بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
پيشنهاد روشي جديد براي طراحي الگوي چال هاي انفجار در معادن سطحي
چکيده
براي بهينه سازي عمليات چالزني و آتشباري ، بهينه سازي خرج ويژه و نسبت بار سنگ (B) به قطر چال در فرآيند خردايش ماده معدني از چالزني تا سنگ شکني با حداقل نمودن قيمت تمام شده حاصل ازکليه هزينه هاي مربوطه طي انجام مراحل متعدد چالزني و آتشباري در معادن مختلف بررسي شده است . هزينه هاي حفاري ، مواد منفجره ، دستمزد آتشباري ، کار اضافي لودر و گاها بولدوزر به علت وجود قطعات بزرگ سنگ (ماده معدني ) آتشباري شده که قبل از ورود به سنگ شکن نياز به شکستن دارند و خردايش ثانويه به صورت دقيق و به روز به شيوه اي واقعي و امکان پذير در عمل براي هر يک از معادن برآورد شد است . چناچه خرج ويژه کمتر از حالت بهينه استفاده شود، هزينه خردايش ثانويه به صورتي افزايش مي يابد که در مجموع باعث افزايش قيمت تمام شده مي گردد. محاسبه نسبت ، خرج ويژه و قيمت تمام شده براي شش معدن مختلف صورت گرفته و روابط بين آنها نشان داده شده است . در بررسي انجام شده يک ماده معدني در دو شرايط مختلف توده سنگ داراي خرج ويژه مختلف و قيمت تمام شده مختلف است به طوري که خرج ويژه و قيمت تمام شده در يک معدن حدود دو برابر ديگري است . مي توان نتيجه گرفت که فرآيند خردايش بيشتر متأثر از ويژگي هاي توده سنگ مي باشد.
همچنين در اين تحقيق خرج ويژه بهينه در معادن مورد نظر با خرج ويژه حاصل از فرمول هاي انتقال انرژي و روش شاخص قابليت انفجار (BI) مربوط به ليلي [١] با هم مقايسه شدند. خرج ويژه حاصل از روش فرمول هاي انتقال انرژي و روش شاخص قابليت انفجار کمتر از خرج ويژه بهينه در کليه معادن مورد تحقيق نشان داد.
با توجه به اين که توده سنگ (ماده معدني ) ناهمگن و ناهمسانگر بوده و داراي انواع ناپيوستگي ها است و عوامل پيچيده برجا در خردايش آن مؤثر هستند، ارائه يک روش کارآمد براي طراحي چالزني و آتشباري موضوع مشکلي است .
در اين مقاله با اسفاده از نسبت بهينه حاصل از نتيجة بر رسي فرآيند چالزني و آتشباري تا سنگ شکني به طور عملي در معادن مختلف ، برداشت ويژگي هاي توده سنگ و به کارگيري مکانيک سنگ به سبکي نو در چالزني و آتشباري (يافتن عامل جديد مؤثر در نسبت به نام اندازة دهانه ناپيوستگي ها)، روش جديدي به عنوان شاخص خردايش سنگ (RFI)Rock Fragmentation Index ارائه گرديده است . اين شاخص داراي پنج پارامتر متغير شامل اندازه دهانه ناپيوستگي ها، فاصله ناپيوستگي ها، جهت يافتگي ناپيوستگي ها ، نوع توده سنگ (خرد شده ، بلوکي و يکپارچه ) و مقاومت فشاري يک محوري سنگ سالم مي باشد. اين روش تجربي پيشنهاد شده نه تنها تأثير ويژگي هاي متعدد پيچيده تود سنگ را به طور کامل تر نشان مي دهد بلکه مجموع امتيازات مربوط به تأثير کمي پارامترهاي توده سنگ را به شيوه اي ساده برابر نسبت خلاصه مي تمايد.
واژگان کليدي : چالزني ، آتشباري ، خرج ويژه ، قيمت تمام شده ، شاخص خردايش سنگ ، ناپيوستگي ها
مقدمه
دو پارامتر خرج ويژه و نسبت . نقش مهمي در طراحي آتشباري دارا مي باشند. اين دو پارامتر روي يکديگر تاثير مستقيم داشته يا به عبارت ديگر گوياي يک واقعيت هستند. چنانچه ديگر پارامترهاي چالزني و آتشباري بخوبي طراحي شوند، خرج ويژه متأثر از ويژگي هاي توده سنگ ، نوع ماده منفجره و ميزان خردايش مورد نظر سنگ مي باشد. شبکه چال ها (نسبت )، در صدي از ماده معدني که نياز به خردايش ثانويه دارد، خردايش ثانويه ، کليه هزينه هاي مربوط به فرآيند خردايش طي انجام مراحل مختلف عمليات چالزني و آتشباري براي هريک از معادن مورد تحقيق به منظور بهينه سازي خرج ويژه بررسي شده اند. خرج ويژه بهينه و نسبت بهينه ، با دخالت دادن عوامل متعدد در فرآيند خردايش از چالزني تا سنگ شکني بر آورد شده و همچنين از روش روش انتقال انرژي و روش تجربي شاخص قابليت انفجار BI - Blastability Index ليلي [١] نيز جهت يه دست آوردن خرج ويژه و نسبت در معادن مختلف استفاده شده است .
توده سنگ (ماده معدني ) ناهمگن و ناهمسانگر بوده و داراي انواع ناپيوستگي ها است و عوامل پيچيده برجا در خردايش سنگ تحت انفجار مؤثر هستند، اين باعث شده است که ارائه يک روش کارآمد براي طراحي چالزني و آتشباري موضوع مشکلي باشد. با استفاده از نتايج حاصل از انجام عمليات چالزني و آتشباري بهينه در معادن مختلف و برداشت ويژگي هاي توده سنگ ، روش جديدي به عنوان شاخص خردايش سنگ (RFI-Rock Fragmentation Index براي استفاده از آنفو به عنوان خرج اصلي پيشنهاد شد که در آن پارامتر جديدي به نام اندازه دهانه ناپيوستگي ها ارائه شده است .
خرج ويژه و نسبت
خرج ويژه را از طرق مختلف شامل : استفاده از جداول تجربي براي بعضي از سنگ ها [٢]، استفاده از فرمول هاي انتقال انرژي از ماده منفجره به سنگ ومقدار انرژي جهت خردايش سنگ ، استفاده از روش مبتني بر ويژگي هاي توده سنگ همچون روش شاخص قابليت انفجار (BI) و به صورت تجربي طي انجام عمليات چالزني و آتشباري ، مي توان بر آورد نمود. با داشتن خرج ويژه مي توان مقدار بار سنگ (B) را بعنوان تابعي از قطر چال بدست آورد. همچنين نسبت از طريق فرمول هاي تجربي همچون فرمول هاي ارائه شده توسط آش [٣، ٤ و ٥]، کونيا [٦]، لانگ فرس [٧]، آندرسن [٨ و ٩]، و غيره بر آورد مي شود.
جداول خرج ويژه بر اساس نوع سنگ يا مقاومت فشاري يک محوري براي راهنمايي و مقايسه ودرابتداي کار ممکن است استفاده شوند. بيشتر پارامترهاي فرمول هاي انتقال انرژي از ماده منفجره به سنگ و مقدار انرژي جهت خردايش سنگ با استفاده از جداولي تخمين زده مي شود که در آن جداول براي هر نوع سنگ خواص مکانيکي مثل سرعت عبور امواج تنها با يک عدد ذکر شده است . حتي براي يک نوع سنگ همچون سنگ گچ ويژگي هاي بر جاي آن کاملا متغير مي باشد. خواص مکانيکي يک نوع سنگ تحت تأثير تنش هاي ديناميکي مي تواند متغير باشد. مقدار خرج ويژه استفاده شده از طريق اين جداول بسيار دور از واقعيت بوده ، حتي در مراحل اوليه آتشباري مي تواند باعث خسارت مالي گردد. برآورد خرج ويژه با استفاده از روش مبتني بر ويژگي هاي توده سنگ همچون روش شاخص قابليت انفجار (BI) به علت در نظر گرفتن پارامترهاي بيشتر نسبت به روش هاي ديگر، بهتر بيانگر ويژگي هاي توده سنگ مي باشد. با توجه به وجود ويژگي هاي متعدد و پيچيده توده سنگ ، روش شاخص قابليت انفجار (BI) براي يک نوع خرج ماده منفجره (آنفو) مستدل تر از فرمول هاي تجربي مي باشد. در فرمول لانگ فرس [٧] که کامل تر و پيچيده تر از ساير فرمول هاي تجربي مي باشد، براي استفاده يک نوع مادة منفجره خاص ، خرج ويژه نيز لازم است . اگر خرج ويژه تعيين گردد، مشکل حل شده است وديگر نيازي به فرمول نمي باشد. وراي مسئله بهينه سازي ، چنانچه خرج ويژه در يک معدن کمتر از مقدار مورد نياز آن برآورد شود و يا نسبت از حد خاص آن بيشتر شود، ممکن است سنگ ها از جا کنده نشده و يا بلوک هاي بزرگ حاصل گردد. اين باعث خسارت جبران ناپذيري خواهد شد. به اين علت مهندسان مجرب که با توده سنگ آشناتر هستند کمتر از چنين فرمول هائي استفاده مي کنند. قطرچال و بارسنگ را به صورت تجربي مي توان طوري تغيير داد که با لحاظ نمودن موضوع اقتصادي و ايمني ، خردايش مناسب حاصل شود. عمليات آتشباري درمعادن به کرات انجام مي شود و از اين طريق مي توان خرج ويژه مناسب را به صورت تجربي بدست آورد. در اين تحقيق خرج ويژه بهينه در فرآيند خردايش ماده معدني از چالزني تا سنگ شکني با حد اقل نمودن قيمت تمام شده شامل : هزينه حفاري ، هزينه مواد منفجره ، هزينه دستمزد آتشباري ، هزينه کار اضافي لودر و گاها بولدوزر به علت وجود قطعات بزرگ سنگ آتشباري شده که داراي ابعادي بزرگتر از سنگ مصرفي در دهانة سنگ شکن بوده و نياز به شکستن دارند و هزينه خردايش ثانويه در صدي از ماده معدني که پس از آتشباري (خردايش اوليه ) داراي ابعادي بزرگتر از سنگ مصرفي در دهانة سنگ شکن بوده طي انجام عمليات مورد بررسي قرار گرفته و برآورد شد. همچنين روش تئوري انتقال انرژي و روش تجربي شاخص قابليت انفجار ليلي [١] نيز جهت مقايسه استفاده شدند.
بر آورد خرج ويژه و نسبت بهينه در فرآيند خردايش با حداقل نمودن قيمت تمام شده
خرج ويژه و نسبت تأثير مهمي در هزينه چالزني ، هزينه آتشباري ، هزينه کار ماشين آلات جهت جابجا نمودن قطعات بزرگ سنگ در هنگام بارگيري و هزينه خردايش ثانويه دارد. برآورد هزينه ها به طور دقيق در اين تحقيق کاري دشوار بود، چون برآورد هزينه ها در داخل کشور با توجه به عدم امکان محاسبه دقيق استهلاک ماشين آلات مربوطه ، تورم و غيره به سادگي ميسر نيست . در بعضي از معادن مورد تحقيق ، عمليات چالزني به صورت پيمان کاري است . هزينه حفر يک متر چال با قطر خاصي داراي نرخ مشخصي است که عملا به پيمان کار پرداخت مي شود. با توجه به مشکلاتي که ذکر گرديد، اين روش دقيق ترين روش برآورد هزينه حفاري مي باشد. هزينه ساعت کار لودر (گاها بولدوزر) نيز مشخص مي باشد. هزينه مواد منفجره ، آتشباري و خردايش ثانويه وساير هزينه ها به طريقي واقعي که عملا در معادن در سال ١٣٨٢ پرداخت شدند، برآورد شدند. براساس قيمت خريد مواد منفجره به نرخ روز، يک کيلوگرم ديناميت ١٥٤٠٠ ريال و يک کيلوگرم آنفو ١٨٠٤ ريال مي باشد. يعني قيمت يک کيلوگرم آنفو برابر ٠.١٢ قيمت يک کيلوگرم ديناميت است . هر چند ديناميت قوي تر از آنفو است ، اما به علت اختلاف زياد قيمت ، معمولا از ديناميت بعنوان خرج پرايمر (اوليه ) در معادن استفاده مي شود.
در معادن مورد تحقيق خرج اصلي آنفو مي باشد.
همچنين خرج ته چال ديناميت و به عنوان پرايمر استفاده شد. عمليات چالزني ، و آتشباري در مراحل مختلف در معادن انجام شد که با حداقل نمودن قيمت تمام شدة هزينه هاي فرآيند خردايش سنگ طي کاري طولاني ، نسبت بهينه و خرج ويژه بهينه حاصل شدند.
خرج ويژه (q) به کيلوگرم بر متر مکعب در عمل به صورت زير محاسبه مي شود.
که در آن :
Q = مقدار خرج ماده منفجره در يک چال به کيلوگرم
V = حجم سنگ به ازاي يک چال به متر مکعب
= قطر خرج به متر (براي خرج آنفو چون به صورت پودر است ،
. = وزن مخصوص خرج (آنفو) به کيلوگرم بر متر مکعب ،
Le = طول خرج به متر
S = فاصلة چال ها به متر.
رابطه بين بار سنگ و قطر چال (نسبت ) استفاده از معادله (١) براي شبکه مربع (S =B ) به صورت زير است .
رابطه بين بار سنگ و قطر چال (نسبت .) براي شبکه مثلث متساوي الساقين يا لوزي ( و زاويه بين يکي از ساق ها مثلث و قاعده آن است )، به صورت زير است .
بار سنگ (B)، فاصلة چال ها (S)، قطر چال ها نسبت خرج ويژه بهينه ، هزينه چالزني و آتشباري ، هزينه مربوط خردايش ثانويه و قيمت تمام شده معادن مختلف در جدول ١ خلاصه شده اند.
در قيمت تمام شده در حالت بهينه با افزايش نسبت بهينه استفاده شده در هر يک از معادن به طور عمومي کاهش مي يابد (شکل ١ و جدول ١) و بر عکس قيمت تمام شده در حالت بهينه با افزايش خرج ويژه بهينه استفاده شده در هر يک از معادن به طور عمومي افزايش مي يابد (شکل ٢ و جدول ١).
در اجراي عمليات آتشباري براي يک نوع ماده معدني (مثلا سنگ گچ ) در دو شرايط متفاوت از نظر ويژگي هاي توده سنگ ، نسبت بهينه در يکي ٣٤.٦ و در ديگري ٢٣.٦ مي باشد (جدول ١). خرج ويژه در يکي ٠.٢ کيلوگرم بر تن و در ديگري ٠.٤٥ کيلوگرم بر تن مي باشد. قيمت تمام شده در حالت بهينه در يکي حدود دو برابر ديگري است . چنانچه خرج ويژه از مقدار بهينه آن کمتر استفاده شود، هزينه هاي انفجار ثانويه به صورتي افزايش مي يابند که در نهايت قيمت تمام شدة چالزني ، آتشباري و خردايش ثانويه افزايش مي يابد، چون هزينه مربوط به کار ماشين آلات جهت هزينه خردايش ثانويه براي يک تن مادة معدني در جابجا نمودن قطعات بزرگ سنگ در هنگام بارگيري و معادن مختلف بيشتر از هزينه چالزني و آتشباري مي باشد (جدول ١).
به روش تجربي در هر انفجار نتيجة خردايش سنگ معلوم مي شود (درصدي از ماده معدني که نياز به خردايش ثانويه دارد در عمل تفکيک مي شود). در مرحله اي از عمليات چالزني و آتشباري که با محاسبه واقعي کليه هزينه هاي فرآيند خردايش قيمت تمام شده حداقل گردد، در آن مرحله شبکه چال هاي به کار گرفته شده و خرج ويژه که از طريق معادله ١ محاسبه مي شود، مي توان بهينه تلقي نمود.
تعيين خرج ويژه و نسبت با استفاده از شاخص قابليت انفجار(BI) و تئوري انتقال انرژي
همراه با انجام چالزني و آتشباري ، ويژگي هاي توده سنگ (مادة معدني ) نيز جهت استفاده از روش هائي همچون شاخص قابليت انفجار (BI) نيز برداشت شدند. در روش تجربي شاخص قابليت انفجار، BI بر اساس مجموع امتيازات مربوط به پنج پارامتر شامل : شرح تودة سنگ (خرد شده ، بلوکي و کاملا يک پارچه )، فاصلة درزه ها، جهت يافتگي درزه ها، وزن مخصوص سنگ و سختي موس با اسفاده از جدول داده شده توسط ليلي [١] محاسبه مي شود.
ويژگي هاي توده سنگ شامل شرح تودة سنگ ، فاصلة درزه ها (ناپيوستگي ها)، جهت يافتگي درزه ها، وزن مخصوص ، سختي موس ، جدايش دهانه درزه ها و سختي اشميت به منظور تعيين مقاومت فشاري يک محوري براي هريک از معادن به طور مجزا برداشت شدند. امتيازات مربوط به پارامترهاي شاخص قابليت انفجار (BI) و در نتيجه مقدار اين شاخص طي پر نمودن جدول داده شده توسط ليلي [١] به صورت مجزا براي هريک از معادن تعيين شد. مقادير BI تعيين شده در معادن مورد تحقيق در جدول ٢ نشان داده شده است . خرج ويژه آنفو (q) با استفاده از رابطة داده شده توسط ليلي (BI٠٠٠٤=q به کيلو گرم بر تن )، محاسبه شد[١]. با داشتن مقدار خرج ويژه آنفو، نسبت براي معادن مختلف برآورد شد. مقدار شاخص قابليت انفجار (BI)، خرج ويژه و نسبت حاصل از طريق BI، خرج ويژه و نسبت حاصل از فرمول هاي انتقال انرژي و خرج ويژه و نسبت حاصل از انجام عمليات بهينه ، براي معادن مختلف مطابق جدول ٢ مي باشد. خرج ويژه حاصل از طريق شاخص قابليت انفجار (BI) و فرمول هاي انتقال انرژي کمتر از خرج ويژه بهينه استفاده شده در عمل مي باشد و نسبت ... حاصل از طريق شاخص قابليت انفجار(BI)، و فرمول هاي انتقال انرژي بيشتر از نسبت بهينه استفاده شده در عمل مي باشد.
