رفتار سنگ سقف در معادن زغال و ارائه یک سیستم رده بندی برای آن (بر اساس شرایط معادن حوزه البرز شرقی)

موضوع رفتار سنگ سقف در معادن زغال توسط محققین زیادی مورد بررسی قرار گرفته است؛ اما این تحقیقات بیشتر در پیشروی ها و تونل های معادن زغال بوده، و به موضوع رفتار سنگ سقف در کارگاه های استخراج کم تر توجه شده است. با توجه به این که استخراج زغال سنگ با استفاده از روش جبهه کار طولانی یکی از دو روش عمده و پرکاربردترین روش استخراج زغال سنگ به شکل زیرزمینی است، بررسی رفتار سنگ سقف در این روش از اهمیت زیادی برخوردار است. مهم ترین عامل در استفاده از این روش تعیین قابلیت تخریب سقف کارگاه استخراج می باشد. از آن جا که در این روش با پیشروی جبهه کار فضای استخراج به طور عمدی ولی کنترل شده تخریب می شود، به دلیل اطمینان از وقوع تخریب به موقع سقف و کنترل آن، در مقایسه با دیگر روش ها کاربرد خصوصیات مکانیک سنگی در این روش بسیار گسترده تر از سایر روش های استخراج می باشد. در روش جبهه کار طولانی برای ارزیابی قابلیت تخریب سقف کارگاه استخراج اغلب از سیستم های طبقه بندی توده سنگ استفاده می شود. با بررسی دقیق سوابق روش های طبقه بندی توده سنگ که توسط محققین کشورهای مختلف، طی سالیان گذشته پیشنهاد و تکمیل شده اند، به این نتیجه می رسیم که پارامترهایی که به طور مکرر در سیستم های طبقه بندی مورد استفاده قرار گرفته اند، عبارتند از: پارامترهای مربوط به ماده سنگ مانند مقاومت فشاری و کششی، پارامترهای مربوط به ناپیوستگی ها شامل درزه ها و لایه بندی و پارامترهای مربوط به آب زیرزمینی. در این تحقیق با استفاده از روش های قبلی طبقه بندی سنگ سقف در معادن زغال سنگ به کار گرفته شده در سایر کشورها و تجربه کاری مهندسین با سابقه در معادن حوضه البرز شرقی تعداد 11 پارامتر شامل مقاومت فشاری تک محوره (جنس سنگ، اندازه دانه ها، ماتریکس سنگ)، فاصله داری سطوح لایه بندی (ضخامت لایه ها)، پدیده درزه داری شامل تعداد دسته درزه، فاصله داری وتداوم درزه ها، زبری درزه ها، حساسیت نسبت به رطوبت، و توجیه فضایی درزه ها و امتداد کارگاه خلاصه شده در 6 گروه، به عنوان اثرگذارترین پارامترهای موثر در رفتار سنگ سقف معادن این حوضه انتخاب شدند. پس از انتخاب پارامترهایاثرگذار، امتیاز نهایی مربوط به هر پارامتر به صورت عددی برحسب درصدی از مجموع امتیازات سیستم طبقه بندی، و توزیع امتیاز هر پارامتر در بازه های مختلف مشخص گردید. به منظور پیاده سازی سیستم رده بندی پیشنهادی در ارزیابی سقف کارگاه های معادن مختلف منطقه البرز شرقی، و برای جمع آوری اطلاعات ازکارگاه های استخراج، طی سفرهای متعدد و بازدید از کارگاه های استخراج معادن مختلف منطقه شامل معادن کلاریز، طزره، رزمجا، اولنگ، قشلاق و تخت نسبت به برداشت اطلاعات لازم برای اندازه گیری پارامترهای سیستم طبقه بندی به شرح زیر اقدام شد: اطلاعات مربوط به بعضی از پارامترها مانند اعداد انعکاسی چکش اشمیت برای تعیین مقاومت فشاری تک محوره، مشخصاتی از قبیل شیب، امتداد، فاصله داری و تداوم درزه ها و ضخامت لایه های تشکیل دهنده سقف بلاواسطه به صورت برجا برداشت و در فرم مخصوص طراحی شده برای جمع آوری اطلاعات ثبت شد. برای اندازه گیری سایر پارامترها مانند مقاومت کششی، حساسیت به رطوبت و زبری سطح درزه ها، نمونه های مورد نیاز برداشت و به آزمایشگاه منتقل شدند. در آزمایشگاه اندازه گیری مقاومت کششی با استفاده از آزمایش برزیلی و اندیس بار نقطه ای، میزان حساسیت به رطوبت با دو روش آزمایش اندیس دوام وارفتگی و غوطه وری، اندازه گیری ضریب زبری سطح درزه ها با آزمایش کجی و سطح شیب دار و شیب و امتداد دسته درزه غالب با نرم افزار dips-5 انجام شد. پس از اندازه گیری پارامترها برای هر یک از کارگاه ها با استفاده از جداول امتیازدهی، امتیاز مربوط به هر پارامتر تعیین و با جمع کردن امتیاز پارامترها، امتیاز نهایی هر یک از سقف ها محاسبه شد. با مقایسه امتیاز به دست آمده برای یک سقف با رفتار عملی آن سقف، توصیف رفتار سقف ها به صورت یک جدول ارائه شده است. بر اساس جدول تنظیم شده، سنگ سقف یک کارگاه جبهه کار طولانی می تواند امتیازی بین 5/15 تا 100 کسب کند و بر این اساس می تواند در یکی از رده‏های بسیار ناپایدار، ناپایدار، متوسط، پایدار و خیلی پایدار قرار گیرد. هر قدر امتیاز مربوط به لایه های سنگی تشکیل دهنده یک سقف بیشتر باشد، آن سقف از پایداری بیشتری برخوردار خواهد بود.