بخشی از مقاله
بررسی روشهای آتشباری کنترل شده با نگرشی ویژه به کاربرد آنها در حفریات زیرزمینی و روباز سد و نیروگاه مسجد سلیمان
چکیده
اثرات مخرب حاصل از آتشباری زیانهای اقتصادی فراوانی را متوجه پیمانکاران می سازد. فعالیتهای زیادی جهت کاهش میزان تخریب سنگ برجا در اثر آتشباری صورت گرفته است. از نتایج قابل توجه آن ابداع انواع روشهای آتشباری کنترل شده می باشد که امروزه تعداد آنها به بیش از دهها روش می رسد. از این روشها در پروژه ملی سد و نیروگاه ۲۰۰۰ مگاواتی مسجد سلیمان (گدارلندر) در جریان فعالیتهای زیرزمینی (حفاری مغار نیروگاه و ترانسفورمر) و همچنین فعالیتهای روباز (حفاری شیب شکنها) و دیواره های حایل به طور گسترده استفاده شد و به خوبی توانست رضایت طراحان و مهندسان را جلب کند. در این مقاله ابتدا روشهای آتشباری کنترل شده و جزئیات آنها بررسی شده و سپس به چگونگی کاربرد آنها در حفریات روباز و زیرزمینی سد و نیروگاه مسجد سلیمان پرداخته شده است.
واژه های کلیدی آتشباری کنترل شده، حفریات زیرزمینی و روباز سد مسجد سلیمان
مقدمه
بیش از ۸۵ درصد انرژی انفجاری در جهت کاهش مقاومت ساختمانی توده سنگ تلف می شود و مابقی انرژی صرف فرایند خردشدگی و حرکت توده سنگ می گردد. شکاف های جدید و سطوح ضعیف ایجاد شده و درزهها و سطوح بحرانی که ابتدا در حد بحرانی نمی باشند، در اثر بازشدگی مقداری از پیوستگی توده سنگ را کاهش می دهند و همین امر باعث عقب زدگی و باقی گذاردن توده ترک دار با پتانسیل ریزشی می شود. نتایج منفی مشاهده شده عبارتند از (1.2)
•اختلاط بیشتر باطله و ماده معدنی در معادن فلزی
• افزایش هزینه های بارگیری و باربری در اثر حجم بالای توده سنگ
• افزایش در هزینه بتن در مهندسی عمران، تونل ها، تأسیسات هیدروالکتریک، انبارهای ذخیره سازی، فونداسیونها، دیواره ها و غيرها
در معدنکاری روباز، آتشباری کنترل شده در شیب نهایی توده سنگ دارای مزایای ذیل می باشد (3)
•افزایش زاویه شیب دیواره سنگی که باعث کاهش نسبت باطله به ماده معدنی می گردد
•کاهش احتمال ریزش، کم کردن نیاز به پله های عریض و افزایش ایمنی تولید در همین حال، در عملیات های زیرزمینی، بکارگیری انفجارهای کنترل شده دارای مزایای ذیل می باشد
•تهویه بهتر بدليل اصطکاک کمتر هوا در طول دیواره های چاه
• افزایش راندمان و ایمنی تولید
• کاهش حجم بتن ریزی یا لارده گذاری در نگهداری بنابراین کوشش های بعمل آمده در جهت کاربرد آتشباری کنترل شده در عملیات مختلف زیرزمینی و روباز از نظر اقتصادی تو ایمنی کاملا توجیه دارند.
تئوری انفجار کنترل شده
خرج درون چال در جریان انفجار، یک منطقه با تنشهای دینامیکی بالا ایجاد می کند و سنگ تحت این تنشها خرد می شود. زمانی که دو موج فشاری بین دو چال با یکدیگر تلاقی پیدا می کنند، نیروهای کششی به طور همزمان ایجاد می شوند؛ اگر تنشهای کششی از مقاومت کششی دینامیکی سنگ تجاوز کنند، شکاف جدیدی در امتداد برش مورد نظر شکل می گیرد و سپس ترکهای شعاعی گسترش می یابند. در مرحله اخیر گسترش ترکها در اثر ورود گازها به داخل ترکها صورت می گیرد(1)
می توان نتیجه گرفت مکانیزم شکست در انفجار کنترل شده توسط دو پدیده متفاوت به دست می آید. یکی موج انفجار و دیگری تأثیر گازهای مواد منفجره که بین هر دو یک رابطه متقابل وجود دارد. چالهای مربوط به آتشباری کنترل شده همانطور که در شکل ۱ دیده می شود به سه دسته تقسیم می گردند
• چالهای مربوط به آتشباری کنترل شده که چالهای کنترل نامیده می شوند. (چالهای کناری) : آخرین ردیف چالهای تولید که چالهای ضربه گیر نام دارند و نزدیک چالهای کنترل قرار دارند.
• سایر چالهای موجود در سینه کار که چالهای اصلی با تولید نامیده می شوند.
بر حسب شرایط سنگ و هدف از اجرای آتشباری با تغییرات مختصری که در آرایش و خرجگذاری و انفجار چالهای دسته اول داده می شود انواع روشهای آتشباری کنترل شده اجرا می گردد. در همه روشها سعی بر این است که توزیع انرژی حاصل از انفجار به نحوی در سنگ صورت گیرد که توده سنگ باقی مانده کمترین شکستگی را داشته باشد.
روش آتشباری حفاری خطی
روش اتشباری حفاری خطی (انفجار خطی) برای کاهش شکستگی و ایجاد دیواره صاف در آتشباری مورد استفاده قرار می گیرد. این روش اولین بار در آمریکا بکار برده شد و تا سالهای متمادی تنها روش ایجاد دیواره صاف بوده و روشهای دیگر از آن نتیجه شده اند. اساس این روش حفر تعدادی چال نزدیک به هم پیرامون محیط محدوده مورد نظر می باشد. در این روش آتشباری از روش حفاری در طول یک خط با فاصله نزدیک، جهت ایجاد یک سطح ضعیف که به وسیله چال هایی با قطر کوچک در طول حاشیه منطقه استخراج به وجود آمده است و به راحتی در اثر انفجار شکسته می شود استفاده می گردد[6] .
قطر چال حفاری خطی در این روش نبایستی از ۷۵ میلیمتر یا ۳ اینچ بیشتر باشد و فاصله چالها نیز از ۲ تا ۴ برابر قطر چال نباید بیشتر باشد. دقت در حفاری در جهت کسب نتیجه خوب بسیار مهم است. هر انحرافی در صفحه حفاری اثر معکوس در نتیجه به بار خواهد آورد. چالهای هم جوار با چالهای حفاری خطی معمولا به هم نزدیکتر هستند و همچنین به خرجگذاری کمتری نیاز دارند. به طور معمول ۲۵ تا ۵۰ درصد کاهش فاصله چالها در ردیف انتهایی (S) و فاصله از ردیف چالهای حفاری خطی(B) و ۵۰ درصد کاهش خرج اعمال می شود. شکل ۲ نمایی شماتیک از این روش را نشان می دهد.
مزایا و معایب این روش به شرح ذیل است :
در جاهایی که حتی خرج های ضعیف ممکن است به سنگ های باقی مانده صدمه بزند می توان از این روش استفاده کرد
غیر قابل پیش بینی بودن نتیجه آتشباری به جز در سنگهای هموژن
بالاتر رفتن هزینه حفاری در نتیجه نزدیکتر شدن چالها به هم
صرف وقت زیاد در نتیجه بیشتر شدن زمان حفاری
حتی انحراف ناچیز در حفاری سبب یک نتیجه ضعیف می گردد.
روش آتشباری ضربه گیر
روش آتشباری ضربه گیر (آتشباری سپری) در نزدیک محدوده های استخراجی با بعضی از روشهای آتشباری کنترل شده مانند پیش شکافی یا حفاری خطی بکار میرود. برای اجرای آتشباری ضربه گیر باید یک ناپیوستگی در محدوده حفاری موجود باشد. ناپیوستگی ممکن است لایه بندی و یا گسل طبیعی بوده و با پیش شکافی مصنوعی باشد. مهم این است که به هنگام انفجار چالهای اصلی و چالهای کناری این ناپیوستگی وجود داشته باشد. چالها به موازات ناپیوستگی حفر میشوند و اضافه حفاری ندارند. در این روش فواصل B و S چالهای کناری کمتر از چالهای اصلی می باشند و معمولا مقادیر آنها 0.5 تا 0.75 مقادیر مربوط به چالهای اصلی می باشد. قطر و عمق چالهای ضربه گیر بستگی به اندازه چالهای استخراجی دارد، ولی این چالها به طور سبک خرجگذاری می شوند. چالهای کناری به هنگام عملکرد دارای دو سطح آزاد در طرفین خود می باشند. یک سطح آزاد از انفجار چالهای اصلی به وجود می آید و دیگری همان ناپیوستگی موجود است (1)
آتشباری کنترل شکاف
در این روش اتشباری، با کنترل شکستگی در حقیقت حالتی از پیش شکافی را انجام می دهیم. در این روش چالهای کناری، موازی و نزدیک به هم حفر می شوند. سپس با ابزار مخصوصی که به دستگاه چالزنی وصل می شود، شیاری در چال و در راستای مورد نظر شکستگی به وجود می آورند. این شیار موقع انفجار چال به هدایت شکاف در راستای مزبور کمک می کند. لذا مقدار خرج کمتری از روش پیش شکافی نیاز است و همچنین فاصله چالها می تواند بیشتر از روش پیش شکافی باشد[6]
از آنجایی که برای ایجاد شیار باید بعد از حفر چال اقدام نمود و این عمل مستلزم صرف زمان می باشد و عملا بر هزینه های حفر چال افزوده می شود، به همین علت این روش فقط برای استفاده در موارد ضروری رایج گردیده است.
آتشباری پیش شکافی
پیش شکافی یعنی بوجود آوردن شکاف در پیرامون محدوده سنگ قبل از انفجار چالهای اصلی و در بعضی موارد قبل از حفر چالهای اصلی. امروزه در جهان استفاده از این روش در سازه های مختلف معدنی و عمرانی اهمیت ویژهای یافته است. در کشور ما نیز در پروژه های مختلف این روش آتشباری به کار گرفته شده است. با استفاده از پیش شکافی سطح یا دیواره صاف با کمترین میزان شکستگی و ترک به دست می آید. طبعا چنین سطحی از پایداری بالایی برخوردار خواهد بود(1)
در سازه های حساس نیز سطح طراحی شده را توسط پیش شکافی می توان با کمترین میزان اضافه حفاری بدست آورد. در مقایسه با دیگر روش مشهور آتشباری کنترل شده یعنی آتشباری آرام، می توان گفت پیش شکافی از دقت بالاتری برخوردار است. زیرا پیش شکافی در محدوده حفاری یک سطح مصنوعی بوجود می آورد که سبب می شود پس از انفجار، دیوارهای صاف با کمی اضافه حفاری یا بدون اضافه حفاری ایجاد گردد.
با اجرای عمل پیش شکافی یک شکاف بین سنگ مورد استخراج و توده سنگ ایجاد می شود. پیش شکافی در کارهای روباز و زیرزمینی قابل اجراست. چالهای آتشباری پیش شکافی ۵۰ میلی ثانیه یا بیشتر، قبل از چالهای اصلی آتش می شوند. به هر حال فاصله زمانی انفجار بین چالهای کنترل و چالهای ضربه گیر باید ۲۰۰ میلی ثانیه یا بیشتر باشد. در شکل ۳ آرایش و توبست انفجار در چالهای تولید و پیش شکافی دیده می شود.
مشخصات سنگ مانند سختی، شکنندگی، وجود درزه و شکاف از عواملی هستند که در پیش شکافی مؤثرند. وجود شکاف مانع از لرزش زمین در برابر انفجار چالهای اصلی است. لذا در آتشباری چالهای اصلی میتوان تعداد تأخیرها را کم کرده و خرج هر تأخیر را بالا برد.
تئوری پیش شکافی
هدف از پیش شکافی ایجاد یک سطح ترک مصنوعی برای جلوگیری از حرکت موج انفجار به درون تشکیلات سنگی اصلی باقیمانده است. این کار با حفاری چال در اطراف محیط آتشباری (بطوریکه محیط را ببندد) در یک ردیف انجام می گیرد. تئوری آتشباری پیش شکافی اینگونه مطرح می شود که در اثر انفجار همزمان چالهای پیش شکافی خرجگذاری شده، امواج دایره ای شکلی به سمت مرکز چال پدید می آیند که در اثر برخورد و تداخل با همدیگر نیروی کششی مناسبی پدید می آورند که توسط آن سنگ در بین چالهای پیش شکافی ترک می خورد. در نتیجه تمام چالها به وسیله این ترک ها به هم مرتبط شده و به عبارتی یک سطح شکست به وجود می آید. برای نیل به این هدف می بایست کلیه چالهای پیش شکافی با یک تأخير زمانی کم یا در کمترین فاصله زمانی نسبت به یکدیگر منفجر کردند. سپس با تأخیرهای بعدی، انفجار خرج اصلی صورت می پذیرد که قسمت قابل توجهی از موجهای انفجاری مربوط به خرج اصلی توسط سطح پیش شکافی شده برگردانده می شود و این سطح از عبور آن به درون تشکیلات سنگی پشت سر ممانعت کرده و از ایجاد ترک و شکستگی جلوگیری می کند (1)
