توسعه ي كاربردهاي روش ليب در سختي سنجي ديناميكي سنگ ها

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي معدن

دكتري

سختي به عنوان يكي از مشخصات ذاتي سنگ ها، نشان دهنده ي مقاومت سنگ در برابر تغييرشكل دائمي، خراش و نفوذ است. سختي ارتباط معناداري با پارامترهاي مكانيك سنگي داشته و لذا، ابزار مناسبي براي تحليل قابليت ماشين¬كاري سنگ ها به شمار مي آيد. در اين رساله تلاش شده است تا كاربرد روش سختي سنجي ديناميكي ليب در سنگ ها كه بر طبق استاندارد ASTM-A956-06 در سختي سنجي مواد فلزي كاربرد دارد، مورد بررسي قرار گيرد. براي نيل به اين هدف، نتايج در شش فاز شامل مرور جامعي بر روش هاي سختي سنجي در مهندسي سنگ، شرايط استفاده از روش ليب در مقياس آزمايشگاهي، ارائه ي طبقه بندي جديد سختي سنگ، تأثير بافت، تعيين ثابت هاي الاستيك ديناميكي سنگ ها و در نهايت تأثير زبري سطوح بر سختي ليب ارائه شده اند. پس از مرور منابع، همبستگي هاي بين روش هاي مختلف سختي ديناميكي سنگ ها با پارامترهاي فيزيكي و مكانيكي با استفاده از تحليل هاي رگرسيوني مورد بحث قرار گرفته اند. نتايج مطالعات آزمايشگاهي نشان داد كه مينيمم ضخامت و نسبت طول به قطر نمونه هاي بلوكي و مغزه اي براي انجام آزمون ليب به ترتيب cm 5 و 6/1 است. همچنين بررسي ارتباط بين دو پارامتر فيزيكي شامل تخلخل و چگالي با سختي ليب، نشان از تأثير نسبتًا معنادار خصوصيات فيزيكي بر سختي ليب دارد. با در نظر گرفتن روش سختي موهس به عنوان اساسي ترين و دقيق ترين روش سختي سنجي در مطالعات تجربي، طبقه بندي كيفي سختي ليب بر اساس اين روش سختي انجام شد. بر اساس مطالعات تطبيقي، سختي سنگ ها بر اساس روش سختي ليب در شش كلاس مختلف طبقه بندي شده است: بسيار نرم (1-250)، نرم (250-450)، متوسط نرم (450-750)، متوسط سخت (750-850)، سخت (850-920) و بسيار سخت (920-1000). بررسي دقيق ارتباط بين ويژگي هاي ژئومكانيكي و خصوصيات بافت سنگ ها براي تقريبًا هر نوع تجزيه و تحليل در پروژه هاي مهندسي سنگ ضروري است. براي تحليل خصوصيات بافت سنگ ها، عكس هاي ميكروسكوپي مقاطع نازك تهيه شده از 33 نمونه سنگ با استفاده از نرم افزار ImageJ مورد تجزيه و تحليل قرار گرفتند. چهار مشخصه ي پايه شامل محيط و مساحت دانه ها، طول قطر بزرگ و كوچك دانه ها محاسبه شدند. در ادامه، با استفاده از چهار مشخصه ي پايه ي بدست آمده، هفت ويژگي پتروگرافي شامل قطر معادل (يا اندازه ي دانه ها)، فشردگي دانه ها، فاكتور شكل، نسبت وضعيت دانه، شاخص قفل شدگي، شاخص يكنواختي اندازه ي ذرات و ضريب بافت بصورت كمي تجزيه و تحليل شدند. نتايج تحليل هاي صورت گرفته نشان داد كه سختي ديناميكي ليب با افزايش اندازه دانه، فشردگي دانه، يكنواختي اندازه ي ذرات، شاخص قفل شدگي و ضريب بافت افزايش مي يابد. در مقابل، سختي ليب با افزايش نسبت وضعيت دانه و فاكتور شكل روندكاهشي نشان داده است. همچنين نتايج بيانگر تأثير زياد ضريب بافت بر سختي ليب نسبت به ساير خصوصيات بافتي در هر دو نوع سنگ هاي رسوبي و آذرين است. علاوه بر اين، همبستگي بين سرعت امواج P، S و ثابت هاي الاستيك ديناميكي شامل مدول حجمي ديناميكي، مدول برشي ديناميكي و مدول الاستيسيته ديناميكي با سختي ديناميكي ليب مورد بررسي قرار گرفته اند. در ادامه، با تعيين شاخص كيفيت سنگ و با استفاده از تجزيه و تحليل نمودار شاخص كيفيت-تخلخل، تغييرات سختي ليب مورد بررسي و تحليل قرار گرفتند. نتايج نشان داد كه بيشترين همبستگي در هر دو نوع نمونه هاي آذرين و رسوبي بين سختي ليب و مدول الاستيسيته ديناميكي است. بر اساس نتايج آزمايشگاهي بطور كلي مي توان گفت كه نقش پارامتر تخلخل در سنگ هاي رسوبي و وجود ريزترك ها در سنگ هاي آذرين در كاهش سختي ديناميكي ليب مؤثر هستند. در نهايت، نتايج آزمون هاي زبري نشان داد كه در نمونه سنگ هاي با Ra<2 μm، مي توان از آزمون سختي ليب با موفقيت استفاده كرد.

214635

مكانيك سنگ

مهندسي معدن

دانشگاه صنعتي اصفهان

كريستينا وانهينن، تقي شري زاده

پرويز معرف وند، لهراسب فرامرزي، احمد رضاييان

هادي حسيني، ابرهيم قاسمي