بخشی از مقاله
چکیده
یکی از مهمترین مراحل طراحی فضاهای زیرزمینی انتخاب سامانه نگهداری مناسب برای آن فضا است. در بسیاری از موارد، سامانههای نگهداری برای تونل بر اساس تجربه مهندسین طراح انتخاب میشود. بنابراین به جای استفاده از معیارهای علمی، قضاوتهای شخصی بیشترین نقش را در انتخاب سامانه نگهداری ایفا میکند. اما از طرفی انتخاب سامانه نگهداری مناسب به برخی پارامترهای اقتصادی و فنی بستگی دارد.
در این مقاله انواع سامانههای نگهدارنده در تونلهای معادن زغالسنگ با ویژگی همگرایی بالا بررسی و مورد مطالعه قرار گرفته است و بهترین نگهدارنده برای آن با توجه به مسایل فنی و اقتصادی انتخاب شده است. بر اساس نتایج بدست آمده، نگهدارندههای فلزی با توجه به مقاومت بالا در برابر تنشهای معادن زغالسنگ با همگرایی بالا و توجیه اقتصادی، مناسبترین نوع نگهداری برای این گونه معادن است.
-1 مقدمه
در راهروهای معادن زغالسنگ به طور معمول دو نوع ناپایداری اتفاق میافتد. در حالت اول، ناپایداری راهرو با تخریب ناگهانی همراه است. در این حالت، ناپیوستگیها، سنگهای اطراف راهرو را به قطعات جداگانه تقسیم میکنند و قطعات مزبور میتوانند حرکت انتقالی و یا حرکت چرخشی داشته باشند. در حالت دوم که به طور عمده ناپایداری در اعماق زیاد و در اثر وجود تنشهای اولیه بالا ایجاد میشود، برخلاف حالت اول، ناپایداری با همگرایی تدریجی راهرو همراه است. پدیده همگرایی در راهروهای معادن زیر زمینی زغالسنگ ناشی از جابجایی سقف، کف و دیوارههای آن است و بر پایداری وابسته به زمان راهرو به شدت تاثیر گذار است .[1]
ناپایداری تونلهای باربری و تهویه معادن زغالسنگ بخصوص در محل تقاطعها به طور بسیار موثری بر ایمنی شبکه معدن، میزان پیشروی، نرخ تولید و در نهایت بر شرایط اقتصادی معدن تاثیرگذار است .[2] مناسبترین سامانه نگهداری، سامانهای است که هزینه پایین و ایمنی کافی داشته باشد. تلفیق سامانههای میل مهار و شاتکریت مرسومترین سامانه پایدارسازی در معادن است که البته در معادن کشور عملی نشده است. در ایران به طور معمول از سامانههای نگهداری فلزی و چوبی به همراه لاردهگذاری استفاده میشود. قابهای کشویی، میلمهار فلکسی، میلمهار کابلی و نگهدارندههای قدرتی از سامانههایی هستند که میتوان در معادن زغالسنگ استفاده کرد .[3]
با استفاده از روشهای تجربی، تحلیلی و عددی میتوان میزان همگرایی را برآورد نمود و سپس اقدام به طراحی سامانه نگهداری مناسب نمود. تعیین سامانه نگهداری مناسب در پیشگیری از وقوع ناپایداریها و عدم ایجاد وقفه در عملیات استخراج حایز اهمیت است. در سال 1993روابطی برای تعیین میزان همگرایی راهروهای دایرهای و عمیق، براساس مدلهای پیشبینی رفتار وابسته به زمان ماکسول، برگرز، استاندارد و کلوین بیان شد .[4] هوک و مارینس در سال 2000 رابطهای برای تعیین همگرایی راهروهای دایرهای در زمینهای آماسی و تحت شرایط تنش هیدرواستاتیک ارائه کردند . [5]
در سال 2004 برای پیش بینی رفتار آماسی تونلها و مغارها در سنگهای نرم، نوع خاصی از روش آنالیز عددی، متفاوت ار روشهای عددی مرسوم توسعه داده شد .[6] در سالهای اخیر نیز منحنی اندرکنش زمین بر اساس فشار اعمالی بر سامانه نگهداری، به طور موفق برای تعیین همگرایی و جابجایی دیوارههای تونل و طراحی سامانههای نگهداری مناسب مورد استفاده قرار گرفته است .[7] معادن زغالسنگ با همگرایی بالا نوع خاصی از سامانه های نگهداری با ویژگیهای خاص را میطلبد. در این مقاله، بر اساس سابقه موضوع و موارد مختلف کاربرد سامانههای نگهداری در معادن زغالسنگ، با مدنظر قرار دادن پارامترهای فنی و اقتصادی، به انتخاب و طراحی مقدماتی سامانه نگهداری مناسب برای معادن زغالسنگ با همگرایی بالا پرداخته میشود.
-2انواع سامانههای نگهداری معادن زغال سنگ
در این بخش انواع سامانههای نگهداری که در معادن مختلف بکار برده شدهاند، مورد بحث و بررسی قرار میگیرند.
-1-2 میلمهارها
این نگهدارنده که با محکم کردن میلها در چالها و گیرانداختن فیزیکی و شیمیایی آنها عمل میکند، مزایایی دارد که از آن جمله میتوان به امکان مکانیزه کردن عملیات میلمهار زنی، اشغال عرض کمتر تونل، نگهداری مقاطع بزرگ اشاره کرد. میل مهارها نیروی محصور کنندهای به دیواره تونل اعمال میکنند که باعث ایجاد نیروی عکس العمل یکنواختی در زمین و دیواره در همان راستا می شود. به عبارت دیکر وارد کردن میل مهارها در دیواره باعث افزایش مقاومت توده سنگ میشود.
-1-1-2 میلمهار فلکسی
این نوع نگهدارنده در تقاطع W3 معدن طبس به کار رفته است. این تقاطع توسط میلمهارهای فلکسی 6 متری و تیرآهن های IPB260 قابها به سقف و دیوارهها دوخته شده است .[2]
-2-1-2 میلمهار کابلی
برای جلوگیری از جابجایی سقف و دیواره ها از میلمهار کابلی و تزریق سیمان به سقف استفاده میشود. این سامانه در قسمتی از مقطع W3 در معدن طبس به کار برده شده است. نگهدارندههای میلمهار فلکسی و میلمهار کابلی در روش جبهه کار طولانی استفاده میشود .[2]
-2-2 نگهدارنده قدرتی
مهمترین پیشرفت در ساخت نگهدارندههای قدرتی، طراحی نگهدارندههای سپری بوده است. امروزه به دلیل عملکرد مناسب نگهدارندههای قدرتی سپری و امکان استفاده از آنها در هرگونه شرایط سقف و بارگذاری به طور گستردهای ار آنها استفاده میشود. این نوع نگهدارنده گرانترین تجهیزات معدنکاری جبهه کار بلند هستند و اقتصادیترین نوع نگهدارنده برای شیبهای زیاد است .[9] این نوع نگهدارنده اغلب در کارگاهها و در نزدیکی جبههکار استفاده میشود.
-3-2 شاتکریت
وظیفه شاتکریت در نگهداری تونل این است که پوششی نیمه سخت را بلافاصله بر روی سنگ یا خاک حفاری شده ایجاد میکند. شاتکریت با قابلیت تحمل برش و لنگر و با توجه به قدرت چسبندگی به سطح سنگ از لغزش گوههای دارای پتانسیل و استعداد ریزش جلوگیری میکند. به عبارت دیگر میتواند مانند یک پوسته عمل کرده و بارهای شعاعی را تحمل کند. همچنین در زمینهای نرم به عنوان محافظت کننده دیواره و سقف تونل از هوازدگی و تخریب تدریجی جلوگیری میکند.
شاتکریت برای مناطق با تورم و همگرایی بالا مناسب است اما اگر ناحیه آبدار باشد راندمان کمتری خواهد داشت. بنابراین میتوان شاتکریت را نیز به عنوان یکی از گزینههای موجود برای نگهداری معادن زغال سنگ با خاصیت همگرایی بالا اشاره کرد. جایگزینی شاتکریت به عنوان نگهدارنده در معادن زغالسنگ تزره توسط فهیمیفر و همکاران در سال [3] 1385 و همچنین در گالریهای معدن زغالسنگ هجدک توسط سعیدی و همکاران در سال [10] 1382 مورد بررسی قرار گرفته است. در جدول 2 اجرای شاتکریت از لحاظ اقتصادی مورد بررسی قرار گرفته است.
-4-2 قابهای فلزی
قابهای فلزی معمولاً از پروفیلهای صاف یا خم شده به شکل I یا H تشکیل شده که با پیچ به هم متصل شدهاند. از این قابها جهت اعمال فشار محصور کننده یکنواخت به جدارههای تونل استفاده میشود. در ضمن این قابها به دلیل قابلیت تحمل تغییر شکلهای زیاد قبل از گسیختگی، قادراند تا شرایط نامساعد احتمالی را تحمل کنند. این قابهامعمولاً به منظور نگهداری تقاطعها، شروع حفاری TBM و همچنین در سنگهای سست که به روش چالزنی و آتشکاری حفاری میشوند به کار میرود. این نوع سامانه در تونلهای دنبال لایهای معدن طبس به کار برده شده است .[11] در جدول 3 اجرای قاب فلزی از لحاظ اقتصادی مورد بررسی قرار گرفته است.
-5-2 قابهای چوبی
قابهای چوبی نیز کاربردی همانند قابهای فلزی دارند، با این تفاوت که در قاب های فلزی پروفیل ها به شکل I و H هستند ولی در قابهای چوبی از الوارهای چهار تراش یا با سطح مقطع دایرهای استفاده میشود که اتصال آنها به روشهای متفاوتی انجام میشود و اکثرا در جبهه کارهای بلند مورد استفاده است. در ایران از روشهای رایج در کنترل سقف و دیوارهای کارگاهها و تونلهای استخراجی معادن زغالسنگ، استفاده از سامانه نگهداری چوبی است. از موارد کاربرد آن میتوان به نگهداری کارگاه استخراج لایه K19 معدن زغالسنگ تخت اشاره نمود .[12] در جدول 4 اجرای قاب چوبی از لحاظ اقتصادی مورد بررسی قرار گرفته است.
