بررسی رابطه بین سرعت حفاری و خواص ژئومكانیكی سنگ

كاربرد مواد معدنی در صنایع بویژه بعد از جنگ جهانی دوم رشد سریع پیدا كرده استامروزه تعداد زیادی از انواع گوناگون سنگ و كانی و تركیبت آنها در صنایع به كار برده می شودكه بین آنها ذغال سنگ جایگاه مخصوص به خود را دارد،كه در حال حاضر حیات بسیاری از صنایع در گرو این ماده معدنی است

بررسی رابطه بین سرعت حفاری و خواص ژئومكانیكی سنگ

مقدمه

كاربرد مواد معدنی در صنایع بویژه بعد از جنگ جهانی دوم رشد سریع پیدا كرده است.امروزه تعداد زیادی از انواع گوناگون سنگ و كانی و تركیبت آنها در صنایع به كار برده می شودكه بین آنها ذغال سنگ جایگاه مخصوص به خود را دارد،كه در حال حاضر حیات بسیاری از صنایع در گرو این ماده معدنی است.

در كشور ما كه اقتصادی وابسته به نفت داشته و دارد،بیشتر نگاهها معطوف به صنعت نفت بوده است و صنایع دیگر معدنی رشد چندانی ننموده ویا به طور ناقص از این صنایع بهره برداری گردیده است.

در حال حاضر به دلایل زیادی نمی توان به صنایع غیر نفتی فقط به عنوان منابع اشتغال زا نگریست و جایگاه این صنایع اكنون پررنگ تر به نظر می رسند، پس باید با نگرشی درست و مدیریتی استوار این منابع را جایگزین نفت نمود.

ذغال سنگ نیز به عنوان یكی از منابع مهم معدنی غیر نفتی نیز جایگاه خود را باید پیدا كند.

معادن ذغال سنگ طبس كه در كویر مركزی ایران قرار گرفته اند با دارا بودن ذخیره بیكران خود و همچنین نزدیكی به بازار مصرف یكی از با ارزش ترین معادن ایران است كه می تواند نقش مهمی در صنایع غیر نفتی كشور را ایفا كند.

تلاش برای اكتشاف و بهره برداری این معادن همچنان ادامه دارد.

در این پروژه سعی شده است با تحلیل چند منطقه در حال پیشروی از لحاظ خواص ژئو مكانیكی سنگ(RMR) و ارتباط دادن زمان مخصوص برای حفاری هر منطقه به این خواص (RMR) ارتباطی بین سرعت حفاری و خواص ژئومكانیكی سنگ بدست آوریم.

و سپس از روی رابطه بدست آمده نتیجه گیریمان را انجام دهیم.

1-1-    موقعیت جغرافیایی و آب و هوا

ناحیه‌پروده با وسعتی در حدود 1200 كیلومتر مربع در 75 كیلومتری جنوب شهرستان طبس در محدوده عرض جغرافیایی َ50  ْ 32 تا َ 05 ْ 33و طول جغرافیایی َ 45 ْ 56 تا َ15 ْ57 قرار گرفته است . شكل های 1-1 و 1-2 موقعیت جغرافیایی پروده را نشان می دهد .

ارتفاع متوسط ناحیة‌زغالدار پروژه از سطح دریا 850 متر می باشد كه مرتفع ترین نقطة آن در غرب 1047+ متر و پست ترین آن در شرق730+ متر قرار گرفته است . ناحیة پروده جزء مناطق كویری با آب و هوای خشك و قاره‌ای محسوب می شود كه نوسانات درجه حرارت شبانه روزی و ماهیانة آن زیاد است .

حداكثر درجه حرارت شهر طبس در تابستان به 45+ درجه ودر زمستان حداقل درجه حرارت به 5- درجه می رسد . اغلب ماههای سال خشك و یا كم باران بوده و معمولاً‌در فصل زمستان و اوایل بهار باران نسبتاً كم می بارد . درمنطقه مورد مطالعة رودخانه های دارای جریان دائمی نداریم و رودخانه‌های متعدد فصلی كه معمولاً جریان آب در آنها به هنگام بارندگی بصورت سیلاب می باشد. ناحیة زغالدار پروده عاری از پوشش گیاهی بوده و تنها بوته های خار بصورت پراكنده به چشم می خورد .

 

1-2- تاریخچه مطالعات

 بررسی مناطق زغالدار طبس برای اولین بار در سال 1347 توسط اكیپ اعزامی از واحد كرمان آغاز شد .

شكل ص 4و 5

به دنبال آن در سال 1349 كارشناسان روسی شركت ذوب آهن ایران به منظور تعیین كیفیت ، از لایه های زغالی ناحیة نایبند نمونه برداری كردند .سپس در سالهای 1352 و 1353 به منظور مطالعات جامعتر گروه هایی از كارشناسان روسی و ایرانی به مناطق زغالدار اعزام گردیدند و در ارتباط با زغالخیزی  رسوبات تریاس ، ژرواسیك و كیفیت لایه‌ای زغالی مطالعاتی را انجام دادند .

بر اساس مطالعات یاد شده حدود گسترش رسوبات زغالدار ایران (‌متریالیس  ژرواسیك) در حوضة زغالدار طبس مشخص گردید و وجود زغالهای كك شو در نواحی شرق حوضچه (پروده – نایبند ) و زغالهای حرارتی در ناحیة غربی ( مزینو) مورد توجه قرار گرفت .

 

 

 

 

1-3-تكتونیك و ساختمان زمین شناسی حوضة طبس

 حوضة طبس بلوكی است نوری شكل كه بین گسلهای نایبند –کلمردنائین واقع شده است . مشخصات اجمالی این گسلها عبارتند از :

 

1-3-1- گسل نایبند :

گسل نایبند با امتداد شمالی جنوبی از شرق حوضه عبور میكند. این گسل 500 كیلومتر طول داشته و از نوع راستگرد می باشد . شیب گسل بطرف شرق بوده و با عملكردی از نوع معکوس بلوك غرب را بالا برده است .

گسل نائینی به موازات گسل کلمردو با عملكردی عكس آن قرار گرفته است .

در حد فاصل گسلهای اصلی نایبند و در جهتی تقریباً عمود بر آنها گسلهائی وجود دارند كه معمولاًدر نزدیكی گسلهای اصلی به طرف جنوب چرخشی می نمایند .

این گسلها از شمال به طرف جنوب عبارتند از : گسل پرورده (‌رستم )، گسل زنوغان ، گسل توری چای و گسل قدیر ، شیب تمامی این گسلها به طرف جنوب بوده و به صورت رورانده عمل كرده اند .

سه ناحیه زغالی مجزا در حوضة‌طبس وجود دارند كه عبارتند از مزینو، نایبند و پروده

1-3-2-ناحیة زغالی مزینو:

این ناحیه در غرب دشت آبرفتی طبق واقع گردیده است، این ناحیه از طرف شرق تسوط گسل نامرئی با روند شمالی جنوبی از ناحیه پروده جدا شده و از طرف غرب به گسلهای کلمرد و نائینی محدود می شود . لایه های زغالی این ناحیه سن ژوراسیك پایینی داشته اند و از نوع آنتراسیت و حرارتی می باشد .

در حال حاضر ناحیة زغالی فرینو به وسعت 8800 كیلومتر مربع مرحلة اكتشافی مقدماتی را گذرانده است .

 1-3-3- ناحیة‌زغالی نایبند :

این ناحیه دارای وضعیتی برابر 4500 كیلومتر مربع می باشد و ناحیه‌ زغالدار نایبند در جنوب گسل قوری چای واقع شده است . در این ناحیه رسوبات تریاس فوقانی و ژوراسیك تحتانی دارای لایه های زغالی قابل كار از نوع كك شو می باشد .

1-3-4- ناحیة زغالی پروده :

 ناحیة زغالدار پروده با وسعتی برابر 6400 كیلومتر مربع یكی از بزرگترین نواحی زغالدار حوضه می باشد . در اولین مرحله كه در سال 1360 آغاز گردید بررسی كیفی و كمی زغالهای كك شو در وسعت حدود 400 كیلومتر مربع انجام گردید ودرمرحلة دوم مناطق دارای پتانسیل مثبت مورد اكتشاف مقدماتی قرار گرفت . ضمن بررسی های پی جوئی مرحلة‌اول ناحیة پروده به در بخش شمالی و جنوبی در طرفین گسل رستم تقسیم شد كه مناطق پروده به وسعت 1200 كیلومتر مربع در حد فاصل گسلهای رستم و قوری چای واقع شده و نهشته های تریاس بالائی در آن دارای لایه های زغالی قابل كار از نوع كك شود می باشد .

شكل شماره 1-3 نقشة شماتیك نواحی سه گانة مذكور را نشان می دهد .

 

گسلهای رستم و قوری چای كه ناشی از گسلهای بزرگ نایبند وکلمردمی باشند بر فرم ساختمانی و تكنونیكی ناحیة تأثیر گذاشت و با ایجاد گسیختگیهائی كوچك با روند شمال غربی‌، جنوب شرقی مناطق جدا از هم را به وجود آورده اند . ناحیه زغالدار پروده بر اساس گسلهای اخیر به محدوده های كوچكتری تقسیم شده است كه این مناطق از شرق به غرب عبارتند از IV,III,II,I

پرودة شرقی ، علاوه بر این مناطق دارای ویژگیهایی می باشند كه آن را از سایر مناطق زغال دار ایران متمایز ساخته كه بعضی از این ویژگیها عبارتند از :

1-3-5- ساختمان زمین شناسی

ساختمان زمین شناسی ناحیة‌پرودة نسبت به سایر مناطق  زغالی ایران پیچیده نبوده و در این رابطه دو فاكتور شیب و عدم شكستگیهای مكرر بسیار قابل توجه می باشند .تغییرات شیب و تكرار شكستگیها از عمده موانعی هستند كه جریان استخراج و تولید زغالسنگ دچار مشكل می سازد.

در ناحیه پروده شیب كم و یكنواخت لایه ها و همچنین كم بودن تعداد شكستگیها باعث گردیده كه بلوكهای معدنی جهت استخراج شرایط ایده آل داشته باشند كه این شرایط بر سهولت استخراج زغال تأثیر بسزائی دارد.

1-3-6- وسعت منطقه

 ناحیة زغالدار پروده با وسعتی حدود 1200 كیلومتر مربع اگرچه در نتیجة عملكرد چندین گسل و همچنین ساختمانهای زمین شناسی به بلوكهای متعدد تقسیم شده ولی در عین حال محدوده‌ای است بهم پیوسته بطوریكه كه رخنمون لایه های زغالی از غرب به شرق در طول 40 كیلومتر تداوم داشته و تغییرات كمی وكیفی آنها از روند مشخصی پیروی می كنند . علاوه بر این به لحاظ شرایط و ویژگیهای رسوبگذاری ، برخی خصوصیات زمین شناسی و حتی پاره‌ای از مشخصات كیفی و تكنولوژی ، لایه های زغالی در كل ناحیه مشابه بوده و تغییرات ، دارای قانونمندی و روند نسبتاً مشخص می باشد . و امكان طراحی معدن های متعددی در مجاورت یكدیگر فراهم میگردد . قطعاً طراحی معدن در مجاورت یكدیگر هزینه های زیر بنائی هر معدن را بسیار كاهش میدهد و میزان نیروی انسانی و سایر امكانات مورد نیاز كاهش می یابد .

 

شكل ص 9

1-3-7- ضخامت لایه های زغالی

در ناحیه پروده ،5 لایه زغال اصلی و قابل كار وجود دارند كه از پایین به بالا عبارتند از D,C₂,C₁,B₂,B₁، ضخامت كل این پنج لایه از كمر پایین B₁ تا كمر بالای D بطور متوسط 80 متر می باشد و عمدتاً از تناوب لایه های زغال ، زغال آرژیل،آرژلیت ، سیلت و ماسه سنگ تشكیل شده است.

سه لایه زغالی B₁,B₂,C₁ بعلت اینكه ضخامت آنها بیش از یك متر است اقتصادی تر محسوب می شوند. و از آن میان لایة‌زغالی C₁ در بخشهای وسیعی از منطقه بین 5/1 تا 2 متر دارد . چهار لایة C₂,C₁,B₂,B₁ در طول چهار كیلومتر دارای رخنمون می باشند .

با توجه به وسعت زیاد پرورده لایه های زغالی به لحاظ پارامترهای كیفی و كمی و تغییرات قابل توجهی نشان می دهند . بطور كلی ضخامت لایه ها از غرب به شرق تدریجاً كاهش می‌یابد.

1-3-8- ذخیره

بر اساس مطالعات انجام شده تاكنون یك میلیارد تن زغال سنگ در ناحیة پروده به ثبت رسیده است . این مقدار ذخیره به لایه های زغالی از سطح زمین تا اعماق 600 متری مربوط می شود . قابل ذكر است كه 20% این ذخایریعنی 200 میلیون تن آنها در افقهای نزدیكی از سطح زمین قرار گرفته است و دستیابی به این ذخایر با توجه به حجم عملیات اكتشافی و شناسایی دقیق لایه ها ، بخش اعظم ذخایر پروده در كاتاگوری قطعی قرار می گیرد و این بدان معناست كه در ارتباط با سرمایه گذاری به منظور بهره برداری هیچگونه ریسكی وجود نخواهد داشت .

 شكل 1-4 نقشه زمین شناسی پروده رانشان می دهد

 

1-4- عملیات اكتشافی

1-4-1- نقشه برداری

تهیه نقشه های توپوگرافی به مقیاس5000/1 ، این نقشه ها در دو مرحله توسط سازمان نقشه برداری كشور در سال 1361 و شركت نقشه برداری كارتك در سال 67 با عكسهای هوائی 20000/1 سال 1348 و بطریق فتوگرامتری تهیه شده است فواصل منحنی های میزان آن 5 متر ، مبنای ارتفاعات سطح متوسط آب خلیج فارس ، مبنای مسطحات اروپایی و در سیستم تصویر UTM انجام گرفته و دقت پلیگونها خوب ، خطای آنها از حد مجاز كمتر است .

 

 

1-4-2- عملیات حفاری

با توجه به برداشتهای مرحلة پی‌جوئی كه بیشتر از رخنمون لایه های زغالی بدست آورده اند كه در این مرحله با ایجاد حفر ترانشه عمود بر امتداد لایه ها و حفر اكلون های در داخل لایة‌زغالی از رخنمون تا جائی كه از زون اكسیده آن عبور كنند حفر شده است كه در برداشت ترانشه ها و امتداد لایه ها با مشخصات كمر بالا وكمر پایین آن ، ابتدا با توجه به پیچیدگی لایة زغال كه در مرحله‌ی پی جوئی حاصل شده است شبكة حفاری ( مستطیل ،‌مربع ، لوزی )‌طراحی كرده اند و از آنها حفاری صورت می گیرد .

البته در ابتدا فاصلة شبكه ما بیشتر و هرچه مطالعات دقیق تر و بیشتر مورد نیاز باشد بالطبع فاصلة گمانه ها كمتر خواهد شد.

در ناحیة‌پروده ومناطق همجوار تاكنون تعداد 646 حلقة چاه به متراژ برابر 223785 متر حفر گردیده است .

جهت دریافت فایل بررسی رابطه بین سرعت حفاری و خواص ژئومكانیكی سنگ لطفا آن را خریداری نمایید