پروژه بهینه سازی انفجار در معادن سنگ آهن (چغارت و گل گهر)

گروه مهندسی معدن (استخراج)

پروژه دوره کارشناسی

چکیده

این پروژه در ارتباط با بهینه سازی انفجار در معادن سنگ آهن می باشد در ابتدا به بررسی اجزای انفجار و پارامترهای آن پرداخته شده است سپس انواع تئوریهای انفجار به همراه معرفی انواع مواد منفجره آورده شده است.

در قسمت آخر پروژه بهینه سازی انفجار در دو معدن سنگ آهن چغارت و گل گهر مورد ارزیابی قرار گرفته است.

مقدمه

 با توجه به اینکه انتخاب روش مناسب جهت انفجار باعث کاهش هزینه های معدن، خردایش مناسب سنگها، ایمنی بیشتر و بسیاری مزایای دیگر می شود، در این تحقیق با شناخت درست اجزای انفجار و تئوریهای مختلف با بهینه سازی انفجار آشنا می شویم. در این تحقیق انواع مواد منفجره و خواص آنها مورد ارزیابی قرار گرفته است بعلاوه بهینه سازی آتشباری در دو معدن بزرگ آهن ایران، چغارت و گل گهر بررسی شده است.

فصل اول:

 تعریف پارامترهای طراحی انفجار

-1- تعریف پارامترهای طرحی انفجار

طراحی انفجار، با طراحی اجزای خاص انجام می شود که این اجزا به طور کلی عبارتند از:

1- قطر چال (hole diameter) :

که با علامتهای Q , d, D نمایش داده می شود و واحد آن میلیمتر یا اینچ می باشد.

2- بردن (burden) :

فاصله بین دو ردیف چال موازی با هم است . واحد آن متر یا فوت می باشد و با B یا V نشان داده می شود .

فاصله اولین ردیف چال تا سطح آزاد بردن ماکزیمم نامیده می شود و مقدار آن از دیگر بردنها بیشتر است. (Vmax   QV) که V مربوط به ردیفهای عقب تر است.

3- فاصله ردیفی چالها (spacing) :

فاصله دو چال را در یک ردیف گویند و با E نشان داده می شود و با واحدهای متر یا فوت معین می شود.(ft-m).

4- طول چال (height) :

ارتفاع چالی است که برای خرج گذاری حفر می کنیم و واحد آن متر یا فوت است.

(ft-m). در واقع ارتفاع کلی چال زده شده است.

5- اضافه چالی (sub drilling):

ارتفاعی از چال است که در زیر پله حفر می شود تا کف پله بعدی که از آتشبازی ایجاد می شود، مسطح شود و واحد آن متر یا فوت است (ft-m). و با علامت U نشان می دهند. این مقدار تفاوت طول کلی چال و ارتفاع پله می باشد.

6- ارتفاع پله (height of stop) :

ارتفاع پله مورد استخراج است و عموماً با K نمایش می دهند. واحد آن متر یا فوت است(ft-m)

7- ارتفاع گل گذاری (stemming) :

ارتفاعی از چال است که با گل پر می کنند و با T نشان می دهند و واحد آن متر یا فوت است (ft-m) و تاثیر زیادی در راندمان آتشباری دارد ولی در معدن چادرملو اصلاً به آن توجهی نمی شد.

8- ارتفاع خرج گذاری (height of explosive) :

میزان ماده منفجره به ازای واحد طول چال است که آنرا با (Qc , n) و تراکم خرج ته چال (Qc , n) می باشد و واحد آن کیلوگرم بر متر یا پوند بر فوت می باشد (1b/ft-kg/m).

9- تراکم خرج گذاری (accumulation of explosive):

 میزان ماده منفجره به ازای واحد طول چال است که آنرا با Q , n نمایش می دهند و خود شامل تراکم خرج وسط چال(Qc  , nc  ) و تراکم خرج ته چال (Qb  ,nb ) می باشد و واحد آن کیلوگرم بر متر ویا پوند بر فوت می باشد. (1b/ft-kg/m).

 10- مصرف ویژه (specific charge) :

که با q نشان داده میشود و عبارتست از میزان ماده ناریه لازم که به ازای آن یک تن یا یک مترمکعب ماده معدنی بدست می آید.

11- حفاری ویژه (specific drilling) :

که با d نشان داده می شود و عبارتست از مقدار طول چال حفر شده به ازای هر تن یا هر مترمکعب استخراج ماده معدنی.

12- YR وزن مخصوص ماده معدنی :

در فرمولهای برحسب   بیان می شود.

13- ye وزن مخصوص ماده منفجره :

در فرمولهای بر حسب  بیان می شود.

لازم به توضیح است که بین اجزاء فوق روابطی منطقی جهت طراحی آنها وجود دارد که این روابط تحت عنوان تئوریهای طراحی توسط دانشمندان مختلف ارائه شدند و در ادامه به توضیح آنها می پردازیم.

این روابط تابع شرایط زیر هستند:

الف- هدف از انفجار

ب- نوع و ساختمان سنگ

ج- نوع و کیفیت ماده منفجره

د- شرایط محیط کار معدن

ه- شیب چال

و- شیب پله

ز- تناژ استخراجی

ح- ابعاد لازم برای سنگی که استخراج می شود

ط- پایداری پله

ی- ایمنی

ک- آرایش چالها

ل- عرض پله

م- سطح آزاد

ن- زاویه شکست سنگ

س- لرزش زمین

ع- لرزش هوا

ف- پرتاب سنگ (fly rock)

ظ- فاصله زمانی تأخیر

لازم به ذکر است  که شرایط فوق نیز متقابلاً بر هم و بر روش آتشباری چالها تأثیر گذارند . از عوامل و شرایطی که در بالا به آنها اشاره شد برخی را باید مربوط به قبل از انفجار و برخی دیگر را باید مربوط به بعد از انفجار دانست . البته برخی را نیز باید قبل و بعد از انفجار مورد بررسی قرار داد .

1-2- روش های طراحی پارامترهای انفجار

1-2-1- ضخامت بارسنگ: (burden)

نزدیک ترین فاصله سطح آزاد هنگام انفجار تا محل چاه ضخامت بار سنگ نامیده می شود که مهمترین پارامتر هندسی در طراحی الگوی انفجار معادن روباز می باشد. این پارامتر در ارتباط مستقیم با سایر عوامل طراحی بوده و تغییرات آن روی پیامدهای انفجار بسیار موثر است و چنانچه در محاسبه آن خطا وجود داشته باشد ، باعث بوجود آمدن نتایج نامناسب (خردایش ناجور سنگ) و پیامدهای نامطلوب (پرتاب سنگ، لرزش زمین و لرزش هوا) در عملیات انفجار خواهد شد. اگر ضخامت بارسنگ یا به عبارت دیگر فواصل بین چالها در عرض ، کمتر از مقدار واقعی و بهینه خود در نظر گرفته شود ، پرتاب سنگ و لرزش هوا زیاد شده و سنگ بیش از اندازه خرد می شود و عملیات انفجار توام با سر و صدای زیاد خواهد بود و در نتیجه عملاً بخش مهمی از انرژی ماده منفجره به هدر می رود . در این صورت به دلیل افزایش میزان حفاری و مصرف ماده منفجره هر دو پارامتر حفاری ویژه و خرج ویژه اضافه خواهند شد .

ازطرف دیگر چنانچه اندازه ضخامت بار سنگ بیش از مقدار مورد نیاز باشد پدیده ها و پیامدهای نامطلوبی نظیر شکست بیش از حد( back break) یا عقب زدگی، ایجاد قطعات درشت سنگ  (over size) ، شکل گیری سکو در پای پله و لرزش زمین بروز خواهد کرد.

همچنین اگر این پارامتر خیلی بیش تر از مقدار بهینه باشد ، توده سنگ در بخشهای جلوی چالها جابجا نمی شود و لذا انفجار منجر به تشکیل حفره می گردد که به همراه آن لرزش زمین و پرتاب سنگ وجود دارد.

بنابراین بهینه سازی ضخامت بارسنگ در عملیات حفاری و انفجار معادن روباز، بسیار اهمیت دارد که در این راستا خواص فیزیکی و ژئو مکانیکی توده سنگ ، کمک موثری برای ما خواهد بود.

1-2-2- روشهای محاسبه burden :

برای محاسبه ضخامت بار سنگ یا فواصل بین چالها در عرض پله در دهه گذشته تحقیقات زیادی انجام و روشها و روابط متفاوتی توسط محققین ارائه شده است .  بعضی از این روشها اطلاعات زیادی برای محاسبه این پارامتر نیاز دارند که با توجه به شرایط متغیر زمین و محیط کار، چه بسا جمع آوری این اطلاعات آسان و مقرون به صرفه نباشد.

از طرف دیگر ممکن است استفاده از هر یک از این روابط به تنهایی برای تعیین ضخامت بار سنگ ، نتایج خوبی را به دنبال نداشته باشد.

روش مهندسی این است که از چندین روش که شرایط کاربرد آنها اهم تر است استفاده شده و سپس از مقادیر بدست آمده میانگین گیری پیراسته (trimmed mean) بعمل آید.

اندازه ای که از این  طریق بدست می آید ، بار سنگ پیراسته (B) نامیده می شود. یادآوری می شود در میانگین پیراسته a درصد از کمترین مقادیر کنار گذاشته شده و از بقیه مقادیر میانگین گرفته می شود.

1-2-3- فاصله ردیفی چالها (spacing ) :

فاصله بین چالها در جهتی عمود بر ضخامت بار سنگ را فاصله ردیفی چالها می گویند. اگر با انتخاب چاشنی کم تاخیری مناسب مقدار بار سنگ عوض شود ، فاصله ردیفی چالها نیز خود به خود تغییر می کند.

اگر فاصله ردیفی چال بیش از مقدار مورد نیاز انتخاب شود یعنی فاصله بین چالها زیاد باشد محل شکستن سنگ ناهموار خواهد شد و خرد شدگی نامناسب خواهیم داشت.

سنگها در اطراف چال خرد می شوند اما سنگهای واقع مابین دو چال درشت خواهند شد که در آتشکاری های کنترل شده مانند smoth blasting و پیش شکافی presplitling فاصله ردیفی چالها خیلی کم انتخاب می شود و در این حالت مواد منفجره مخصوص به کار می رود تا این مشکل برطرف شود . فاصله ردیفی چالها معمولاً در آتشباری ها 1 تا 2 برابر ضخامت بار سنگ (Burden) می باشد. هر چه ضریب سفتی  [ارتفاع پله / ضخامت بار سنگ] بیشتر باشد ، ضریب ما به 2 نزدیکتر می شود و حتی بزرگتر هم می توان در نظر گرفت.