الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 38000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۱۴
کد مقاله
GEO14
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
فصل ۱۰: هجوم آب و استخراج معدن بر فراز آبخوان های محدود شده
نام انگلیسی
Chap 10: Water inrush and mining above confined aquifers
تعداد صفحه به فارسی
۳۰
تعداد صفحه به انگلیسی
۲۱
کلمات کلیدی به فارسی
هجوم آب, استخراج معدن, آبخوان
کلمات کلیدی به انگلیسی
Water inrush, mining, aquifer
مرجع به فارسی
کتاب مهندسی معدن
مرجع به انگلیسی
Mining engineering
کشور
فصل ۱۰
هجوم آب و استخراج معدن بر فراز آبخوان های محدود شده
مقدمه
در بسیاری از معادن ذغال سنگ سفره های آب زیرزمینی یا آبخوان های محدود شده سنگ آهن در زیر رگه های معدن ذغال سنگ قرار گرفته اند. در طی فاز استخراج ذغال سنگ از این معادن، هجوم آب غالبا با پیامدهای فاجعه باری رخ می دهد. یکی از جدی ترین بلایایی محتمل مربوط به هجوم آب که بر روی عملیات ایمن معادن ذغال سنگ در چین تاثیر گذار می باشد هجوم آب از سنگ آهن دوره اردویسین[۱] زیر رگه های پرمو-کربونیفر[۲] خیز در شمال چین می باشد (Zhang و Shen، ۲۰۰۴). سنگ آهک اردویسین یک آبخوان کارست محدود می باشد که حاوی مقادیر قابل توجهی از آب و فشار بالای آب است. بعلاوه، این لایه بین رگه های ذغال و آبخوان نسبتا نازک بوده و از نظر ضخامت از ۳۰ الی ۶۰ متر متغیر است. بواسطه این ویژگی آبخوان، همراه با شکست لایه ها بواسطه عملیات معدن و ساختارهای جغرافیایی ذاتی (نظیر گسل هایی با قابلیت های رسانایی یا هدایت آب، و شکستگی ها) آب زیرزمینی ممکن است با فشار بالا از طریق نواحی کف درزه نشت نموده و بصورت هجومی به داخل ناحیه کاری معدن سرازیر شود. بنابراین، هجوم آب از ناحیه آبخوان بصورت مکرر رخ داده که سبب بروز مشکلات متعددی برای معادن ذغال سنگ غالبا بواسطه مشکلات و مصیبت های جدی ناشی از هجوم آب می شود (Peng، ۱۹۹۷، ۱۹۹۹). حوادث هجوم آب معرف آن می باشند که حداکثر جریان آب در یک معدن ذغال سنگ به میزان ۰۵۳/۲ m3,min می رسد، که سبب زیر آب رفتن معدن در خلال یک مدت زمانی کوتاه خواهد شد.
مجموع کل ذخیره ذغال سنگ که بواسطه آب در معرض خطر می باشد به میزان ۲۵ بیلیون تن تخمین زده شده است. بطور مثال در شمال چین، میزان تولید سالیانه ذغال سنگ از سازندهای ذغال دار پرمو – کاربونیفر بیش از ۲۰۰ میلیون تن می باشد. با این حال فرآیند استخراج ذغال سنگ بواسطه هجوم های مکرر آب از آبخوان اردویسین با تهدید روبرو می باشد. در این ناحیه، بواسطه سطح پایین رگه ها که بیش از نصف مجموع مخازن ذغال سنگ را در برمی گیرند، فرآیند استخراج معدن، بواسطه خطر هجوم آب، بسیار مشکل آفرین می باشد (جدول ۱۰-۱).
هجوم آب و استخراج معدن بر فراز آبخوان های محدود شده
شکست لایه زیرین بواسطه استخراج معدن
تعیین ناحیه شکست رسانش – آب در کف رگه
استخراج ذغال سنگ سبب دفرمه شدگی لایه ها و ایجاد شکستگی می گردد که ممکن است سبب ارتقای قابلیت رسانایی هیدرولیکی در لایه های مجاور شود. بنابراین، لازم است تا نسبت به تعیین دقیق قابلیت های هیدرولیکی قبل و بعد از فرآیند استخراج معدن در لایه های روبار و زیرین رگه ذغال سنگ اقدام شود. جهت برآورد قابلیت رسانایی هیدرولیکی در لایه های زیرین، قبل از انجام فرآیند استخراج معدن سوراخ هایی در دالان های زیر زمینی حفر می شوند. در هر سوراخ، تزریق آب انجام شده و از یکسری از تکنیک های لاگینگ (نظیر مقاومت الکتریکی، ثبت وضعیت صوتی، انتشار صوت و کنترل از راه دور حفره ها، و موارد دیگر) جهت تعیین استحکام سنگ، شکاف سوراخ و تغییرات در رسانایی هیدرولیکی استفاده می شود. شکل ۱۰-۱ نشان دهنده نمودار شماتیکی سیستم تزریق آب می باشد (Zhang و Zhu، ۱۹۹۴). تکنیک کلیدی در طی اندازه گیری کنترل فشار تزریق می باشد. این فشار نباید چندان زیاد باشد تا سبب ایجاد شکستگی های جدید در لایه گردد، چرا که این آزمایش می بایست قابلیت تعیین تغییرات در رسانایی هیدرولیکی بوجود آمده ناشی از فرآیند معدن کاری را داشته باشد. بنابراین، فشار تزریق نباید بیشتر از حداقل تنش اصلی لایه های مجاور باشد.
شکل ۱۰-۲ نشان دهنده موقعیت های سوراخ مشاهده شده و ویژگی های آن در معدن ذغال سنگ Xingtai می باشد. تنش های محلی در این ناحیه عبارتند از: sV= 7.4 MPa، sh= 4.5 MPa؛ دالان نشان داد شده در شکل ۱۰-۲ ۳۶ متر زیر سطح معدن قرار گرفته و چهار سوراخ در زوایای مختلف در آن حفر گردید. دستگاه اندازه گیری آب که در شکل ۱۰-۱ تشریح شده است جهت برآورد نرخ جریان تزریق آب قبل و بعد از انجام فرآیند استخراج معدن با استفاده از فشار تزریق ۰٫۳۵ – ۰٫۵ MPa بکار گرفته شد. تزریق آب در هر سوراخ بوسیله یک پمپ آب که به دستگاه متصل شده بود انجام گردید، و متعاقبا فرآیند تزریق تکمیل شد. اندازه گیری ها در هر سوراخ در بخش های مختلف آن و در زمان های مختلف انجام شد.
هجوم آب و استخراج معدن بر فراز آبخوان های محدود شده
پیش بینی تجربی عمق ناحیه شکست رسانش – آب
برحسب مشاهدات میدانی، تعدادی از پارامترها بر روی توسعه و عمق ناحیه شکست رسانش – آب تاثیر گذار هستند. عمق استخراج، سطح استخراج و مقاومت تراکمی تک محوری لایه ها جزء مهمترین پارامترها به حساب می آیند. یک فرمول تجربی برای پیش بینی عمق ناحیه شکست رسانش – آب از آزمایش میدانی حاصل آمده است که خود حاصله از وجوه جداره بلند و جداره کوتاه معدن می باشد (Zhang و همکاران، ۱۹۹۷). این فرمول به شرح ذیل توصیف می گردد (به شکل ۱۰-۹ رجوع شود):
آنالیزهای تئوریکی و عددی شکست لایه ها و تغییر رسانایی هیدرولیکی در اطراف پانل استخراج معدن
تلاش های بسیاری جهت پیش بینی ناحیه شکست ناشی از فرآیند معدن کاری انجام شده است. این موارد شامل تحلیل تئوریکی همراه با شبیه سازی های عددی می باشند. برحسب تئوری لغزش پلاستیکی، Zhang و Liu (1990) جهت محاسبه عمق حداکثری ناحیه شکست ناشی از فرآیند استخراج معدن در کف رگه ها معادله ذیل را ارائه نمودند:
مکانیزم هجوم آب
عوامل بسیاری وجود دارند که از ویژگیهای کنترلی برخوردار بوده و بر روی پدیده هجوم آب نیز تاثیرگذار هستند. این عوامل اصلی شامل فشار یا تنش لایه، فشار آب، ساختارهای زمین شناختی و پارامترهای مربوط به استخراج معدن (همانند پهنا و فاصله پیشرفت معدن، و غیره) می باشد.
هجوم آب و استخراج معدن بر فراز آبخوان های محدود شده
تنش لایه
تنش لایه ها بواسطه توزیع مجدد تنش محلی ایجاد شده ناشی از فرآیند استخراج می باشد. توزیع تنش لایه ها و رفتار آن در لایه های روبار به میزان گسترده مورد بررسی قرار گرفته است. با این وجود تنش لایه ها در بخش کف کاملا درک نشده است. برخی از اندازه گیری های میدانی و مدل سازی های فیزیکی آزمایشگاهی سبب فراهم شدن بینش متناسبی در خصوص ویژگی های تنش در لایه های کف شده اند.
شکل ۱۰-۱۲ نشان دهنده افزایش های تنش عمودی (تفاوت بین تنش های اصلی و تنش های القایی) در لایه های کف قرار گرفته ۵ متر زیر رگه در یک ناحیه مشخص شده است که به میزان ۶۰ متر دور از مسیر اصلی قرار گرفته است (به شکل ۹-۱۴ در فصل ۹ برای ویژگی های این مدل رجوع شود). می توان این مورد را مشاهده نمود که افزایش تنش (آنچه که تحت عنوان فشار کناری خوانده می شود) رخ می دهد. پس از عبور مختصات مشخص شده معدن از کنار حسگر، لایه کف در بخش مشاهده شده در بخش استخراجی قرار گرفته و مقدار افزایش تنش تدریجا کاهش خواهد یافت، یعنی این لایه یک حالت باربرداری را تجربه می کند. در این حالت آرامیدگی تنش و کاهش تحدید در لایه کف رخ می دهد، که بطور معنی داری سبب کاهش ثبات ذاتی توده سنگ شده و سبب القای شکستگی های معدن خواهد شد. به هنگامی که فرآیند استخراج تداوم می یابد، تنش در لایه کف متشکل از سه مرحله خواهد گردید. این مراحل شامل افزایش تنش در مراحل قبل از استخراج، کاهش شدید پس از کاهش اندک تنش بعد از استخراج و بازیافت تدریجی به سطح تنش اصلی می باشد. مترادف با توزیع مجدد تنش، جابجایی در لایه کف نیز خود شاهد سه مرحله خواهد بود، که دربردارنده تراکم قبل از استخراج، انبساط پس از استخراج و بازیافت تدریجی همانگونه که در شکل ۱۰-۱۳ نشان می دهد می باشد. در طی انبساط یا مرحله بار برداری کف (آرمیدگی تنش در شکل ۱۰-۱۲)، این لایه ها در معرض ایجاد شکستگی های کششی هستند. در محل تقاطع بین حالت تراکم و انبساط که در زیر ناحیه در اطراف جداره معدن قرار گرفته است، این لایه ها به راحتی قابلیت ایجاد شکستگی های برشی را خواهند داشت. این شکستگی ها که در ناحیه کف بوجود می آیند سبب افزایش در میزان نفوذ لایه کف پس از استخراج خواهند شد، همانگونه که در شکل ۱۰-۶ نشان داده شده است، که در آن نرخ تزریق آب نیز بطور قابل توجهی به هنگام تزریق آب در لایه، افزایش خواهد یافت. به همین دلیل است که ناحیه شکست کف در لایه سمت راست زیر ناحیه حول جداره همانگونه که در شکل های ۱۰-۷ و ۱۰-۸ نشان داده شده است بزرگتر می باشد.
ساختارهای زمین شناختی
ساختارهای مربوط به زمین شناسی، مخصوصا گسل ها، یکی از علل اصلی هجوم آب می باشند. جدول ۱۰-۲ معرف معادلات آماری بین زمان های هجوم آب و گسل ها و دیگر ساختارهای زمین شناختی برای ۱۶۳ مورد استخراج جبهه کار طولانی در قسمت شمال چین می باشد. این موضوع از جدول ۱۰-۲ مشخص می باشد که غالب هجوم های آب از آبخوان های زیرین در ارتباط با گسل ها می باشد. توضیحات ذیل را می توان جهت تفسیر این پدیده به کار گرفت. در ابتدا مقاومت سنگ در ناحیه گسل بسیار کمتر از سنگ های معمولی می باشد، بنابراین سنگ های موجود در نواحی گسل به راحتی دچار شکستگی می شوند و موجب ایجاد نواحی با شکستگی بزرگتری می گردند. بطور مثال، برآوردهای محلی در ۴۳۰۳ معدن Xinzhuangzi ایالات Huainan نشان دهنده آن است که حداکثر عمق ناحیه رسانش آب در کف به میزان ۸/۱۶ متر برای حالت معمولی می باشد (به شکل ۱۰-۸ رجوع شود). با این وجود، این مورد در ناحیه گسل ۶/۲۹ می باشد. دوما، وجود یک گسل ممکن است سبب کاهش فاصله رگه و آبخوان گردد. در نهایت، به هنگامی که ناحیه گسلش قابل نفوذ گردیده و به آبخوان برسد، با توجه به گسترش فرآیند استخراج، شاهد هجوم آب خواهیم بود.
هجوم آب و استخراج معدن بر فراز آبخوان های محدود شده
اندازه معدن کاری
پهنای معدن بعنوان یک پارامتر مهم در فرآیند استخراج معدن، بر فراز آبخوان ها، بشمار می آید. در مشاهدات محلی تزریق آب در لایه های کف این مورد مشخص شده است که عمق ناحیه شکست به هنگام افزایش پهنای معدن با افزایش روبرو خواهد شد، موردی که در شکل ۱۰-۹ نشان داده شده است. دلیل این امر آن است که به هنگامی که ناحیه سطح استخراج گسترش می یابد، لایه های کف دارای فضای بیشتری جهت دفرمه شدگی و انبساط می باشند. این نتایج در کاهش تحدید، سبب القای شکستگی های بیشتری می گردد. پارامترهای استخراج مربوط به جداره- طولانی نیز از جمله موارد مهم تلقی می شوند. آنالیزهای هجوم آب معرف آن هستند که غالب این هجوم ها به هنگامی رخ می دهند که نمای معدن از پیشرفت ۲۰ الی ۳۰ متری از ناحیه شروع عملیات برخوردار باشد (شکل ۱۰-۱۴). در این فاصله سقف برای اولین بار دچار فروپاشی می شود. اولین فروپاشی سقف سبب ایجاد تنش معنی دار و آرمیدگی در برخی از نواحی سقف و کف رگه خواهد شد. پیامدهای آن شامل شکستگی های بیشتر و نواحی دارای شکست بزرگتر در ناحیه کف می باشد. بنابراین، در صورتی که یک آبخوان زیر کف رگه معدن قرار گرفته باشد، به احتمال قوی هجوم آب رخ خواهد داد. علاوه بر این می توان از شکل ۱۰-۱۴ مشاهده کرد که با پیشرفت ۱۱۰ متری سطح نمای استخراج معدن، وقوع هجوم آب بسیار نادر خواهد شد.
هجوم آب و استخراج معدن بر فراز آبخوان های محدود شده
فشار آب
فشار آب در آبخوان که در زیر رگه ذغال سنگ قرار گرفته است نقش مهمی را در هجوم آب در طی فرآیند استخراج معدن بازی می نماید. فشار آب با ایفای نقش تنشی بر روی کف، ممکن است سبب شود تا لایه های کف قابلیت انبساط بیشتری یافته و موجب گسترش فضای ناحیه معدن کاری شوند. بنابراین، هرچه که فشار آب بیشتر باشد هجوم آب آسانتر خواهد بود. به همین دلیل است که چرا برخی از معادن از فشار آب بعنوان یکی از پارمترهای مهم جهت ارزیابی هجوم بالقوه آب استفاده می نمایند. در چین شاخص هجوم آب یا ضرایب مربوطه بعنوان یک قائده سرانگشتی برای ارزیابی اولیه هجوم آب در برخی از معادن ذغال سنگ استفاده می شوند. شاخص هجوم آب بعنوان قابلیت تحمل فشار آب بر حسب واحد ضخامت لایه کف مشخص می گردد. جدول ۱۰-۳ نشان دهنده شاخص های هجوم آب در برخی از نواحی معدن ذغال سنگ در چین می باشد.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
