بخشی از مقاله
استخراج معدن و حفر چال
حفر چال
مقدمه:حفر چال بخش مهمی از عملیات استخراج معدن است. تا کنون هر جا که راجع به کار مواد منفجره ذکری شده، مواجه به این مطلب بوده ایم که مواد منفجره صنعتی بایستی در چال قرار داده شده(خرج گذاری) و سپس منفجر گردند. بعبارت دیگر در استخراج معادن، مواد منفجره وقتی کاربرد پیدا می کنند که چال وجود داشته باشد. لذا جا دارد که قبل از پرداختن به شرح عملیات خرج گذاری مختصری راجع به حفر چال و انواع آن نوشته شود.
بررسی چال:قبل از خرج گذاری باید طول چال را کنترل کرد. این کار بوسیله مترکشی خط کش های طویل امکان پذیر است. اگر چال از عمق مورد نظر گودتر است باید بوسیله خاکریزی ته چال عمق آنرا به مقداری که لازم است رساند. خرج گذاری در چنین چالی موجب بهم خوردن طرح آتشباری، لرزش بیشتر زمین و اتلاف ماده منفجره است. اگر چال کمتر از طول مورد نظر حفر شده باشد حفاری آنرا باید ادامه داد تا بعمق معین برسد.
اگر بعلت افتادن قطعه سنگی در چال و گیر کردن آن در اواسط چال عملاً نتوان از این چال استفاده کرد بایستی با ضربات سنبه یا رها کردن متوالی وزنه ای که به نخ بسته شده و یا استفاده از ماشین آلات چال زنی رفع گیر کرد.
موقع حفر چال ممکن است به حفره ای کوچک یا بزرگ در زیرزمین برخورد شود این محل برای شخص حفار قابل تشخیص است، زیرا در چنین موقعی مته حفاری بسرعت خود ادامه می دهد تا مجدداً به مانعی برخورد کند. خرج گذاری در چنین چالی موجب اتلاف منفجره می گردد لذا بهتر است چنانچخ مقدور باشد این حفره را از خاک پر کرد و الا با تصب درپش نقاط شروع حفره ها می توان از طول مفید چال استفاده کرد. وجود چنین چالهایی و محل حفر حفار باید با رسم نمودار چال به سرپرست عملیات آتشکاری گزارش کند. چنانچه احتمال وجود حرارت غیر عادی در چال باشد که معمولاً این چنین چالی به منطقه ای مثل ذغال سنگ برخورد کرده، بهتر است با فرستادن یک ترمومتر در چال درجه حرارت آن اندازه گیری شود.
تعریف چال
چال حفره ای اس به شکل استوانه که با قطر و طول معین در داخل سنگ به منظورهای زیر حفر می شود.
1-ایجاد فضای خالی در سنگ: فضای خالی در سنگ شامل سازه هائی مثل ترانشه راه کوهبریهای راه و راه آهن، کانالهای انتقال آب و بخشی از کارهای معدنی مثل حفر تونل ها و نظائر آن است. در این گونه کارها یکی از اهداف عمده این است که سطح جانبی فضا باقیمانده حتی الامکان سالم باقی بماند. تا لقی و سستی دیواره پیش نیامده و در صورت بروز این پدیده خسارت وارده حداقل ممکن باشد. در اینگونه کارها، قطر چال کمتر از 64 میلیمتر بوده و عمق چالها از صفر تا 15 متر تغییر می کند.
2-استخراج مواد معدنی: نظر به اینکه شرایط کار در معادن روزبار و زیرزمینی یکسان نیست برحسب مقدار استخراج، وضعیت فیزیکی و مکانیکی سنگهای معدن و شرایط محیط، قطر و عمق چالهای حفر شده متفاوت می باشد.در این گونه کارها قطر چالها 30 تا 500 میلیمتر و عمق آنها تا 30 متر می رسد.
3-حفر چال بمنظورهای متفاوت و متنوع دیگر از قبیل:
در این گونه موارد قطر چالها از 42 تا 700 میلیمتر و عمق چالها تابع شرایط کار و نوع دستگاه است.
مشخصات چال
الف- قطر چال: قطر چال تابع طرحی است که برای برآوردن هدف حفر چال در نظر گرفته شده است. قطر چال هرچه کمتر باشد حفر چال راحت تر است زیرا می توان آن را با دستگاه کوچکتری حفر کرد. اما در انفجار یک توده سنگ معین هرچه قطر چال بزرگتر باشد هزینه عملیات کمتر است. در معادن روباز، ابعاد سنگ شکسته شده، نوع مواد منفجره، وسائل بارگیری موجود، مقدار استخراج روزانه و مسائل ایمنی انفجار از عواملی هستند که قطر چال را مشخص می کنند.
در نگاهداری معدن بطریق پیچ سنگ (پیچ کوه) نوع پیچ مورد نیاز قطر چال را مشخص می کنند.
در حفر چاه آب، قطر پمپ و لوله موجود قطر چال را مشخص نمایند.
ب-عمق چال: تابع نوع عملیاتی است که حفر چال برای آن صورت می گیرد. عمق چال از چند سانتی متر تا چند ده متر ممکن است برسد. برای نصب بعضی وسایل، عمق چال چند سانتی متر، برای حفاری تونل عمق چال تا 5 متر برای معادن روزباز و زیرزمینی عمق چال تا 30 متر و برای نمونه گیری تا 100 متر یا بیشتر می رسد.
پ-امتداد چال: امتداد چال تابع طرح حفاری و آتشباری است.
ج-شیب چال: چال با شیبهای مختلف بسته به نوع عملیات حفر می شود. شیب چالها از قائم سرازیر تا قائم سر بالا تغییر می کند.
چالها باید تا آنجا که ممکن است مستقیم حفر شوند، زیرا وجود چال منحرف عملیات انفجار را از کنترل خارج می کند. باید توجه داشت که تنها وزن دستگاه حفاری نیست که موجب انحراف چال می گردد، بلکه مجموعه نیروهای وارده به دستگاه حفر چال شامل وزن دستگاه و نیروهای فشاری به دستگاه و لرزش آن در حین عملیات است که منجر به انحراف چال از مسیر مستقیم می گردد. در شکل (6-1( نماینده وزن دستگاه چال زنی است و ملاحظه می شود که راستای
آن با راستای حفر چال متفاوت است و برآیند نیروی پشت مته و نیروی وزن دستگاه موجب انحراف چال خواهد شد. این امر حتی در مورد چال های قائم هم که وزن دستگاه حفاری و نیروهای فشاری پشت مته در یک امتدادند اتفاق می افتد. نظر به اینکه ثابت ماندن امتداد چال بسیار واجد اهمیت است در ساخت ماشین آلات چال زنی دقت های بسیاری بعمل آمده تا بتوان از میزان انحراف چال کاست.
قطر چال: هرچه قطر چال بیشتر باشد سرعت انفجار نیز بیشتر است برخی از مواد منفجره مثل آنفو به تغییر قطر بیشتر حساس اند. برای مواد منفجره یک قطر حداقل وجود دارد که با قطر کمتر از آن منفجر نخواهند شد و آنرا قطر حداقل یا قطر بحرانی می نامند مقدار قطر بحرانی برای انواع مواد منفجره متفاوت است. مقدار قطر بحرانی یا قطر حداقل برای فولمینات جیوه خیلی کم است ولی قطر حداقل برای مخلوط نیترات آمونیوم و سوخت مایع، 3 سانتیمتر، برای مواد ناریه ژله ای، 5/1 سانتیمتر و برای مواد منفجره با حساسیت کم، 5 سانتیمتر است. بطور کلی اکثر مواد منفجره دارای حداقل قطر قابل انفجار برابر با 10 تا 35 میلی متر می باشند، اما در بعضی مواد ممکن است میزان حداقل قطر به 100 میلی متر هم برسد. در انفجار و حفاری در معادن یا سایر کارهای عمران همیشه باید قطر چال از قطر بحرانی خرج بیشتر باشد.
چال های شیبدار
در معادن روباز بالاخص، در سنگ های سخت و بسیار سخت اکثریت چال های انفجاری به طور قائم حفر می شوند. برای آن که حفر چال های قائم در سنگ های سخت آسانتر، راحتتر و ارزانتر می باشد اما همیشه چال های قائم بالاخص در رابطه با انفجار مطلوبترین روش حفاری نخواهد بود. بدین جهت بعضاً علی رغم دشواری در حفر چال های شیبدار، چال ها به طور زاویه دار حفر می شوند. عمده ترین دلایل آن عبارتند از:
1-به دلیل یونیفرم بودن "B" یا بوردن کیفیت انفجار از نظر جابجایی و درصد خردشدگی مطلوبتر می شود.
علت آن:
الف- جابجایی سنگ های ردیف اول چال ها آسانتر انجام می گیرد. این امر موجب می شود تا سنگ های ردیف بعدی نیز سهل تر جابجا شوند.
ب- به دلیل ایجاد سطوح آزاد، اتلاف انرپی در فضا کم و پتاب سنگ به هوا نیز به حداقل می رسد و نتیجتاً تأثیر انرپی بر روی سنگ های اطراف چال زیادتر و میزان خردشدگی نیز افزایش خواهد یافت.
2-موجب حذف بوردن مختلف در اولین ردیف چال ها خواهد شد.
3-امکان انتخاب پله ها با ارتفاع زیاد پدید خواهد آمد.
4-احتمال تأثیر انفجار هر چال در چال مجاور به حداق خواهد رسید.
5-مشکلات کف و زیرکف پله کمتر خواهد شد.
6-لرزش زمین اطراف انفجار کمتر و شکستگی های نامطلوب نیز به حداقل می رسد و دیواره معدن سالم تر خواهد ماند.
7-شیب چال های شیبدار پایدارترند از شیب چال های قائم
شیب چال ها به گونه ای انتخاب شود که از یکسو راندمان انفجار را افزایش دهد و باعث پایداری شیب شود و از سوی دیگر مشکلات حفاری به حداقل برسد. توصیه آنست که شیب چال های شیبدار بین 15 تا 25 درجه انتخاب شود.
حفر چال های شیبدار دارای معایب و مشکلاتی است که ترجیحاً از آن استفاده نمی شود که عمده ترین معایب عبارتند از:
1-در سنگ های سخت و نیمه سخت حفر چال های شیبدار با دشواری مواجه می شود. علت این امر در تأمین بار کافی روی مته است.
2-حفظ شیب چال نیاز به دقت بیش از معمول دارد که وقت گیر خواهد بود.
3-خرابکاری و متراکم سازی آن در چال های شیبدار دشوار می باشد.
4-حفر چال های شیبدار از میان ناپیوستگی سنگ ها مشکل خواهد بود.
چال های قائم
چال های قائم برای سنگ های سخت و نیمه سخت بالاخص از نظر حفاری مناسب اند. چون حفاری آسانتر انجام می گیرد و هم تأمین تر است یا با روی مته سهل تر فراهم می شود. نتیجتاً سرعت حفاری نیز بالاست. از عمده ترین معایب حفر چال های قائم می توان به موارد زیر اشاره نمود.
1-اولین ردیف چال ها دارای "B" بوردن مختلف اند به عبارت دیگر لبه پله با B کف پله یکسان نخواهند بود.
2-امکان تأثیر انفجار چال های قائم بر چال های مجاور زیاد است.
3-امکان شکستگی نامطلوب در اطراف چال های انفجار زیاد خواهد بود.
4-نیاز به اضافه عمق می باشد.
5-برای انفجار خوب نیاز به تدابیر خاص می باشد.
ماشین آلات حفر چال از حیث نوع و مکانیسم کار بسیار متنوع اند و بطور کلی بر حسب مکانیسم کار بدستجات زیر تقسیم می شوند:
الف- ماشین های ضربه ای شامل
- پرفوراتورهای هوای فشرده با حرکت دورانی پیستون
- پرفوراتورهای هوای فشرده با حرکت دورانی مستقل
- پرفوراتورهای هیدرلیکی با حرکت دورانی مستقل
ب- ماشین های D.T.H که چرخش در سطح زمین و ضربه در داخل چال صورت می گیرد. این گونه ماشین ها به دو دسته زیر تقسیم می شوند.
- سیستم های D.T.H با چکش هوای فشرده و چرخش هوای فشرده
- سیستم های D.T.H با چکش هوای فشرده و چرخش هیدرولیکی.
ج- ماشین های دورانی که به دو دسته عمده زیر تقسیم می شوند:
- ماشین های دورانی برای چال های کوچک به بعضی اوقات ضربه مختصری هم وارد می کنند.
ماشین های دورانی سنگین برای حفر چال های بزرگ و عمیق که اساس کار آنها بر خراشیدن سنگ می باشد.
خواص سنگها از نظر حفر چال
سنگها بطور کلی به سه دسته تقسیم می شوند:
- سنگهای آذرین که از انجماد ماگما بوجود آمده اند.
- سنگهای رسوبی که از تجمع ذرات ریز سنگها و یا مواد الی حاصل می شوند.
- سنگهای دگرگونی که حاصل متافورفیسم سنگهای آذرین و رسوبی است.
- برخی از خواص سنگها که در چال زنی مؤثرند بشرح زیر می باشند:
الف- سختی سنگ: سختی هر سنگ ناشی از سختی کانی های تشکیل دهنده آن می باشد. یکی از کانی های سخت، سیلیس می باشد که دارای سختی 7 بوده و بوفور در نقاط مختلف زمین و همراه با سایر کانی ها وجود دارد. هرچه مقدار سیلیس در سنگ بیشتر باشد قدرت سایندگی آن بیشتر است و قطعاتی از ماشین آلات معدنی را که با سنگ تماس مستقیم دارند زودتر فرسوده می کند. در مورد سنگهای سخت بهتر است حفر چال با روش ضربه ای انجام می گیرد. مثلاً در سنگ آهک سخت بهتر است از روش ضربه ای برای حفر چال استفاده شود و چنانچه بخواهیم روش دورانی را برای حفر چال به کار بریم ناچار به استفاده از دستگاههای سنگین می باشیم. اما در سنگ آهک نرم روش دورانی مناسب می باشد.
ب-ابعاد دانه ها: هرچه سنگ دانه درشت تر باشد راحت تر می توان در آن چال حفر کرد برحسب نوع دانه بندی حتی اگر کانی سنگ یکسان باشند نتایج عمل در حفاری متفاوت است.
با اینکه ترکیب هر چار نوع سنگ یکی است ولی بعلت تغییر ابعاد دانه ها حفاری در سنگهای فوق به ترتیب از بالا به پائین (از دانه ریز به دانه درشت) ساده تر می گردد.
ج-مقاومت فشاری شنگ: مقاومت سنگهای مختلف در مقابل فشار متفاوت است و به همین لحاظ در مقابل چال زنی ضربه ای رفتارهای متفاوتی نشان می دهند.
د-درزه و شکاف: سطح مشترک بین لایه ها، وجود درزه های متفاوت بعلت تکنونیک در توده سنگ و وجود گسل ها نقاط ضعفی هستند که به شکستن سنگ کمک می کنند و با استفاده از این نقاط ضعف می توان در بعضی موارد شکستن سنگ را راحت تر صورت داد. اما یادآور می شود که چال زنی در سنگهای شکافدار بمراتب پر دردسر تر از سنگهای بدون درز و شکاف است، هم چنین عملکرد مواد منفجره بعلت فرار گازها از درزه و شکاف، مطلوب نیست. لذا برای حفاری یک توده سنگ بشرح فوق باید در صورت امکان چالها در جائی زده شوند که شکاف و درزه وجود نداشته باشد.
قابلیت چال زنی:سرعت نفوذ مته حفاری در سنگ بر حسب متر در دقیقه قابلیت چال زنی در سنگ را نشان می دهد قابلیت چال زنی به دو عامل عمده ارتباط دارد.
الف- ماشین حفر حفر چال
ب-نوع سنگ
لذا نمی توان از قابلیت چال زنی بطور مطلق صحبت کرد بلکه در بیان آن همیشه بایستی نوع ماشین و کیفیت آن و همچنین نوع سنگ و مشخصات آن را در نظر داشت.
چال زنی ضربه ای
اساس کار چال زنی ضربه ای بقرار زیر است:
سر مته ای را روی سنگ گذاشته و به انتهای آن ضربه ای وارد می کنیم. در اثر این ضربه سر مته مختصری در سنگ فرو رفته و شکافی در آن بوجود می آورد. معادل حجم این شکاف سنگ می شکند. حال چنانچه سر مته را چند درجه بچرخانیم و ضربه دیگری به آن وارد کنیم، شکاف دیگری در سنگ تولید می شود. اگر این کار را تا چرخش یک دور کامل سر مته ادامه دهیم در نهیا استوانه ای در سنگ بقطر معادل سر مته و عمق شکاف بوجود می آید. اگر حفره بوجود آمده را پاک کرده و به ضربه زدن ادامه دهیم، پس از مدتی یک چال بعمق معین و قطر معین حفر می گردد.
