فصلنامه مهندسی معدن
پیاپی 37 (زمستان 1396)

تخمین مقدار تنش بر جا از پارامترهای مهم در طراحی سازه های زیرزمینی است. روش های مختلفی از جمله روش های غیر مستقیم با استفاده از مغزه حفاری برای رسیدن به این منظور وجود دارد. ازطرفی امروزه استفاده از انتشار آوایی در مکانیک سنگ در حال گسترش است.سنگ ها وقتی تحت تنش قرار می گیرند سیگنال های آکوستیکی منتشر می کنند،این پدیده انتشار آوایی نامیده می شود.استفاده از انتشار آوایی در تنش سنجی نیز به دلیل هزینه کم، آسانی و سرعت در آزمایشگاه، مورد توجه صنعت ژئوتکنیک واقع شده است. در روش تخمین تنش به کمک انتشار آوایی، از پدیده اثر کایزر استفاده می شود.اما هنوز جنبه های مختلف و تاثیر پارامترهای گوناگون در این روش نیازمند توجه و تحقیق بیشتر است. در این تحقیق به بررسی تاثیر پارامتر تخلخل به عنوان یکی از خواص فیزیکی نمونه در تخمین تنش به روش انتشار آوایی پرداخته شده است. وجود تخلخل، با ایجاد محیط نا همگن در نمونه سبب تاثیر در انتشار امواج فشاری و سیگنال های آکوستیکی می شود.بنابراین برای عدم تداخل تاثیر پارامترهای دیگر از نمونه های سنگ مصنوعی (ملات فرو سیمان) با دانه بندی ثابت و بدون حافظه تنش قبلی با ساختار یکنواخت استفاده شده است که تنها عامل متغیر درصد حفرات هوا به عبارتی دیگر درصد تخلخل در نمونه ها است.با القای تنش معین در آزمایشگاه و با زیابی آن با روش انتشار آوایی به بررسی تاثیر تخلخل بر اثر کایزر پرداخته شد.نتایج تحقیق مشخص کرد که ملات نیز تنش را درحافظه خود نگه می دارد و همچنین علاوه بر تخلخلی که به صورت غیر یکنواخت در نمونه وجود دارد ( تخلخل کارست مانند) که قابلیت بازیابی تنش را تاحد زیادی کم می کند و حتی از بین می برد، تخلخلی که به صورت یکنواخت نیز در نمونه پخش شده باشد هم روی دقت اثر کایزر تاثیر دارد.

تخمین عیار در ذخایر چند متغیره بسیار مهم است. انتخاب روش مناسب در این ذخایر می تواند در دقت تخمین عیار نقش اساسی داشته باشد. به طور معمول روش کوکریجینگ (Co-Kriging) برای تخمین عیار ذخایر چند متغیره استفاده می شود اما این روش در بازتولید میانگین و همبستگی بین داده های واقعی دقت کافی ندارد. در سال های اخیر، برای حل این مسئله روش ترکیبی کریجینگ و فاکتورهای خودهمبستگی مینیمم/ماکزیمم (KMAF)، به طور موفقیت آمیزی به کار گرفته شده است. در این روش با استفاده از واریوگرام های مستقل و متقابل و حذف واریوگرافی متقابل، واریوگرام های مستقل جدید برای تخمین عیارها تولید می شوند. در ادامه فاکتورهای خودهمبسته ی تخمین زده شده به حالت اولیه تبدیل می شوند. به کارگیری این روش منجر به افزایش دقت تخمین می شود. در این مقاله، که در آن کانسار سرب و روی گوشفیل اصفهان به عنوان مطالعه موردی در نظر گرفته شده، روش Co-Kriging و KMAF برای تخمین عیار استفاده شده است. بر اساس نتایج، دقت تخمین در روش KMAF بیشتر از روش Co-Kriging است. همچنین عیار معادل متوسط برای روش های KMAF و Co-Kriging به ترتیب 220/7 و 136/7 درصد به دست می آید.

در ایران بخش زیادی از ذخایر زغال سنگ در عمق واقع شده و یا ضخامت کمی دارند که برای استحصال و استفاده از این منابع، فناوری گاز کردن زیرزمینی زغال سنگ (UCG) می تواند به عنوان بهترین گزینه مطرح باشد. یکی از این ذخایر زغال سنگ، زغال سنگ های منطقه مزینو طبس است. از جمله معیارها و عوامل تاثیرگذار بر امکان پذیری و اقتصادی بودن روش UCG، نشت گاز از میان درزه و شکاف های اطراف ژئوراکتور زیرزمینی و یا به عبارت دیگر عایق بودن آن است. در این مقاله، با توجه به اهمیت این موضوع، بر مدل سازی نشت گاز بر اساس مدل جریان شبکه درزه های مجزا (DFN) سه بعدی تمرکز شده است که در مطالعات پیشین تاکنون به آن پرداخته نشده است. در این راستا، با استفاده از داده های میدانی درزه های برداشت شده از منطقه مزینو، مدل هندسی-تصادفی سه بعدی شبکه ی درزه های توده سنگ با استفاده از برنامه کامپیوتری DFN-FRAC3D تهیه شده است. برای این منظور، این برنامه برای در نظر گرفتن توابع توزیع مختلف بازشدگی درزه و همچنین وابستگی بین طول و بازشدگی توسعه داده شده است.نتایج این مقاله می تواند ورودی های مفید برای مدل های عددی برای مطالعه رفتار هیدرولیکی و نشت گاز باشند.

پدیده شکست سنگ در محدوده کارگاه های جبهه کار طولانی که در اثر تمرکز تنش رخ می دهد، یکی از مهم ترین عواملی است که سبب اختلال در عملیات استخراج، تاخیرهای طولانی مدت، کاهش بهره وری و کاهش ایمنی می شود. با افزایش عمق و وسعت معادن جبهه کار طولانی، مشکلات ناشی از شکست سنگ به ویژه در لایه های سقف بلافاصله کارگاه و محدوده جبهه کار به شدت افزایش خواهد یافت. از سوی دیگر امکان پیش بینی این پدیده با استفاده از ابزارهای رفتارنگاری سنتی وجود ندارد؛ به طوری که فاقد توجیه اقتصادی یا دقت کافی می باشند. در این تحقیق مکانیزم شکست، شدت ناپایداری و جهت یافتگی شکست های قریب الوقوع که در حین پیشروی جبهه کار رخ می دهند، از طریق تجزیه و تحلیل امواج لرزه ای القایی ارزیابی شده است. برای این منظور معدن زغال سنگ طبس به عنوان مطالعه موردی انتخاب شده است. به منظور ارزیابی مکانیزم شکست سنگ، مکانیزم کانونی امواج لرزه ای القایی با استفاده از روش وارونه سازی تانسور گشتاور لرزه ای تعیین شده است. به این ترتیب که تانسور گشتاور لرزه ای بر اساس شکل موج امواج لرزه ای محاسبه می شود و در مرحله بعد با تجزیه تانسور گشتاور لرزه ای، مکانیزم شکست سنگ تعیین می شود. همچنین جهت یافتگی ناپایداری ها از طریق ترسیم الگوی پراش امواج لرزه ای به صورت سه بعدی مشخص شده است. طبق نتایج، مکانیزم کانونی غالب در این معدن به صورت نیروی دوقطبی برداری خطی بوده که متناظر با مکانیزم شکست فشاری/کششی است. همچنین مکانیزم شکست برشی در محدوده ناپیوستگی های زمین شناسی به ویژه گسل ها رخ داده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که پایش و تجزیه و تحلیل امواج لرزه ای القایی معیار مناسبی برای شناخت بهتر شرایط شکست سنگ می باشد؛ به طوری که با شناسایی نواحی ناپایدار، نوع مکانیزم شکست و جهت یافتگی ناپایداری ها کمک شایانی به اتخاذ اقدامات پیشگیرانه از جمله اصلاح طرح استخراج، تغییر نرخ پیشروی، انتخاب سیستم نگهداری مناسب و نصب به موقع آن خواهد کرد.

زهکشی متان که گاززدایی از لایه زغال سنگ نیز نامیده می شود به عمل انتقال و بیرون کشیدن گاز موجود در لایه های زغال سنگ و لایه های دربرگیرنده از طریق چاه، گمانه و خطوط لوله اطلاق می شود. گاززدایی از لایه های زغال سنگ پیش از استخراج و در حین عملیات استخراج انجام می پذیرد. این عملیات با حفر گمانه های قایم از سطح زمین به داخل لایه، گمانه های قایم به داخل منطقه تخریب، گمانه های افقی، گمانه های جهت دار و نیز گمانه های تقاطعی به داخل طبقات دربرگیرنده قابل انجام است. عواملی زیادی بر انتخاب نوع سیستم های گاززدایی، اثر گذار هستند که به دو دسته عوامل عملیاتی و خصوصیات لایه زغال سنگ تقسیم می شوند. این عوامل باعث می شوند در یک معدن یک روش یا ترکیبی از روش های گاززدایی استفاده شود. هدف اصلی این تحقیق بررسی تاثیر پارامترهای عملیاتی و خصوصیات زغال سنگ بر سیستم گاززدایی در معدن زغال سنگ طبس است. برای این منظور تغییرات ضخامت لایه زغال سنگ، ارتفاع برش، عمق روباره، میزان استخراج زغال سنگ و مقدار متان استحصال شده با تهویه به بیرون معدن بر انتخاب سیستم گاززدایی بررسی شده است. بررسی های انجام شده با استفاده از نرم افزار کنترل و پیش بینی متان (MCP) نشان داده است که پارامتر ضخامت لایه و نیز میزان متان تهویه شده دوپارامتر مهمی هستند که بر تغییر نوع روش گاززدایی اثر دارند. علاوه بر این نتایج، بررسی های انجام شده نشان داده است که سیستم گاززدایی ترکیبی (HG یا VHG) از گمانه های قایم منطقه تخریب (G)،گمانه های افقی (H) و گمانه های عمودی (v) به بررسی تغییرات پارامتر مقدار متان تهویه شده حساسیت زیادی دارد و با تغییر این پارامتر احتمال انتخاب سیستم گاززداییHG کاهش و VHG افزایش می یابد.

فعالیت های معدنکاری و کارخانه های فرآوری مواد معدنی یکی از منابع اصلی آلودگی خاک به فلزات سنگین محسوب می شوند. در این پژوهش 65 ایستگاه اطراف کارخانه فرآوری سرب و روی معدن ایرانکوه و روستای مجاور آن نمونه برداری شد. پس از جدا کردن ذرات زیر63 میکرون و آماده سازی خاک های سطحی به روش هضم اسیدی، غلظت کل فلزات سرب، روی، آهن، منگنز، مس و کادمیوم اندازه گیریشد. همچنین میزان مواد آلی و کربنات در خاک های مورد مطالعه با روش های احتراق خشک تعیین گردید. جهت ارزیابی میزان آلودگی در اطراف کارخانه و روستای مجاور از شاخص های قابل اعتماد سنجش آلودگی از قبیل شاخص های ضریب غنی سازی، انباشت ژئوشیمیایی، درجه آلودگی اصلاح شده و ریسک اکولوژیک استفاده شد. تحلیل آماری داده ها به کمکآنالیز خوشه ایو جدول ضریب همبستگی انجام گرفت. به علاوه برای پهنه بندی کیفی توزیع مکانی فلزات در محدوده مورد بررسی از روش کریجینگ معمولی استفاده گردید. خاک های اطراف کارخانه به شدت به فلزات سرب، روی و کادمیوم آلوده بودند و در روستای مجاور کارخانه هر چند میزان آلودگی نسبت به محدوده اطراف کارخانه کاهش یافت ولی خاک های سطحی آن همچنان نسبت به فلزات سرب، روی و کادمیوم آلودگی داشتند. بر اساس نتایج جدول ضریب همبستگی و آنالیز خوشه ای، در اطراف کارخانه همبستگی سرب، روی و کادمیوم معنادار و بیش از 5/0 بوده و در یک خوشه قرار گرفتند و در روستای مجاور سرب، روی، کادمیوم و کربنات همبستگی در یک خوشه قرارگرفته و همبستگی معنا دار و بالای 5/0 داشتند.

نمونه برداری از رسوبات آبراهه ای در مقیاس 100000/1 مهم ترین ابزار ژئوشیمیایی در پی جوئی های ناحیه ای محسوب می شود. با توجه به آنالیز چند عنصری این نمونه ها، استفاده از روش های خوشه بندی در تشخیص آنومالی های ژئوشیمیایی مرکب می تواند بر روش های تعیین آنومالی تک عنصره برتری داشته باشد. در این مقاله چهار روش خوشه بندی c– میانگین فازی، سلسله مراتبی چند مرحله ای، حداکثر انتظار و DBSCANاستفاده شده است تا آنومالی های مرکب حاصل از 843 نمونه ی رسوبات آبراهه ای در ورقه کردگان مشخص شود. برای این منظور از نتایج آنالیز 20 عنصر مرتبط با کانی زایی های فلزی استفاده شد تا داده ها به 3 خوشه ی یا جامعه (جامعه زمینه، جامعه آنومالی ممکن و جامعه آنومالی احتمالی) تفکیک شود. نتایج نشان داد که محدوده ی آنومالی های ممکن و احتمالی در هر چهار روش با اندیس معدنی ثبت شده در این ورقه همپوشانی بسیار خوبی نشان می دهند. همچنین به طور متوسط 74% از سطح آنومالی ممکن را رسوبات پادگانه و رودخآن های و 24% را سنگ های آذرین پوشش می دهند. این ارقام برای آنومالی احتمالی نیز به ترتیب 61% و 35% بود. نتایج آنالیز فاکتوری نیز ضمن تایید آنومالی های ژئوشیمیایی به دست آمده، احتمال کانی زایی آهن و منگنز را در اولویت اول و کانی زایی عناصر Cr، Pb، Zn، Mo و Sb را در اولویت بعدی برای این ورقه پیش بینی کرد. در نهایت محدوده های به وسعت 4/173 و 6/1012 کیلومتر مربع به ترتیب به عنوان محدوده های آنومالی احتمالی و ممکن معرفی شدند. این محدوده ها از روش EM به دست آمده اند که نسبت به سه روش دیگر نتایج بهتری را نشان می دهد. محدوده های پیشنهادی در 5 منطقه مجزا و در دو اولویت مختلف برای انجام اکتشافات تکمیلی پیشنهاد شده است.