بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
مرور و ارزیابی روش های تأمین ایمنی انفجار در معادن زیر زمینی
چکیده:
انفجار در معادن توام با لرزش در محیط اطراف است. مقدار لرزش ناشی از انفجار باید کنترل و زیان های ناشی از آن به حداقل ممکن کاهش یابد تا ایمنی محیط کار و مناطق تزدیک آن تأمین واز خسارات جانی و مالی محتمل پیشگیری شود. در این مقاله اصول و مبانی روشهای تشخیص و برآورد لرزش ناشی از انفجار، پاره ای از استانداردهای تعیین شده و تعدادی از معیارها و فرمولهای نظری و تجربی مرور شده اند. آنگاه بسه کمک داده هایی که در حین حفر یک فضای زیرزمینی، از طریق انفجار در یکی از پروزه های عمرانی کشور با نصسب ژئوفون ثبت شده اند، دو مورد از معیارهای مذکور محک زده می شوند. تجزیه و تحلیل این داده ها، میزان کار آیی این دو معیار را برای فضای زیر زمینی مورد نظر نشان می دهد.
بررسی تحلیل داده ها به کمک برنامه های کامپیوتری این واقعیت را آشکار می سازد که ضرائب و فاکتورهای فرمول های مذکور به شرائط و موقعیت محل مورد نظر حساس بوده و نمی توان اعداد ثابتی را برای آنها توصیه نمود. نتجه آماری اعمال یکی از این معیارها با ضر اثب توصیه شده آن و هماهنگی ضعیف آن با داده های واقعی ارائه و نهایتا فرمول مناسبی برای برآورد لرزش در محل پروژه معرفی شده است که می تواند برای اداعه انفجار در همان محل راهگشا باشد.
کلید واژه ها : آتشکاری ، امواج لرزه ای ، استانداردهای لرزش ، فاصله مقیاس شده
مقدمه:
با وجود پیشرفتی که در فن ساخت و کار ماشینهای TBM و Road header صورت گرفته هنوز هم چالزنی و آتشکاری متداول ترین روش حفر تونلهای سنگی است. عملیات انفجار در استخراج معادن و کارهای عمرانی به عنوان اصلی ترین چرخه عملیاتی مطرح است. در هنگام انفجار تمام انرژی مساده مسنفجره صرف کار مطلوب و مورد نظر نمی شود و انفجار علاوه بر محدوده مورد نظر بر منطقه وسیعی از اطراف نیز اثر می گذارد که اغلب این اثرات نامطلوب و مخرب می باشند. برای تدوین میزان قابل قبول لرزشی که یا انفجار همراه است بررسیهای مختلف انجام گرفته و محققین و سازمانهای مسؤل در کشورهای مختلف استانداردها و معیارهای گوناگونی برای تأمین ایمنی ابنیه و سازه های مستفاوت با کیفیتها و مصالح مختلف ارانه کرده اند. همچنین روشها و معیارهای متعددی به منظور پیش بینی لرزش با عنایت به الگوی چالزنی و نوع سنگ متاطق مختلف معرفی شده اند. استانداردهای لرزش مجاز بسر مبنای شاخصهای مختلفی از جمله فرکانس ارتعاشو، نسبت انرژی، فاصله مقیاس شده، حداکثر سرعت ذرات و.... پایه گذاری شده آند. در تلاش برای برآورد لرزش و محدود کردن آن به میزان مجازی که استانداردهای لرزش تعیین کرده اند تحقیقات فراوانی توسط پژوهشگران، بخصوص درسه دهه اخیر، صورت گرفته و روابط مختلفی ارائه شده است. فعالیتهای تحقیقی انجام شده را می توان در راستای دو هدف زیر خلاصه کرد: ۱) کاهش میزان لرزش ناشی از انفجار ۲) پیش بینی میزان لرزش و بدست آوردن یک محدوده خطر در اطراف محل انفجار در این مقاله استانداردهای تعیین شده برای تحدید لرزش به بحث گذاشته خواهد شد. بعضی از جداولی که برای تعیین آستانه های مختلف لرزش معرفی شده اند آورده شده و تبعات تاشی از بروز لرزش در فاصله آستانه های مورد نظر، بخصوص برای ابنیه و ساختمانها، مرور و همچنین مهمترین معیارهای مختلف نظری ( تئوریکی) و تجربی مرورو ، کارآیی آنها برای معادن زیرزمینی بررسی و مناسبترین آنها از جهت کاربردی معرفی می نماید
۲- لرزش زمین
از جمله مهمترین اثرات ایجاد شده توسط آتشکاری، لرزش زمین، لرزش هوا و پرتاب سنگ است. در میان این اثرات لرزش زمین دارای اهمیت بیشتری است. هنگامیکه یک موج لرزه ای از محیطی عبور می کند ذرات آن را وادار به حرکت می تماید. به عبارتی در اثر افزایش سریع تنش ناشی از انفجار لرزش ایجاد می شود. یکی از روشهای مناسب جهت مطالعه ارتعاشات تولید شده توسط انفجار، آنست که آنها را به صورت یک موج ساده یا هارمونیک فرض کرده مورد تجزیه و تحلیل قرار دهیم که البته این کار با تقریب زیادی همراه است زیرا پدیده تداخلی و اثر متقابل امواج و مکانیزیم آنها بسیار پیچیده است.
لرزشهایی که بواسطه انفجار ایجاد مسی شوند توسط امواج لرزه ای به زمین انتقال می یابند. امواج لرزه ای حاصل از انفجار به دو دسته تقسیم می شوند || ۱ | الف) امواج حجمی ؛ به امواجی گفته می شود که از بدنه محیط عبور کرده و شامل امواج فشاری و برشی است. سرعت انتشار امواج فشاری و برشی وابسته به ثابتهای الاستیک مواد تشکیل دهنده زمین می باشد. برای توده سنگ با نسبت پواسون ۰/۲۵ سرعت امواج فشاری حدودا ۱/۷۳ برابر سرعت امواج برشی است. ب) امواج سطحی : به امواجی گفته می شود که در سطح محیط مورد نظر گسترش یافته و شامل امواج رایلی و لاو است. برای یک توده سنگ با نسبت پواسون ۰/۲۵ مسی تسوان گفت که سرعت موج رایلی ۹۰٪ سرعت موج برشی است و موج لاو دارای سرعتی بین سرعت موج برشی در سطح و سرعت موج برشی در لایه های عمیق تر می باشد،
استانداردهای لرزش
ارائه شده، نتیجه بسیش از نیم قرن تحقیق دانشمند آن و همحققین در زمینه انفجار بوده و اولین تحقیقات جدی در این زمینه در سال ۱۹۳۰ توسط اداره معادن آمریکا صورت گرفته است. استانداردهای لرزش مجاز بر مبنای شاخصهای مختلفی پایه گذاری شده اند
که به برخی از آنها اشاره می شود. بطور کلی استانداردهایی که در سالهای اخیر ارانه شده اند دقیق تر و عملی تر می باشند.
۳-ا استاندارد لرزش بر مبنای شاخص شتالب ذرات
نتیجه تحقیقات اداره معادن آمریکا که در آن شتاب ثقل مبنا قرار گرفت اولین بار در سال ۱۹۴۲ منتشر شد که خلاصه آن در جدول ۱ آورده شلده است.
۲-۳ استاندارد لرزش بر مبنای شاخص فرکانس ارتعاش
استاندارد ۴۱۵۰ DINاء مقادیر مجاز حداکثر سرعت ذرات را بر مبنای شاخص فرکانس لرزش مطابق جدول ۲ پیشنهاد می نماید.
۳-۳ استاندارد لرزش بر مبنای شاخص نسبت انرژی
کراندل (Crandell) در سال ۱۹۴۹ شاخص نسبت انرژی را جهت بررسی لرزشهای ناشی از انفجار و تاثیرات آن روی سازه های سطحی را به صورت رابطه زیر معرفی نمود:
که در آن :
ER : شاخص نسبت انرژی ، ): شتاب ذرات ( شft / sec) ، گاہ فر کانس (HZ)
در جدول ۳ مقادیر شاخص نسبت انرژی و تأثیرات متناظر با آنها آورده شده است.
۴-۳ استاندارد لرزش برمبنای فاصله مقیاس شده
یکی از روشهای موثر و عملی جهت کنترل لرزش زمین، فاصله مقیاس شده می باشد که توسط اداره کل معادن آمریکا ارائه شده است. فاصله مقیاس شده طبق تعریف عبارتست از:
R فاصله محل اندازه گیری تا انفجار حداکثر خرج مصرفی بر حسب پوند یا کیلوگرم به ازای هر تاخیر اداره معادن آمریکا در سال ۱۹۸۳ رابطه فاصسله مقیاس شده در مقابل حداکثر سرعت ذرات بسرای فواصسل مخستلف از محل انفجار برای ساختمانهای نزدیک معادن را مطابق جدول ۴ ارائه کرد.
۳- ۵ استاندارد لرزش بر مینای شاخص مداکثر سرعت ذرات
بایر و کالدر(Calder Bauer) خطرات مرتبط با حداکثر سرعت ذرات بر روی سنگ را مطابق جدول ۵ بیان کردند.
سینگ (Singh) در سال ۰۰ ۲۰ در مورد خطرات آتشکاری در حفاریهای زیرزمینی جدول ۶ را آورده است.
تفسیر نوع خطر در جدول ۶ به شرح زیر است، سبکی، سست شدن درزه های باز و درزه های پر شده و کاهش خاصیت چسبندگی درزه ها. متوسط: ایجاد ترکهای کششی و باز شدن درزه هائی که با مواد محکم پرشده اند. سنگین: ایجاد شکستگی در سنگ بکر و افتادن سنگ اعسلی.
۴- روابط و مدلهای ریاضی جهت برآورد حداکثر سرعت ذرات روشهای پیش بینی لرزش ناشی از انفجار توسط افراد زیادی مورد بحث و بررسی قرار گرفته و روابط زیادی در این زمینه ارائه شده است . بطور کلی روابط بدست آمده جهت محاسبه و پیش بینی حداکثر سرعت ذرات را می توان به دو دسته روابط تجربی و تئوری تقسیم کرد. بحث اتسالی و تفاوتهایسی که در روابط مخستلف وجود دارد بیشتر مربوط به ضرایبی است که محققین با توجه به نتایجی که از یک مکان یا معدن خاص بدست آورده، تعیین کرده اند. به کارگیری روابط تئوری مستلزم وجود ابزار و تجهیزات لازم برای مطالعه نوسانات و لرزشها می باشد، به همین خاطر اکثر روابط و مدلهای ارائه شده جهمت پیش بینی حمداکثر سرعت ذرات بصورت تجربی می باشد که به برخی از آنها اشاره می شود.
۱-۴ روابط تئوری لرزش زمین
هنگامیکه ابزار و تجهیزات لازم برای مطالعه نوسانات و لرزشها در دسترس باشد، خسارت ناشی از انفجار را میتوان با مدلهای تئوریکا پیش بینی نمود. همانطور که قبلاگفته شد اکثر روابط و مدلهای ارائه شده جهت پیش بیتی حداکثر سرعت ذرات بصورت تجربی میباشد و کمتر به صورت تئوریکی روی این مسئله بحث شده است. رابطه فراگیر تئوریکی مربوط به بر آورد لرزش ناشی از انفجار بصورت زیر میباشد
فاکتور شکست سنگ
سرعت انتشار موج فشاری در سنگ (m/Sec) r کلا
، انرژی مختخصومصر ماده Mjkg) eri(
چگالی سنگ (kg/Cong ) W:
وزن عادی صنشجرہ ()kg:
فاصله تا محل انفجار (rn)
ثابت مشخصه زمین است که مقدار آن از جدول ۷ بدست میآید.
۲-۴ روابط تجربی لرزش زمین
- کراندل (Crandell) حداکثر سرعت ذرات را بعیتوان تابعی از انرژی ماده منفجره در هر تاخیر بیان کرده و ضریب ارتباط این دو کمیته را با مربع حداکثر بسرعت ذرات متناسب میداتد. رابطه ۴ برای سازههای بتتی مسلح و تونلهایی با پوشش بتنی بالاخص در منطقه دینور ویک سوئیس صادق میباشد۶.
(f) که در آن:
انرژی ماده منفجره بر حسب برای فاصله از محل انفجار
ثابتهای مکان که بستگی به محیط سنگ یا بتن دارد - گوش و دیمن (Ghosh & Deamen) با توجه به چذهبی غیرالاستیکس میزان کاهش نمائی حداکثر بسرعت ذرات را نسبت به فاصله، به صورت ضریبی از می پیشنهاد نمودند۱
- آمبر ایس و هسندرون (AmhraSeye& \le:Madrom) در ۱۹۶۲ ریشه سوم فاصله مقیاس شده را با توجه به تحقیقات خود ملاک قرار داده رابطه زیر را ارائه کردتد [۱.
(*) رابطه فوق برای خرجهای کروی و یا استوانهای که ارتفاع آنها به نسبت مشخصی با فاصله تغییر میکند بکار میرود. برای فاصله مقیاس - f شده زیر به ترتیب و برای فاصله مقیاس شده بالای میلاش۔۔اداره معادن آمریکا رابطه زیر را در سال ۱۹۷۱ ارائه نمود || ۱ |
