پایان نامه بررسی سیستم آتشباری نانل

دسته: علوم انسانی 

پایان نامه بررسی سیستم آتشباری نانل در 99 صفحه ورد قابل ویرایش

قیمت فایل فقط 8,000 تومان

پایان نامه بررسی سیستم آتشباری نانل در 99 صفحه ورد قابل ویرایش 

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                     صفحه

فصل اول: مواد منفجره مصرفی در معادن

1-1- مقدمه............................................................................................................... 1

1-2- باروت.............................................................................................................. 2

1-3- آنفو (ANFO).................................................................................................. 3

1-4- آنفوی مقاوم درمقابل آب (Akvanol)............................................................. 4

1-5-  آنفوی سنگین (Heavu ANFO)...................................................................... 5

1-6- مواد منفجره ژله ای (Slurry)......................................................................... 5

1-7- مواد منفجره امولسیون (Emulsion).............................................................. 6

1-7-1- امولیت (Emulite)....................................................................................... 8

1-8- امولان (Emulan)............................................................................................ 8

1-9- دینامیت (Dynamite)....................................................................................... 9

فصل دوم: عوامل انفجاری

2-1- مقدمه............................................................................................................... 10

2-2- فتیله اطمینان (Safety Fuse)........................................................................... 10

2-2-1- آتشکاری با فتیله اطمینان و چاشنی............................................................ 11

2-2-2- مزایا و معایب فتیله اطمینان........................................................................ 11

2-2-2-1- مزایا....................................................................................................... 11

2-2-2-2- معایب..................................................................................................... 12

2-3- فتیله انفجاری (Detonating Cord)................................................................. 12

2-3-1- مزایا و معایب فتیله انفجاری....................................................................... 13

2-3-1-1- مزایا ...................................................................................................... 14

2-3-1-2- معایب..................................................................................................... 14

2-4- چاشنی برقی.................................................................................................... 14

2-4-1- مزایا و معایب آتشباری برقی..................................................................... 15

2-4-1-1- مزایا....................................................................................................... 15

2-4-1-2- معایب .................................................................................................... 16

2-5- سیستم هرکودت (چاشنی گازی)..................................................................... 16

2-5-1- مزایا و معایب سیستم هرکودت.................................................................. 17

2-5-1-1- مزایا....................................................................................................... 17

2-5-1-2- معایب .................................................................................................... 17

2-6- سیستم نانل...................................................................................................... 18

2-6-1- مزایای سیستم نانل..................................................................................... 18

2-7- پرایمر.............................................................................................................. 19

2-8- بوستر.............................................................................................................. 19

2-9- تأخیر و نقش آن در پارامترهای انفجار و خردشدگی سنگها......................... 20

فصل سوم: بررسی سیستم نانل و استفاده از آن در چند معدن

3-1- مقدمه............................................................................................................... 23

3-2- فرآیند ساخت نانل........................................................................................... 24

3-3- اجزاء تشکیل دهنده واحد نانل......................................................................... 25

3-3-1- تیوپ نانل.................................................................................................... 25

3-3-2- چاشنی........................................................................................................ 26

3-3-3- رابط............................................................................................................ 27

3-3-4- استارتر....................................................................................................... 28

3-3-5- برچسب مشخصات نانل............................................................................. 29

3-3-6- گیره............................................................................................................ 29

3-4- آزمایشهای انجام شده در روی تیوپ نانل..................................................... 29

3-4-1- بررسی مقاومت تیوپ نانل.......................................................................... 29

3-4-2- حساسیت در مقابل عوامل شیمیایی............................................................ 30

3-5- انواع چاشنی نانل............................................................................................. 30

3-5-1- چاشنی NONLE GT/MS........................................................................... 32

3-5-2- چاشنی NONEL GT/T............................................................................... 32

3-5-3- چاشنی NONEL  UNIDET........................................................................ 33

3-6- انواع رابط........................................................................................................ 34

3-6-1- رابط نوع UB0............................................................................................ 34

3-6-2- رابطهای نوع UNIDET............................................................................... 34

3-6-3- رابط خوشه ای .......................................................................................... 35

3-7- تحلیل مراحل آتشباری با نانل......................................................................... 35

3-7-1- اتصالات با استفاده از رابط UB0.............................................................. 36

3-7-2- اتصال تیوپ نانل به فتیله انفجاری (کرتکس).............................................. 38

3-7-3- اتصال توسط رابط خوشه ای.................................................................... 39

3-8- آتش کردن مدار نانل....................................................................................... 40

3-8-1- ماشین انفجار دستی HN1.......................................................................... 40

3-8-2- ماشین انفجار پنوماتیک از راه دور PN1................................................... 42

3-8-3- انفحار با چاشنی الکتریکی........................................................................... 43

3-9- چند نمونه از نحوه اتصال مدار با استفاده از چاشنی و رابط های نانل......... 43

3-9-1- مدار انفجار کوچک پلکانی........................................................................... 43

3-9-2- مدار انفجار بزرگ پلکانی............................................................................ 44

3-9-3- انفجار جهت حفر ترانشه............................................................................ 45

3-9-4- اتصال با استفاده از رابط های NONEL UNIDET  برای معادن روباز... 46

3-9-5- اتصال با استفاده از رابط های NONEL UNIDET برای حفر ترانشه...... 49

3-9-6- آتشباری تونل............................................................................................. 50

3-10- استفاده نانل برای آتشباری معدن ماگما سوپریور سوپریور آریزونا......... 51

3-10-1- آزمایش نانل در حفر راهروها................................................................. 51

3-10-2- آزمایش نانل در کارگاههای استخراج معدن ماگما سوپریور.................. 51

3-10-3- تاثیرات خرجگذاری نانل و بهم بستن آن ................................................ 52

3-11- استفاده از نانل برای آتشباری معدن طلای هارمونی................................... 53

3-12- استفاده از نانل در معدن گل گهر ................................................................ 60

فصل چهارم: تجزیه و تحلیل و نتایج بدست آمده از استفاده نانل

4-1- معدن ماگما سوپریور...................................................................................... 74

4-1-1- چال منفجر نشده (Misfire)....................................................................... 74

4-1-2- مطالعه زمانی.............................................................................................. 74

4-1-3- استاندارد کردن الگوی حفاری................................................................... 75

4-1-4- نتایج بدست آمده از استفاده نانل در معدن ماگما سوپریور...................... 75

4-2- معدن طلای هارمونی....................................................................................... 76

4-2-1- نتایج بدست آمده از بکارگیری سیستم نانل در معدن طلای هارمونی....... 78

4-3- معدن گل گهر.................................................................................................. 81

4-4- مراحل قبل از خرج گذاری ............................................................................. 82

4-5- هنگام خرجگذاری ........................................................................................... 82

4-6- وصل کردن مدار............................................................................................. 83

4-7- کنترل اتصالات ............................................................................................... 83

4-8- مهلت نگهداری در انبار................................................................................... 84

4-9- محصولات آسیب دیده ................................................................................... 84

4-10- نتایج ............................................................................................................. 85

فهرست منابع.............................................................................................................. 87

پیوست........................................................................................................................ 89

چکیده

این پروژه عنوان بررسی سیستم آتشباری نانل را به خود اختصاص داده است. ابتدا مواد منفجره صنعتی (مواد منفجره معمول در معادن) بطور مختصر شرح داده شده است و از آنجا که اکثر مواد منفجره مورد استفاده در کارهای معدنی از حساسیت پایینی برخودارند، عوامل انفجاری مورد بررسی قرار گرفته اند. مقایسه انجام گرفته بین عوامل انفجاری، نشان دهنده این است که سیستم نانل دارای برتری هایی نسبت به دیگر عوامل می‎باشد. شرح کامل جزییات این سیستم بدنه اصلی این پروژه را تشکیل می‎دهد. بدنبال بررسی این سیستم، شرح نتایج بدست آمده از استفاده نانل در معدن مس ماگما سوپریور، سوپریور آریزونا، معدن طلای هارمونی و معدن سنگ آهن گل گهر ارائه شده است.

فصل اول: مواد منفجره مصرفی در معادن

1-1- مقدمه

در اوایل قرن هفدهم باروت سیاه تولید گردید و برای لق کردن سنگ در صنعت معدن، انفجار جایگزین روش اصلی یعنی حرارت دادن  شد. با ورود به قرن هیجدهم باروت بطور گسترده ای در کارهای ساختمانی مورد استفاده قرار گرفت تا زمانی که ویلیام بیکفورد انگلیسی فتیله اطمینان را در سال 1831 به ثبت رساند. این فتیله یک وسیله مطمئن و ایمن برای آتش زدن باروت در اختیار آتشکاران قرار گرفت.

درسال 1846، اسکانیوسوبره رو که یک ایتالیایی بود نیتروگلیسیرین را کشف کرد. آلفرد نوبل برای ایمن کردن نیتروگلیسیرین به هنگام حمل و نقل در سال 1867 آنرا جذب Kieselguhr (نوعی خاک دیاتومه) کرد که نه تنها سه برابر وزن خود نیتروگلیسیرین را جذب می کرد بلکه از حساسیت آن نسبت به ضربه می کاست و پس از خمیر شدن و شکل گرفتن به صورت فشنگ در داخل کاغذ پیچانده می شد بدین ترتیب دینامیت اختراع شد.

آلفرد نوبل در سال 1875، نیتروگلیسیرین حل کرد و بدین ترتیب ژلاتین انفجاری (نوعی دینامیت) که مخلوطی ژلاتینی شکل از 92% نیتروگلیسیرین و 8% نیتروسلولز بود ساخت. و در سال 1879 از مخلوط کردن نیترات سدیم و سایر مواد به ژلاتین انفجاری مواد منفجره ضعیفتر بدست آمد. در سال 1920، نیتروگلیکول به دینامیت اضافه شد که نقطه انجماد آن را بطور قابل ملاحظه ای پایین آ‎ورد.

در سال 1956، آنفو (نیترات آمونیوم و گازوئیل) وارد بازار آمریکا شد. در سال 1985 نیترونوبل، آنفوی جدیدی را که مقاومت بیشتری در برابر آب داشت به نام Akvanol عرضه کرد.

و در سال 1960، اسلاری و مواد منفجره با گرانروی بالا تولید شدند  ودر سال 1970 امولسیونهای انفجاری (امولیت) و در سال 1980، آنفوی تقویت شده جدید (امولان) تکمیل و عرضه شدند که تحول جدیدی را در چالهای آبدار بوجود آوردند. (9)

مواد منفجره صنعتی را به دسته های زیر تقسیم گردیده اند: (7)

1-   مواد منفجره دانه ای مثل باروت و نیترات آمونیوم

2-   مواد منفجره ژله ای

3-   دینامیت ها

1-2- باروت

باروت  مخلوطی مکانیکی از نیترات سدیم یا پتاسیم زغال و گوگرد است. در حالی که هیچکدام از آنها ماده منفجره نیستند. باروت از مواد منفجره کند سوز است و سرعت سوختن آن در مقایسه با مواد منفجره قوی خیلی کمتر از آنهاست. ترکیب انواع باروت در جدول (1-1) آمده است.

جدول (1-1): ترکیب انواع باروت (7)

حساسیت به ضربه و سرعت سوختن باروت نیترات سدیم دار (B) کمتر از باروت نیترات پتاسیم دار (A) است. ازدیاد زغال سبب کمتر شدن سرعت سوخت می‎شود. مقدار رطوبت کمتر از 2% و تغییر مختصر گوگرد اثری در سرعت سوختن باروت ندارد. باروت درفضای باز با سرعت 1cm/sec می سوزد و چنانچه شرایط سوختن سریع فراهم شود سرعت سوختن آن به 450m/sec می رسد. باروت را می‎توان به صورت فله در چال ریخت یا به صورت فشنگهای ساخته شده به شکل استوانه مصرف کرد. (7)

1-3- آنفو (ANFO)

آنفو حروف اول کلمات (Ammonium Nitrate Fuel Oil) به معنی مخلوط نیترات آمونیوم و سوخت مایع است. نیترات آمونیوم در اکثر مواد منفجره بعنوان اکسید کننده مصرف دارد.

آنفو به علت ارزانی و ایمنی زیاد بمقدار وسیعی در کارهای معدنی مصرف می‎شود. بطور کلی آنفو شامل 94% نیترات آمونیوم است که دانه های آن با مواد ویژه ضد کلوخه شدن (Anticake) پوشیده شده و 6% سوخت مایع هم جذب آن  گردیده است.

در پیرامون مواد ضد کلوخه شدن باید گفت که این مواد از این جهت به نیترات آمونیوم افزوده می‎شود که اولا از بهم چسبیدن دانه های نیترات و کلوخه شدن آنها جلوگیری نماید و در مرحله بعد باعث گردد که دانه های نیترات آمونیوم از استحکام کافی در برابر تغییرات درجه حرارت و تغییرات درصد رطوبت برخوردار شوند.

البته لازم به ذکر است که میزان افزودن مواد ویژه ضد کلوخه شدن باید به اندازه ای باشد که روی جذب گازوئیل اثر منفی نگذارد. حساسیت آنفو به انفجار مربوط به ترکیب، خواص فیزیکی ، ابعاد دانه ها و وزن مخصوص آن می‎باشد. سرعت انفجار آنفو با ازدیاد قطر خرج اضافه می‎شود و به حداثر 4300m/sec در قطر 13cm می رسد. محصور بودن نیز سرعت انفجار آنفو را بالا می‎برد ماکزیمم انرژی از انفجار آنفوزمانی است که مقدار سوخت به 7/5 % برسد. اضافه کردن فلزات سوختی نظیر آلومینیوم سبب ازدیاد انرژی آنفو می‎باشد.

آنفو دارای مقاومت بسیار ضعیفی در برابر آب است. بنابراین در چالهایی که آب وجود داشته باشد آنفو را درون بسته های پلاستیکی ریخته و سپس درون چال فرستاده می‎شود. ایجاد دود نارنجی قهوه ای پس از انفجار، نشانه فاسد شدن آنفو به وسیله آب است که باید آنفو را درون کیسه های پلاستیکی بهتر بسته بندی کرد و یا از محصولات مقاوم در برابر آب استفاده نمود. معمولاً اختلاط نیترات آمونیوم و سوخت با نسبتهای مورد نظر در سر چال در کامیونهای ویژ ه خرجگذاری صورت می‎گیرد و به داخل چال پمپ می‎شود. (7)

1-4- آنفوی مقاوم در مقابل آب (Akvanol)

همانطور که اشاره شد یکی از مشکلات اصلی آنفو هنگام استفاده مقاومت ضعیف آن در برابر آب است. شرکت نیترونوبل، آنفوی مقاوم در برابر آب با عنوان تجارتی آکوانول (Akvanol) عرضه کرده است. آکوانول ازترکیب نیترات آمونیوم بخصوص وسوخت نفت (گازوئیل) ساخته می‎شود. و درمجموع وقتی که در معرض آب قرار گیرد شکل ژل به خود می‎گیرد. خاصیت آکوانول در آب بستگی به توانایی غلیظ شدن عوامل جهت تورم و تشکیل ژل دارد. خرجگذاری آکوانول ترجیحا در دل  چال با ماشین خرجگذار از انتها تا سر چال انجام می‎گیرد. (9)

1-5- نیترات آمونیوم سنگین (Heavy ANFO)

همانطور که می دانیم هر چه وزن مخصوص ماده منفجره بیشتر باشد انرژی واحد وزن آن بیشتر است بعلاوه با ازدیاد وزن مخصوص، سرعت انفجار نیز بالا می رود که هر دوی اینها در کارآئی ماده منفجره موثرند. اما فضای خالی بین دانه های نیترات آمونیوم به 30 تا 40 درصد می رسد. برای بالا بردن وزن مخصوص بهتر است دانه هایی با ابعاد متفاوت را با هم مخلوط کنیم تا فضای خالی بین دانه ها کم شود و سرعت انفجار بالا رود. این پدیده تا جایی ادامه دارد که وزن مخصوص نیترات آمونیوم به 25/1 برسد ادامه دارد و پس از آن سرعت انفجار شدیدا پایین می‎آید. (7)

1-6- مواد منفجره ژله ای (Slurry)

از سال 1950، مخلوط نیترات آمونیوم و سوخت بعنوان ماده منفجره بکار گرفته شد. این ترکیب مخصوصا از نظر ایمنی و ارزانی بسیار ایده آل است. اما نقایص عمده آن شامل: عدم مقاومت دربرابر آب، وزن مخصوص کم و قطر بحرانی زیاد برای جبران این نقایص در سال 1960، مواد منفجره ژله ای بر پایه ترکیب آب و نیترات آمونیوم ساخته شد. ترکیب عمده این مواد ناریه در جدول (1-2) آورده شده است.

مقدار TNT در ترکیب بسته به قطر بحرانی و درجه حرارت محیط کار تغییرمی کند. در بین مواد ژله ای آنها که آلومینیوم دارند قوی ترند. این مواد در شرایط مرطوب و معادن روباز به مقدار زیاد استفاده می‎شوند. وزن مخصوص خرجگذاری بالا سیال بودن و ایمنی کاربرد این نوع مواد را زیاد می‎کند. مواد ژله ای را می‎توان با دست یا پمپ به داخل چال فرستاد. مواد منفجره ژله ای به دو صورت فشنگی و فله ای ساخته می‎شود. آنهایی که به صورت فشنگ ساخته می‎شود هر چه قطر آنها بیشتر باشد حساسیتشان کمتر می گردد. هر جا که مواد منفجره ژله ای به صورت فله ای خرجگذاری شوند، برای حساس کردن آن، مواد گاز زا (مثل میکروبالنها) را همراه با ماده منفجره به داخل چال می فرستند. (7)

فصل چهارم: تجزیه و تحلیل و نتایج بدست آمده از استفاده نانل

4-1- معدن ماگما سوپریور

4-1-1- چال منفجر نشده (Misfire) 

مطالعاتی توسط معدن ماگما انجام شد تا نوسان راندهای منفجر نشده را در کارگاههای استخراجی مشخص کند. طبق این مطالعات در جولای 77، 187 وهله وجود داشت که چال منفجر نشده داشتند و نیاز به تنظیم انفجار دوباره داشتند که تقریبا در حدود 1253 چال منفجر نشده در این 187 وهله ها وجود داشت.

مطالعه نمونه دیگر که تقریبا حدود سه هفته صورت گرفت نشان داد که 99 وهله وجود داشت که نیاز به تنظیم انفجاره دوباره داشت که تقریبا در حدود 687 چال منفجر نشده دراین 99 وهله داشتند.

4-1-2- مطالعه زمانی

تمام زمان مورد نیاز برای خرجگذاری و بهم بستن در یک نوع وهله انفجار:

1- سینه کار 10*10 فوتی

نانل ………………………………………..6/172 نفر در دقیقه

فتیله اطمینان ……………………………….16/207 نفر در دقیقه

نفر در دقیقه در سیستم فتیله اطمینان برای خرجگذاری و بهم بستن 20% بیشتر است.

2- سینه کار 20*10 فوتی

نانل ………………………………………..2/302 نفر در دقیقه

فتیله اطمینان ………………………………. 74/371 نفر در دقیقه

نفر در دقیقه در سیستم فتیله اطمینان برای خرجگذاری و بهم بستن 23% بیشتر است.

در نتیجه درهر دو نوع سینه کار 10*10 و 20*10 فوتی بهم بستن نانل 20 تا 25 درصد سریعتر از خرجگذاری و بهم بستن فتیله اطمینان است.

4-1-3- استاندارد کردن الگوی حفاری

یکی دیگر از پیامدهای استفاده نانل در کارگاههای معادن ماگما سوپریور، استاندارد کردن الگو یا وهله های حفاری در جبهه کارها بود. الگوهای معمولی حفاری کارگاهها 20*10 فوتی از 72 تا 105 با چال های به قطر  در تغییر بود. چاشنی های تأخیری نانل باعث شد تا معدنکاری بتوانند تعدادی از چالها را صرفه جویی کنند. و متوسط تعداد چال ها را در هر الگو به 60 تا 75 برسانند. الگو مطابق شکل (4-1) می‎باشد.

در هر جبهه کار تفاوتهایی وجود دارد اما تاثیر کلی استاندارد کردن الگوی حفاری با کمتر وبدن تعداد چالهای مورد استفاده در هر وهله می‎باشد.

4-1-4- نتایج بدست آمده از استفاده نانل در معدن ماگما سوپریور

آزمایش هایی که در معدن ماگما سوپریور انجام شده نشان دهنده است که نانل یک ابزار سودمند برای آتشباری است. این برنامه باعث بهبودهای شاخص شده است که عبارتند از:

1-   حذف کردن محصول تلف شده ناشی از چالهای منفجر نشده

2-   استاندارد کردن الگوی حفاری با تعداد چال کمتر مورد نیاز درهر سینه کار

3-   بهبود خردایش سنگ

4-   خرجگذاری و بهم بستن سریعتر با توجه به آتشباری خوشه ای

5-   یک برنامه مؤثر با آموزش کمتر و ساده تر

با توجه به هزینه های واحد نانل در سال 1978 سیستم نانل اقتصادی بودن و مؤثر بودن خود را در این معدن ثابت کرده است.

4-2- معدن طلای هارمونی

با معرفی سیستم نانل امکان افزایش پیشروی سینه کار بطور بارزی بهبود یافته، این بوسیله بلوکهای استخراجی کوچک و انفجار واقعی که برای تمیز کردن کارگاه در زمان آتشباری بکار می رود بدست آمده یا بعبارت دیگر انرژی حاصل از انفجار باعث انتقال سنگ خرد شده به مجرای اسکریپرمی شود. برای دستیابی به مزایای فوق روش معدنکاری بطورموثری تغییر کرد. روش جدید این امکان را بوجود آورد که درهر مرحله آتشباری یک متر پیشروی داشته باشیم و در همین حین سینه کار بطور کامل آماده حفاری مجدد بلافاصله پس از انفجار می‎باشد. این حاصل آتشباری با چاشنی های با تأخیر میلی ثانیه پس از انفجار می‎باشد استفاده از مجموعه نانل باعث حذف شدن عملیات جابجایی مواد در سینه کار می‎شود. این روش این امکان را بوجود آورده که باطله و ماده معدنی بطورجداگانه آتشباری شود که از باطله برای نگهداری و کنترل دیواره های تهویه استفاده میشود در نتیجه شرایط تهیه در محل های کار بهبود یافته است.

قیمت فایل فقط 8,000 تومان