پروژه تخصصی کارشناسی
مهندسی استخراج معدن
چکیده:
یکی ازپارامتر های مهم در انتخاب ابزار مناسب برش تخته سنگ ، شناخت نوع سنگ قابل برش و خواص فیزیکی و مکانیکی آن می باشد. در این راستا خواص مذکور بایستی با معیار های استاندارد ASTM مطابقت داشته تا پس از برش ، ارزش اقتصادی داشته و متناسب با آن خصوصیات ، بتوان ابزار مناسب برش را انتخاب نمود. یکی از ابزار های مهم مورد استفاده در برش تخته سنگ ، سیم برش الماسه می باشد.استفاده از این تکنولوژی در اکثر معادن جهان توسعه پیدا کرده و امتیازات ویژه ای نسبت به دیگر تکنیک های برش تخته سنگ دارد. این تکنولوژی شامل وارد کردن متالوژی ساییدن و چکش خواری همراه با چرخش می باشد . در این مطالعه سعی شده است که علاوه بر آشنایی با روش های مختلف برش تخته سنگ ، ترکیب سیم های مرکب الماسه دار و کابل های با مقاومت بالای ترکیب یافته از مس و نبوبیم و اندازه قطر بهینه سیم برش ، مورد بحث قرار گیرد.
لغات کلیدی: سیم برش الماسه، مخلوط الماس، برنز، قطر بهینه، آزمایشات کششی، استاندارد ASTM
مقدمه :
روشهای متعدد و متنوعی برای استخراج سنگ های ساختمانی وجود دارد . استفاده از مواد منفجره ،برش با جت آب ، لیزر ، شعله وغیره به دلایلی از قبیل هزینه تمام شده بالا ، محدودیت تجهیزات ، مطالعاتی بودن روش و پایین آوردن کیفیت قواره، کاربرد زیادی در استخراج سنگهای ساختمانی ندارند. روش مرسوم در اکثر معادن سنگ های ساختمانی ، استفاده از سیم برش الماسه و مواد انبساطی است .در سالهای اخیر با پیشرفت علم مواد در ساخت سیم های مرکب الماس دار با مقاومت بالای مس ونبوبیم، استفاده از این تکنولوژی با توجه به مرغوبیت تولید، کنترل روند پیشرفت کار، بهداشت کاری کارگران و هزینه های تمام شده ی استخراج و حمل بیش از گذشته مورد توجه متخصصان قرار گرفته است. هر چند استفاده از این روش نیز به نوبه ی خود مشکلاتی از قبیل هزینه بالای سیگمنت ، پارگی سیم در حین کار و عدم دسترسی به آب در تراز های بالا را به همراه دارد . در این مطالعه ضمن معرفی و مقایسه ی روشهای استخراج سنگ ، کاربردی ترین روش به نام سیم برش الماسی معرفی می‌گردد.
فصل اول:
آشنایی با روشهای مختلف استخراج سنگ
1-1 مقدمه :
با توجه به پیشرفت روزافزون صنعت و معدن و اهمیت بالای آن ، امروزه بسیاری از معادن باارزش ایران به روش رو باز استخراج می شوند. ایران تنوع چشمگیری از سنگهای تزیینی مختلف را در خودجای داده است ، ولی متأسفانه سهم چندانی از بازارهای جهانی را کسب نکرده است. گرچه عوامل متعددی در این عدم موفقیت سهیم هستند ولی روشهای نامناسب تولید، استخراج و فرآوری به ویژه برای سنگها ی سخت مانند گرانیت باعث گردیده است تا نتوان از پتانسیل های معدنی ایران استفاده بهینه نمود . ابزارهای اولیه بشر برای کندن سنگ واستفاده از آن بسیار ساده و ابتدایی بودند اما توسعه سریع و پیشرفت بشر در زمینه های تکنولوژی باعث ایجاد تغیرات عمده در ساختار اقتصادی و اجتماعی جامعه گردید و روشهای متعدد و متنوعی را برای استخراج سنگ پیش روی بشر قرار داد . روشهای متعددی از جمله استفاده از مواد منفجره ، مواد منبسط شونده ، سیم برش ، جت شعله، جت آب و لیزر برای استخراج سنگ های ساختمانی مورد استفاده قرار گرفت .
در این فصل سعی بر این است انواع روشهای برش سنگ معرفی و توضیحات مختصری در ارتباط با این روشها به رشته تحریر در آورده شود و در فصل سوم بهینه ترین روش استخراج سنگ به نام روش سیم برش الماسی به طور اخص مورد بحث و معرفی قرارگیرد .
علاوه بر روش استخراج سنگهای ساختمانی به کمک مواد ناریه که تفاوت عمده ای با استخراج سایر مواد معدنی ندارد وفقط با کنترل فاصله چالها و انتخاب نوع مواد ناریه ومیزان خرج گذاری و استخراج قطعات بزرگتر اقدام می گردد . روشهای دیگر به شرح زیر می باشد :
12 روش استخراج با چال های موازی :
روش استخراج سنگ به کمک چالهای موازی ، قدیمی ترین روش استخراج سنگ از سینه کار می‌باشد. در این روش ابتدا در خط مورد نظر که بعداً ضلعی از صفحه جدا شدنی خواهد بود ، تعدادی چال به فواصل معین از یکدیگر حفر می گردد .فاصله چال های یک ردیف می تواندتا چندین سانتیمتر متغیر باشد. این امر به نوع سنگ ، وزن مخصوص واستحکام سنگ بستگی دارد.هر چه چال ها به هم نزدیکتر باشند ، بلوک بهتر ومطمئن تر جدا می شود . البته از نظر اقتصادی تعداد زیاد چال ها پر هزینه است و باید فاصله مناسب چال ها را برای هر نوع سنگ با آزمایشات متعدد به دست آورد .
همچنین عمق چال به جنس سنگ و ارتفاع بلوک مورد نظر بستگی دارد . مثلاً :
گرانیت چهار پنجم ارتفاع بلوک
سنگ آهک یک سوم تا یک دوم ارتفاع بلوک
مرمر دو سوم ارتفاع بلوک
استخراج سنگ به کمک چال های موازی برای کانسارهایی که لایه بندی طبیعی دارند و نیاز به حفر چال های افقی ندارند ، نظیر معادن تراورتن با موفقیت انجام میگیرد.
پس از حفر چال های مورد نیاز به سه روش بلوک را از توده سنگ جدا می کنند.
1-3- استخراج بلوک به کمک پارس و گوه :
پس از حفر چال ها در هر یک ، دو تیغه ی فلزی و یک گوه که از جنس فلز محکم است، قرار می گیرد.در این حالت ابتدا گوه به کمک یک چکش سبک ، جا گذاری می شود. سپس با یک پتک عمل ضربه زنی به روی گوه با شکافتن سنگ صورت می گیرد .
(تصاویر در فایل اصلی قابل مشاهده است)
14 استخراج بلوک به شیوه مکانیکی :
در این روش جهت جدا کردن بلوک از توده سنگ پس از حفر چال ها از یک نوع چکش هیدرولیکی استفاده می شود. با این روش زمان استخراج کاهش می یابد و قدرت بدنی کمتری لازم است .
این چکش ها قدرت زیادی دارند و با یک پمپ هیدرولیکی راه اندازی می شوند. نیروی محرکه می تواند توسط نیروی برق و یا هوای فشرده تأمین گردد . در برخی موارد ، پمپ هیدرولیکی به وسیله موتور بنزینی به حرکت در می آید.
1 5 استخراج به کمک مواد ناریه سبک :
در معادن سنگ گرانیت معمولاً ابتدا چالهای عمودی و افقی به فواصل مناسب حفر می شوند آنگاه با استفاده از مواد ناریه مخصوص و فتیله انفجاری آتشبازی صورت می گیرد وبلوک از توده سنگ جدا می شود . در این روش برای آتشبازی از مواد منفجره ای که وزن مخصوص وسرعت انفجار کم دارند مانند K – Pipecharg استفاده می شود . این ماده منفجره از مواد نیتروگلیسیرینی است و قدرت تخریبی آن کمی از باروت بیشتر می باشد و به شکل استوانه ای تهیه می گردد.
1 6 استخراج با ماشین های شیارزن ( هاواژ ) :
ماشین های شیارزن در سنگهایی که سختی آن چندان زیاد نیست با موفقیت به کار رفته ولی در سنگهای سخت نظیر گرانیت نتیجه مطلوبی نداشته است . روش استخراج به کمک ماشین شیارزن بدین گونه است که با ماشین صفحات از پیش تعیین شده سنگ را می برند و بلوک را از سینه کار جدا می کنند . ماشین های شیار زن طوری به کار گرفته می شوند که صفحات ، پیاپی از بلوک های متعددی در طول یک خط بریده می شوند و بدین وسیله جابه جایی ماشین به حداقل می رسد . سه دسته ماشین شیارزن وجود دارد :
الف ) ماشین شیارزن با بازوی زنجیر دار
ب ) ماشین شیارزن با دیسک برنده
ج ) ماشین شیارزن با صفحه فرز
1 6 1 ماشین شیارزن با باوزی زنجیر دار :
این دستگاه دارای بازویی است که روی آن زنجیری به سرعت حرکت می کند . در نتیجه گردش زنجیر و حرکت بازو ، شیاری به ضخامت4 سانتی متر در سنگ ایجاد می شود .ماشین میتواند به صورت عمودی یا افقی قرار گیرد . در نتیجه این ماشین قادر است شیار عمودی یا افقی در ماشین ایجاد نماید . دستگاه شیارزن بر روی ریل حرکت می کند و حرکت دستگاه در جهت مورد نیاز به طور هیدرولیکی انجام می شود وموازی ریل عمود بر سطحی که ریل برروی آم قرار دارد ، شکافی ایجاد می نماید .
با جابه جا کردن دستگاه شکاف هایی عمودی بر شکاف قبلی نیز پدید می آیند. با قرار دادن دستگاه در کف پله وتغییر وضعیت ، دستگاه شیار افقی ایجاد می کند و به این ترتیب بلوک های مورد نظر در سینه کار آزاد می شوند . انتقال دستگاه از محلی به محل دیگر وهمچنین تغییر جهت آن ، توسط جرثقیل و یا لودر انجام میگیرد. چنانکه گفته شد ، ضخامت برش به وسیله ماشین شیار زن زنجیر دار حدود 40 میلی متر است . لذا به علت افزایش ضخامت برش هزینه برش سنگ با این دستگاه بیش از هزینه برش با سیم الماسه خواهد بود. (هزینه برش تقریباً30 درصد گرانتر از برش با سیم الماسه است).
همچنین هزینه نگهداری بیشتر و نیاز به تخصص بیشتر و عمق برش محدودتر از دستگاه برش با سیم الماسه از ویژگی های آن است . لیکن در مقایسه با دستگاه برش با سیم الماسه امتیازاتی به شرح زیر دارد:
سرعت برش با دستگاه شیارزن بیشتر از سیم الماسه می باشد . ( حدود 40 درصد سرعت بیشتر )
برش سطح عقب بلوک با این دستگاه آسان تر و سریع تر انجام می گیرد .
از نظر ایمنی این دستگاه برتری دارد .
کار با این دستگاه نیاز به حفر چاه ندارد و به این ترتیب با احتساب هزینه مصرف لوازم و دستمرد کارگر کوهبر و قیمت ماشین آلات حفاری ، قسمتی از هزینه اضافی با این دستگاه را خنثی می نماید.
1 6 2 ماشین هاواژ با دیسک برنده :
در این روش از دستگاههایی استفاده می شود که به وسیله برق یا موتور دیزل دیسک هایی را به حرکت در می آورند . این دیسک ها کاملاً شبیه دیسک های مورد استفاده در کارخانجات سنگبری است . ماشین ، ساختمانی ساده دارد و با حداقل اشکال و به سرعت ، عمل برش سنگ را انجام می دهد . در برخی از معادن سنگ که سختی متوسطی دارند ، با موفقیت به کار گرفته شده است . دیسک برنده در محیط خود دارای دنده هایی است که از یک نوع آلیاژمخصوص ( کربور تنگستن ) درست شده است . این دندانه ها قابل تعویض است . با به کار بردن آلیاژهای گرانتر و یا الماس ، در دندانه های دیسک ، می توان سرعت برش را افزایش داد و سنگهای سخت نظیر گرانیت را نیز برید .
یکی از دستگاههایی که با استفاده از دیسک در بعضی از معادن مورد استفاده قرار می گیرد دستگاهس است که دو دیسک قائم و یک دیسک افقی دارد . دستگاه همزمان با برش ، در جهت برش حرکت می کند وجدولهای سنگی به طول و عرض و ارتفاع معین را جهت نصب در محوطه ساختمانها و خیابان ها وغیره مستقیماً از معادن استخراج می نماید
1 6 3 : ماشین شیارزن با صفحه فرز :
از آنجا که با دیسک برنده ، امکان تهیه بلوک های بزرگ وجود ندارد ، یک نوع ماشین با صفحه فرز ابداع شده است که جهت استخراج بلوک های بزرگتر به کار می رود . در این دستگاه یک صفحه برنده به نام « فرز » ، توسط چرخ دنده ای که خود به وسیله موتور دستگاه به حرکت درمی آید گردانده می شود .