بخشی از مقاله
تعیین شیب و جهت شیب ناپیوستگی های معدن مس سونگون با استفاده از جهت یابی مغزه های حفاری شده
چکیده
کانسار مس سونگون در استان آذربایجان شرقی واقع شده است. گسترش کانسار بین `٤٢ و ٤٦ تا `٤٣ و ٤٦ طول شرقی و “٤٥ و ’٤١ و ٣٨ تا ’٤٣ و ٣٨ عرض شمالی می باشد. گستره معدن مس پورفیری سونگون در منطقه ای کوهستانی و در ناحیه ای به طور نسبی جوان از نظر زمین شناسی واقع شده که چندین گسل جوان و لرزه زا را در بر می گیرد. بر طبق مطالعات انجام شده، گستره معدن به واسطه حضور و عملکرد گسل ها، تحت دگر شکلی و برش قابل ملاحظه ای قرار گرفته است و در مجموع به شدت تکتونیزه و خرد شده می باشد. برای طراحی دیواره یک معدن روباز و یا یک فضای زیرزمینی، تنها مطالعات ﮊئوتکنیکی که بر اساس زمین شناسی عمومی صورت می گیرد جهت تشخیص خصوصیات توده سنگ کافی نمی باشد. در این راستا حتی اگر برداشت های سطحی با دقت کافی همراه باشد هیچ تضمینی وجود ندارد که روند ناپیوستگی های موجود تا عمق مورد نظر ثابت باقی بماند. از این رو برای بررسی و تهیه اطلاعات دقیق تر علاوه بر برداشت های سطحی از حفر ترانشه و گمانه نیز استفاده می گردد . برای تحلیل پایداری محدوده نهایی یک معدن روباز و یا حفر یک فضای زیر زمینی، شناخت خصوصیات توده سنگ لازم وضروری است. مغزه جهت یابی شده در تعیین این خصوصیات نقش مهمی را ایفاﺀ می کند. برای جهت یابی م غزه های حفاری از دستگاهی به نام جهت یاب استفاده می گردد. جهت یاب ها انوا ع مختلف داشته که بر حسب شرایط متفاوت از آنها استفاده می گردد. اطلاعات برداشت شده از ناپیوستگی ها در برنامه ٥Dips V. وارد شده و مورد تحلیل قرار گرفته اند. مقایسه نتایج بدست آمده از جهت یابی مغزه ها و برداشت های سطحی نشان می دهند که اطلاعات حاصل از جهت یابی مغزه ها دارای دقت بالایی بوده است.
١- مقدمه
معدن مس سونگون یکی از عمیق ترین معادن روباز ایران با ارتفاع دیواره نهایی حدودا" ٧٠٠ متر خواهد بود. ارتفاع قابل توجه دیواره نهایی این معدن و نیز وقو ع رخدادهای گسلی به همراه تنوع آلتراسیون موجود، این معدن را از دیدگاه مهندسی ﮊئوتکنیک و مقوله پایداری شیب دیواره ها به یک پروﮊه منحصر به فرد مبدل کرده است . از این رو می بایست اطلاعات عمقی نظیر سنگ شناسی، دگرسانی، طول مغزه بدست آمده((TCR، شاخص کیفی سنگ((RQD، تعداد و مطالعه ناپیوستگی های باز و سیمانی شده، تخمینی از مقاومت سنگ بکر، تناوب رگه و رگچه ها و هوازدگی به صورت سیستماتیک و بر اسا س استانداردهای حفاری ﮊئوتکنیک و با کیفیت بالا از طبقات درونی زمین اخذ و نتایج حاصل در یک بررسی همه جانبه جهت انجام مطالعات تکمیلی پایداری شیب معدن مورد استفاده قرار گیرد.
این دستورالعمل ها که بر اساس آئین نامه های انجمن بین المللی مکانیک سنگ (ISRM) تدوین گردیده باعث می گردند تا برداشت ها هرچه بیشتر به استانداردها نزدیک تر گردند. یکی از مهمترین برداشت ها ی ﮊئوتکنیک تعیین شیب و جهت شیب ناپیوستگی ها برای تعیین امتیاز و یا پتانسیل لغزش توده سنگ می باشد.
٢- اهمیت نظارت مهندسی ﮊئوتکنیک
جهت حصول اطمینان از کیفیت حفاری نیاز به نظارت دقیق و پیوسته( شبانه روز) مهندسی ﮊئوتکنیک بر سر گمانه در حین حفاری می باشد. از طرفی بهترین اطلاعات را هنگامی می توان از مغزه های حفاری شده برداشت نمود که مطالعه نمونه ها در حین حفاری انجام گیرد به عبارتی نمونه ها بلافاصله پس از انجام عملیات حفاری مورد مطالعه قرار گیرند. در معدن مس سونگون فعالیت حفاری ﮊئوتکنیکی در طول ٢٤ ساعت بصورت پیوسته انجام می گیرد، و همانطوری که قبلا توضیح داده شد پوشش ٢٤ ساعته مطالعه و برداشت از اهمیت بالایی برخوردار می باشد.
٣- تکنیک های حفاری
پیمانکار حفاری باید کیفیت و بازیابی مغزه را به کمیت و سرعت حفاری ترجیح دهد. حفاری با قطر بزرگتر برای نتایج ﮊئوتکنیک بهتر می باشد . در بخشهای تشریح و مطالعات زمین شناسی قطر NQ و ترجیحا" HQ بهتر از سایز های کوچکتر می باشد زیرا ممکن است حفاری با قطر کمتر باعث شکستگی های مصنوعی در مغزه های حفاری شود، تشخیص این شکستگیها برای کارشناسان ممکن است دشوار باشد و محاسبات انجام شده مانند مقدار RQD بدست آمده صحیح نباشد]١.[ سیستم حفاری وایر لاین با کر بارل سه جداره برای جلو گیری از خرد شدن مغزه ها برای حفاری ﮊئوتکنیک در معدن مس سونگون مناسب تشخیص داده شده است. شکل(١)، دستگاه حفاری استفاده شده در پروﮊه ﮊئو تکنیک معدن مس سونگون را نشان می دهد. این دستگاه تمام هیدرولیک بوده و ساخت شرکت Atlascopco می باشد.
شکل (١): دستگاه حفاری ٣٠٠٠CS در پروﮊه حفاری ﮊئوتکنیک معدن مس سونگون
٤- موقعیت گمانه های ﮊئوتکنیک
هدف اصلی از حفاری گمانه ها دسترسی به اطلاعات موجود واقع در زیر زمین می باشد تا این اطلاعات، تخمین مناسبی از وضعیت و شرایط توده سنگ در اختیار طراحان قرار دهد. در برداشت های ﮊئوتکنیک بیشتر اوقات استفاده از اطلاعات سطحی منجر به کوچک یا بزرگ نمایی شرایط ساختاری توده سنگ می گردد]٢.[ با توجه به نیاز طراحان معدن، گمانه های پیش بینی شده در شبکه ای مشخص برای دسترسی به اطلاعات خاص اعم از اکتشاف ماده معدنی، تعیین سطح ایستابی، تعیین وضعیت ناپیوستگی و ساختارهای مهندسی چ یدمان می گردند. برای تعیین و تحلیل شیب نهایی معادن روباز، همواره آگاهی از مقاومت توده سنگ، وضعیت ناپیوستگی ها، شرایط آب های زیرزمینی، هوازدگی توده سنگ و پارامترهای دیگر اهمیت بسیاری داشته که این امر با حفاری گمانه های اکتشاف ﮊئوتکنیک در محدوده معدن و بر روی دیواره معدن میسر می شود. با توجه به شرایط اقتصادی، زمان و هزینه های نگهداری گمانه های حفاری شده، طراحی گمانه ها می بایست به شکلی باشد تا با حداقل هزینه ها و کمترین زمان به بیشترین اطلاعات دست یافت. برای نیل به این هدف، آگاهی از اطلاعات اولیه محدوده معدن و همچنین حفاری های انجام شده امر مهمی است که طراح به آن توجه می نماید.
٤-١- راستای گمانه های ﮊئوتکنیکی
با توجه به شکل نهایی معادن روباز، راستای قرار گیری گمانه ها به نحوی است که جهت حفاری به سمت داخل محدوده پیت باشد. البته گاها" برای دست یابی به اطلاعات چند منظوره، این امر دچار تغییرات می گردد . توپوگرافی، ابعاد نهایی محدوده معدن، شرایط آب های زیرزمینی و انحنای دیواره نهایی پارامترهایی هستند که در تقسیم بندی تعداد مقاطع مورد نیاز نقش اساسی را ایفا می کنند]٢.[
٤-٢- شیب گمانه های ﮊئوتکنیکی
یکی از اهداف اصلی حفر گمانه های ﮊئوتکنیک برداشت ناپیوستگی های موجود در توده سنگ دیواره مورد بررسی می باشد. برای برداشت شیب و جهت شیب ناپیوستگی ها که اساسی ترین پارامتر خصوصیات ناپیوستگی می باشد از دستگاهی به نام جهت یاب استفاده می گردد که اصول کار این سری دستگاهها بر مبنای شیب دار بودن گمانه خواهد بود. این بدان معنی است که تمام گمانه های ﮊئوتکنیک برای برداشت شیب و جهت شیب ناپیوستگی ها می بایست شیبی بین صفر تا ٩٠ درجه داشته باشند]١.[ نکات دیگری که در تعیین شیب گمانه ها مد نظر قرار می گیرد عبارتند از وضعیت توپوگرافی محدوده معدن، عمق معدن، طرح های توسعه ای و دیواره نهایی معدن]٢.[ این شیب به نحوی طراحی می گردد تا روند حفاری و برداشت اطلاعات بر روی پوسته نهایی معدن صورت گیرد. بررسی اقتصادی و در نظر گرفتن قابلیت دستگاه های حفاری نیز از پارامترهای مهم طراحی شیب گمانه های ﮊئوتکنیک می باشد.
٤-٣- عمق گمانه های ﮊئوتکنیکی
جهت تعیین عمق این نوع گمانه ها آگاهی از وضعیت نهایی محدوده معدن و بررسی گمانه های اکتشاف ماده معدنی ضروری می باشد. اطلاع از دیواره و وضعیت نهایی محدوده معدن باعث می گردد تا عمق حفاری به میزانی باشد که برداشت های انجام شده نه تنها کل دیواره نهایی را در بر گیرد بلکه از وضعیت تحتانی کف پیت نیز اطلاع حاصل گردد. همچنین به هنگام حفر گمانه های ﮊئوتکنیک با توجه به اطلاعات به دست آمده و تکمیل داده ها امکان تغییرات بصورت افزایش یا کاهش عمق حفاری خواهد بود]٢ .[ بررسی اقتصادی و در نظر گرفتن قابلیت دستگاه های حفاری نیز از پارامترهای مهم طراحی عمق گمانه های ﮊئوتکنیک می باشد.
٤-٤- قطر گمانه های ﮊئوتکنیکی
هدف از حفاری گمانه های ﮊئوتکنیک بررسی مغزه های بدست آمده می باشد. بر اساس استاندارد های ارائه شده قطر این نوع مغزه ها بایست به صورتی باشد تا مطالعات آزمایشگاهی و برداشت های صحرایی دچار مشکل نگردد. عموما" در حفاری گمانه های ﮊئوتکنیک از دو قطر PQ و HQ استفاده می شود]٢.[
قطر داخلی سایز PQ برابر ٨٦ میلی متر و قطر خارجی آن برابر ١١٢ میلی متر می باشد. همچنین قطر داخلی سایز HQ برابر ٦١ و قطر خارجی آن معادل ٩٦ میلی متر است. حفاری با قطر بزرگتر برای نتایج ﮊئوتکنیک بهتر می باشد. در بخشهای تشریح و مطالعات زمین شناسی، سایز حفاری PQ و ترجیحا" HQ بهتر از سایز های کوچکتر است زیرا حفاری با قطر کمتر باعث شکستگی های مصنوعی در مغزه های حفاری شده و تشخیص این شکستگی ها برای کارشناسان ممکن است دشوار باشد و محاسبات انجام شده مانند مقدار RQD بدست آمده صحیح نباشد . بیشتر اوقات حفاری با سایز PQ شروع شده و پس از گذشتن از محدوده ای که این محدوده بر اساس شرایط توده سنگ، آبهای زیرزمینی و قابلیت دستگاه حفاری تعیین می گردد قطر گمانه به سایز HQ تقلیل می یابد. قسمت بالایی حفر شده را نیز برای نگهداری در هنگام حفاری لوله گذاری می نمایند.
٥- موقعیت گمانه های ﮊئوتکنیک در معدن مس سونگون
با توجه به اهمیت تحلیل شیب دیواره نهایی معدن مس سونگون، در سال ١٣٨٣ طی قراردادی که فی مابین شرکت مس سونگون و شرکت مهندسین مشاور پارس اولنگ عقد گردید نظارت حفاری ﮊئوتکنیک و تحلیل شیب دیواره معدن سونگون به این شرکت مشاور سپرده شد . از آنجا که برای اولین بار در ایران حفاری ﮊئوتکنیک به منظور دست یابی به خصوصیات ناپیوستگی ها نظیر شیب و جهت شیب واقعی صورت می گرفت، شرکت مشاور پارس اولنگ تحت نظارت شرکت مشاور SRK انگلستان شروع به کار نمود. با توجه به اینکه Allaen McCracken مدیر عامل این شرکت در پروﮊه طرح اکتشاف معدن مس سونگون نیز فعالیت داشته با استفاده از اطلاعات و تجارب قبل، موقعیت گمانه های ﮊئوتکنیک این معدن را مطابق جدول (١) ارائه نموده است.
٦- تعیین موقعیت مغزه حفاری
از آنجائیکه در برداشت های ﮊئوتکنیکی علاوه بر شیب ناپیوستگی، جهت شیب نیز از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد ضروریست تا راستای درزه ها بر روی مغزه مشخص گردد]٣.[ برای رسیدن به این مقصود در حفاری ﮊئوتکنیک از ابزار خاصی به نام جهت یاب استفاده می گردد که به معرفی آنها خواهیم پرداخت.
٦-١- دستگاه جهت یاب رسی((Clay Imprint
دستگاه جهت یاب رسی، یکی از اولین و ساده ترین سیستم های جهت یابی در پروﮊه های ﮊئوتکنیکی می باشد]٤.[ یک دستگاه جهت یاب می بایست برای هر قطر مشخصی از حفاری طراحی گردد. همانطور که در شکل(٢)، مشاهده می گردد ساختمان ظاهری این دستگاه از سه جزﺀ اصلی تشکیل یافته است.
