بخشی از مقاله
خلاصه
یکی از روش هاي تخمین مقاومت توده سنگ روشهاي ژئو الکتریکی است که با استفاده از آن می توان خصوصیات مختلف توده سنگ را محاسبه نمود. از مزایاي این روش ها می توان به ساده بودن و کم هزینه بودن این روش ها، استفاده از آنها در هرشرایط و در اعماق مختلف نام برد. به این منظور پارامترهاي ژئومکانیکی نظیر مقاومت تراکمی تک محوره - UCS - ، شاخص کیفی سنگ - - RQD، فاصله داري و جهت داري درزه ها براي هر کدام از سه پله I ، III و IV-2 معدن چغارت مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس این اطلاعات، طبقه بندي هاي ژئومکانیکی - RMR - و مهندسی - Q - انجام گرفته و در انتها نیز مقادیر مقاومت ویژه الکتریکی در این سه پله اندازه گیري شد. نتیجه بررسی پارامترهاي فوق با یکدیگر بیانگر رابطه میان هر کدام از این سیستم هاي طبقه بندي با مقاومت ویژه الکتریکی است.
1. مقدمه
هدف اصلی و اساسی از ردهبندي مهندسی تودههاي سنگی در معادن روباز ارائه یک روش ساده و مؤثر جهت توصیف مهندسی رفتار سنگ است که در اجراي پروژههایی از قبیل معادن روباز و مسائل مربوط به پایداري شیبهاي سنگی از اهمیت خاصی برخوردار است. اندازهگیري الکتریکی از روشهاي غیر تخریبی ژئوفیزیکی هستند که در کارهاي متفاوت مهندسی مانند ژئوتکنیک ، معدن، عمران و مهندسی مخازن نفت و گاز به کار میروند. این روشها در مقیاس آزمایشگاهی و در صحرا بهکاررفته است.
عموماً روشهاي مستقیم تعیین خواص مکانیکی سنگها هزینهبر هستند. از طرفی این روشها پارامترهاي مکانیکی را بهطور موضعی تعیین میکنند. ایجاد یک رابطه یا دسته بندي با استفاده از پارامترهاي ژئوفیزیکی می تواند روشی سریع براي ارزیابی توده سنگ باشد. از آنجا که ابتداي هر پروژه معدنکاري، انجام عملیات اکتشافی ناگزیر از اجراي ژئوفیزیک است.
در صورت تحقق چنین هدفی، می توان یک تخمین از شرایط کلی توده سنگ در همان ابتداي پروژه ایجاد کرد که می تواند تصور مناسبی از تحلیل پایداري ارائه نماید. هدف از این پروژه طبقه بندي یک توده سنگی و اندازه گیري مقاومت ویژه الکتریکی آن و ایجاد ارتباط بین دو روش است تا بتوان با داده هاي مقاومت ویژه الکتریکی نسبت به تعیین مقاومت توده سنگ اقدام نمود.
نتایج کارهاي تحقیقی در سال هاي اخیر نشان می دهد، از مجموعه روشهاي ژئوالکتریکی، می توان پارامترهاي مکانیکی را برآورد و تغییرات مکانی این پارامترها نظیر ناهمسانگردي را پیش بینی کرد.[1] کیت و استاپاك رفتار مهندسی سنگ هاي هیمالیا را بررسی کردند و روابط تجربی گوناگونی بین مقاومت ویژه الکتریکی سنگ و مقاومت مکانیکی آن توسعه داده اند. از جمله ارتباط لگاریتمی بین مقاومت فشاري تک محوري - UCS - و مقاومت ویژه الکتریکی. در مطالعه آنها، UCS با افزایش مقاومت ویژه الکتریکی افزایش می یافت.[1]
بیلیم و همکاران مقاومت ویژه نمونه هاي مصنوعی سنگ تحت فشاررا اندازه گیري کردند. مطالعات آنها نشان داد که افت ولتاژ با افزایش مقاومت سنگ و چگالی کاهش می یابد.[1] قهرمان و آلبرت - 2006 - امپدانس الکتریکی نمونه هاي مغزه بدست آمده از منطقه برشی گسل را اندازه گیري و با مقاومت فشاري تک محوره ، مدول هاي کشسانی ، اندیس بار نقطه اي ، سرعت موج طولی ، اندیس چکش اشمیت ، چگالی و تخلخل نمونه ها ارتباط دادند. تحقیق آنها ارتباط لگاریتمی بین مقاومت فشاري تک محوره ، مدول هاي کشسانی و مقاومت ویژه الکتریکی رانشان داد.
روابط ریاضی داده شده میان خصوصیات متفاوت سنگ ، کاربردي است و به عوامل گوناگونی مانند نوع سنگ و شرایط و چگونگی اجراي آزمایش بستگی دارد.[2] که در آن UCS مقاومت فشاري تک محوره ، ρ مقاومت ویژه الکتریکی را نشان می دهد. هرست و نلسون در سال 1985میزان رس در سنگ هاي کریستالین، درجه تکتونیزه شدن و هوازدگی سنگ ها می توانند باعث افزایش مقدار مقاومت ویژه الکتریکی سنگ شود. افزایش تنش اعمال شده بر روي نمونه هاي سنگی باعث افزایش مقدار مقاومت ویژه الکتریکی می شود. هرست و نلسون با انجام آزمایش دریافتند که با افزایش تنش تا میزان 200 Mpa و در نتیجه بسته شدن ترك ها در سنگ میزان مقاومت ویژه الکتریکی افزایش یافت.[3]
اغلب سنگ ها و خاك ها جریان با یونهاي محلول در آب موجود در منفذ هاي سنگ انتقال می یابد. مقاومت ویژه به خواص تخلخل ، شوري سیال منفذها، درصد اشباع آب محتوي رس ، دما و فشار مرتبط است.[1] معادله تجربی آرچی انطباق خوبی با سنگ هاي بدون رس مانند ماسه سنگ هاي تمیز دارد. ذرات رسی داراي فعالیت الکتریکی سطحی هستند - وجود رسانایی سطحی - این فعالیت باعث می شود که مقاومت الکتریکی سنگ و خاك کاهش یابد ، به خصوص در حالتی که در صد اشباع آب کم است . به هر حال وقتی اشباع آب زیاد است ، مقاومت ویژه سنگ بیشتر تحت تاثیر شوري آب در منفذها است. مقاومت ویژه سنگ هاي رسی به بسامد نیز وابسته است.[1]
اسکات اظهار داشت سنگ هاي کریستالین نسبت به سنگ هاي رسوبی مقاومت الکتریکی بالاتري دارند. همچنین زونهاي شکسته و هوازده نسبت به ماده سنگ مقاومت الکتریکی پایین تري دارند.[3] تحقیقات براس و همکاران روشن ساخت که مقاومت ویژه سنگ هاي بلورین در تنش هاي کم ، افزایش و سپس در تنش هاي زیاد کاهش می یابد. تحقیقات کیت و گخال نشان داد که مقاومت ویژه با افزایش UCS کاهش می یابد. آرا و همکاران دریافتند که مقاومت ویژه نمونه هاي سنگ کربناته با 20 درصد رس و 70 درصد اشباع آب با افزایش تنش محوري افزایش می یابد.[1]
شن روشن ساخت که فشار جانبی، مقاومت ویژه را کاهش می دهد، این امر می توان ناشی از بسته شدن درزه ها و میکرودرزه ها در سنگ هاي خشک باشد. کیت و رائو نشان دادند که فشار جانبی ، مقاومت ویژه سنگ هاي اشباع را افزایش می دهد که دلیل آن بسته شدن درزه ها و کاهش اندازه منفذ ها است. آنها حدس زدند که با اعمال فشار جانبی بیشتر از فشار آب منفذي ، نفوذ پذیري کاهش می یابد. در این حالت فشار آب منفذي اثر تخلخل را افزایش می دهد و در نتیجه مقاومت ویژه سنگ کاهش می یابد.[1]
2. اندازه گیري خصوصیات مکانیکی و مهندسی توده سنگ
در این مقاله جهت بررسی اثر ویژگی هاي تودهسنگ پارامترهاي چگالی، مقاومت فشاري تکمحوره، مدول الاستیسیته، مقاومت ویژه الکتریکی در سنگ بکر و ویژگی هاي ناپیوستگیها از قبیل نوع، تداوم، بازشدگی، فاصلهداري، نوع پرکننده، شرایط سطح ناپیوستگی، جهتداري، شرایط آب در ناپیوستگیها، مقاومت ویژه الکتریکی در تودهسنگ و هوازدگی مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین جهت مطالعه سایر خصوصیات سنگ براي طبقه بندي، با استفاده از نرم افزار Rock Processing و Split Desktop تعدادي عکس از ماده سنگ و توده سنگ برداشت شد و سایر مشخصات قابل برداشت از قبیل RQD به فاصله هر 5 متر اندازه گیري شد.
ویژگی هاي مهندسی سنگ بکر مورد مطالعه در این تحقیق شامل چگالی، مقاومت تراکم تک محوري، مدول الاستیسیته سنگ هستند. براي اندازهگیري ویژگی ها سنگ بکر با توجه به ویژگی هاي سنگشناسی تعدادي نمونه جمعآوري، کدگذاري و به آزمایشگاه منتقل شدند. سعی بر این بود این نمونهها حتیالامکان فاقد هر گونه درزه و شکستگی باشند. در آزمایشگاه پس از تعیین سختی نمونهها توسط چکش اشمیت، جهت انجام آزمایشات بعدي از هر نمونه بلوکی توسط دستگاه مغزهگیر مجهز به سر مته الماسه مغزههایی به قطر 50 -54 میلیمتر تهیه شد.
در طی مغزهگیري سعی بر این بود، سطوح جانبی نمونهها صاف و عاري از هر گونه ناهمواري باشد. دو سطح انتهایی مغزه طوري آماده شدند تا نسبت به محور مغزه کاملاً عمود باشند. سپس سطوح انتهایی هر نمونه توسط پودر ساینده کاملا صاف و صیقلی گردید.با استفاده از داده هاي بدست آمده مقادیر RMR و Q به ترتیب ذکر شده در جدول 1 محاسبه گردید.
3. اندازه گیري پارامترهاي الکتریکی سنگ
در مقاطعی که مقدار RMR و Q به دست آمد برداشت ژئوالکتریک انجام شد و داده هاي به دست آمده از روش ژئوالکتریک توسط نرم افزار RES2DINV تحلیل و بررسی شده و پروفیل مربوطه توسط نرم افزار ترسیم می شود. روش برداشت مقاومت ویژه الکتریکی، روش دوقطبی- دوقطبی است. مقاطع مقاومت ویژه الکتریکی برجا - توده سنگ - مطابق شکل هاي 1 تا 3 بدست آمد.
