مقاله کاربرد مواد معدنی در صنایع

دانلود مقاله کاربرد مواد معدنی در صنایع

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 مقاله 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.

موقعیت جغرافیایی و آب و هوا

ناحیه‌پروده با وسعتی در حدود ۱۲۰۰ کیلومتر مربع در ۷۵ کیلومتری جنوب شهرستان طبس در محدوده عرض جغرافیایی َ۵۰  ْ ۳۲ تا َ ۰۵ ْ ۳۳و طول جغرافیایی َ ۴۵ ْ ۵۶ تا َ۱۵ ْ۵۷ قرار گرفته است . شکل های ۱-۱ و ۱-۲ موقعیت جغرافیایی پروده را نشان می دهد .

ارتفاع متوسط ناحیه‌زغالدار مقاله از سطح دریا ۸۵۰ متر می باشد که مرتفع ترین نقطه آن در غرب ۱۰۴۷+ متر و پست ترین آن در شرق۷۳۰+ متر قرار گرفته است . ناحیه پروده جزء مناطق کویری با آب و هوای خشک و قاره‌ای محسوب می شود که نوسانات درجه حرارت شبانه روزی و ماهیانه آن زیاد است .

حداکثر درجه حرارت شهر طبس در تابستان به ۴۵+ درجه ودر زمستان حداقل درجه حرارت به ۵- 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 مطالعه رودخانه های دارای جریان دائمی نداریم و رودخانه‌های متعدد فصلی که معمولاً جریان آب در آنها به هنگام بارندگی بصورت سیلاب می باشد. ناحیه زغالدار پروده عاری از پوشش گیاهی بوده و تنها بوته های خار بصورت پراکنده به چشم می خورد .

تاریخچه مطالعات

 بررسی مناطق زغالدار طبس برای اولین بار در سال ۱۳۴۷ توسط اکیپ اعزامی از واحد کرمان آغاز شد .

شکل ص ۴و ۵

به دنبال آن در سال ۱۳۴۹ کارشناسان روسی شرکت ذوب آهن ایران به منظور تعیین کیفیت ، از لایه های زغالی ناحیه نایبند نمونه برداری کردند .سپس در سالهای ۱۳۵۲ و ۱۳۵۳ 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 حوضه زغالدار طبس مشخص گردید و وجود زغالهای کک شو در نواحی شرق حوضچه (پروده – نایبند ) و زغالهای حرارتی در ناحیه غربی ( مزینو) مورد توجه قرار گرفت .

۱-۳-تکتونیک و ساختمان زمین شناسی حوضه طبس

 حوضه طبس بلوکی است نوری شکل که بین گسلهای نایبند –کلمردنائین واقع شده است . مشخصات اجمالی این گسلها عبارتند از :

۱-۳-۱- گسل نایبند :

گسل نایبند با امتداد شمالی جنوبی از شرق حوضه عبور میکند. این گسل ۵۰۰ 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 حوضه‌طبس وجود دارند که عبارتند از مزینو، نایبند و پروده

۱-۳-۲-ناحیه 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 ناحیه زغالی فرینو به وسعت ۸۸۰۰ کیلومتر مربع مرحله اکتشافی مقدماتی را گذرانده است .

 ۱-۳-۳- ناحیه‌زغالی نایبند :

این ناحیه دارای وضعیتی برابر ۴۵۰۰ 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 .

۱-۳-۴- ناحیه زغالی پروده :

 ناحیه زغالدار پروده با وسعتی برابر ۶۴۰۰ کیلومتر مربع یکی از بزرگترین نواحی زغالدار حوضه می باشد . در اولین مرحله که در سال ۱۳۶۰ آغاز گردید بررسی کیفی و کمی زغالهای کک شو در وسعت حدود ۴۰۰ کیلومتر مربع انجام گردید ودرمرحله دوم مناطق دارای پتانسیل مثبت مورد اکتشاف مقدماتی قرار گرفت . ضمن بررسی های پی جوئی مرحله‌اول ناحیه پروده به در بخش شمالی و جنوبی در طرفین گسل رستم تقسیم شد که مناطق پروده به وسعت ۱۲۰۰ 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 ۱-۳ نقشه شماتیک نواحی سه گانه مذکور را نشان می دهد .

گسلهای رستم و قوری چای که ناشی از گسلهای بزرگ نایبند وکلمردمی باشند بر فرم ساختمانی و تکنونیکی ناحیه 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

پروده 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 :

۱-۳-۵- ساختمان زمین شناسی

ساختمان زمین شناسی ناحیه‌پروده 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.

۱-۳-۶- وسعت منطقه

 ناحیه زغالدار پروده با وسعتی حدود ۱۲۰۰ کیلومتر مربع اگرچه در نتیجه 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 ۴۰ 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 .

۱-۳-۷- ضخامت لایه های زغالی

در ناحیه پروده ،۵ 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 ۸۰ 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 لایه‌زغالی C₁ در بخشهای وسیعی از منطقه بین ۵/۱ تا ۲ متر دارد . چهار لایه 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.

۱-۳-۸- ذخیره

بر اساس مطالعات انجام شده تاکنون یک میلیارد تن زغال سنگ در ناحیه پروده به ثبت رسیده است . این مقدار ذخیره به لایه های زغالی از سطح زمین تا اعماق ۶۰۰ متری مربوط می شود . قابل ذکر است که ۲۰% این ذخایریعنی ۲۰۰ 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 .

 شکل ۱-۴ نقشه زمین شناسی پروده رانشان می دهد

۱-۴- عملیات اکتشافی

۱-۴-۱- نقشه برداری

تهیه نقشه های توپوگرافی به مقیاس۵۰۰۰/۱ ، این نقشه ها در دو مرحله توسط سازمان نقشه برداری کشور در سال ۱۳۶۱ و شرکت نقشه برداری کارتک در سال ۶۷ با عکسهای هوائی ۲۰۰۰۰/۱ سال ۱۳۴۸ و بطریق فتوگرامتری تهیه شده است فواصل منحنی های میزان آن ۵ 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 .

۱-۴-۲- عملیات حفاری

با توجه به برداشتهای مرحله 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 لایه‌زغالی 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 لایه زغال که در مرحله‌ی پی جوئی حاصل شده است شبکه حفاری ( مستطیل ،‌مربع ، لوزی )‌طراحی کرده اند و از آنها حفاری صورت می گیرد .

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

در ناحیه‌پروده ومناطق همجوار تاکنون تعداد ۶۴۶ حلقه چاه به متراژ برابر ۲۲۳۷۸۵ 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 وسیله سوندهای مخصوص اندازه گیری می‌گردد.

برداشتهای گرادیان و پتانسیل در مقیاس ۲۰۰/۱ درکلیه چاهها  حفر شده و در سرتاسر چاه صورت گرفته در صورتیکه برداشت B,T,K در مقیاس ۵۰/۱ 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 کلیه‌چاههای منطقه بررسی گردیده است ، بصورت جداول زیر نشان داده شده است .

جدول ۱-۱[۳]

جدول ۱-۲[۳]

با توجه به مطالعات انجام شده در بین لایه های زغالی ، لایهC₁ دارای بیشترین مقاومت الکتریکی و لایه Fکمترین 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

فهرست مطالب

مقدمه ۴
۱-۱-موقعیت جغرافیایی و آب و هوا ۵
۱-۲- تاریخچه مطالعات ۵
۱-۳-تکتونیک و ساختمان زمین شناسی حوضه طبس ۶
۱-۳-۱- گسل نایبند ۶
۱-۳-۲-ناحیه زغالی مزینو ۶
۱-۳-۳- ناحیه‌زغالی نایبند ۶
۱-۳-۴- ناحیه زغالی پروده ۷
۱-۳-۵- ساختمان زمین شناسی ۷
۱-۳-۶- وسعت منطقه ۷
۱-۳-۷- ضخامت لایه های زغالی ۸
۱-۳-۸- ذخیره ۸
۱-۴- عملیات اکتشافی ۸
۱-۴-۲- عملیات حفاری ۹
هدف از مطالعات ژئوفیزیکی ۹
روش الکتریکی ۱۰
۱-۴-۳-مشخصات لایه های زغال منطقه پروده ۱۱
۱-۳-۴- گاز خیزی منطقه ۱۲
۱-۴-۵- مشخصات کیفی زغالسنگ ۱۳
۱-۴-۶- میزان ذخایر ۱۳
آشنایی با معادن مکانیزه زغال طبس ۱۳
طبقه بندی توده های سنگی ۱۷
طبقه بندی سنگ ترزاقی ۱۸
طبقه بندی لوفر – پاخر ۲۱
شاخص کیفیت سنگ ( RQD ) 22
۱٫روش مستقیم ۲۲
۲٫روش های‏ غیر مستقیم ۲۴
۱٫روش لرزه ای‏ ۲۴
۲٫تراکم درزه وزن داده شده ۲۶
طبقه بندی امتیاز ساختاری سنگ RSR 27
طبقه بندی امتیاز توده سنگ : ( RMR 30
گرد آوری‏ داده های‏ صحرایی‏ ۳۰
مقاومت تراکمی‏ تک محوری‏ ماده سنگ ۳۱
فاصله ناپیوستگی‏ ها ۳۲
وضعیت ناپیوستگی‏ ها ۳۲
وضعیت آب زیرزمینی‏ ۳۳
جهت یابی‏ ناپیوستگی‏ ها ۳۴
تخمین RMR 35
کاربردهای‏ RMR 36
میانگین زمان ایستایی‏ سقف قوسی‏ ۳۶
چسبندگی‏ و زاویه اصطکاک داخلی‏ ۳۷
مدول تغییر شکل ۳۷
فشار باربری‏ مجاز ۴۰
مقاومت برشی‏ توده های‏ سنگی‏ ۴۰
تخمین فشار نگهدارنده ۴۱
رابطه بین RMR و Q 44
ملاحظات ۴۵
بار نگهدارنده در طبقه بندی RMR 46
سیستم Q 47
نتایج حاصله از معدن ۵۵
بررسی‏ نتایج ۶۹
فهرست منابع و ماخذهای‏ مورد استفاده ۷۳