بررسي تاثير لايه شيلي بر ناپايداري شيرواني ها

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي معدن

كارشناسي ارشد

امروزه مبحث پايداري شيب يكي از پارامترهاي اصلي و تعيين‌كننده در ايمني و اقتصاد معادن روباز به‌شمار مي‌رود. تحليل پايداري شيرواني‌هاي سنگي مستلزم انجام مدل‌سازي ژئوتكنيكي است تا رفتار واقعي و دقيق‌تري از شيب ارائه گردد. اين مدل‌سازي شامل مدل‌هاي هندسي، مكانيكي و در صورت لزوم احتمالاتي بوده و نقش مهمي در ارزيابي ايمني و بهينه‌سازي طراحي شيب ايفا مي‌كند. دستيابي به پارامترهاي ژئوتكنيكي مؤثر، پيش‌نياز اصلي تحليل پايداري شيرواني‌ها محسوب مي‌شود. انتخاب شيب‌هاي ملايم، اگرچه ايمني بيشتري ايجاد مي‌كند، اما با افزايش حجم باطله‌برداري، هزينه‌هاي اقتصادي و زمان استخراج را به‌طور قابل‌توجهي افزايش مي‌دهد. در مقابل، طراحي ديواره‌هاي پرشيب موجب كاهش ضريب ايمني و افزايش احتمال ناپايداري و ريزش‌هاي گسترده مي‌گردد. از اين‌رو، تعيين شيب بهينه‌اي كه بتواند تعادلي مناسب ميان ايمني، پايداري و صرفه اقتصادي برقرار سازد، امري ضروري است. پايداري شيرواني‌ها تحت تأثير مجموعه‌اي از عوامل زمين‌شناسي و ژئوتكنيكي از جمله ويژگي‌هاي ناپيوستگي‌ها، جنس و مقاومت سنگ، ميزان هوازدگي، شرايط آب‌هاي زيرزميني، ارتفاع شيب و اثر بارهاي ديناميكي قرار دارد. هر يك از اين عوامل به‌تنهايي يا در تركيب با ساير عوامل مي‌توانند زمينه‌ساز ناپايداري شيب شوند. در اين پژوهش، با هدف تحليل پايداري و طراحي بهينه شيب، معدن باريت تنگ‌دوزان به‌عنوان مطالعه موردي انتخاب گرديد. بررسي‌هاي اوليه نشان داد كه تاكنون مطالعه جامعي در زمينه مكانيك سنگ و طراحي شيب در اين معدن انجام نشده و با توجه به گزارش‌هاي متعدد از وقوع ريزش‌هاي موضعي، انجام تحليل‌هاي دقيق پايداري امري اجتناب‌ناپذير بوده است. بدين منظور، نمونه‌هايي از واحدهاي سنگي شيل و آهك از ديواره‌هاي معدن برداشت و مجموعه‌اي از آزمايش‌هاي مكانيك سنگ شامل مقاومت فشاري تك‌محوره، مقاومت فشاري سه‌محوره، مقاومت كششي و تعيين چگالي در آزمايشگاه انجام شد. نتايج حاصل از اين آزمايش‌ها به‌عنوان مبناي اصلي بخش مكانيكي مدل‌سازي مورد استفاده قرار گرفته و پارامترهاي ورودي نرم‌افزار RS3 را تشكيل داد. استفاده از پارامترهاي واقعي استخراج‌شده از آزمايش‌هاي آزمايشگاهي، دقت تحليل‌ها و قابليت اعتماد نتايج مدل‌سازي عددي را به‌طور چشمگيري افزايش داد. در ادامه، مدل‌سازي سه‌بعدي هندسه ديواره‌هاي معدن با استفاده از نرم‌افزارهاي Rhino وRS3 انجام شد. نتايج تحليل‌ها نشان داد كه ديواره جنوبي با شيب تند حدود 80 درجه، داراي ضريب كاهش مقاومت (SRF) در حدود 1 و جابه‌جايي حدود 13 سانتي‌متر بوده كه بيانگر قرارگيري آن در وضعيت بحراني و احتمال وقوع ريزش‌هاي جدي در آن وجود دارد. همچنين نتايج نشان داد كه حضور آب و شدت هوازدگي نقش مؤثري در تشديد ناپايداري اين ديواره ايفا مي‌كنند. تطابق مناسب نتايج حاصل از مدل‌سازي عددي با مشاهدات ميداني ريزش‌هاي گذشته در معدن، اعتبار نتايج به‌دست‌آمده را تأييد مي‌كند. در ادامه پژوهش، به‌منظور بررسي اثر تغيير زاويه شيب بر پايداري ديواره، تحليل‌هاي دوبعدي با استفاده از نرم‌افزار Phase2 انجام شد و شيب‌هاي مختلف مورد ارزيابي قرار گرفتند. نتايج اين تحليل‌ها نشان داد كه شيب 45 درجه با ضريب ايمني 33/1 در بازه قابل قبول معيار طراحي (3/1≥ ضريب ايمني) قرار داشته و مي‌تواند به‌عنوان شيب بهينه پيشنهادي براي معدن مورد مطالعه معرفي شود. در مرحله بعد، شيب بهينه پيشنهادي در يك مدل سه‌بعدي بازسازي و مورد تحليل قرار گرفت. نتايج تحليل سه‌بعدي نشان داد كه با اعمال اين شيب، جابجايي ديواره به حدود 5/6 سانتي‌متر كاهش يافته و ضريب ايمني از مقدار بحراني حدود 1 به حدود 8/1 افزايش يافته است. اين نتايج بيانگر بهبود قابل توجه وضعيت پايداري ديواره معدن مي‌باشد. در مجموع، نتايج اين پژوهش نشان مي‌دهد كه استفاده از شيب بهينه پيشنهادي علاوه بر افزايش ايمني ديواره‌ها، مي‌تواند از ريزش‌هاي ناگهاني و توقف‌هاي ناخواسته عمليات معدني جلوگيري نمايد. نوآوري اصلي اين تحقيق در ارائه نخستين مدل‌سازي سه‌بعدي پايداري شيب در معدن تنگ‌دوزان و تلفيق تحليل‌هاي عددي، پارامترهاي واقعي آزمايشگاهي و شواهد ميداني نهفته است. در پايان پيشنهاد مي‌شود در مطالعات آتي، اثر بارهاي ديناميكي ناشي از زلزله، تغييرات بلندمدت هوازدگي و نقش سيستم‌هاي زهكشي آب‌هاي زيرزميني در پايداري شيب‌ها با دقت بيشتري مورد بررسي قرار گيرد.

238154

مكانيك سنگ

مهندسي معدن

دانشگاه صنعتي اصفهان