بخشی از مقاله
چکیده
طراحی سیستم نگهداری یکی از ملزومات معدنکاری میباشد که بطور موثری قادر به کاهش و افزایش هزینهها، و از سوی دیگر تضمین کننده ایمنی کارگاههای استخراج و محیط معدنکاری است . بدین منظور روش های تجربی و تحلیلی متعددی در پی طراحی سیستم نگهداری ابداع گردیدند، که یکی از این روشهای تحلیلی، روش سختی و انعطاف پذیری است. وجود روابط زیاد زمان محاسبات را طولانی کرده، از اینرو در این مقاله، با ارائه نرمافزار کدنویسی شده تحت زبان برنامه نویسی جاوا و دریافت اطلاعات مربوط به زمین میزبان و تکیهگاه - سیستم نگهداری - تونل باربری پانل شرقی شماره 2، مقادیر فشار محوری و لنگر خمشی تحت زوایای مختلف را در زمان کوتاهی محاسبه و با داشتن نمودار ها و مقادیر ماکزبمم، تیر آهن پهن با لبه موازی با 300 I PE به عنوان قاب فولادی سیستم نگهداری پیشنهاد شده است.
-1 مقدمه
تحلیل پایداری فضاهای زیرزمینی با سه روش تجربی، تحلیلی و عددی انجام میپذیرد . چگونگی استفاده از این سه روش از اهمیت زیادی برخوردار است، چرا که به ترتیب از روش تجربی به سوی روش عددی بر میزان دقت و اعتمادپذیری طراحی انجام شده افزوده میشود. بدینترتیب این سه روش مجزا از یکدیگر نبوده و با قرارگیری در راستای یکدیگر موجب تکامل روند طراحیهای زیرزمینی میگردد. بهعبارت دیگر در مراحل اولیه ساخت فضاهای زیرزمینی که دادههای فراوان و دقیقی در اختیار نمیباشد، طراحی با روش تجربی که از سرعت و سادگی بیشتری برخوردار است، آغازمیشود. پس از بهدستآمدن یک برآورد اولیه از رفتار فضا و سیستم نگهداری مورد نیاز، فرآیند طراحی با تحلیلهای پیچیده میتواند ادامه یابد تا ضمن بررسی رفتار تودهسنگ و سیستم نگهدارنده اصلاحات موردنظر اعمال شود
از روشهای تحلیلی طراحی تونل روش سختی و انعطافپذیری است. که در سال 1980 توسط اینستین1 و اسکوارتز2 ارائه شد.این روش برای تونلهای دایرهای تا 5 متر شعاع که در عمق حدودی 30 متر در خاک نرم الاستیک با وجود تنشهای دو محوره در نظر گرفته شده است. جابهجایی و تنشهای درونی سیستم نگهداری - در رابطه با فشار و جا به جایی یک محوره - ، تنش تماسی سطحی با در نظر گرفتن شرایط تنش صفحهای محاسبه شده و با دو شرط حدی بدون لغزش - بدون جابهجایی نسبی برشی - و با لغزش - بدون تنش برشی - تقسیم میشود.
-2 موقعیت جغرافیایی معدن زغالسنگ پروده طبس
نواحی زغالدار کشور ایران شامل مناطق طبس، کرمان و البرز میباشد که از این میان منطقه طبس بیشترین حجم زغال را به خود اختصاص داده است. شهرستان طبس در شمال شرقی استان یزد در منطقهای با آب و هوای بیابانی واقع شده و شهرستان کاشمر در استان خراسان و استان سمنان از شمال، شهرستان فردوس، بیرجند و نهبندان از شرق، استان کرمان از جنوب و استان اصفهان از غرب و جنوب غربی آن را احاطه کردهاند.
طبس دارای سه ناحیه زغالی اصلی پروده، نایبند و مزینو است که زغالهای پروده و نایبند از نوع ککشو و زغال مزینو از نوع حرارتی میباشد. نواحی زغالدار طبس دارای وسعتی حدود 30 هزار کیلومتر مربع است. مطالعات اکتشافی در این مناطق از سال 1356 آغاز شده ولی به دنبال زلزله طبس در سال 1357 فعالیتهای اکتشافی متوقف شد، در اواسط سال 1359 واحد اکتشافی طبس تاسیس گردید و تا ابتدای سال 1369 بخش اعظم اکتشافات مقدماتی در یکی از بزرگترین و غنیترین ذخایر کشور به نام پروده به پایان رسید.
ناحیه پروده با وسعتی حدود 1200 کیلومتر مربع در 75 کیلومتری جنوب شهرستان طبس در محدوده عرض جغرافیایی 33 درجه و 5 دقیقه تا 32 درجه و 50 دقیقه و طول جغرافیایی 75 درجه و 15 دقیقه تا 56 درجه و 45 دقیقه قرار گرفته است. شمال ناحیه پروده را دشت کاملاً هموار و باتلاق های نمک فراگرفته و به سمت جنوب رسوبات تریاس و ژوراسیک ارتفاعات نهچندان مرتفع را بوجود آورده است. شرق ناحیه به ارتفاعات »شتری« و غرب آن به ارتفاعات »کمر مهدی« محدود میشود.
-3 مشخصات زمینشناسی و عمومی معدن پروده طبس
ناحیه زغالدار پروده از نظر ریختشناسی از شمال به جنوب، در حد فاصل گسل رستم تا رخنمون لایهای زغالی عموماً پستی و بلندیهای زیادی همچون درههای نسبتاً عمیق به چشم می خورد. پس از آن تا مرز رسوبات تریاس-ژوراسیک پستی و بلندیها کاهش یافته و بخش اعظم این محدوده از زمینهای هموار با تپههای کم ارتفاع تشکیل شده، ارتفاع متوسط ناحیه زغالدار پروده از سطح دریا +850 متر می باشد که مرتفعترین نقطه آن در غرب +1047 متر و پستترین آن در شرق +730 متر قرار گرفته است.
این منطقه دارای لایههای زغالی با شیب آرام و با وسعت زیاد میباشد که به همین منظور از ابتدا توسط شرکت ADAM، روش استخراج مکانیزه برای آن طراحی شد، شرایط آن به گونهای است که میتوان آن را نیمهمکانیزه و دستی نیز استخراج کرد. وسعت زیاد، شیب آرام و یکنواختی لایههای زغال، عدم وجود پیچیدگیهای تکنولوژی از جمله ویژگیهایی بوده که این کانسار را از سایر مناطق زغالدار ایران متمایز نموده است.
شیب لایهها در محل رخنمون بین 20 تا 30 درجه می باشد که مقدار آن در عمق کاهش یافته و به 5 تا 10 درجه نیز میرسد. در قسمت شمالی ناحیه پروده، لایهای زغالی تقریباً در عمق زیاد قرار گرفته و فقط در محدودههایی که احتمال برپائی تاسیسات معدنی وجود دارد، پیجوئی مقدماتی صورت گرفته است در قسمت جنوبی منطقه پروده، غنیترین و باکیفیتترین ذخایر زغال ککشو وجود دارد. به مجموعه پرودههای تا پروده غربی اطلاق میشود. وضعیت معادن تقسیمبندی شده در پروده را میتوان در شکل 1 مشاهده کرد.
شکل :1 محدودههای معدنی موجود در پروده طبس.
لایه C1 مهمترین لایه زغال قابل کار منطقه پروده شماره 1 بهشمار میآید. سنگهای دربرگیرنده این لایه از جنس سیلتستون، ماسهسنگ و آرژیلیت بسیار سست تشکیل شده است. این معدن به روش جبههکار بلند پسرو و بهطور تمام مکانیزه استخراج میشود. در این روش، ابتدا دو راهرو اصلی و فرعی در دو طرف پهنهای که قرار است استخراج شود، حفر شده و تا انتهای پهنه پیش میروند. در این زمان پهنه استخراجی و راهروهای دو طرفشان بهطور کامل آمادهسازی شده و این دو راهرو به هم متصل میشوند. خط اتصال این دو راهرو، کارگاه استخراج را تشکیل میدهد و استخراج به سمت عقب آغاز میشود. در این معدن شیب کارگاه استخراج 25 درجه و طول جبهه کار 203 متر بدون لنگه حفاظتی میباشد، استخراج توسط دستگاه شیرر با ارتفاع برش 2 متر و عرض برش 0/8 متر با پیشروی روزانه 2/5 متر که با شیلدهایی با عرض 7/5 متر نگهداری میشوند، انجام میگیرد.
-4 معرفی نرمافزار LinedCircular Tunnel
این نرمافزار با زبان برنامه نویسی جاوا نوشته شده و به منظور سرعت در انجام محاسبات و رسیدن به مقادیر گشتاور خمشی - M - و فشار محوری - T - مورد استفاده قرار می گیرد. ویژگی ممتاز این نرم افزار این است که نیاز به نصب یک برنامه حجیم برای اجرای برنامه نبوده و این امکان را به کاربر میدهد که به راحتی برنامه را اجرا کند. دادههای ورودی موردنیاز برای نرمافزار شامل دو بخش کلی می شود، بخش اول عبارتند از مجموعه اطلاعات ورودی زمین میزبان - که بستگی به نوع و جنس زمین دارد - و بخش دوم شامل مجموعهای از اطلاعات ورودی تکیهگاه مربوط به سیستم نگهداری است که به جنس و سایر ویژگیهای آن بستگی دارد
شکل :2 محیط نرم افزاری نوشته شده به زبان جاوا.
الگوریتم این نرمافزار در واقع مبتنی بر فرمولهای روش سختی-انعطافپذیری در طراحی سیستم نگهداری میباشد. پس از ورود اطلاعات اولیه توسط کاربر به نرمافزار، با استفاده از فرمولهای زیر، مقادیر M و T برای زاوایای مختلف محاسبه میشود.
با توجه به شرایط موجود که به دو دسته بدون لغزش3 و لغزش کامل4 تقسیم میشود، مقادیر مورد نیاز با توجه به مقادیر مختلف از 0 تا 360 درجه با فاصله 5 درجه، برحسب روابط زیر و نوع شرایط موردنظر محاسبه میشود:
الف- با شرط لغزش کامل:
ب- با شرط بدون لغزش:
لازم به ذکر است که تمامی اطلاعات خروجی در یک فایل متنی نیز ایجاد گشته که سپس برای رسم نمودارهای قطبی مربوطه به نرمافزار متلب5 وارد میشود.
-1-4 تحلیل سیستم نگهداری تونل باربری - پانل شرقی شماره - 2
در شکل 3، هندسه تونل باربری مورد نظر و در جدول 1 مشخصات لایههای موجود در منطقه آمده است.
شکل :3 هندسه تونل باربری پانل شرقی شماره .2
