بخشی از مقاله
چکیده کلمات کلیدی
ناپایداریها و مشکلات ژئوتکنیکی در کارگاههای استخراج جبههکار طولانی مخاطراتی همچون سرعت پایین پیشروی کارگاه، افزایش هزینههای عملیاتی و فشارهای نگهداری نامناسب را در بر دارد. در این مقاله با بررسی فشار نگهدارنده-های قدرتی و رابطه آن با پارامترهای ژئومکانیکی و نرخ پیشروی کارگاه، مشکلات ژئوتکنیکی در پهنه E2 معدن پروده1 طبس مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا ابتدا فشارهای ثبت شده از گیج نگهدارنده های قدرتی بررسی شد. در ادامه رابطه میان میانگین فشارهای ثبت شده با مقادیر امتیاز رده بندی سقف معادن زغال - CMRR - و همچنین رابطه میان مشکلات ژئوتکنیکی درصد فشارهای بالای بار تسلیم نگهدارنده های قدرتی با نرخ پیشروی کارگاه شد. بررسی های نشان داد که 68/86 فشار گیج درصد فشارهای ثبت شده خارج ازمحدوده فشار نصب و تسلیم مناسب شرایط پهنه E2 بوده است و این شرایط باعث نگهدارنده های قدرتی توزیع بار ناهمگون در سرتاسر امتداد سینهکار شده و مشکلات ژئوتکنیکی را افزایش داده است . تحلیل فشارها و رابطه معدن پروده 1 طبس میان توزیع فشارها، سرعت پیشروی و پارامترهای ژئومکانیکی نشان داد که مشکلات ژئوتکنیکی سقف و کف، و همچنین فشارهای نصب نامناسب روی سرعت پیشروی کارگاه موثر بودهاند. در واقع در پهنه E2، علاوه بر اینکه نگهدارندهها در فشارهای نامناسب نصب شدهاند، مشکلات ژئوتکنیکی سقف و کف نیز باعث بدتر شدن شرایط و عدم دسترسی به فشارهای نصب مناسب شده است.
-1 مقدمه
ناپایداریها و مشکلات ژئوتکنیکی در کارگاههای استخراج جبههکار طولانی مخاطراتی همچون سرعت پایین پیشروی کارگاه، افزایش هزینه-های عملیاتی و فشارهای نگهداری نامناسب را در بر دارد. فشارهای نگهداری حاصل اندرکنش نگهدارنده قدرتی با سقف و کف است. از این رو تحلیل فشارهای ثبت شده از گیج نگهدارندههای قدرتی کمک زیادی به شناسایی مشکل و ارایه راهکار جهت کنترل آن می کند. در این مقاله کارگاه E2 معدن زغالسنگ پروده1 برای بررسی در نظر گرفته شده است. مشکلات ناشی از وقوع ناپایداری در این پهنه باعث کاهش شدید نرخ پیشروی و توقف های متعدد در عملیات استخراج شده است. نرخ پیشروی در این پهنه برابر 1 متر در روز بوده که آمار پایینی به شمار می آید. در این مطالعه با بررسی فشارهای ثبت شده و رابطه بین فشارهای ثبت شده با پارامترهای ژئومکانیکی و نرخ پیشروی کارگاه، مشکلات ژئوتکنیکی در پهنه E2 مورد بررسی قرار می گیرد.
-2 معدن پروده 1 طبس
معدن زغالسنگ زیرزمینی پروده 1 در شمال شرقی شهر طبس واقع شده است. لایه زغالسنگ C1 یکی از لایههای قابلکار در این معدن است. این لایه دارای متوسط ضخامت لایه زغال تقرباًی برابر 2 متر است که دارای شیب 22 درجه است. شش واحد زمینشناسی اصلی در ای ن معدن شامل زغالسنگ، مادستون، سیلتستون، سیلتستون ماسهای و روباره است .[1] شکل - 1 - پلان و جانمایی تعدادی از پهنه های استخراجی را در معدن پروده 1 طبس نشان می دهد. سیستم
-3 محاسبه فشار کف در زیر تکیهگاه از طریق فشار گیج نگهدارندههای قدرتی بار اعمالی از سقف به سایبان شیلد روی پایههای شیلد، سیلندر پایدارساز بین سایبان و سپر تخریب شیلد جذب میشود. مقدار بار جذب شده وابسته به ژئومتری هر یک از اجزاء این دو بخش است .[2] شکل - 2 - ، نمایی از نیروهای اعمال شده روی یک نگهدارنده شیلد دو پایه را در یک کارگاه استخراج جبههکار طولانی نشان میدهد. برای بدست آوردن تنش در زیر تکیه گاه نگهدارنده های قدرتی از رابطه - 1 - استفاده شده است .[2]در این رابطه Rv نیروی برآیند نیروی قائم برحسب تن،P نیروی وارده از طرف پایه هیدرولیک بین سایبان و تکیهگاه بر حسب تن،f ضریب اصطکاک بین سقف و سایبان که در بیشترین مقدار قابل قبول برابر 0/3 در نظر گرفته میشود، Z نیروی وارده از طرف جک هیدرولیک بین سپر و سایبان بر حسب تن، W بار وارده از طرف منطقه تخریب بر حسب تن، γ زاویه بین سپر تخریب و امتداد افق بر حسب درجه، β زاویه بین سایبان و سپر تخریب بر حسب درجه، α زاویه بین پایه و امتداد قائم، و مابقی پارامترها از جنس طول و بر حسب اینچ هستند.
برای محاسبه بار برآیند و تنش وارد بر کف مقادیر پارامترهای در نظر گرفته شده عبارتاند از: h= 0.28 m، γ= 32° ، c= 1.44 m، b= 2.33 m، i= 0.24 m، d= 1.23 m، α= 28 °، f= 0.3، β= 26 °، Z= 150 bar ، قطر سیلندر 320 میلیمتر، K=0.4، e= 0.28 m، W= 152 KN برای کل نگهدارنده، عرض یکی از تکیهگاهها 480 میلیمتر، طول تکیهگاه 3050 میلیمتر، زاویه تخریب در سقف بلافصل برای سیلتستون شیلی80 درجه، ضریب تورم مواد برابر 1/5، وزن مخصوص سقف بلافصل 2/73 تن بر متر مربع، عرض سپر نگهدارنده برابر 1/5 متر، ارتفاع استخراج لایه برابر 2 متر، ارتفاع سقف بلافصل برابر 4 متر. مقدار پارامترهای طولی و زوایا از روی ژئومتری نگهدارندههای قدرتی معدن پروده1 بدست آمده است.
ثبت، کنترل و تحلیل فشار گیج نگهدارنده های قدرتی از اهمیت بسیار بالایی در معادن مکانیزه دنیا برخوردار است. در این راستا نرم افزارهایی توسط شرکت های متخصص در این زمینه توسعه داده شده که قادر به ثبت لحظه ای و آنلاین فشارهای نگهدارندههای قدرتی هستند. برآیند نیروهای نامتعادل و خارج از محدوده نرمال، ایجاد تنشهای بسیار کم و یا بسیار زیاد در کف و سقف سینه کار یک کارگاه است که هر دو مشکلات مربوط به خود را به همراه دارند. در این راستا، با محاسبه مقدار تنش ایجاد شده توسط نگهدارنده های قدرتی با استفاده از فشارهای ثبت شده، ارتباط بین مشکلات بوجود آمده و مقادیر فشاهای ثبت شده در کارگاه E2 مورد بررسی قرار گرفت.
-4 بررسی فشار گیج نگهدارندههای قدرتی در پهنه E2 و رابطه آن با پارامترهای ژئومکانیکی و نرخ پیشروی کارگاه با توجه به مشکلات ژئوتکنیکی زیاد در کارگاه E2، اقدام به ثبت فشار شیلدها از آذر 91 الی تیر 92 شده است. سیستم کنترل نگهدارندههای قدرتی در معدن پروده1 طبس از نوع دستی می باشد. هر چند عمده مشکلات این کارگاه به قبل از این زمان بر میگردد، اما تحلیل این دادهها کمک زیادی به پیدا کردن عوامل موثر بر ناپایداریها و ارایه راهکار جهت کنترل آن خواهد کرد. میانگین سرعت پیشروی کارگاه در این بازه زمانی برابر 1/6 متر در روز بوده است.
توریع فشار تقریبا یکنواخت با یک روند افزایشی ملایم به سمت مرکز در طول امتداد سینه کار که حداقل فشار نصب لازم را تأمین و از فشار تسلیم تجاوز نکند، یک هدف کلی در بحث کنترل سیستم عملیاتی نگهدارنده های قدرتی در سینه کارهای جبهه کار طولانی است. این مسئله تقریباً در شکل - 2 - نشان داده شده است. در این راستا با بررسی توزیع فشارهای ثبت شده و مقادیر آن ها نسبت به فشارهای نصب و تسلیم لازم، به تحلیل مشکلات ژئوتکنیکی بوجود آمده در کارگاه E2 پرداخته شد. برای محاسبه فشارهای نصب و تسلیم لازم با توجه به شرایط ژئومکانیکی لایهها و مشخصات کارگاه، از روابط ارایه شده توسط پنگ و همکاران استفاده گردید که به ترتیب روابط - 2 - ، - 3 - و - 4 - بایستی مورد استفاده قرار گیرند. جهت محاسبه ضرایب a و c باید از نمودار ارایه شده در شکل - 3 - استفاده نمود .[2]
برای محاسبه ظرفیت باربری کف از روابط - 5 - و - 6 - ارایه شده توسط بینیاوسکی استفاده شد .[2] رابطه - 5 - برای پایههای مستطیلی شکل ارایه شده است که در حالت لایههای همگن و متراکم معتبر هستند. رابطه - 6 - برای حالتی است که لایه کف قوی و بر روی یک لایه ضعیف قرار گرفته باشد. در ادامه برای درک تأثیر و سهم فشارهای نصب نامناسب در تشدید مشکلات ژئوتکنیکی کف و سقف در پهنه E2، مقادیر فشارهای ثبت شده و سرعت پیشروی کارگاه در شیفتهای مختلف کاری بررسی شد. برای درک درست این موضوع، ابتدا رابطه میان فشار میانگین با مقادیر CMRR مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه با مورد بررسی قرار دادن رابطه بین سرعت پیشروی و مقادیر مختلف از فشارهای ثبت شده، سهم و تأثیر فشارهای نصب نامناسب در تشدید مشکلات ژئوتکنیکی کف و سقف بررسی گردید.
