بررسی آشنایی با معدن

بررسی آشنایی با معدن

دسته بندی	زمین شناسی
فرمت فایل	doc
حجم فایل	2.509 مگا بایت
تعداد صفحات	133

برای دانلود فایل روی دکمه زیر کلیک کنید
دریافت فایل

فصل اول:

آشنایی با معدن

مقدمه

کاربرد مواد معدنی در صنایع بویژه بعد از جنگ جهانی دوم رشد سریع پیدا کرده است.امروزه تعداد زیادی از انواع گوناگون سنگ و کانی و ترکیبت آنها در صنایع به کار برده می شودکه بین آنها ذغال سنگ جایگاه مخصوص به خود را دارد،که در حال حاضر حیات بسیاری از صنایع در گرو این ماده معدنی است.

در کشور ما که 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 اکنون 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 یکی از منابع مهم معدنی غیر نفتی نیز جایگاه خود را باید پیدا کند.

معادن ذغال سنگ طبس که در کویر مرکزی ایران قرار گرفته اند با دارا بودن ذخیره بیکران خود و همچنین نزدیکی به بازار مصرف یکی از با ارزش ترین معادن ایران است که می تواند نقش مهمی در صنایع غیر نفتی کشور را ایفا کند.

تلاش برای اکتشاف 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 مکانیکی سنگ(RMR) و ارتباط دادن زمان مخصوص برای حفاری هر منطقه به این خواص (RMR) ارتباطی بین سرعت حفاری و خواص ژئومکانیکی 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 کیلومتر مربع در 75 کیلومتری جنوب شهرستان طبس در محدوده عرض جغرافیایی َ50 ْ 32 تا َ 05 ْ 33و طول جغرافیایی َ 45 ْ 56 تا َ15 ْ57 قرار گرفته است . شکل های 1-1 و 1-2 موقعیت جغرافیایی پروده را نشان می دهد .

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

حداکثر درجه حرارت شهر طبس در تابستان به 45+ درجه ودر زمستان حداقل درجه حرارت به 5- درجه می رسد . اغلب ماههای سال خشک و یا کم باران بوده و معمولاً‌در فصل زمستان و اوایل بهار باران نسبتاً کم می بارد . درمنطقه مورد مطالعة رودخانه های دارای جریان دائمی نداریم و رودخانه‌های متعدد فصلی که 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 پراکنده به چشم می خورد .

1-2- تاریخچه مطالعات

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

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

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

1-3-تکتونیک و ساختمان زمین شناسی حوضة طبس

حوضة طبس بلوکی است نوری شکل که 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 میکند. این گسل 500 کیلومتر طول داشته و از نوع راستگرد می باشد . شیب گسل بطرف شرق بوده و با عملکردی از نوع معکوس بلوک غرب را بالا برده است .

گسل نائینی به موازات گسل کلمردو با عملکردی عکس آن قرار گرفته است .

در حد فاصل گسلهای اصلی نایبند و در جهتی تقریباً عمود بر آنها گسلهائی وجود دارند که معمولاًدر نزدیکی 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 کرده اند .

سه ناحیه زغالی مجزا در حوضة‌طبس وجود دارند که 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 ژوراسیک پایینی داشته اند و از نوع آنتراسیت و حرارتی می باشد .

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

1-3-3- ناحیة‌زغالی نایبند :

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

1-3-4- ناحیة زغالی پروده :

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

شکل شماره 1-3 نقشة شماتیک نواحی سه گانة مذکور را نشان می دهد .

گسلهای رستم و قوری چای که ناشی از گسلهای بزرگ نایبند وکلمردمی باشند بر فرم ساختمانی و تکنونیکی ناحیة تأثیر گذاشت و با ایجاد گسیختگیهائی کوچک 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 کوچکتری تقسیم شده است که این مناطق از شرق به غرب عبارتند از IV III II I

پرودة شرقی ، علاوه بر این مناطق دارای ویژگیهایی می باشند که آن را از سایر مناطق زغال دار ایران متمایز ساخته که 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 فاکتور شیب و عدم شکستگیهای مکرر بسیار قابل توجه می باشند .تغییرات شیب و تکرار شکستگیها از عمده موانعی هستند که جریان استخراج و تولید زغالسنگ دچار مشکل می سازد.

در ناحیه پروده شیب کم و یکنواخت لایه ها و همچنین کم بودن تعداد شکستگیها باعث گردیده که بلوکهای معدنی جهت استخراج شرایط ایده آل داشته باشند که این شرایط بر سهولت استخراج زغال تأثیر بسزائی دارد.

1-3-6- وسعت منطقه

ناحیة زغالدار پروده با وسعتی حدود 1200 کیلومتر مربع اگرچه در نتیجة عملکرد چندین گسل و همچنین ساختمانهای زمین شناسی به بلوکهای متعدد تقسیم شده ولی در عین حال محدوده‌ای است بهم پیوسته بطوریکه که رخنمون لایه های زغالی از غرب به شرق در طول 40 کیلومتر تداوم داشته و تغییرات کمی وکیفی آنها از روند مشخصی پیروی می کنند . علاوه بر این به لحاظ شرایط و ویژگیهای رسوبگذاری ، برخی خصوصیات زمین شناسی و حتی پاره‌ای از مشخصات کیفی و تکنولوژی ، لایه های زغالی در کل ناحیه مشابه بوده و تغییرات ، دارای قانونمندی و روند نسبتاً مشخص می باشد . و امکان طراحی معدن های متعددی در مجاورت یکدیگر فراهم میگردد . قطعاً طراحی معدن در مجاورت یکدیگر هزینه های زیر بنائی هر معدن را بسیار کاهش میدهد و میزان نیروی انسانی و سایر امکانات مورد نیاز کاهش می یابد .

1-3-7- ضخامت لایه های زغالی

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

سه لایه زغالی B₁ B₂ C₁ بعلت اینکه ضخامت آنها بیش از یک 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 کیلومتر دارای رخنمون می باشند .

با توجه به وسعت زیاد پرورده لایه های زغالی به لحاظ پارامترهای کیفی و کمی و تغییرات قابل توجهی نشان می دهند . بطور کلی ضخامت لایه ها از غرب به شرق تدریجاً کاهش می‌یابد.

1-3-8- ذخیره

بر اساس مطالعات انجام شده تاکنون یک 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 ذکر است که 20% این ذخایریعنی 200 میلیون تن آنها در افقهای نزدیکی از سطح زمین قرار گرفته است و دستیابی به این ذخایر با توجه به حجم عملیات اکتشافی و شناسایی دقیق لایه ها ، بخش اعظم ذخایر پروده در کاتاگوری قطعی قرار می گیرد و این بدان معناست که در ارتباط با سرمایه گذاری به منظور بهره برداری هیچگونه ریسکی وجود نخواهد داشت .

1-4- عملیات اکتشافی

1-4-1- نقشه برداری

تهیه نقشه های توپوگرافی به مقیاس5000/1 ، این نقشه ها در دو مرحله توسط سازمان نقشه برداری کشور در سال 1361 و شرکت نقشه برداری کارتک در سال 67 با عکسهای 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 کمتر است .

1-4-2- عملیات حفاری

با توجه به برداشتهای مرحلة پی‌جوئی که بیشتر از رخنمون لایه های زغالی بدست آورده اند که در این مرحله با ایجاد حفر ترانشه عمود بر امتداد لایه ها و حفر اکلون های در داخل لایة‌زغالی از رخنمون تا جائی که از زون اکسیده آن عبور کنند حفر شده است که در برداشت ترانشه ها و امتداد لایه ها با مشخصات کمر بالا وکمر پایین آن ، ابتدا با توجه به پیچیدگی لایة زغال که در مرحله‌ی پی جوئی حاصل شده است شبکة حفاری ( مستطیل ،‌مربع ، لوزی )‌طراحی کرده اند و از آنها حفاری صورت می گیرد .

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

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

هدف از مطالعات ژئوفیزیکی :

- تعیین خواص فیزیکی سنگها (‌مقاومت الکتریکی ، رادیو اکتیویته طبیعی ، عکس العملهای سنگ در برابر تشعشعات رادیو اکتیو )

- تعیین عمق ، ضخامت و توصیف لیتولوژی طبقات سنگی

- تعیین عمق ، ضخامت و استروکتورلایه های زغالی

- مشخص نمودن محل گسلها و وزن های دارای شکستگی و خرد شدگی

- اندازه گیری قطر چاه

- تعیین گرادیان حرارتی

- اندازه گیری مقدار و آزیموت انحراف چاه

- نمونه برداری از لایه های زغالی به روش گرانتانوس

- نمونه برداری از لایه های زغالی

- پی بردن به ساختمان زمین شناسی رسوبات زغالدار ( شکستگی ها ، گسل ها ، تغییرات رخساره‌ای ، تغییرات ضخامت لایه ها )

روش الکتریکی

برداشتهای الکتریکی شامل برداشتهای گرادیان ، پتانسیل K T B (‌جریان متمرکز جانبی ) می‌باشند که به وسیلة سوندهای مخصوص اندازه گیری می‌گردد.

برداشتهای گرادیان و پتانسیل در مقیاس 200/1 درکلیة چاهها حفر شده و در سرتاسر چاه صورت گرفته در صورتیکه برداشت B T K در مقیاس 50/1 چاههای که لایه های زغالی را گرفته اند و تنها در محل لایه های زغالی انجام پذیرفته است . در روشهای الکتریکی مقاومت الکتریکی طبقات مختلف و لایه های زغالی در چاهها اندازه گیری شده است .

نتایج حاصله از این اندازه گیری ها که در کلیة‌چاههای منطقه بررسی گردیده است ، بصورت جداول زیر نشان داده شده است .

جدول 1-1[3]

سنگها یا طبقات مشخص	مقاومت الکتریکی (‌اهم متر )
آهک بادامو	180-23
گراویلیت	200-55
آهک ماسه‌ای	450-27
کوارتز	180-22
ماسه سنگ بالای لایة زغالی D2	220-12
ماسه سنگ بالای لایة‌زغالی S1	187-23

جدول 1-2[3]

لایه های زغالی	مقاومت الکتریکی (‌اهم متر)
F	64-8
E	125-9
D2	140-10
D1	165-10
C2	180-13
C1	450-18
B2	245-11
B1	190-10

با توجه به مطالعات انجام شده در بین لایه های زغالی ، لایةC₁ دارای بیشترین مقاومت الکتریکی و لایه F کمترین مقدار را داراست . همچنین در بین طبقات ، آهک های ماسه‌ای دارای مقاومت الکتریکی حداکثر آهک بادامور کوارتزیت ، دارای حداقل مقاومت می باشند . مقاومت الکتریکی دو لایه های زغالی با میزان درصد خاکستر در لایه های زغالی نسبت عکس دارد

1-4-3-مشخصات لایه های زغال منطقه پروده

ویژگی هایی از لایه های زغالی که در استخراج آنها تأثیر دارند شامل پیوستگی ، ضخامت شیب و تغییرات لایه ها می باشد.

در منطقة‌پروده بر اساس اطلاعات زمین شناسی حاصل از گمانه ها ، نقشه برداری سطحی ، ترانشه زنی وتونل های اکتشافی متعدد ، 5 لایه زغال در مقاطع قائم به اثبات رسیده است .

با استفاده از اطلاعات حاصل از برنامه های حفاری اکتشافی ، نقشه های هم ارزش متعددی از لایه های زغال تهیه شده است که با توجه به نتایج حاصله توصیف عمومی لایه های زغال به صورت زیر است :

- لایه ها در یک ساختار پیوسته قرار دارند.

- گسل های مشاهده شده سطحی در عمق نیز توسط حفاری هایی انجام شده به اثبات رسیده اند .

- شیب لایه ها در قسمت اصلی ذخایر نسبتاً‌آرام است

- هر 5 لایه فوق دارای درصدزغال و خاکستر متفاوت می باشد.

- ضخامت کلی این لایه ها از کمر پایین لایة B تا کمر بالای لایة‌D بطور متوسط 80 متر و عمدتاً از تناوب لایه های زغال ، زغال آرژلیت ، آرژلیت ، سلیت و ماسه سنگ تشکیل شده است.

5 لایه زغالی از پایین به بالا عبارتند از : D C₂ C₁ B₂ B₁، که با توجه به گمانه ها وحفاری های انجام شده در لایه D C₂ اکثر جاها ضخامت کمتر از 40CM و غیر قابل کار می باشند. سه لایة C₁ B₂ عمدتاً ضخامت بیش از یک متر داشته و از این میان در بخش های وسیعی از منطقه ضخامتی ما بین 5/1 تا 2 متر ( متوسط 86/1 متر ) دارد . این ضخامت 2 تا 3 برابر ضخامت برخی لایه های زغالی است که هم اکنون در سایر معادن کشور استخراج می شوند.

با توجه به اهمیت سه لایه C₁ B₂ B₁ خصوصیات این لایه ها را بیشتر شرح می دهیم :

لایة‌C₁: بطور متوسط در فاصله 9/12 متری زیر لایة C₂قرار دارد .تغییرات ضخامت ساختمان و پارامترهای کیفی این لایه در این محدوده نسبتاً کم است وبا ثبات ترین لایه بشمار می رود لایه زغالی C₁ ، لایه‌ای است که مرکب و غالباً‌از دو تا سه شعبه زغالی تشکیل شده که عمدتاً به وسیله شعبات غیر زغالی از جنس آرژیلیت از یکدیگر تفکیک می شوند. شعبات غیر زغالی که بطور متوسط 15 درصد بخش قابل کار لایه را تشکیل می دهند ، حداکثر و حداقل ضخامت برابر 51/2 و 09/1 متر دارد.

لایة‌B₂: به طور متوسط در 9/23 متری زیر لایه قرار دارد . لایه B₂ لایه‌ای است مرکب که بخش قابل کار آن از یک تا دو شعبه زغالی تشکیل یافته است. حداقل و حداکثر ضخامت آن بین 45/0 تا 90/1 متر متغیر است ونوسانات زیادی دارد کمر بالا و کمر پایین عمدتاً از جنس آرژیلیت میباشد .

لایة‌B₁: به طور متوسط در 5/16 متری زیر لایه قرار گرفته است و پس از لایه C₁ در درجه دوم اهمیت قرار گرفته است تداوم وپیوستگی لایه B₂ قابل توجه است این لایه غالباً از یک تا دو شعبه زغالی تشکیل شده که به وسیلة یک شعبه غیر زغالی از جنس آرژیلیت یا زغال آرژیل از یکدیگر تفکیک می شوند. این شعبه غیر زغالی که 5 درصد ضخامت قابل کار لایه را تشکیل می دهد ضخامتی بین 5 تا 15 سانتیمتر دارد . جنس کمر بالا آرژیلیت وکمر پایین زغال آرژیل یا سیلت می باشد .

1-4-4- گاز خیزی منطقه

آزمایش های تعیین میزان گاز در لایه های زغالی پروده I و سنگ های دربرگیرنده آن انجام شده است . این آزمایش ها نشان می دهند که میزان این گاز تا عمق 300- 250 متر به شدت افزایش یافته و تا حد 19 متر مکعب در تن نیز رسیده است. و پس از آن ثابت شده است. میزان گاز موجود در لایه های اطراف تا عمق 500M در محدوده 5-3 متر مکعب در تن افزایش مییابد .جدول شماره 1-3 تغییرات گاز خیزی لایه ها در محدوده یال شمالی نسبت به ازاء یک تن سوخت جامد (‌زغال ) را نشان میدهد .

گاز مذکور ترکیبی از هیدروکربورها ، نیتروژن ؛ دی اکسید کربن و متان به عنوان عنصر غالب می باشد . با افزایش عمق میزان هیدروکربورها افزایش یافته و از میزان نیتروژن و دی اکسید کربن کاسته می شود. تأثیر افزایش هیدروکربن ها ، گسترش محدوده قابل انفجار مخلوط گازی است .

بررسی ارزیابی رفتار تنش – کرنش سنگها با استفاده از دستگاه آزمایش خود کنترل

بررسی ارزیابی رفتار تنش – کرنش سنگها با استفاده از دستگاه آزمایش خود کنترل

دسته بندی	زمین شناسی
فرمت فایل	doc
حجم فایل	3.285 مگا بایت
تعداد صفحات	44

برای دانلود فایل روی دکمه زیر کلیک کنید
دریافت فایل

فهرست مطالب

عنوان

صفحه

چکیده.......................................... 1

رفتار شکننده و خمیری........................... 2

مفهوم اندرکنش ماشین – نمونه (مفهوم ماشین ، نرم و سخت) 5

عامل مؤثر در شکست کنترل شده سنگها در ماشین آزمایش 8

اصول و مبانی دستگاههای خود کنترل............... 16

خلاصه ای از مطالعات انجام شده و نتایج حاصل از آن توسط دستگاه خودکنترل 20

نتیجه گیری..................................... 28

خلاصه و پیشنهاد................................. 30

منابع 3

چکیده

مطالعه رفتار سنگ ها بر خلاف بعضی از مصالح مهندسی در محدوده الاستیک خلاصه نمی شود. جهت تعیین رفتار واقعی توده های سنگی، مطالعه رفتار سنگ ها در تمام مراحل بارگذاری حتی پس از نقطه مقاومت نهایی، شکست و خرابی کامل سنگ نیز امری ضروری است. به همین دلیل ارزیابی رفتار و مطالعه جامع سنگ ها در آزمایشگاه توسط دستگاههای عادی آزمایش ( که صرفاً قادر به بارگذاری سنگ تا مقاومت نهایی سنگ هستند) را نمی توان به طور کامل انجام داد و نیاز به دستگاه های پیچیده و پیشرفته و مجهز به امکانات الکترونیکی است. این نوع دستگاه ها در مکانیک سنگ تحت عنوان خود کنترل ( servo- control) مورد استفاده قرار می گیرد. در این مقاله سعی شده است تا حدودی مکانیزم رفتاری سنگ ها در بارگذاری، کاربرد منحنی های کامل تنش- کرنش سنگ ها، انواع آزمایش هایی که توسط این نوع دستگاه ها در دنیا انجام شده است و در پایان اندرکنش ماشین- نمونه، تاثیر سختی ماشین و نمونه در بدست آوردن این نوع منحنی ها و به طور کلی اصول و کلیات دستگاه های خود کنترل به تفصیل پرداخته شود.

کلمات کلیدی: رفتار شکننده، رفتار خمید، خود کنترل، تنش. کرنش، سختی

1- رفتار شکننده و خمیری

سنگ ها در اثر بارگذاری و اعمال تنش دچار دو نوع شکست می گردند. یکی شکست شکننده است و دیگری رفتار خمیری می باشد

شکست شکننده وقتی اتفاق می افتد که توانایی سنگ در تحمل بار با افزایش تغییر شکل کاهش می یابد. شکست شکننده اغلب مرتبط با تغییر شکل دایمی کوچک یا بدون تغییر شکل دایمی قبل از شکست نهایی بوده و به شرایط آزمایش بستگی دارد که ممکن است به صورت ناگهانی و انفجار گونه رخ دهد. شکست ناگهانی و انفجار گونه سنگها در معادن عمیق و با سنگ های سخت رخ می دهد. در شکل (1) منحنی تنش- کرنش شکننده ارائه شده است.

شکل 1- منحنی تنش- کرنش شکننده در فشار ت محوری

ماده ای دارای رفتار خمیری می باشد که بتواند تغییر شکل دایمی را بدون از دست دادن توان خود در تحمل بار ادامه دهد. اکثر سنگ ها در فشارهای جانبی و درجه حرارت هایی که در کارهای عمرانی و معدنی با آنها مواجه می شویم، رفتاری شکننده دارند. میزان خمیری با افزایش فشار جانبی و افزایش درجه حرارت افزایش می یابد، ولی در سنگ ها هوازده، توده های سنگی شدیداً درزدار و بعضی از سنگ ها مثل سنگ های تبخیری نیز در شرایط معمول مهندسی پدیده خمیری اتفاق می افتد. در شکل (2) منحنی تنش- کرنش خمیری ارائه شده است.

شکل 2- منحنی تنش- کرنش برای رفتار خمیری در فشار

افزایش فشار جانبی، سنگ را به مرحله انتقال از شکنندگی به خمیری می رساند. این مرحله، حدی از فشار جانبی است که رفتار سنگ از نوع شکننده به خمیری کامل انتقال می یابد. بایرلی (3) فشار انتقال از شکنندگی به خمیری را حدی از فشار جانبی تعریف کرده است که در آن تنش مورد نیاز برای تشکیل صفحه شکست در نمونه سنگ برابر با تنشی است که موجب لغزش روی آن صفحه می شود.

همان طور که اشاره شد، شکست شکننده که در سنگها تحت شرایط آزمایشگاهی یا شرایط صحرایی رخ مید هد، اغلب به طور طبیعی ناگهانی. انفجار گونه و غیر کنترل شده است. در سایر موارد از قبیل پایه های معدنی، ممکن است سنگ بعد از ظرفیت باربری نهایی خود، در حالت کنترل شده بشکند و تغییر شکل دهد و در مقدار بار کمتری به تعادل برسد. در حالت اول، شکست انفجار گونه در تنش نهایی رخ می دهد، و بخش بعد از اوج منحنی تنش – کرنش ثبت نخواهد شد. در حالت دوم، شکست تدریجی سنگ قابل مشاهده بوده و بخش بعد از اوج منحنی تنش- کرنش ثبت خواهد شد.

اینکه کدام یک از این دو شکل عمومی رفتار رخ خواهد داد، بستگی به سختی نسبی نمونه بارگذاری شده و سیستم بارگذاری دارد ( اعم از اینکه این سیستم ماشین آزمایش در آزمایشگاه باشد یا توده سنگی که یک حجم درجا و در محل سنگ را در برگرفته و بار وارد می کند) در آزمایشگاه احتمال شکست کنترل نشده را می توان با به کارگیری دستگاه های آزمایش با سختی بالا یا با دستگاه های خود کنترل کاهش داد.

در عمل کاربرد این منحنی ها و مفهوم منحنی تنش- کرنش یا منحنی های نیرو- تغییر مکان سنگ های شکننده و توده های سنگی برای درک صحیح و تحلیل رفتاری سنگ هایی که شدیداً تحت تنش هستند( از قبیل پایه های معدنی و یا سازه های زیر زمینی) پر اهمیت و حیاتی است رسم این منحنی های تنش- کرنش بهترین توصیف را از نحوه تغییر شکل سنگ ها در سطوح مختلف تنش ارائه می دهند پاره ای از کاربردهای منحنی های تنش – کرنش به شرح زیر است.

1- طراحی پیلار های معدنی در روش معدنی کاری اتاق و پایه،

2- پیش بینی رفتار سنگ در دراز مدت،

3- پیش بینی رفتار سازه تحت بارهای تناوبی،

4- تعیین رفتار توده های سنگی،

5- پیش بینی عکس العمل توده سنگ حین حفاری های زیر زمینی

2- مفهوم اندر کنش ماشین- نمونه ( مفهوم ماشین نرم و سخت)

وقتی ماده ای شکننده مثل سنگ در ماشین بارگذاری معمولی تحت نیروی فشار قارارمی گیرد، با افزایش بار مقداری انرژی کرنشی الاستیک در بدنه ماشین ذخیره می شود. در چنین ماشین هایی که تحت عنوان ماشین نرم شناخته می شوند. پس از رسیدن نمونه به مقاومت نهایی و گسیختگی، انرژی کرنش الاستیکی ذخیره شده در ماشین به صورت ناگهانی، آزاد شده و صفحانت بارگذاری ماشین به سرعت به سمت یکدیگر حرکت می کنند. این حرکت ناگهانی باعث خرد شدگی شدید نمونه و در نتیجه موجب شکست انفجاری آن می گردد.

همان طور که در شکل (3) ملاحظه می شود اعمال نیروی P در یک ماشین فشاری باعث تغییر شکل در نمونه و در ماشین می گردد. بنابراین انرژی الاستیک ذخیره شده در ماشین( طبقه رابطه (1) به دست می آید.

(1)

با این تعریف که شیب منحنی نیرو – تغییر مکان محوری نشانگر صلیب ماشین می باشد، مطابق شکل (4) خواهیم داشت.

(2)

و در نتیجه رابطه (3) به دست می آید

(3)

رابطه اخیر نشان میدهد که هر چه صلیب ماشین بیشتر باشد، انرژی الاستیک ذخیره شده در آن کم تر خواهد بود. بدین ترتیب اثر تخریبی ماشین آزمایش روی نمونه کاهش می یابد. به عبارت دیگر برای اجتناب از شکستن انفجاری نمونه ها، لازم است که صلبیت ماشین به مراتب بیشتر ازصلبیت نمونه پس از گسیختگی باشد که این خاصیت در ماشین های آزمایش نرم وجود ندارد.

شکل 3- تغییر شکل های به وجود آمده در نمونه و ماشین آزمایش بر اثر اعمال بار P(2)

شکل 4- مقایسه منحنی تغییر شکل نمونه و ماشین آزمایش (9)

شکل (5- الف) منحنی نیرو- تغییر شکل به دست آمده از ماشین نرم و شکل ( 5-ب) نمودار مربوط به ماشین سخت را نشان می دهد.

شکل5- منحنی نیرو- تغییر مکان پس ازگسیختگی برای الف- ماشین‌نرم ب- ماشین سخت(2)

فرض کنید بارگذاری به نقطه A یعنی مقاومت نهایی رسیده و ادامه منحنی در مرحله نرم کرنشی باشد. بنابراین برای به دست آوردن ادامه منحنی، نمونه باید فشرده شود. برای ایجاد این فشردگی لازم است که بار از P_A به P_B کاهش یابد. در این صورت نمونه باید مقداری انرژی به اندازه که برابر با مساحت بخش ABED می باشد را جذب نماید. بدیهی است که به ازای تغییر شکل مقداری بار برداری در ماشین اتفاق می افتد. این باربرداری، منحنی مربوط به ماشین نرم را به نقطه F و منحنی ماشین سخت را به نقطه G می رساند. انرژی آزاد شده توسط ماشین نرم در اثر این باربرداری بابر با مساحت بخش AFED می باشد که بیشتر از انرژی قابل جذب توسط نمونه است. یعنی خواهیم داشت

(4)

در نتیجه دچار شکست انفجاری شده و امکان ترسیم منحنی تنش- کرنش بعد از نقطه اوج وجود ندارد.

چنانچه ماشین سخت باشد همانند شکل 05-ب) مقدار انرژی آزاد شده در اثر باربرداری باربر با مساحت AGED است که کمتر از انرژی جذب شده توسط نمونه می باشد. یعنی به صورت رابطه (5)

(5)

بنابراین انرژی آزاد شده ماشین به راحتی توسط نمونه جذب می گردد. بدین ترتیب می‌توان تغییر شکل نمونه را بعد از نقطه اوج نیز اندازه گیری نمود. البته باید توجه داشت در سنگ های خیلی شکننده که عموماً ریزدانه، همگن و ایزوتروپ هستند، منحنی بعد از گسیختگی بسیار تند و پر شیب می باشد، به طوری که حتی با سخت ترین ماشین های آزمایش هم نمی توان این منحنی را به دست آورد. در مورد چنین سنگ هایی منحنی بعد از نقطه اوج را می توان توسط ماشین آزمایش خود کنترل تعیین نمود.

3- عوامل موثر در شکست کنترل شده سنگ ها در ماشین آزمایش

شکست نمونه سنگ بارگذاری شده در ماشین آزمایش بستگی به دو عامل اساسی و مهم زیر دارد.

1- سختی ماشین آزمایش

2- سختی نمونه آزمایش

ارتباط بین این دو فاکتور اساسی در الگوریتم شکل (6) ارایه شده است.

الف- سختی ماشین آزمایش

اساساً ماشین آزمایش از یک قاب بارگذاری ثابت و یک تیر عرضی قابل تنظیم و یک مکانیزم بارگذاری هیدرولیکی تشکیل شده است. بنابراین در ماشین آزمایش، سختی ماشین آزمایش بستگی به اجزای مختلف ماشین و تمامی جدا کننده های آن دارد. ترکیب سختی N عضو ماشین که همگی در معرض نیروهای مشابه قرار گرفته به صورت رابطه (6) می باشد. (9)

بررسی شناخت دولومیت

بررسی روشهای موجود فرآوری "کانی آلونیت" در گذشته و حال

بررسی فلزات سنگین

بررسی فلزات سنگین

دسته بندی	زمین شناسی
فرمت فایل	doc
حجم فایل	16 کیلو بایت
تعداد صفحات	21

برای دانلود فایل روی دکمه زیر کلیک کنید
دریافت فایل

فلزات سنگین[1]

در کتب و مراجع گوناگون تعاریف و تفسیرهای مختلفی از فلزات سنگین به عمل آمده است. علت اطلاق لفظ سنگین، وزن مخصوص بالاتر از 6 گرم بر سانتیمتر مکعب می‌باشد، که این فلزات دارا هستند. این فلزات دارای نقاط ذوب و جوش بسیار متفاوتی می‌باشند.

به طوری که در این گروه جیوه Hg پائین‌ترین نقطه جوش یعنی ^oc87/38- و مولیبدن (Mo) بالاترین نقطه جوش یعنی c ⁰ 4612 را دارا می‌باشد.

اکسید فلزات سنگین در جدول تناوبی هرچه به طرف گازهای نادر پیش برویم، در طبیعت پایدارتر است، و در سیستم بیولوژی با مولکول‌های آلی ایجاد کمپلکس‌های پایدار می‌نماید.

حضور برخی از این عناصر از نظر تغذیه حائز اهمیت می‌باشد. در حالی که در شرایط مشابه حضور برخی از آنها در بافت زنده مضر می‌باشد. نیاز پستانداران به روی و مس به مراتب بیشتر از ید و سلینیوم و غلظت آهن و روی در بافت‌های حیوان ضروری‌تر از منگنز و کبالت می‌باشد.

برخی عناصر غیر ضروری مانند برم (Br) و ربیدیوم (Rb) و سیلیکون در مقایسه با فلزات کمیاب ضروری با غلظت بالا در بافت نرم و خون حضور دارند.

فلزات سنگین نظیر آهن- روی و مس برای تعداد زیادی از آنزیم‌ها در حکم یک کانون فعال هستند. این فلزات در غلظت‌های پائین در بدن یافت می‌شود، ولی اثر فوق‌العاده‌ای در بدن دارند.

فلزات سنگین نظیر نقره (Ag)، کادمیوم (Cd)، قلع (Sn)، جیوه (Hg)، سرب (Pb)، و فلزاتی که خاصیت الکترونگاتیویته زیادی دارند مانند مس، نیکل و کبالت، میل ترکیبی شدیدی با گروه‌های آمینی و سولفیدریل دارند.

آنزیم‌ها به وسیله این فلزات متلاشی شده و قدرت آنزیمی خود را از دست می‌دهند. به علاوه این فلزات در عمل سوخت و ساز بدن وارد شده و عمل متابولیسم را مختل می‌نمایند.

درجه سمی بودن فلزات سنگین را از میزان الکترونگاتیویتة آنها می‌توان طبقه بندی نمود، که به این ترتیب با پایداری کمپلکس‌های مشتق شده از این فلزات هماهنگی می‌کند. طبقه‌بندی این فلزات به صورت زیر می‌باشد.

Hg- Cu- Sn- Pb- Ni- Co- Cd- Fe- Zn- Mn- Mg- Ca- Sr- Cr

1-نقش بهداشتی فلزات سنگین

در دهه گذشته تحقیقات زیادی بر روی اهمیت فلزات سنگین در سیستمهای بیولوژیکی انجام گرفته است. علت این بررسی‌ها افزایش نگرانی کسانی بوده است، که در مناطق صنعتی زندگی می‌کنند، و در تماس دائمی و مستقیم با این عناصر بوده‌اند، که امکان اثر بیولوژیکی محیط بر روی اینها وجود داشته است. در حقیقت نقش عناصر جزیی و اثرات مفید و مضر آنها بر روی سیستم بیولوژیکی انسان از اهمیت خاصی برخوردار است. از 90 عنصر شیمیایی که در پوسته زمین یا اتمسفر وجود دارد، فقط 12 تای آنها به میزان زیادی در بدن انسان وجود دارند که عبارتند از:

Cn- Fe- Mg- Cl- Na- S- K- P- N- H- C- O

از این عناصر چهارتای اول 96% وزن کل ارگان زنده را تشکیل می‌دهد و بقیه 6/3% آن را شامل می‌گردد، و حدود 70 عنصر باقیمانده 4/0 بقیه را شامل می‌شوند، که اینها عناصر جزئی می‌باشند. چنین بنظر می‌رسد، که از این 70 عنصر 14تای آنها برای متابولیسم بدن انسان ضروری می‌باشند.

جورج موریسون [2] عناصر جزئی را به سه دسته تقسیم می‌کند.

الف) آنهایی که برای جانوران عالی ضروری می‌باشند.

ب) آن دسته از عناصر که ضرورت آنها ممکن می‌باشد.

ج) آن دسته از عناصر که ضروری نمی‌باشند.

عناصر ضروری برای متابولیسم بدن انسان عبارتند از: کرم، کبالت، مس، فلوئور، آهن، ید، منگنز، مولیبدن، نیکل.

2- شناسایی عوامل آلوده کننده آبها از نظر فلزات سنگین

بطور کلی آبها به چهارطریق ممکن است به فلزات سنگین آلوده شوند.

1- هوا

2- خاک

3- فاضلاب‌های صنعتی- خانگی

4- زباله (شیرابه زباله)

پس آبهای صنعتی- مواد زائد حاصل از فعالیت‌های روزمره زندگی، (زباله) و تخلیه انواع فضولات حیوانی و انسانی به داخل آبهای سطحی و زیرزمینی، سهم مهمی در ایجاد این نوع آلودگی‌ها را، در آب دارا هستند.

احتمال آلوده شدن آبها بخصوص آبهای سطحی از طریق هوا، (هنگام بارندگی بویژه بارندگی‌های شدید بسیار بالاست). مقادیر زیادی از انواع آلوده کننده‌ها، نظیر مواد موجود در گرد و غبار و گازهای ناشی از فعالیت‌های صنعتی در باران حل شده، و در نتیجه این آلودگیها به آبهای پذیرنده وارد می‌گردد. (به علت PH اسیدی باران، برخی از عناصر مانند کادمیوم در آب باران حل می‌شود).

خاک یکی دیگر از منابع آلودگی آبها می‌باشد. جنس خاک نقش موثری در آلودگیهای آب می‌تواند داشته باشد. به عنوان مثال آب پس از عبور از لایه زیرزمینی، که جنس آن سنگ گالن می‌باشد؛ به علت وجود سرب در آن، در انتقال سرب پذیرنده نقش دارد؛ و به علت استفاده از آفت‌کش‌ها در کشاورزی و کاربرد کودهای شیمیایی، مقادیر معتنابهی از فلزات سنگین می‌توانند وارد آبها شوند. کیفیت آبها در اثر وجود مواد آلوده کننده بر هم خورده، و در این میان تاثیر مواد آلوده کننده، مانند فلزات سنگین بیشتر می‌باشد .