چكيده فارسی
زمینه و هدف: طراحی شیبهای پایدار در معادن روباز یکی از چالشهای اصلی مهندسی معدن است که نقش تعیینکنندهای در ایمنی و توجیهپذیری اقتصادی پروژه دارد. هدف از این مطالعه، تعیین شیب بهینه برای معدن بوکسیت بوکان با تلفیق روشهای تجربی و تحلیل سینماتیکی است.
روش بررسی: در این پژوهش، دادههای مورد نیاز از طریق برداشتهای صحرایی سیستماتیک و درزهنگاری در ۱۰ زون مختلف جمعآوری شد. از سیستمهای طبقهبندی RMR، GSI، SMR، MRMR و Q-Slope برای ارزیابی کیفی و کمی تودهسنگ استفاده گردید. همچنین، تحلیل سینماتیکی و تعیین مکانیسمهای شکست احتمالی با استفاده از نرمافزار Dips انجام پذیرفت.
یافتهها: نتایج ارزیابیهای تجربی، کیفیت تودهسنگ را در رده متوسط (امتیاز RMR89 = 55) نشان داد. تحلیل سینماتیکی مشخص کرد که لغزش صفحهای در امتداد لایهبندی (با ۸.۴۳٪ پتانسیل) و لغزش گوهای (با ۱۴.۶۱٪ پتانسیل) مکانیسمهای شکست غالب هستند. بر این اساس، شیب نهایی معدن ۴۸ درجه و شیب بهینه تکپله ۶۱ درجه برای ارتفاع 100 متر تعیین شد.
نتیجهگیری کلی: تلفیق روشهای تجربی و سینماتیکی، راهبردی مؤثر برای طراحی شیبهای پایدار و اقتصادی در معادن روباز ارائه میدهد و نقش تعیینکننده ساختارهای زمینشناسی مانند لایهبندی را در پایداری شیب به خوبی آشکار میسازد.واژههای کلیدی: زمینشناسی مهندسی، طراحی شیب، معدن روباز، طبقهبندی تودهسنگ، تحلیل سینماتیکی، معدن بوکسیت بوکان
1- مقدمه
پایداری شیبهای معدن روباز یک مسئله مهندسی حیاتی است که بر ایمنی، راندمان عملیات و اقتصاد پروژه تأثیر مستقیم دارد [۱]. رویکردهای متعددی برای تحلیل پایداری شیب وجود دارد که از جمله آنها میتوان به روشهای تجربی مبتنی بر طبقهبندی تودهسنگ و تحلیلهای سینماتیکی اشاره کرد [۲،۳]. روشهای تجربی مانند] RMR ۴[، MRMR [5] و Q-Slope [6] به دلیل سادگی و سرعت، در مراحل اولیه طراحی بسیار مورد استفاده قرار میگیرند. از سوی دیگر، تحلیل سینماتیکی با در نظر گرفتن جهتیابی ناپیوستگیها، امکانسنجی وقوع مکانیسمهای شکست مختلف را فراهم میکند [۷]. معدن بوکسیت بوکان با ساختاری متشکل از لایهبندی و دو دسته درزه اصلی، از پتانسیل بالایی برای ناپایداری برخوردار است. این پژوهش با هدف تلفیق این دو روش برای دستیابی به یک طراحی بهینه و قابل اطمینان برای شیبهای این معدن انجام شده است.
2 – مواد و روش ها
2-1 منطقه مطالعه
معدن بوکسیت بوکان در استان آذربایجان غربی واقع شده است. سنگ میزبان این معدن از نوع سنگ آهک است. ساختار تودهسنگ عمدتاً توسط یک سیستم لایهبندی و دو دسته درزه اصلی کنترل میشود. موقعیت کلی معدن در شکل ۱ نشان داده شده است.
شکل ۱- موقعیت معدن بوکسیت بوکان
2-3 گردآوری و تحلیل دادههای صحرایی
دادههای ژئومکانیکی مورد نیاز این پژوهش از طریق برداشتهای صحرایی سیستماتیک در ۱۰ زون مختلف )شکل ۲( و انجام درزهنگاری جامع گردآوری شد. پارامترهای اندازهگیری شده شامل RQD، مقاومت فشاری تکمحوری (چکش اشمیت)، فاصلهداری، تداوم، زبری سطح (JRC) و شرایط ناپیوستگیها بود.
شکل ۲- محدوده زونبندی شده در ردهبندی صحرایی
دادههای ناپیوستگیها تجمیع و با استفاده از نرمافزار Dips مورد تحلیل آماری و گرافیکی قرار گرفت. سیستم ناپیوستگیهای اصلی شناسایی شده و مشخصات هندسی آنها در جدول ۱ خلاصه شده است.
3-2 روشهای تجربی طبقهبندی تودهسنگ
کیفیت تودهسنگ با استفاده از سیستمهای طبقهبندی RMR [4]، GSI [8]، SMR [9]، MRMR [5] و Q-Slope [6] ارزیابی شد. پارامترهای ورودی و امتیازات جزئی برای محاسبه MRMR در جدول ۲ ارائه شده است.
4-2 تحلیل سینماتیکی
تحلیل سینماتیکی به منظور شناسایی مکانیسمهای شکست بالقوه (لغزش صفحهای، گوهای و واژگونی) با استفاده از نرمافزار Dips انجام شد. همچنین، یک تحلیل حساسیت برای تعیین رابطه بین زاویه شیب تکپله و احتمال وقوع هر مکانیسم شکست انجام گرفت.
3- یافتهها
3-1 ارزیابی کیفیت تودهسنگ
نتایج حاصل از سیستمهای مختلف طبقهبندی در جدول ۳ خلاصه شده است. همانطور که مشاهده میشود، تودهسنگ در رده کیفیت “متوسط” قرار میگیرد. امتیاز پایین SMR برای لایهبندی (۳۵) هشداردهنده است و نشان میدهد این دسته ناپیوستگی نقش کلیدی در پایداری شیب دارد.
2-3 تحلیل سینماتیکی و مکانیسمهای شکست
نتایج تحلیل سینماتیکی که به صورت گرافیکی در شکل ۳ نشان داده شده است، حکایت از آن دارد که لغزش گوهای (۱۴.۶۱٪) و لغزش صفحهای در امتداد لایهبندی (۸.۴۳٪) به ترتیب بیشترین پتانسیل وقوع را دارند.
نمودار تحلیل حساسیت (شکل ۴) رابطه بین زاویه شیب تکپله و احتمال شکست را به وضوح نشان میدهد.
3-3 طراحی شیب بهینه
با تلفیق نتایج حاصل از روشهای تجربی و سینماتیکی، شیب بهینه به شرح زیر تعیین شد:
شیب نهایی معدن: بر مبنای روش MRMR و برای دستیابی به ضریب ایمنی ۱.۵، شیب نهایی ۴۸ درجه برای ارتفاع 100 متر و 45-50 درجه برای ارتفاع بین 100 تا 160 متر پیشنهاد میشود. این نتیجه با استفاده از نمودار طراحی MRMR (شکل ۵) به دست آمده است.
شیب بهینه تکپله: با در نظر گرفتن توازن بین ایمنی و اقتصاد و بر اساس تحلیل حساسیت سینماتیکی (شکل ۴) شیب ۶۱ درجه برای تکپلهها مناسب تشخیص داده شد.
4-نتیجهگیری
در این مطالعه، یک چارچوب تلفیقی متشکل از روشهای تجربی طبقهبندی و تحلیل سینماتیکی برای طراحی شیب در معدن روباز بوکسیت بوکان به کار گرفته شد. مهمترین دستاوردها و پیشنهادات به شرح زیر است:
در این مطالعه، یک چارچوب تلفیقی متشکل از روشهای تجربی طبقهبندی و تحلیل سینماتیکی برای طراحی شیب در معدن روباز بوکسیت بوکان به کار گرفته شد. مهمترین دستاوردها و پیشنهادات به شرح زیر است:
• تودهسنگ معدن در رده کیفیت متوسط (RMR89 = 55) قرار دارد.
• مکانیسم شکست غالب، لغزش گوهای و صفحهای (عمدتاً کنترلشده توسط لایهبندی) شناسایی شد.
• شیب نهایی معدن ۴۸ درجه و شیب بهینه تکپله ۶۱ درجه پیشنهاد میگردد.
• با وجود اینکه روشهای تجربی برآورد اولیه مفیدی ارائه میدهند، اما تحلیل سینماتیکی برای شناسایی دقیق مکانیسم شکست غالب و تعیین شیب بهینه تکپله ضروری است.
• پایش مستمر دیوارهها بهویژه در امتداد سطوح لایهبندی در طول بهرهبرداری از معدن توصیه اکید میشود.
5- مراجع
[1] Hoek, E., Bray, J. W.; Rock Slope Engineering, 3rd Edition, Institution of Mining and Metallurgy, London, 1981.
[2] Bieniawski, Z. T.; Engineering Rock Mass Classifications, Wiley, New York, 1989.
[3] Wyllie, D. C., Mah, C. W.; Rock Slope Engineering: Civil and Mining, Taylor & Francis, London, 2004.
[4] Bieniawski, Z. T.; “Engineering classification of jointed rock masses”, Transactions of the South African Institution of Civil Engineers, Vol. 15, No. 12, pp. 335-344, 1973.
[5] Laubscher, D. H.; “A geomechanics classification system for the rating of rock mass in mine design”, Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy, Vol. 90, No. 10, pp. 257-273, 1990.
[6] Bar, N., Barton, N.; “The Q-slope method for rock slope engineering”, Rock Mechanics and Rock Engineering, Vol. 50, No. 12, pp. 3307-3322, 2017.
[7] Goodman, R. E.; Introduction to Rock Mechanics, 2nd Edition, Wiley, New York, 1989.
[8] Hoek, E., Carter, T. G., Diederichs, M. S.; “Quantification of the Geological Strength Index chart”, In *47th US Rock Mechanics/Geomechanics Symposium*, American Rock Mechanics Association, San Francisco, 2013. [9] Romana, M.; “A new geomechanics classification for slopes: Slope Mass Rating”, In Proc. Int. Symp. on Rock Mechanics, pp. 49-53, 1985.