در موضوع: استخراج معدن
تاثیر راستاى انتشار امواج بر اندازه سرعت ذره اى ناشى از امواج آتشبارى
خلاصه مطالب:
سرعت ذره ای امواج لرزه ای ناشى از انفجار در جهات گوناگون بخاطر عوامل متعددی متفاوت است. در بررسى تئوریکى علل اختلاف در میزان انتقال امواج مورد بررسى قرار گرفته است. عوامل متعددی در کاهش سرعت ذره ای موثرند. عواملى مانند تعداد درزه ها، فرکانس ناپیوستگى، کیفیت توده سنگ (RQD) و چگالى سنگهای مسیر عبور امواج در تغییر میزان انتشار و انعکاس امواج لرزه ای و کاهش میزان سرعت ذره ای موثرند]1[. مطالعات این تحقیق در منطقه رسوبى و لایه ای سد مسجد سلیمان انجام گرفته است. اندازه سرعت ذره ای در جهات گوناگون توسط ژئوفون 1500 UVS ثبت شده است. در این جهات خواص ناپیوستگیها و فاکتورهای ناپیوستگى با برداشتهای زمین شناسى و مطالعات آزمایشگاهى اندازه گیری شده اند. تاثیر عواملى مانند فرکانس ناپیوستگى (?) کیفیت توده سنگ (RQD) و فاصله داری درزه ها ( S) بر روی میزان انتقال امواج مورد مطالعه قرار گرفته است. با بررسى انجام شده نتیجه گیری شده است که هر سه عامل فوق تاثیر زیادی بر تغییرات سرعت ذره ای دارند، در میان سه عامل بررسى شده تعداد ناپیوستگى تاثیر به مراتب بیشتری بر سرعت ذره ای دارد.
واژه هاى کلیدى: الاسیسیته، لرزش زمین ، سرعت ذره اى، موج، ناپیوستگى، ژئوفون.
پیش گفتار:
امواج لرزه ای به خاطر خاصیت الاسیسیته سنگها به وجود مى آیند.کر مقاومت دینامیکى سنگ
از انرژی حاصل از انفجار بیشتر باشد باعث لرزش زمین و انتقال امواج ناشى از آتشباری مى شود، یعنى سنگها خرد نشده و شدت امواج کاهیده نمى شوند. لرزش زمین ممکن است سبب بروز خسارت به ساختمانهای سطحى یا زیر زمینى نظیر تونلها وآستربندی آنها شود.کر چه انفجار به عنوان یک روش ارزان قیمت برای حفاری در سنگ مطرح است، اما هزینه های ناشى از خسارت ممکن است این روش را ناکار آمدکند. روسهای متنوعى برای ارزیابى خسارت و کنترل آن ارائه شدند، اما روشهای ارزیابى خسارت بر مبنای پارامترهای لرزش به علت اینکه نسبتا ارزان و ساده هستند و در شرایط مختلف کارآرایى دارند، گسترش بیشتری یافته اند.برای معادن که در توده سنگها واقع هستند روش ارزیابى خسارت بر مبنای حدکثر سرعت ذرات توصیه میشود.
متن اصلی:
ارزیابى خسارت با استفا ده از سرعت ذره اى:
امواج لرزه ای ناشى از خواص الاستیک سنگها هستند. چنانچه به نقطه ای از سنگ نیرویى اثر کند که
از حد الاستیک سنگ تجاوز نکند، تغییر شکل اندکى در آن نقطه ایجاد مى گردد که به نقطه مجاور منتقل شده به همین ترتیب از اطراف آن نقطه به نقاط دیگر انتشار مى یابد. عوامل مختلفى بر لرزش ناشى از آتشکاری تاثیر مى گذارند که به دو دسته قابل کنترل و غیر قابل کنترل دسته بندی مى شوند(2). از عوامل قابل کنترل فاکتورهای طراحى آتشکاری مثل وزن خرج در تاخیر، خرج ویژه، نوع مواد منفجره و قطر چال و طول گل گذاری را نام برد. از عوامل غیر قابل کنترل مى توان به میزان شکستگیها، خلل و فرح سنگها و وضعیت لایه بندی، RQD، فاصله داری درزه ها و فرکانس نا پیوستگی اشاره کرد. سرعت ذره ای، شتاب فرکانس ارتعاشات و جابجایى ذرات پارامترهایى از امواج هستند، که مى توان هریک را به عنوان معیار برای ارزیابى خسارت بکار برد. هرگاه فرکانس امواج انفجاری بیشتر از 40 هرتز باشد، استفاده از سرعت ذره ای به عنوان معیار بررسى خسارت توصیه مى شود(13).
سرعت ارتعاش ذرات در محل نزدیک انفجار را مى توان از رابطه تجربى( 1 )بدست آورد(2).
(1)
که در آن:
سرعت موج ذره ای( میلى متر بر ثانیه ) V:
به ترتیب فاصله نقطه مورد نظر تا خرج( متر )و خرج در تاخیر(کیلوگرم) W,R:
ضرایب ثابت مربوط الگوی انفجار ?,? :
K: ضریب ثابت که به خواص زمین شناسى و ناپیوستگیها وابسته است. این ضریب برای مناطق گوناگون به خواص ناپیوستگیها و فاکتورهای ژئومکانیکى سنگهای مسیر عبور امواج وابسته است.
تاثیر خواص ناپیوستگى بر میزان انتقال امواج ذ ره اى
در جهات مختلف به علت تغییر شرایط زمین شناسى و عواملى مانند، تعداد ناپیوستگیها و کیفیت توده سنگ، زبری صفحات درزه ها، میزان انتقال امواج متغیر است(4).شکستگیها اغلب به شکل دسته درز ه هایى در پوسته زمین ظاهر مى شوند. با وجود شکستگیها در سنگ پارامترهای الاستیک سنگ و مقاومت برشى توده سنگ تغییر مى کند(5).اندازه پهنای شکستگیها، طول شکستگیهاو میزان باز شدگى شکستگیها در تغییر میزان انتقال امواج ذره ای موثر هستند. هنگامى که موج لرزه ای در شکستگیها حرکت مى کند، بخشى از انرژی آن منعکس مى شود و بقیه انرژی آن در طول شکستگى منتقل مى شود. هنگامى که طول شکستگى، میزان باز شدگى و مواد پر کننده به حد صفر برسد، محیط پیوسته از سنگ خواهیم داشت، انتقال محض خواهیم داشت و هیچ انعکاسى از امواج وجود ندارد(10).
در نزدیک شکستگیها در فاصله h پالس امواج لرزه ای مستقل از ابعاد شکستگیها خواهد بود و اختلاف در میزان امواج منتقل شونده بیشتر به خواص محیط سنگى بستگى دارد(15).
(2)
که در آن:
h: فاصله از شکستگیها( متر )
طول شکستگى( متر ) lf:
طول موج ?:
به طور کلى مى توان گفت، اختلاف سرعت ذره ای برای طول شکستگیهای مختلف در فرکانسهای پایین مشهود است] 15[. تعداد شکستگیها و فاصله داری شکستگیها بر میزان انتقال امواج لرزه ای تاثیر به سزایى دارد. هر چه تعداد شکستگیها در مسیری بیشتر باشد، بر میزان انتشار و انعکاس امواج لرزه ای تاثیر مى گذارد. میزان سرعت موج ذره ای رابطه معکوسى با تعداد درزه ها دارد]13[. میزان کاهش اندازه سرعت ذره ای با افزایش تعداد ناپوستگى به طول موج و فاصله داری شکستگیها وابسته است. همانطوریکه در شکل( 1 )نشان داده شده است، در وضعیتى که نسبت فاصله داری درزه ها به طول موج، از حد بحرانى( critical &#-3949;)کمتر باشد، میزان انتقال امواج به شدت کاهش مى یابد، اما برای تعداد درزه های مختلف این تغییرات به یک اندازه است در حالتى که نسبت فاصله داری درزه ها به طول موج، از حالت آستانه( critical &#-3949;) کمتر و از حد بحرانى بیشتر باشد، میزان تغییرات انتقال امواج با افزایش ناپیوشتگها با شدت کمتری کاهش مى یابد] 10[.
طبق نمودار شکل( 1 )در حالتى که نسبت فاصله داری از حد آستانه بیشتر شود، افزایش تعداد ناپیوستگى تاثیر زیادی در کاهش انتقال امواج لرزه ای دارد.
شکل 1- تغییرات اندازه سرعت ذره ای در برابر نسبت فاصله داری به طول موج تعداد درزه های مختلف (10)
زبری سطح درز ه ها در راستاهای مختلف متفاوت است. زبری سطح درزه ها (FRC) مربوط به
سنگ از 0 تا 4 متغیر است. FRC در حالت صاف برابر 0 و در حالت با زبری بالا 4 در نظر مى گیرند. با افزایش زبری سطح درزه ها به غلت جذب امواج لرزه ای و انعکاس امواج منتشر شده، اندازه سرعت موج ذره ای کاهش مى یابد. نتایج تحقیقات انجام شده در این زمینه نشان مى دهد، رابطه درجه دومى بین FRC و سرعت موج ذره ای وجود دارد. طبق نمودار شکل (2 )با افزایش زبری سطح د رزه ها در ابتدا سرعت ذره ای به کندی کاهش مى یابد ولى با بالا رفتن زبری سطح درزه ها اندازه سرعت موج ذره ای به تندی کاهش می یابد(14).
شکل 2- تغییراتاندازه سرعت ذره ای در برابر زبری سطح درزه ها (14)
محل تحقیق:
مجموعه نیروگاهى و مغار فاز توسعه سد مسجد سلیمان در مجاورت مجموعه نیروگاهى فاز( 1 ) در حال ساخت است. به علت مجاورت این سازه ها با هم، باید در هفگام حفاری دقت زیادی بکار برد. اففجارهای که برای احداث مجموعه نیروگاهى فاز توشعه انجام مى شود، در صورتى که احتیاطات لازم صورت نگیرد سبب بروز لرزش های شدید زمین خواهد شدو خسارت جبران ناپذیری را به تجهیزات نگهداری، ابزار دقیق و تاسیسات نصب شده در مغارهای فاز( 1 )وارد خواهد کرد. برای بررسى این موضوع، در مواقع انفجار در سازه های فاز توسعه اقدام به نصب ژئوفون در مکانهایى نظیر مغار اصلى و مغار ترانسفرمر فاز( 1) شدت میزان لرزش ناشى از انفجار در این مکانها بررسى گردد(19).
شکل3- راستای مطالعه شده در نیروگاه سد مسجد سلیمان را نشان مى دهد. خطوط سیاه پر رنگ راستای مقاطع مورد مطالعه مى باشد(19).
شکل 3- نمایی از نیروگاه فاز توسعه و فاز (1) و راستای مورد مطالعه (19)
مراحل تحقیق:
همانطوریکه قبلا اشاره شده است در جهات گوناگون به علت تغییر خواص ناپیوستگى، تغییر کیفیت توده سنگ و خواص درزه ها شرایط مقفاوتى برای انققال امواج به وجود مى آید. بدین مفظور اففجاراتى در قونیها فضاهای زیر زمینى سد مسجد سلیمان، انجام شده است. انفجارات برای خرج در تاخیر های متفاوت توسط ژئوفون UVS1500 ثبت شده است. سرعت ذره ای در فاصله 100 متری و 120 متری از مرکز خرج، برای خرج در تاخیرهای 10 کیلوگرمى و 15 کیلوگرمى در جهات و مقاطع مختلف ثبت و اندازه گیری شده است. ثبت سرعت ذره ای در 9 مقطع انجام شده است. هر مقطع از لایه های مختلف زمین شناسى که لیتولوژی آن اغلب کنگولومرا، ماسه سنگ، رس سنگ و سیلت مى باشد، تشکیل شده است. درزه نگاری و برداشت درزه ها ، مطالعات آزمایشگاهى برای سنگهای مختلف انجام شده است. با استفاده از نقشه های زمین شناسى و نقشه های مقاطع حفاری و پلانهای حفاری مقاطع مختلف رسم شده اند. طول لایه ها در مقاطع بدست آمده است.
پس از بررسى و مطالعات ژئومکانیکى سنگهای مقاطع عبور امواج آتشباری خواص ناپیوستگیها مانند تعداد ناپیوستگى (n) ، فرکانس ناپیوشتگى(?)، فاصله داری درزه هاS))وکیفیت قو ده سنگ (RQD) بدست آمده است. در جدول(19 )سرعت ذره ای ثبت شده توسط ژئوفون در نیروگاه مسجد سلیمان در فاصله 100 متری و 120 متری برای خرج در تاخیر 10 و15 کیلوگرم، برای 9 مقطع آمده است:
جدول 1- سرعت ذره ای ثبت شده در مقاطع مختلف برای خرج در تاخیر 15 و 10 کیلوگرم با فاصله 120 و 100 متری خرج
در جدول(2 )نتایج و مشخصات ژئومکانیکى سنگهای مقطعهای زمین شناسى عبور امواج آمده است:
جدول 2- خواص ژئومکانیکیسنگهای مقاطع زمین شناسی عبور امواج
در مراحل بعد میزان تاثیر هر یک از فاکتورهای ناپیوستگى در راستای انتشار بر روی سرعت ذره SI مورد تحلیل قرار گرفته است.
تاثیر RQD بر میزان سرعت ذره ای
یکى از فاکتورهای متغیر در راستاهای مختلف کیفیت توده سنگ مى باشد، با تغییر کیفیت توده سنگ در جهات مختلف سرعت موج ذره ای حاصل آتشباری تغییر مى کند. با استفاده از داده های ثبت شده در جهت برای فواصل 100 و 120 متری خرج، با خرج در تاخیرهای 10 و 15 کیلوگرم، نمودار تغییرات سرعت ذره ای در برابر RQD رسم شده است.
شکل 4- تغییرات سرعت ذره ای در برابر RQD برای خرج در تاخیر 10 کیلو گرمی در فاصله 100 متری خرج .
شکل 5- نمودار تغییرات سرعت تغییرات سرعت ذره ای در برابر RQD برای خرج در تاخیر 15 کیلو گرمی در فاصله 120 متری خرج .
تاثیر فاصله درزه ها بر سرعت موج ذ ره اى
یکى از عوامل موثر بر اندازه سرعت موج ذره ای در جهات گوناگون، تغییر اندازه فاصله داری درزه ها مى باشد. با استفاده از اطلاعات حاصل از انفجارات در 9 راستا برای خرج در تاخیرهای 10 و 15 کیلوگرمى در فواصل 100 و 120 متری نمودار بین S و سرعت ذره ای رسم شده است، شکل(6 و7) نمودار مربوط به فاصله داری درز ه ها و سرعت ذره ای را نشان مى دهد:
شکل 6- نمودار تغییرات سرعت تغییرات سرعت ذره ای در برابر فاصله داری ، برای خرج در تاخیر های10 کیلو گرمی در فاصله 120 متری خرج .
شکل 7- نمودار تغییرات سرعت تغییرات سرعت ذره ای در برابر فاصله داری ، برای خرج در تاخیر 15 کیلو گرمی در فاصله 120 متری خرج .
تاثیر تعداد ناپیوستگیها در واحد متر بر سرعت ذ ره اى
یکى از مهمترین عوامل متغیر در جهات مختلف تغییر در تعداد ناپیوستگیهاست. در جهات مختلف تعداد ناپیوستگیها تغییر مى کند و انتشار و انعکاس امواج تغییر مى کند و باعث تغییر در اندازه سرعت ذره ای مى شود. با استفاده از اطلاعات حاصل از انفجارات برای خرج در تاخیرهای 10 و15 کیلوگرم در فواصل 100 و 120 متری، نمودار بین سرعت ذره ای در برابر تعداد ناپیوستگیها در واحد متر رسم شده است که در اشکال(8 و 9) نشان داده شده است:
شکل 8- نمودار تغییرات سرعت تغییرات سرعت ذره ای در برابر تعداد ناپیوستگیها برای خرج در تاخیر 10 کیلو گرمی در فاصله 100 متری خرج.
شکل 9- نمودار تغییرات سرعت تغییرات سرعت ذره ای در برابر ناپیوستگی در متر برای خرج در تاخیر 15 کیلو گرمی در فاصله 120 متری خرج
با توجه به نمودارهای 8و9 مى توان نتیجه گرفت، رابطه خطى معکوس بین تعداد ناپیوستگیها در واحد متر سرعت موج ذره ای وجود دارد. در کمترین مقدار n، زمانى که فقط یک ناپیوستگى داریم، یعنى در راستای موازی لایه بندی بیشترین مقدار سرعت ذره ای ثبت شده است. با افزایش تعداد ناپیوستگیها در هر مقطع سرعت ذره ای ثبت شده کاهش مى یابد. رابطه رگرسیونى بین تعداد ناپیوشتگیها در واحد متر و سرعت ذره ای طبق فرمول 3 است:
(3)
که درآن:V: سرعت برحسب متربرثانیه n: تعدادناپیوستگیهادرمتر
- نمودارهای 4 و5 نشان مى دهند که بین کیفیت توده سنگ و سرعت ذره ای یک رابطه غیر
خطى وجود دارد،
- همانطوریکه در نمودار نشان داده شده است در ابتدا نمودار با شیب بیشتری تغییر مى کند ولى سپس شیب نمودار کاهش مى یابد. در RQD پایین با کمترین افزایش، سرعت ذره ای با شتاب بیشتر بالا مى رود. در RQD بالا با ا فزایش آن سرعت ذره ای با شتاب خیلی کمتری افزایش مى یابد مى توان گفت در RQD بالاتر سرعت ذره ای به حا!ت ثابت مى رسد. رابطه رگرسیونى بین RQDو سرعت ذره ای طبق فرمول 4 ارائه مى شود:
(4)
که در آن: V سرعت ذره ای بر حسب متر بر ثانیه RQD:کیفیت توده سنگ
- نمودارهای 6 و 7 نشان مى دهد که یک رابطه غیر خطى و لگاریتمى بین سرعت ذره ای و فاصله داری درزه ها وجود دارد. از روی نمودارها مى توان فهمید که با افزایش فاصله دار درزه ها سرعت ذره ای افزایش مى یابد. نمودارها نشان مى دهدکه در فاصله داری کمتر با افزایش فاصله داری سرعت ذره ای به میزان بیشتری بالا مى رود ولى برای فاصله داری بالاتر شیب تغییرات سرعت ذره ای کاهش مى یابد. در فاصله داری بزرگتر به خاطر کاهش در انعکاس و تداخل امواج سرعت ذره ای افزایش مى یابد. رابطه رگرسیونى بین سرعت ذره ای و فاصله داری (S) طبق فرمول ارائه مى شود:
(5)
که در آن: V سرعت ذره ای بر حسب متر بر ثانیه S: فاصله داری د رزه ها بر حسب متر
با بررسى 6 نمودار فوق، هر چند هر سه فاکتور با ضریب همبستگى بالا نقش فراوانى در تغییرات سرعت ذره ای دارند، از آنجایى که تغییرات سرعت ذره ای با تعداد ناپیوستگیها دارای ضریب همبستگى بالاتری هستند، مى توان نتیجه گرفت تعداد ناپیوستگیها بیشترین تاثیر را بر سرعت ذره ای دارد.