مقاله در مورد پروژه اصول حفاري و حفاري در سنگهاي سخت

 nx دارای 104 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است فایل ورد nx  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد. این پروژه توسط مرکز nx2 آماده و تنظیم شده است توجه : در صورت  مشاهده  بهم ريختگي احتمالي در متون زير ،دليل ان کپي کردن اين مطالب از داخل فایل ورد مي باشد و در فايل اصلي nx،به هيچ وجه بهم ريختگي وجود ندارد بخشی از متن nx : پروژه اصول حفاری و حفاری در سنگهای سخت در ذیل به شرح روشهای متداول حفاری پرداخته شده و همچنین سعی شده تا مزایا و معایب هر روش بطور جداگانه مورد بررسی قرار گیرد.شایان ذکر است که اکثر منابع بکار رفته شده در این بررسی از سایتهای اینترنتی می باشد که آدرس آنها در پایان ضمیمه شده است . پروژه ای که ملاحظه میفرمایید به معرفی و بحث در مورد روشهای حفاری بویژه حفاری در سنگهای سخت پرداخته است . مطالب فوق در 5 فصل مطرح گردیده که عبارتند از : 1 – شاخصهای حفاری2 – مشخصات و پارامترهای سنگ برای حفاری 3 – حفاری ضربه‌ای4 – سیستم حفاری چرخشی5 – حفاری الماسه در فصول فوق سعی شده تا ابتدا به معرفی روشها و پارامترهای مهم در امر حفاری پرداخته شود و در ادامه به بحث در مورد عوامل پیشرو در راندمان حفاری و مقایسه روشهای مختلف حفاری و ذکر معایب و مزایای هر کدام بطور جداگانه و همچنین بحث هزینه ها پرداخته شده است .شایان ذکر است که روش مطالعه و جمع آوری مطالب در این پروژه از نوع مطالعات میدانی می باشد و اکثر مطالب از سایتهای اینترنتی مربوط به حفاری جمع آوری و ترجمه شده است که آدرس سایتهای فوق در قسمت منابع ذکر شده است . شاخصهای حفاری 1 از میان شاخصهای متعدد حفاری , به شاخصهایی كه در نمونه‌های دستی در صحرا و با امكانات اولیه قابل ارزیابی‌اند اشاره می‌شود. سختی سختی كانیها با ابزاری همچون ناخن دست , سوزن برنجی , جسمی فولادی یا كوارتز در مقیاس موهر قابل سنجش است. اما ارزیابی سختی سنگها پیچیده است زیرا علاوه بر آنكه به سختی كانیها بستگی دارد به سختی باندهای متصل كننده و منشاء سنگ نیز وابسته است. برای مثال كوارتزیت كه از دانه‌های كوارتز با باند سیلیس تشكیل شده و دارای منشاء دگرگونی سنگی است بسیار سخت و درجه سختی آن معادل 7 می‌باشد , اما ماسه سنگ آهكی با منشاء رسوبی با چاقو خط بر می‌دارد در حالی كه درصد قابل توجه‌ای از كانی سنگ , كوارتز است. سفتی سفتی سنگ به سختی آن بستگی دارد. در سنگهای رسوبی سفتی سنگ به باند متصل كننده كانیها و در سنگهای آذرین به بافت سنگ ( شكل و اندازه كانیها ) و در سنگهای متامرفیك به ساختمان سنگ بستگی دارد. سفتی سنگ در صحرا با شكستن آن به چند قطعه یا چكش قابل اندازه‌گیری است. سایندگی در كار حفاری , سایندگی به خاصیتی از سنگ اطلاق می‌شود كه قادر است سرمته را كه ممكن است از جنس فولاد كربور تنگستن یا الماس باشد از بین ببرد. سایندگی به طور كیفی ارزیابی می‌شود و به سختی كانیها بستگی دارد. اما شكل دانه‌ها و كلیواژ نیز در كیفیت این خاصیت تأثیر دارد. به همین دلیل در سالهای نه چندان دور در ایامی كه تنها مته های فولادی مورد استفاده قرار می‌گرفتند عمر این مته در سنگهای حاوی كوارتز مثل ماسه سنگ در حد چند سانتی‌متر بود هر چند كوارتز سختی بیشتری نسبت به فولاد دارد. اما شكل ذرات نیز بی تأثیر در كاهش عمر مته نبوده است. این مشكل با جانشین كردن مته هایی از جنس كربور تنگستن به جای مته های فولادی برطرف شده است. خرده سنگهای گوشه‌دار و نیز در مقایسه با خرده سنگهای گرد بر روی مته خراشهای عمیق ایجاد می‌كنند و مانع از آن می‌شوند تا انرژی منتقل شده به سطح مته موجب خرد شدن سنگ شود. از سوی دیگر خرده‌های ریز و گرد سنگ نیز باعث صیقل دادن سر مته و كندی حفاری می‌شوند. سنگهایی كه خاصیت سایندگی آنها در حفاری باید مورد توجه قرار گیرند عبارتند از : 1) سنگهای حاوی كوارتز كوارتزیت , ماسه سنگ , گریت 1 و سنگهای آذرین اسیدی 2) سنگهای حاوی سیلیس مثل چرت 2 فلینت 3 و سنگهای اولیوین دار مثل دونایت 4 و بعضی از انواع بازالت 3) سنگهای حاوی گارنت 5 مثل گنیس گارنیت‌دار. در مقایسه با سیستم ضربه‌ای , سیستم حفاری چرخشی نسبت به خاصیت سایندگی حساسیت بیشتری دارد لذا در ارتباط با سیستم چرخشی , خاصیت سایندگی بسیاری از سنگها ولو در مقیاس كوچك باید مورد توجه قرار گیرد ؛ كه البته كمیت سایندگی مطرح خواهد بود تا كیفیت آن. برای مثال مدستون سیلت‌دار سخت , در شرایط نرمال به علت نداشتن كمیت بالای خاصیت سایندگی به عنوان سنگ ساینده محسوب نمی‌شود اما برای سیستم چرخشی حتی در مقیاس كم مضر است. كانیهایی همچون توپاز , كروندوم و بریل چون به ندرت در سنگها وجود دارند كمتر مورد توجه قرار می گیرند. اندازه و یكنواختی دانه‌ها به طور كلی سرعت حفاری در سنگهای دانه درشت زیادتر از سنگهای دانه ریز است. در سنگهای آذرین , دانه های درشت بیانگر كندی فرایند سرد شدن ماگماست یا آنكه ماگماٍ،كانی وسیال خاصی داشته است و دانه‌های ریز نشانه سرد شدن سریع ماگما , عمق كم و توده كوچك است. در سنگهای رسوبی اندازه وشكل دانه ها بستگی به مسافتی دارد كه طی نموده است. دانه‌های متفاوت از نظر شكل بیانگر ته نشینی سریع است. جدایش برخی از سنگها مثل شیل این خاصیت را دارند كه به موازات لایه‌بندی در امتداد كلیواژ مثل اسلیت و شیست به راحتی جدا شوند. حفاری در چنین سطوحی آسان و همچنین سرعت آن زیادتر است. تقسیم بندی سنگها بر اساس شاخصهای حفاری به طور كلی سنگها به سه گروه تقسیم بندی می‌شوند. گروه اول شامل آن دسته از سنگها است كه از سرد شدن ماگمای مذاب به وجود می‌آیند. برحسب اینكه ماگما چگونه و در كجا سرد می‌شود سه گروه سنگهای آذرین قابل تشخیص است كه عبارتند از : 1) سنگهای آذرین پلوتنیك كه دانه درشتند. 2) سنگهای آذرین درونی كه از نظر اندازه دانه‌ها متوسط‌اند و نشان می‌دهد كه سرد شدن ماگما در درون زمین صورت گرفته و 3) سنگهای آذرین بیرونی كه دانه ریز و بافت شیشه‌ای دارند كه نشان دهنده آن است كه ماگما در سطح سرد شده است. بسیاری از سنگهای آذرین هم سخت‌اند و هم سفت و بیشتر آنها باید با سیستم ضربه‌ای حفاری شوند و اگر چه در بعضی از انواع ممكن است به كمك ماشینهای چرخشی نیز حفاری انجام پذیرد. انتخاب ماشین حفاری با توجه به خاصیت زیر انجام می‌گیرد. سنگهای آذرین ساینده دانه ریز مثل پرلیت ,‌ابسیدین, رئولیت دانه متوسط مثل آپلیت , فلسایت , میكروگرانیت , گرانوفیردانه درشت مثل گرانودیوریت , گرانیت , پگماتیت. برای این گروه از سنگها در صورتی كه قطر چال كمتر از 2 اینچ باشد باید از چكش حفاری سنگین یا سینكر استفاده كرد و برای چالهای با قطر بین 2 تا 4 اینچ از دریفتر و چالهایی با قطر بین 4 تا 6 اینچ از D-T-H و چكشهای حفاری با مته‌های قلمی با جنس كربور تنگستن باید استفاده شود. لازم به توضیح است كه در همه این ماشینها باید از قدرت وتراست حداكثر استفاده را به عمل آورد. در غیر این صورت حفاری به كندی صورت می‌گیرد. سنگهای آذرین نیمه ساینده دانه ریز مثل داسیت , و بازالت اولیوین دار.دانه درشت مثل دونایت , گابراواولیوین دار , دیوریت كوارتزدار , پریودوتیت سنگهای آذرین با سایندگی كم دانه ریز مثل آندزیت , بازالت , تراشیت دانه متوسط مثل دولریت , دیاباز , لمپروفی . دانه درشت مثل دیوریت , گابرو , نوریت , پورفریت , سینیت.در دو طبقه بندی بالا برای چالهای با قطر كم و عمق كم از سینكر یا چكش حفاری نیمه سنگین باید استفاده شود , برای چالهای با قطر 6 اینچ می‌توان از ماشین چرخش سنگین و برای مورد بینابین این دو از D-T-H استفاده كرد. سنگهای آذرین تجزیه شده دانه ریز مثل بازالت قرمز. دانه متوسط مثل سرپانتین.دانه درشت مثل گرانیت كائولینه شده. بدون استفاده از حفاری و انفجار نیز می‌توان بازالت قرمز را به كمك بولدوز آماده بهره‌برداری كرد اما گزینه دیگر , استفاده از ماشین حفاری چرخشی با مته تیغه‌ای است در مورد سر پانتین به قطر چال بستگی دارد. برای چالهای با قطر كم می‌توان از ماشین ضربه‌ای و برای چالهای با قطر زیادتر می‌توان از D-T-H یا ماشین حفاری چرخشی یا چرخشی – ضربه‌ای استفاده كرد كه از این نوع ماشینها برای سر پانتین و گرانیت كائولینه شده نیز به كار گرفته می‌شوند. سنگهای متامورفیك این گروه از سنگها در اثر حرارت یا فشار یا هر دو بر روی سنگهای رسوبی و آذرین به وجود آمده‌اند و طیف وسیعی از سنگها را شامل می‌شوند بعضی از این سنگها از نظر حفاری مشابه آذرین و بعضی دیگر مشابه رسوبی‌اند. سنگهای متامورفیك سخت و ساینده دانه ریز مثل گرانولیت , كوارتزیت و شیست كوارتزدار. دانه درشت مثل گنیس. كوارتزیت خاصیت سایندگی زیادی دارد و حفاری با آن بسیار دشوار است. چه در مورد كوارتزیت و چه در سایر موارد , ماشینهای حفاری ضربه‌ای سنگین اولویت دارند. انتخاب یكی از انواع ضربه‌ای بستگی به قطر چال دارد. سنگهای متامورفیك نیمه سخت و نیمه ساینده دانه متوسط مثل شیست – هورنبلند و میكا-شیست دانه درشت مثل ماربل دولومیته. در موارد یاد شده بالا می‌توان از ماشین حفاری ضربه‌ای نیمه سنگین و یا سنگین استفاده كرد. سنگهای متامورفیك نرم دانه ریز مثل اسلیت. دانه متوسط مثل فلینت , شیست , كلرایت .دانه درشت مثل ماربل. برای چالهای با قطر كم از چكش حفاری سبك و یا نیمه سنگین و برای چالهای با قطر زیاد از دریفتر یا D-T-H یا ماشین چرخشی با تراست زیاد باید استفاده كرد. سنگهای رسوبی این گروه از سنگها از فرسایش و تخریب سنگهای قدیمی‌تر به وجود آمده اند و از نظر حفاری طیف وسیعی را شامل می‌شوند. در میان سنگهای رسوبی , سنگهایی را می‌توان یافت كه به دلیل سختی به دشواری حفاری می‌شوند ضمناً موادی را از این گروه می‌توان نام برد كه به مانند خاك عمل می‌كنند. مثل ماسه و رس. گروه‌بندی همه سنگهای رسوبی در اینجا امكان‌پذیر نیست آنچه كه در ذیل بدان اشاره خواهد شد تقریبی است و بیشتر عملیات حفاری در آنها انجام می‌گیرد. سنگهای سخت سیلیسی دانه ریز مثل چرت , فلینت. دانه متوسط مثل كوارتزیت رسوبی , مانند سنگ سیلیسی. دانه درشت مثل گری‌وك كنگلوامرا. این گروه از سنگها به ماشین حفاری ضربه‌ای با قدرت زیاد نیاز دارند , عمر مته نیز كمتر از حفاری‌های معمولی است. انتخاب ماشین حفاری چرخشی مشكل خواهد بود. سنگهای رسوبی ساینده با سختی كم دانه ریز مثل سیلتستون , سنگ آهك سیلیسی و خاكستر آتشفشانی. دانه متوسط مثل بسیاری از ماسه سنگها , توف و آركوز. دانه درشت مثل گریتستون , آگلومرا.برای حفر چالهای تا قطر 3 اینچ از جنس سنگهای مذكور می‌توان از دریفتر متوسط استفاده كرد و برای چالهای با قطر زیادتر از D-T-H دریفتر سنگین ماشین حفاری ضربه‌ای – چرخشی استفاده كرد. شكننده اما ساینده دانه ریز مثل سیلتستون شكننده. دانه متوسط مثل ماسه سنگ آرژیلاسیوس , ماسه سنگ آهكی , ماسه سنگ شكننده دانه درشت مثل بعضی گریتستون. این سنگها به طور كلی نرمند و حفاری در آنها آسان است و با ماشینهای چرخشی به راحتی حفاری می شوند. نسبتاً سخت اما فاقد خاصیت سایندگی دانه ریز مثل سنگ آهك متراكم , بعضی از مدستونها , شیل سخت , ماربل. دانه متوسط مانند برخی از سنگهای آهكی ساختمانی. برای چالهای كم قطر می‌توان از ماشینهای ضربه‌ای نیمه سنگین تا سنگین یا D-T-H استفاده كرد. برای چالهای با قطر حول وحوش 6 اینچ از ماشین چرخشی سنگین باید استفاده كرد , مته عمر خوبی دارد مگر آنكه از تراست زیادی استفاده شود. سنگهای رسوبی نرم و فاقد , خاصیت سایندگی دانه ریز مثل مارل , بعضی از مدستونها , شیل نرم , گچ , ذغال سنگ. دانه متوسط مثل اثولیت. دانه درشت مثل پیزولیتبرای این گروه از سنگها ماشینهای حفاری چرخشی مناسب‌ترند و به ندرت از سیستم ضربه ای باید استفاده شود. حفر تونل , برش , حفاری و انفجار در سنگهای سخت.2 مشخصات و پارامترهای سنگ برای حفاری خلاصه : تخمین پایداری تونل یك بحث كلیدی در حین بررسی اولیه سایت می‌باشد. در مقابل , مشكلات حفاری بشدت نادیده گرفته شده است. انتخاب یك روش تونل زنی اقتصادی در حین مرحله طراحی از اولویت بالایی برخوردار است و همچنین تمركز تحقیقات خاصی روی اجزاء سنگ است كه امروزه به انجام می‌رسد. در این قسمت سعی می‌كنیم پارامترهای كلیدی مثل جرم سنگ در حفاری , سایش و برش با TBM وroad header در مسیر را بررسی كنیم. پیشرفت در برش و حفاری مانند خوردگی ابزار و تجهیزات در كارهای حفاری جز عوامل مهم در تصمیم گیری می‌باشند. تخمین این پارامترها در شرایط سنگ تخمین زده شده می‌تواند باعث ایجاد ریسك بالای هزینه شود. بنابراین تخمین و كنترل در بهبود پیشرفت در برش و میزان مصرف مته مطلوب نظر خواهد بود. در طی سالهای متوالی فرآیند اولیه حفاری سنگ و میزان خوردگی مته در حین تونل زنی در سنگهای سخت بررسی شده است. همچنین مطالعات گسترده در كارهای آزمایشگاهی برای ثبت ارتباطات بین برخی خصوصیات ژئولوژیكی و ژئوتكنیكی از یك سو و پارامترهای تكنیكی مثل پیشرفت در میزان برش و حفاری و مصرف مته از سوی دیگر انجام شده است. در مبنی ضمینه 24 پروژه تونل زنی در اروپا در زیر دریا در مناطق مختلف جغرافیایی كمابیش بررسی شده است. قابلیت حفاری عبارتی است كه در ساختارهای زیر زمینی برای توصیف تأثیر تعداد پارامترها روی نرخ حفاری سایش و یا برش بكار برده می‌شود و خردگی ابزار حفاری TBM وroad header است. واكنش فاكتورهای اصلی در شكل زیر نشان داده شده است. ( شكل 1). این عبارت در ساختارهای زیر زمینی مانند سطحی بكار می‌روند. در این نظریه تنها رویكرد مرتبط با تونل زنی مطرح شده است. در اولین واكنش پیشرفت حفاری پارامترهای خرد ماشین حفاری انتخابی روند عملیات را تحت تأثیر قرار می‌دهد مانند توان نصب شده , نوع ابزار حفاری یا سری برش و همچنین میزان پیشرفت ابزار برشی . به غیر از پارامترهای تكنیكی پارامترهای ژئولوژیكی ( جغرافیایی ) نیز می‌تواند روی پیشرفت كار و خوردگی ابزار آلات تأثیر بگذارد. خصوصیات اصلی سنگها و جرم سنگ می‌تواند در نهایت با كمك خصوصیات مكانیك سنگ در روابط گذاشته شود : اما شرایط خود سنگ نیز بستگی زیادی با تاریخچه جغرافیایی , شرایط آب و هوایی , تغییرات هیدروترمال و ساختار ناپیوستگی دارد. فاكتوری نهایی مهم كه پیشرفت حفاری را متأثر می‌كند خود فرآیند كاری است. در اول، عملیات آرام و نگهداری دایمی ابزار سبب پیشرفت موفقیت آمیز كاری می‌شود. دوم نرخ بالای گسترش در رویه تونل زنی بصورت اتوماتیك سبب پیشرفت بالای سری تونل زنی می‌شود. بنابراین مسئله درك صحیح خود سیستم حفاری قبل از بكارگیری متخصصان برای بررسی پیشرفت حفاری قابل توجه می‌باشد. برای بحث بیشتر در این ضمینه بعضی از عبارتهای پایه تكنیك حفاری زیر زمینی باید توصیف شود. عبارت قابلیت سوراخ كاری در مورد دریل و بلاست تونل در هنگام حفر سوراخهای بلاست برای بولت گذاری و انفجار سنگ برای قطر بین 32 تا 100 میلیمتر بكار می‌رود. برای مطالعه فاكتور فوق دو پارامتر كلیدی ارزشمند شناخته شده‌اند : نرخ حفاری به متر در دقیقه و عمر مته به متر در مته حفاری كه در بخش همگن تونل بدست می‌آید. بدلیل اینكه خوردگی در شش فرم پایه روی می‌دهد در كل با توجه به جنس سنگها برخی از رویكردهای كیفی خوردگی ابزار با تحلیل مته حفاری خراب شده بدست می‌آید. عبارت بلاست پذیری تنها در مورد سوراخكاری و بلاست تونل و مصرف مواد منفجره مرتبط با انفجارپذیری مصرف خاص مواد منفجره در بخش همراه سنگهای همگن ثبت می‌شود. مقدار مواد منفجره مصرفی می‌تواند حاصل مصرف كل مواد منفجره در یك انفجار تقسیم بر حجم انفجار یافته باشد. بعنوان یك مقدار استاتیك مصرف خاص مواد منفجره تنهامیزان ماده منفجره مورد نیاز برای انفجار حجم خاص از سنگ را نشان می‌دهد. به دلیل اینكه مهندس انفجار باید این مقدار را با توجه به حجم سنگ تخمین بزند تجربیات نشان داده اختلاف زیادی در مقدار مصرفی وجود دارد و بنابراین مقدار خاص مواد منفجره مصرف شده است. عبارت برش پذیری وقتی بكار می‌رود كه با سری حفاری یا TBM كار كنیم. در اصل این عبارات برای تكنیك‌های مشابه برش و شكل دهی خیابان هم بكار می‌رود. دو پارامتر كلیدی برای توصیف پارامترهای فوق بصورت آنالوگ بكار می‌رود. در حفاری با سری برش , پیشرفت برش با حجم سنگ حفاری شده به مترمربع در ساعت كاری اندازه گیری می‌شود و خوردگی مته با تعداد مته‌های تخریب شده كه باید پس از حفاری یك متر مربع عوض شوند اندازه‌گیری می‌شوند. به دلیل اینكه خوردگی مته برشی در هفت حالت پایه روی می‌دهد كه بستگی به شرایط جرم سنگ دارد برخی رویكردهای كیفی خوردگی ابزار با تحلیل مته بكار رفته شناسایی می‌شود. در حین برش با TBM پیشرفت برش بعنوان انتشار خاص در سنگ در برابر حجم سنگ برداشته شده به متر مربع در هر ساعت كاری اندازه‌گیری می‌شود. این امكان انجام مقایسه بین انواع TBM ها را فارهم می‌كند. در مواد سنگی مختلف خوردگی كاتر در فاصله خاص دیسك برش به كیلومتر با مصرف دیسك كاتر در مترمربع سنگ حفاری شده بیان می‌شود. به دلیل اینكه فاصله خرابی دیسك برش بالاست واضح است كه با توجه به اختلاف ژئولوژیكی و پترولوژیكی بسیار اندك می‌باشد , این پارامتر برای خصوصیات سنگ قابل بكارگیری نیست. (حفاری پذیری اولیه ) خصوصیات سنگ : برای بررسی حفاری پذیری باید حفاری پذیری اولیه كه توسط سنگ و حفاری پذیری كلی كه با خصوصیات جرم سنگ سنجیده می‌شود شناسایی شود. بعبارت دیگر جرم كلی سنگ در خصوصیات كلی در نظر گرفته می‌شود. اگر جرم سنگ همگن باشد و ایزومتر—یك , خصوصیات سنگ باید با پیشرفت حفاری و خصوصیات پترولوژیكال ارتباط داده شود و یا توان سنگ با خوردگی ابزار. پارامترهای پیشرفت : در بالا خصوصیات مختلف سنگ , یا نرخ حفاری كاملاً توصیف شده است. با وجود بكارگیری این تكنیك‌ها برای سایر فرآیندهای حفاری بهترین رابطه با فعالیت تخریبی در نظر گرفته شده است. از نقطه نظر فیزیكی تركیب منحنی تنش و كرنش مقیاسی از انرژی مرتبط با حجم تغیر شكل است. به دلیل اینكه این فعالیت مورد نیاز برای تخریب نمونه سنگ است خصوصیات جدید تعریف شده سنگ با عنوان فعالیت تخریبی خاص wd تعریف شده است كه مربوط به انرژی كرنش نیز می‌باشد. بعنوان محصول تنش و كرنش فعالیت تخریبی نشاندهنده شكل نمونه سنگ در منطقه از پیش تخریب شده است. شكل 2 رابطه بین تخریب و پیشرفت در حفاری با نشان می‌دهد كفایت روابط با توان فشردگی به این خوبی نیست. رابطه خوبی بین پیشرفت TBM وقتی نرخ انتشار خاص در برابر فعالیت تخریبی نشان داده شده وجود دارد. برای حصول روابط بهتر تنها TBM در بخشهای خاصی از تونل بكار می‌رود كه ترك حاصل از اتصالات كم است و ساختار مصرف خاص مواد منفجره با فعالیت تخریبی در نظر گرفته شده است. نوع سنگ تست شده شامل سنگ رسی , شن و سنگ آهك و كنگولومرا , شیست و انواع كلیست‌ها را شامل می‌شود. فعالیت تخریبی دارای پارامترهای كفایت بالای مرتبط با پیشرفت حفاری است. نمودار مشخص كننده روابط بین نرخ حفاری و فعالیت تجربی است. برخلاف ارتباط ذكر شده روابط بین خصوصیات مكانیكی سنگ و نرخ حفاری كفایت كلی را نشان می‌دهد. وقتی میزان مصرف خاص مواد منفجره با فعالیت تخریبی سنجیده می‌شود , تخمین بخش همگن تونل و مواد منفجره با خصوصیات ذكر شده قابل قیاس و شرایط انفجار قابل مقایسه است. بطور خلاصه خصوصیات مكانیكی سنگها بخصوص در فعالیت تخریبی می‌تواند. بعنوان یك مقیاس خوب برای پیشرفت حفاری و بنابراین برای حصول اطلاعات مفید برای بررسی سایت با توجه به قابلیت حفاری پذیری می‌باشد. محدودیت‌های ابتدایی و عواملی همچون همگن بودن سنگ و ایزو تروپیك بودن , تغییر ساختار جغرافیایی و000 به ندرت در نظر گرفته می‌شود. پارامترهای خوردگی ابزار : با بحث در مورد برخی فاكتورهای اثر گذار روی نرخ پیشرفت , حال در مورد پارامترهای خوردگی ابزار صحبت می‌كنیم. پارامترهای تكنیكی و تست مدل برای مطالعات حفاری پذیری مناسب بنظر نمی‌آیند با وجود این تستهای سختی سنجی زیادی برای خصوصیات سنگ انجام شده است. بیشتر آنها هدف خاصی را دنبال می‌كنند و زیاد مورد توجه قرار نگرفته‌اند. تنها چند مورد از آنها توجه بین المللی را به خود جلب كرده است مانند نرخ حفاری DRI یا CAI , نكته اینجاست كه هیچ خصوصیت فیزیكی برای توصیف سختی سنگ وجود ندارد. با وجود اینكه چندین پارامتر پتروگرافیك مثل تركیب سنگ و مواد معدنی برای تخمین خوردگی ابزار و قابلیت حفاری بكار برده شده اند , اما روش بكار برده شده بسیار زمان بر است و در عمل بكار گرفته نشده است. مشخص است كه توان سنگ در ابتدا حاصل میزان مواد معدنی خارج شده با توجه به جنس ابزار است. كوارتز معمول‌ترین ماده معدنی است. برای نمونه‌گیری از تمامی مواد میزان مشابهی از كوارتز eQU با ضخامت نازك بررسی می‌شود كه یعنی این مقدار ماده معدنی دارای سختی برابر مقدار فوق كوارتز است. بنابراین هر میزان ماده معدنی در كوارتز ضرب شود می‌شود : رابطه دقیق بین Rosiwal , mohs در شكل 7 ارائه شده است. وقتی سختی mohs را بدانیم تخریب پذیری ماده معدنی با دقت رضایت بخشی بدست می‌آید. روش تخمین eQU در بین تولید كنندگان ابزار بسیار معمول و پركاربرد است و مهندسان و ژئولوژیست ها برای بررسی‌های اولیه سایت و برای جلوگیری از خوردگی ابزار از آنها استفاده می‌كنند. در شكل 8 عمر مته در حین حفاری و تونل زنی انفجاری برای انواع سنگها آمده است. می‌توان دید كه خوردگی مته با افزایش میزان كوارتز بیشتر می‌شود. با ذكر جزئیات بیشتر این رابطه نشان دهنده پارامتر تأثیرگذار بیشتر برای تخریب سنگ است. دانه بندی : یك مقایسه بسیار ساده می‌تواند آنرا توضیح دهد : هر دو ماده شن كوارتز و سیلیكات كوارتز دارای كوارتز 100% هستند. در مورد نظریه حفاری هر دو ماده تنها شن سبب خوردگی قابل ذكر می‌شود كه در این مورد مستقیماً بستگی به دانه بندی كوارتز دارد. برخی از انواع سنگها دارای منحنی خاص خود هستند. a) شن , بخصوص آنهایی كه خلوص بالاتری دارند و در سیمان‌های سیلیسی یافت می‌شوند. b) سنگهایی كه در اثر واكنش هیدروترمال ایجاد شده‌اند. در هر یك از این سنگهای خاص , ققل شدن دانه‌ها در زیر ساختارها متداخل می‌باشد. بنابراین برای تخمین هر نوع سنگ باید بصورت مجزا بحث شود. در شكل 9 گروهی از انواع سنگها با مرز دانه به دانه با استفاده از منحنی لگاریتمی بحث شده است. برای انتخاب گروه سنگها رابطه بسیار نزدیك بوده و می‌تواند برای پیشبینی خوردگی ابزار با تساوی مقدار مشابه به كوارتز بكار رود. توانایی سنگ RAI تحلیل خوردگی ژئوتكنیكی جدید است و بخشی از فرایند تخمینی برای نرخ خوردگی مته می‌باشد. این فرآیند برنامه بررسی با فرض مقیاس كل مواد معدنی می‌باشد. بر اساس مقیاس معدنی و مقیاس سنگ RAI با ضرب توان سنگ مربوط در میزان تشابه كوارتز. بدست می‌آید. اطلاعات مقیاس جرم سنگ با فاكتور منفی یا مثبت در نظر گرفته می‌شود كه می‌توان سبب افزایش یا كاهش طول عمر مته از دیاگرام تخمینی RAI شود. (حفاری پذیری كلی‌) خصوصیات جرم سنگ : با وجود اینكه خصوصیات مكانیكی سنگ نقش كلیدی دارد. پارامترهای ژئولوژیكی در بیشتر پروژه‌ها به ندرت بصورت كامل وجود دارد. در برخی موارد تأثیر خصوصیات ژئولوژیك بسیار مهم تر از خصوصیات سنگ است. مشكلات ژئولوژیك تأثیر زیادی روی اقتصاد خصوصیات ساختاری جاری بخصوص وقتی سیستم حفاری انتخاب شود برای شرایط ذكر شده نامناسب خواهد بود. بنابراین می‌توان گفت كه خصوصیات ژئولوژیك و مترولوژیك سنگ با درجه مشابهی از توان مانند ژئوتكنیك باید محاسبه شود. بعلاوه پارامترهای مكانیكی مقادیری محدود هستند كه اگر سنگ آنیزوتروپیك و غیر همگن باشند , این دو تنش نقش كلیدی در فرآیند خردشدن سنگ بازی می‌كنند. البته خصوصیات سنگ و نرخ حفاری بستگی زیادی به ساختار ضعف محل و جهت تست یا پیشرفت دارد. یعنی وقتی جهت انتشار زاویه راست ساختار باشد , مواد سنگ در سمت راست فشرده شده اما با آن موازی بریده می‌شوند. با وجود اینكه در اثر فشردگی ترك بوجود می‌آید , ترك موازی با انتهای حفره برای برش بكار خواهد رفت. معمولاً در این مورد بالاترین نرخ انتشار در حفاری با TBM حاصل می‌شود. انتشار خاص با توان برشی در جنس مواد كنترل می‌شود. در اینجا كار تخریبی حداقل است و سبب برش بزرگ و حداكثر پیشرفت حفاری می‌شود. اگر محور انتشار موازی با پیشرفت باشد , فشردگی نیز موازی است اما تنش شیاری در زاویه راست است. باید مشخص باشد كه تركهای كمتر به دلیل توان بالاتر در زاویه راست گسترش بوجود می‌آیند. انتشار به وسیله توان كرنش موازی با انتشار ترك كوچك بوده و حداقل پیشرفت حفاری بدست می‌آید. مطمئناً در مورد موازی خصوصیات سنگ بالا و نرخ حفاری پائین است. این روابط برای تمامی انواع مواد حفاری شده مطالعه گردیده است. بنابراین اگر محور تونل موازی حركت اصلی باشد , شرایط حفاری بسیار ضعیف در نظر گرفته می‌شود. قرار گرفتن ناپیوستگی‌ها : البته نرخ حفاری همچنین بستگی به ناپیوستگی بین سنگها دارد. نا پیوستگی بعنوان یك قانون ضعف در بدنه سنگهاست بنابراین قانون خاصی برای شكست سنگها بكار می‌رود. فضای ناپیوستگی به مترمربع تعریف شده و پارامتری برای پیش تركیدگی سنگ است. در نمودار شكل 13 تأثیر ناپیوستگی نامشخص است اگر فضا با ابعاد تونل یا TBM بزرگ باشد. در اینجا خصوصیات سنگ نامحتمل و پیشرفت تنها بر اساس فرایند برش است. با نزدیكتر شدن ناپیوستگی نرخ انتشار افزایش می‌یابد این امر با افزایش تركهای كوچك به هم پیوستنی نا پیوستگی‌های بزرگ روی می‌دهد. در اینجا شرایط جرم سنگ بی فایده و دستگاه TBM كه شروع به بیرون آوردن قطعات بزرگ سنگ از تونل می‌كند كار آمد است. در نقطه ای خاص دیسك برش توسط ذرات خاص كه توسط دستگاه كنده شده و بیرون آورده شده است سبب توقف كاری می‌شود. بدین وسیله انتشار سریع بخصوص در منطقه خطا یا در مناطق پر تنش می‌تواند بسیار زود به اتمام برسد. نتیجه گیری : پس از تمامی این دریافتها مشخص است كه هیچ یك از تستهای آزمایشگاهی یا سایتی , جغرافیایی به تنهایی با تجربه و طراحی تجهیزات تجربه اپراتور نمی‌تواند سبب شود كه حفاری تبدیل به یك فرمول خوب و كلی تعریف شده شود. ابتدا با چارت روابط برای خصوصیات مكانیكی و پتروگرافیكی نرخ حفاری قابل تخمین می‌گردد و خوردگی ابزار برای نوع سنگ مورد بررسی بصورت رضایت بخشی بدست می‌آید. اما در كنار خصوصیات سنگ مشكل اصلی پراكندگی پدیده‌های ژئولوژیك است كه نمی‌توانند در اشكال یا خصوصیات سنگ قرار گیرند. حفاری ضربه‌ای 3 دستگاههای حفاری ضربه‌ای از نظر مكانیكی عملكردی شبیه چكش حفاری دستی دارند. نیروی لازم جهت انجام حركت رفت و برگشتی پیستون معمولاً توسط هوای فشرده و گاهاً توسط سیالات هیدرولیك ( تراكم ناپذیر) تأمین شده و انرژی تولید شده از طرق مختلفی به سنگ منتقل می‌گردد. عمل این دستگاهها از طریق هوای فشرده , پیستون , سندان , میله حفاری و سرمته (یعنی محل برخورد مته با سطح سنگ ) انجام می‌پذیرد. سه روش عمده برای انجام حفاری ضربه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد : 1- حفاری كابلی 2- چكش حفاری 3- روش D.T.H 3-1 حفاری كابلی : در این روش عمل پیستون , میله و مته توسط مكانیسم رفت و برگشتی با كمك نیروی جاذبه زمین انجام می‌شود. با وجود اینكه حفر چال‌هایی با قطر 150 تا 300 میلیمتر در تمامی سنگ‌ها با سختیهای مختلف ممكن می‌باشد , ولی این روش بیشتر برای حفاری در سنگهای با سختی متوسط بكار می‌رود. حمل و جابجایی ماشین‌های حفاری كابلی توسط سیستمی كه بر روی خود دستگاه نصب شده است انجام می‌شود. و روی هم سوار شدن و بالا بردن آنها در حین عملیات حفاری توسط جك‌های هیدرولیكی انجام می‌شود. این دستگاهها می‌توانند هم به وسیله الكتریسیته , هم با سوخت دیزل كار كنند , ولی با این حال دستگاههایی كه با سوخت دیزل حركت می‌كنند برای حفاری در مناطق دور افتاده , به دلیل قابلیت جابجایی آسان‌تر ترجیح داده می‌شوند. این دستگاهها از كابل فولادی , ضربه زن‌ها , میله حفاری و مته تشكیل شده‌اند. این اجزا ( از بالا به پائین ) توسط بست و اتصالات به یكدیگر وصل شده‌اند. نیروی لازم برای انجام عمل حفاری در سنگ‌ها توسط این دستگاه كه از چهار قسمت اصلی فوق الذكر تشكیل شده , از طریق وزن آن تأمین می‌شود. ( شكل 3-1) برای نگه داشتن كابل از سوكت‌هایی استفاده می‌شود كه مستقیماً به ضربه زن ها متصل هستند. بخش عمده وزن دستگاه كه برای انجام عمل حفاری و همچنین برای هدایت بخش‌های متحرك دستگاه مورد نیاز است , توسط میله حفاری تأمین می‌گردد. حفاری در این سیستم در یك امتداد ثابت انجام می‌شود كه طی آن در حین كشیدگی كابل , مته با ته چال برخورد می‌كند به دلیل خاصیت الاستیسیته و قابلیت بازی كردن كابل , با كشیده شدن كابل انحنای خود را از دست داده و با قطع كشش آن را باز می‌یابد. پس از خارج كردن اجزاء دستگاه حفاری از داخل چال وسیله دیگری برای تمیز كردن به داخل چال هدایت می‌گردد. اجزاء حفاری و اجزاء تمیز كاری توسط خطوط یا كابلهای متفاوت و مستقل از هم به داخل چال هدایت می‌گردند. 3-1 الف) تمیز كردن چال : تمیز كردن شامل خارج كردن تكه‌ها و خرده‌های حفاری از داخل چال می‌باشد كه توسط دستگاههای بنام گل كش یا دستگاه پمپاژ گل انجام می‌شود. ( شكل 3-2) دستگاه گل كش دارای لوله‌ای به طول 5/3 متر و قطری معادل 3/0 برابر قطر چال می‌باشد. در پائین دارای یك شیر یك طرفه می‌باشد كه زمانیكه دستگاه در ته چال قرار می‌گیرد , باز شده و به گل اجازه ورود را می‌دهد و پس از انتقال دادن گل شیر بسته می شود. ضرورتی ندارد كه برای ممكن ساختن عمل شیر , دستگاه را مقداری بالاتر از ته چال بكشیم. دستگاه گل كش پس از خروج اجزاء دستگاه حفاری , به خاك ته چال كاملاً چسبیده می‌شود. در تشكیلات ماسه‌ای و شن كه دستگاه گل كش نمی‌تواند مواد را بالا بكشد از نوعی پمپ ماسه استفاده می‌شود. این دستگاه شامل یك لوله وشیر و یك پلانجر یا قسمت پیستون مانند می‌باشد كه قادر به حركت در داخل لوله می‌باشد ( شكل3-3) لوله انتقال ماسه به قسمت فوقانی میله پلانجر متصل می‌باشد. پمپ ماسه به پائین چال فرستاده شده و به پلانجر امكان حركت تا قسمت تحتانی پمپ داده می‌شود. با حركت پلانجر به طرف بالا و با انجام عمل مكش , مواد به سمت دستگاه گل مكش هدایت می‌شوند. زمانی كه پلانجر به بالاترین نقطه می‌رسد , پمپ بلند شده و شیر بسته می‌شود. عمل تخلیه پمپ با آزاد شدن ضامنی كه در كنار قسمت تحتانی آن واقع شده و نیز با چرخش یك چهارم دور آن تحقق می‌پذیرد. وجود یك شیر در قسمت تحتانی بعضی از پمپها باعث سرعت دادن به عمل تخلیه پمپ می‌گردد. پمپ‌های ماسه معمولاً در طولهای سه متر , شش متر ساخته می‌شوند. 3-1 ب) نظریه حفاری كابلی : كار انجام شده توسط دستگاه را می‌توان بصورت رابطه 1-3 تعریف كرد. كه در این رابطه كمیت‌های زیر عبارتند از : (31)…. (32)… W : نیروی وزن دستگاه برحسب kgf . M : جرم دستگاه بر حسب كیلوگرم ؛ : سرعت دستگاه در لحظه تماس بر حسب متر بر ثانیه ؛ a: شتاب دستگاه در داخل چالی كه در آن گل وجود دارد برحسب متر بر مجذور ثانیه ؛ g: شتاب ثقل بر حسب متر بر مجذور ثانیه ؛ h: ارتفاع برحسب متر ؛ همچنین كار انجام شده در مدت زمان یك دقیقه طبق رابطه 3-3 بدست می‌آید. (33)…. ( در این رابطه n نشان دهنده تعداد ضربات در مدت زمان یك دقیقه می‌باشد ) حجمی از سنگ كه در مدت زمان یك دقیقه حفاری می‌شود نیز از رابطه 4-2 به دست می‌آید كه d قطر چال بر حسب سانتیمتر و PR عمق یا میزان حفاری در این مدت بر حسب سانتیمتر بر دقیقه می‌باشد. میزان كار ویژه انجام شده طبق رابطه 5-2 می‌باشد. (34) … (35)… مقدار این كار در حفاری كابلی برای یك نوع سنگ خاص تقریباً ثابت بوده و بین 5 برای سنگهای بسیار نرم و 100 برای سنگهای بسیار سخت متغیر می‌باشد. از تركیب روابط 3-3 و 4-3 و 5-3 می‌توان میزان نرخ نفوذ مته در سنگ را طبق روابط 6-3 و 7-3 محاسبه كرد. (36)… (37).. اگر 1t مدت زمان حركت دستگاه به سمت بالا و 2t مدت زمان حركت آن به طرف پائین باشد , بیشترین مقدار راندمان را زمانی خواهیم داشت كه مقدار t1 با مقدار t2 برابر باشد. اگر مقدار t1 بزرگتر از مقدار t2 باشد , همانند یك ترمز , شدت ضربه گرفته خواهد شد. اگر مقدار t2 بزرگتر از مقدار t1 باشد , دستگاه قبل از رسیدن به ماكزیمم ارتفاع خود , حركت به سمت پائین را شروع خواهد كرد. برای محاسبه زمان بالا آمدن دستگاه می‌توان از رابطه 8-3 استفاده كرد. كه در این رابطه , a زاویه چرخش دستگاه بر حسب درجه می باشد. مقدار t2 را می‌توان از رابطه 9-3 بدست آورد. با مساوی قرار دادن t2,t1 می‌توان n ( تعداد ضربات وارده در زمان یك دقیقه ) و PR ( عمق حفاری شده در این مدت زمان را محاسبه كرد. همانطور كه از روابط مربوط مشخص می‌گردد , نرخ نفوذ مته در سنگ , ارتباط مستقیمی با وزن , ارتفاع و شتاب دستگاه دارد. جهت اجتناب از مقاومت بیش از حد سنگ در برابر دستگاه , قطر میله حفاری را نباید بیش از 75/0 تا 85/0 برابر قطر چال در نظر گرفت. همچنین با افزایش طول دستگاه طبیعتاً بر وزن آن نیز افزوده می شود. به همین علت ارتفاع دستگه حتی الامكان نباید از 2/1 متر تجاوز كند. شتاب دستگاه نیز تأثیر بسزایی در نرخ حفاری دارد كه وابسته است به مقدار و كیفیت گل مورد استفاده بعنوان سیال حفاری. با كاهش مقدار گل , نرخ نفوذ و سرعت آن افزایش پیدا می‌كند ولی بر روند كلی كار تأثیر منفی می‌گذارد زیرا زمان بیشتری جهت انتقال خرده‌ها تلف می‌گردد. تعداد ضربات وارده و ارتفاع دستگاه كه نیروی وزن از آن نتیجه می‌شود رابطه نزدیكی با ظرفیت و توان موتور دارد. باید یادآوری شود كه بیشترین مقدار كار انجام شده در هنگام بالا بردن اجزاء دستگاه رخ می‌دهد. این كار از روابط 12-3 الی 14-3 بدست می‌آید. (312) … (313)… (314)… كه N : قدرت موتور بر حسب kw ؛ W : نیروی وزن بر حسب كیلوگرم ؛ : كارآیی و راندمان دنده ؛ زمان بالا بردن دستگاه و h: فاصله‌ای كه دستگاه در مدت زمان یك دقیقه بالا برده می‌شود , است. 3-1- ج) امتیازات حفاری كابلی : 1- نمونه گیری دقیق تر از تشكیلات زمین میسر می‌باشد. 2- در حین حفاری , تك تك لایه‌ها از لحاظ كمیت و كیفیت آب قابل بررسی می‌باشند. 3- میزان آب كمتری برای انجام عملیات حفاری لازم است. 4- در بسیاری از موارد , دستگاه حفاری كابلی نسبتاً سبكتر بوده و جابجایی آن نیز در سطوح ناهموار آسانتر می‌باشد. 5- هزینه اولیه دستگاه و قطعات آن كمتر می‌باشد. 6- هزینه‌های حفاری به ازای هر متر , نسبتاً ارزانتر تمام می شود. 7- شناسایی تشكیلات آب دار و پیشگیری از ایجاد مزاحمت توسط آن ممكن می‌باشد. اما نقاط ضعف این سیستم در مقایسه با نقاط قوت آن , به قدری دارای اهمیت زیادی می‌باشند كه استفاده از یك سیستم تركیبی ترجیح داده می‌شود. 3-1- د) نقاط ضعف و معایب این سیستم عبارتند از : 1- از دستگاه حفاری كابلی فقط برای ایجاد حفر و چالهای عمودی می‌توان استفاده نمود ؛ 2- میزان بهره‌وری به ازای متراژ حفاری شده در هر شیفت بسیار پائین می‌باشد ؛ 3- ایجاد خرابی‌های زیادی در امتداد خط حفاری ؛ 4- برای حفاری چال‌های عمیق , مخصوصاً در تشكیلات سخت‌تر , نامناسب می‌باشد. به دلیل زمان زیادی كه جهت بالا كشیدن قطعات و دستگاه تلف می‌شود و همچنین به خاطر مشكلات فرعی ناشی از فشار طبقات و نیز وزن‌های تركیبی ماسه و آب باعث شده كه این روش به تدریج به دست فراموشی سپرده شود. 3-2 دستگاه حفاری چكشی : دستگاههای حفاری ضربه‌ای به اندازه‌های مختلف ساخته می‌شوند و می‌توان آنها را به دسته‌های زیر تقسیم بندی نمود. چكش حفاری 1 دریفتر2 و استاپر ,3 , جامبودریل 4 و واگن دریل.5چكش حفاری , وسیله دستی و كوچكی است كه وزن آن بین 10 تا 30 كیلوگرم متغیر می‌باشد. از این دستگاه یعنی چكش حفاری برای حفر چالهای كم عمق و نیز برای چالهای انفجاری اولیه و ثانویه استفاده می شود. نیروی اعمال شده جهت حفر چالهای كوچك انفجاری به قطر بیست و پنج تا چهل میلیمتر , توسط نیروی وزن شخص تأمین می‌شود. از این دستگاه , هم برای حفر چالهای عمودی و هم برای حفر چال‌های افقی استفاده می‌شود. ادامه خواندن مقاله در مورد پروژه اصول حفاري و حفاري در سنگهاي سخت

نوشته مقاله در مورد پروژه اصول حفاري و حفاري در سنگهاي سخت اولین بار در دانلود رایگان پدیدار شد.