویه کشش (Angle of limit) زاویه حد δ  که در آن        =2     h tan δ در حالت بحران

عمق لایه می باشد.

چنانچه wحالت زیر بحرانی است. در این حالت s میزان نشست در هر نقطه از پروفیل نشستاست و S ماکزیمم نشست در پروفیل است. (توجه شود منظور از مقدار نشست مقدار مؤلفه قائمبردارجابجایی نقطه است.)با افزایش S، W نیز افزایش می یابد تا به حداکثر ممکن یعنی  برسد. دراین مرحله w معادل  خواهد بود. وقتی w  ازتجاوز می کند ،  در طول یک محدودهگسترش می یابد. در حالی که در حالت بحرانی در یک نقطه بود (شکل 1). [13]

2-4- تأثیر روش های استخراج در نشست سطح زمین

241نشست در روش جبهه کار طولانی  

یکی از متداول ترین نوع نشست در کشورهای مختلف، نشست در اثر استخراج زغال سنگ با روش هایجبهه کار طولانی است.به طور کلی برای نگهداری فضای خالی پس از استخراج، روش های متفاوتی وجود دارد که مهم ترین آن ها تخریب، نگهداری طبیعی و نگهداری مصنوعی می باشد. در بین این روش هاتخریب دارای بیشترین مقدار نشست می باشد. [2]

مکانیزم تولید نشست در روش معدن کاری جبهه کار طولانی به این ترتیب است که، در اثر استخراج لایهمعدنی نظیر لایه زغال سنگ و حرکت جک های هیدرولیکی برای پیشروی، سقف بلا واسطه پشت جک هابه علت از دست دادن تکیه گاه خود و نیز در اثر شکست برشی در دو لبه انتهایی سینه کار و پیلار، رها شدهو در فضای استخراجی پشت جک های هیدرولیکی بر روی هم انباشته می شوند. فضای خالی در اثر شکستلایه های سقف به سمت بالا توسعه یافته و ارتفاع فضای خالی آنقدر افزایش می یابد تا اینکه تحت مقاومتکششی لایه های بالاتر، شکست متوقف و سقف نهایی پایدار گردد. افزایش حجم حاصل از شکسته شدنطبقات سقف ممکن است عامل کنترل کننده برای توقف افزایش ارتفاع شکست در فضای استخراج شدهباشد. شکل شماره 2-10 مکانیزم ریزش در روش جبهه کار طولانی را نشان می دهد.

مقطع : کارشناسی ارشد

قیمت 25 هزار تومان

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان