در موضوع: مکانیک سنگ
بررسی پایداری شیب دیواره طرح 15 ساله معدن شماره 3 گل گهر
خلاصه مطالب:
اکتشاف تفضیلی کانسار شماره 3 گل گهر پایان یافته و بر اساس طرح 15 ساله استخراج‌این کانسار بصورت روباز خواهد بود و تا عمق 280 متری ادامه خواهد داشت. بعلت اغاز باطله برداری بررسی مجدد پایداری دیواره معدن مد نظر قرار گرفت در‌این ارتباط قسمت آبرفتی با استفاده از روشهای تعادل حدی و به کمک نرم‌افزار Geoslope Officeدیواره مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان داد زهکشی بعد از حفاری ضروری میباشد و نقش عمده در پایداری دیواره خواهد داشت. در قسمت سنگی ابتدا شکستگیها مورد بررسی قرار گرفت، که نتایج آن احتمال ریزشهایی از نوع گوه‌ای و وارگونی را نشان میدهد، سپس کل دیواره توسط نرم افزار FLACمدل‌سازی شد .این تحلیل نشان داد در صورت صحت اطلاعات ورودی دیواره پایدار خواهد بود.
متن اصلی:
مجتمع معدنی سنگ آهن گل گیر با داشتن 1100 میلیون تن ذخیره در شش توده معدنی دارای بیشترین ذخیره سنگ آهن در کشور میباشد که در‌این میان، توده شماره 3 با داشتن ذخیره‌ای معادل 643 میلیون تن سنگ آهن از بزرگترین آنها میباشد. این توده معدنی در جستجوهای ژئوفیزیک هوایی شرکت ایروسرویس، به روش مگنتومتری و در پی آن بوسیله برداشتهای ژئوفیزیکی زمینی توسط انستیتوی زمین‌شناسی یوگسلاوی در سال 1354 کشف گردید. بعد از انجام شناسایهای ژئوفیزیکی در مجموع تعداد 139 گمانه جهت اکتشاف این محدوده حفاری شد که اطلاعات کلی آنها در جدول (1) آورده شده است.
جدول 1- اطلاعات کلی گمانه‌های حفاری شده در محدوده آنوما لی3 حمل گهر ]3[
توده شماره 3 در یک دشت تقریباً هموار قرار دارد که از آبرفتهای عهد حاضر پوشیده شده است. ضخامت این آبرفتها از 100 تا 200 متر متغیر است سنگ در برگیرنده کانسار در قسمهای شمالی و جنویی از بین رفته و در بخش مرکزی ضخامتی در حدود 300 متر دارد]1[. شکل (1) یک مقطع شمالی- جنویی از توده شماره 3 نشان میدهد.
شکل 1- مقطع عمودی از توده شماره 3 گل گهر
طراحی توده شمار ه 3 جهت استخراج توسط شرکت ADC از کانادا انجام شده است. بر اساس طراحی این شرکت استخراج این توده بصورت روباز و طبق یک طرح 15ساله آغازخواهد شد. قبل از آغاز عملیات استخراج ماده معدنی لازم است به مدت 3 سال باطله برداری انجام شود. جدول(2) مقدار و نوع مواد استخراجی از طرح 15ساله را بیان می‌کند. طبق‌این طرح معدن به مقدار 280 متر عمیق خواهد شد. زاویه شیب نهایی معدن در قسمت آبرفتی 33 درجه و در قسمت سنگی 45 درجه در نظر گرفته شده است. با آغاز عملیات خاکبرداری در سال جاری بررسی مجدد طراحی معدن مد نظر قرار گرفت به همین منظور بازنگری پایداری شیب نهایی معدن انجام شد. در‌این راستا نواقص بیشتر مورد توجه قرار گرفت و جهت بهبود آنها طرحی پیشنهاد گردید. نتایج تحلیل پایداری بطور خلاصه در نوشته حاضر آورده می‌شود.
جدول 2_مواد استخراجی از معدن شماره 3 گل گهر بر اساس طرح 15 ساله (میلیون تن) {2}
موقعیت جغرافیایی و زمین شناسی
ناحیه معدنی گل گیر در 60 کیلومتری جنوب غرب سیرجان در استان کرمان واقع است. توده 3 این ناحیه در 2 کیلومتری غرب معدن 1 که درحال استخراج میباشد، قرار دارد. مختصات مرکز توده به شرح ذیل است:
ناحیه معدنی گل گهر در لبه شمال شرقی زون سنندج- سیرجان قرار دارد. منطقه عموما از آبرفتهای عهد حاضر پوشیده شده است و ارتفاعات معدودی که رخنمون دارند شامل سنگهای دگرگونی پالئوزوئیک در جنوب معدن و سنگهای رسوبی مزوزوئیک و سنوزوئیک در شرق معدن می‌باشند. سنگهای پالئوزوئیک شامل کمپلکس گل گیر بوده که این مجموعه قدیمی‌ترین مجموعه دگرگونی این منطقه را تشکیل میدهد. ذخایر شش‌گانه سنگ آهن گل گهر در این کمپلکس قرار گرفته است. بخش تحتانی این کمپلکس شامل تناوبی از گنیس، میکاشیست، آمفیبولیت و کوارتز شیست میباشد.
بررسی شیب دیواره در قسمت آبرفتی
بخشهای بزرگی از دیواره معدن 3 گل گیر از رسوبات عهد حاضر تشکیل شده است. لذا لازم است بطور جدا مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد. به همین منظور بخش آبرفتی دیواره معدن در مقاطع مختلف مورد بررسی قرار گرفت شکل(2) ضخامت آبرفت را در مقطعهای مختلف نشان میدهد. اکثر قسمتها ضخامت بین 90 تا 150 متر میباشد و در قسمت غرب و جنوب غرب ضخامت بین 175 تا 210 متر متغیر میباشد. جهت تحلیل پایداری سه مقطع انتخاب گردیدکه در شکل(2) دیده می‌شوند.
شکل 2_محدوده طرح 15 ساله مقاطع انتخاب شده برای تحلیل
از آنجا که در دیواره‌های آبرفتی بیشتر شکست دایره‌ای رخ میدهد، لذا با استفاده از روش تعادل حدی به کمک نرم افزار GEO SLOPE OFFIC تحلیل پایداری بر روی‌این مقاطع انجام شد.
خواص ژئومکانیکی روباره آبرفتی
روباره آبرفتی از دانه‌های گردشده تشکل شده است که اندازه این دانه‌ها متفاوت میباشد، این مواد در قسمتهای بالا از نظر دانه بندی بیشتر مخلوطی از رس، ماسه و شن می‌باشند (اعماق 0 ت 25/0 متر) و در قسمتهای عمیقتر مواد دانه درشت‌تر آن بیشتر می‌شود بطوریکه در اعماق پایینتر از 20 متر این مواد مخلوطی از شن، گراول و قلوه‌‌سنگ می‌باشند. در قسمتهایی سیمانی از آهک و گچ دانه‌ها را بهم چسبانده و تشکیل کنگلومرا داده است ]3[.
بعلت عدم انجام آزمایشهای لازم برای محاسبه خواص‌مقاومتی روباره آبرفتی این خواص در محدوده معدن شماره 3 در دست نیستند اما از آنجا که این محدوده نزدیک به معدن شماره 1 میباشد با تقریب خوب می‌توان خواص معدن شماره 3 را مشابه معدن شماره 1 در نظر گرفت. با بررسیهای انجام شده در محدوده معدن شماره 1 و انجام یک تحلیل برگشتی بر روی ریزش اتفاق افتاده خواص توده آبرفتی طبق جدول 3 بدست آمده است ]4[.
جدول3_پارامترهای مقاومتی روباره آبرفتی {4}
تحلیلی دیواره آبرفتی توسط نرم افزار Geoslope
در گزارشهای اکتشافی سطح آب زیر زمینی در عمق 40 متری گزارش شده است. جهت انجام تحلیل پایداری دو فرض در مورد سطح آب بعد از ایجاد دیواره در نظر گرفته شد: الف) ارتفاع آب از پاشنه 2/1 ارتفاع پاشنه است، ب) ارتفاع آب از پاشنه 4/1 پاشنه است. هر مقطع جهت تحلیل در نرم افزار آماده سازی گردید. اساس تحلیل در نرم افزار Geoslope روشهای تعادل حدی میباشد. این نرم‌افزار توانایی بالایی در بکارگیری این روشها دارا میباشد. همچنین نرم‌افزار از یک محیط گرافیکی قوی برخوردار میباشد که تعریف مدل در آن بسیار راحت میباشد. نتایج تحلیلهای دیواره در قسمت آبرفت در ادامه آورده شده است.
1- مقطع 1 (شکل 2) : ارتفاع آبرفت در‌این مقطع 200 متر میباشد. همانطور که در بالا ذکر شد برای همه مقاطع دو فرض در مورد سطح آب بعد از ایجاد دیواره فرض شد. در حالت فرض (الف) در قسمتهایی فاکتور ایمنی زیر 1 میباشد که حکایت از ریزش دیواره خواهد بود. شکل (3) سطح لغزش بدست آمده در نرم‌افزار را نشان میدهد.
شکل 3_مقطع 1 بهمراه سطح لغزش بدست آمده از نرم افزار
همانطور که در شکل پیداست فاکتور‌ایمنی در‌این قسمت برابر 717/0 میباشد. در حالت فرض (ب) وضعیت بهتر خواهد بود و فاکتور ایمنی بیشتر از 1 خواهد بود اما برای دیواره نهایی معدن که یک طرح دراز مدت است این مقدار پایین است و لازم است حداقل فاکتور‌ایمنی بیشتر از 2/1 باشد.
1- مقطع 2 (شکل 2) : ارتفاع آبرفت در این مقطع 150 متر میباشد. در این مقطع نیز درحالت (الف) فاکتور ایمنی زیر حد اطمینان میباشد اما در حالت (ب) فاکتور ایمنی بالای 2/1 خواهد بود در نتیجه در این حالت دیواره پایدار خواهد بود. شکل(4) سطح لغزش و ضریب اطمینان را برای سطح لغزش نشان میدهد.
1- مقطع 3 (شکل 2) : ارتفاع آبرفت در‌این مقطع 190 متر میباشد در مقطع نیز هم در حالت (الف) و هم در حالت (ب) فاکتور‌ایمنی زیر حد اطمینان خواهد بود. جدول 4 نتایج مربوط به تحلیلهای فوق را نشان میدهد.
جدول 4_ضریب ایمنی بدست آمده از تحلیل توسط نرم افزار
شکل 4_مقطع 2 بهمراه سطح لغزش بدست آمده از نرم افزار
بررسی شیب دیواره در قسمت سنگی
اطلاعات موجود در ضمیمه مشخصات ژئومکانیکی محدوده معدن 3 گل گهر بسیار کم و ناقص میباشد. اما با توجه به وجود معدن 1 در نزدیکی این معدن و یکسان بودن خواص لیتولوژیکی سنگها در محدوده دو معدن می‌توان در این مرحله جهت انجام تحلیل پایداری، در مدلها از خواص معدن شماره یک استفاده کرد. جهت بررسی وضعیت پایداری دیواره در قسمت سنگی، دو نکته مهم مورد بررسی قرار گرفت:
الف) توجه به ریزشهایی که تحت کنترل ساختاری می‌باشند
ب) بررسی پایداری دیواره نهایی بطور کلی
الف- بررسی ریزشهایی که تحت کنترل ساختاری می‌باشند.
وجود پوشش آبرفتی مانع از برداشتهای زمین‌شناسی سطحی شده است. و اطلاع دقیقی از وضعیت دسته درزها در محدوده این معدن وجود ندارد اما با توجه به شواهد موجود و گمانه‌های حفاری شده یک سری از گسلها شناسایی شده است که در شکل (5) آورده شده است. شیب این گسلها نزدیک به قائم است و از شیب دیواره نهایی معدن بیشتر است بنابراین شرایط ایجاد شکست صفحه‌ای بوجود نخواهد آمد و همچنین در بیشتر موارد امتداد گسلها با امتداد دیواره‌ها موازی و یا تقریباً موازی نمی‌باشد. با توجه به موقعیت کاواک و گسله‌ها احتمال تشکیل گوه‌هایی در دیواره‌ها وجود دارد به همین منظور هر دیواره به همراه گسلهایی که در دیواره قرار می‌گیرند بر رو شبکه استریونیت رسم گردید و احتمال شکستهای گوه‌ای بررسی گردید. بیشترین احتمال ایجاد گوه‌ای در دیواره شمال غربی با برخورد گسل 1 و 2 با دیواره میباشد. شکل(6) موقعیت این دو گسل و دیواره معدن را بر روی شبکه استریونیت نشان میدهد همانطور که از‌این شکل پیداست در این دیواره گوه‌ای تشکیل می‌شود اما شیب خط فصل مشترک دو دیواره گوه بر خلاف شیب دیواره میباشد و احتمال لغزش آن در‌این شرایط وجود ندارد. مطالعات انجام شده در محدوده معدن 1 نشان داده است دو دسته درزه غالب با شیب نزدیک به 60 درجه در منطقه وجود دارد. امتداد این دسته درزه‌ها تقریباً شرقی غربی میباشد و مشخصات پرشدگی‌ها شامل کلریت، کلسیت در سنگ درون‌گیر و تالک سرپانتین در داخل ماده معدنی میباشد[4]. چنانچه این درزه‌ها در محدوده معدن 3 وجود داشته باشند با توجه به شیب و امتداد آنها می‌توان ریزشهایی از نوع واژگونی را در دیواره شمالی و جنویی انتظار داشت.
شکل 5_مرز کانسار طرح 15 ساله و گسل های شناسایی شده در محدوده معدن 3
شکل 6_وضعیت پله های طرح 15 ساله و گوه های تشکیل شده در دیواره ها
ب- مدل سازی عددی دیواره
بمنظور بررسی وضعیت پایداری کل دیواره از نرم‌افزارFLAC کمک گرفته شد هنوز مطالعات جامعی در ارتباط با خصوصیات ژئوتکنیکی منطقه انجام نشده است لذا خواص ژئومکانیکی محدوده معدن 3 در دست نیست. جهت انجام تحلیل با فرض یکسان بودن خواص ژئومکانیکی محدوده معدن 1 با معدن 3 از‌این خواص کمک گرفته شد. مشخصات ورودی به نرم‌افزار در جدول(5) دیده می‌شود.
جدول 5_مشخصات ورودی به نرم افزار flac 5
شکل (7) مدل بکار رفته در نرم‌افزار را نشان میدهد. تحلیل با این نرم‌افزار در شرایط اعمال شده به آن حاکی از پایداری دیواره دارد اما همانطور که از شکل(8) پیداست جابجائیها در قسمت خاکی زیاد میباشد.
شکل(9) اختلاف تنشهای اصلی را نشان میدهد همانطور که در شکل پیداست تمرکز تنش بطور جزئی در پاشنه شیب وجود دارد.
شکل 7_مدل آماده شده جهت تحلیل توسط flac
شکل 8_جابجایی های بست آمده توسط نرم افزار flac
شکل 9_تفاوت تنش های اصلی در دیواره بعد از حفاری
نتیجه گیری:
&#-3978;نتایج تحلیلهای تعادل حدی دیواره نشان میدهد وضعیت آب بعد از شکل گرفتن دیواره عامل مهمی‌در پایداری یا عدم پایداری دیواره خواهد بود.
&#-3978;اگرچه با وجود پوشش آبرفتی از وضعیت شکستگیها اطلاع دقیقی در دست نیست اما امکان ایجاد شکستگی گوه‌ای در دیواره شمال غربی وجود دارد. بخصوص اینکه مرز باطله و ماده معدنی بعنوان سطح سوم‌این گوه عمل خواهد کرد.
&#-3978;در صورت تداوم دسته درزهای شناسایی شده در منطقه معدن 1 در منطقه معدن 3 می‌توان ریزشهایی از نوع واژگونی انتظار داشت.
&#-3978;تحلیل عددی نشان میدهد دیواره بطورکل پایدار میباشد. اما در قسمت خاکی جابجائیها زیاد میباشد.
&#-3978;ضروری است جهت شناسایی گسلهای بزرگ و وضعیت آب زیر زمینی در منطقه مطالعات ژئوفیزیکی انجام شود.
&#-3978;اطلاعات و دادهای ژئومکانیکی محدوده معدن 3 ناقص و کم میباشد لازم است مطالعات تکمیلی بیشتری انجام شود. با توجه به پوشش آبرفتی لازم است گمانه‌هایی با اهداف ژئوتکنیکی حفاری گردد بخصوص اینکه ضروری است به منظور شناسایی موقعیت و وضعیت درزه‌ها در منطقه از گمانه‌های جهت یای (Core Oriented) شده استفاده شود
تقدیر و تشکر
لازم می‌دانم از مدیریت منابع انسانی و بهره‌وری و کلیه کسانی که اینجانب را درتهیه مقاله یاری کردند تشکر و قدردانی کنم.