روش انفجاری بالشتک گذاری – Power Deck Blasting System

افزایش راندمان و کاهش هزینه‌ها و همچنین کاهش آثار مخرب غیر مفید ناشی از انفجار، همواره به عنوان سه عامل موثر در بهره‌وری مهندسی انفجار مطرح بوده است؛ که در صورت وقوع می‌تواند تاثیر مثبتی در صنایع بالادستی خود مانند استخراج معادن و یا راهسازی و غیره که نیازمند این عملیات می‌باشند بگذارد.

با توسعه علم انفجار و درک بهتر از عملکرد آن در سال‌های اخیر، مراکز علمی و اقتصادی متعددی در بسیاری از کشورهای پیشرو تلاش‌هایی در راستای بهبود بهره‌وری این صنعت نموده که یکی از دستاوردهای آن ایجاد روش انفجاری با استفاده از بالشتک هوا ^{[Air Deck Blasting System]} و یا آب ^{[Water Deck Blasting System]} بوده است.

 

تاریخچه

شرکت مشاوره Blast Dynamic به عنوان شرکت تحت پیمان Power Deck در سال 2004 مطالعات اقتصادی را در یکی از معادن بزرگ طلا در نوادای شمالی (ایالات متحده آمریکا) و با مدیریت آقای جان فلوید انجام داد و مقایسه‌ای با استفاده از این تکنولوژی و بدون استفاده از آن به لحاظ اقتصادی به انجام رسانید که نتایج آن به طور خلاصه مطرح می‌شود:

در روش عادی چال‌های با طول ۴۸ فوت (6.14 متر) و اضافه حفاری ۸ فوت (4.2 متر) انجام می‌شد که پس از اجرای روش بالشتک هوایی مقدار اضافه حفاری از آن کسر گردید و از میزان مواد ناریه مصرفی نیز برای هر چال 5.228 پوند (معادل 102 کیلوگرم) حذف شد که در کل فرآیند بررسی در طول یک  سال 8128000 پوند معادل 3680000 کیلوگرم صرفه‌جویی شد. در مجموع با این تغییرات:  

• هزینه بالشتک هوایی 297000 دلار
• هزینه صرفه‌جویی چالزنی 183240 دلار 
• هزینه صرفه‌جویی مواد ناریه 1080000 دلار و در نتی جه مجموعاً 966240 دلار صرفه‌جویی ایجاد شد.

 

این مطالعات در مجموع نشان داد که با استفاده از این روش مواد ناریه زائد به میزان 31 درصد حذف و مجموعا 131 شیفت حفاری نیز حذف گردید.

در ایران نیز نخستین بار در سال 1390 در معادن سیمان صوفیان تبریز این تکنیک به کار گرفته شد و پس از آن و با معرفی این روش توسط مهندسین و محققان این صنعت در معادن سنگ آهن چادرملو و گلگهر و مس سرچشمه استفاده گردید که با مشخص شدن محاسن فنی و همچنین صرفه‌جویی قابل توجه اقتصادی به تدریج معادن و کارگاه‌های بیشتری در زمره استفاده کنندگان این روش قرار گرفتند.

 

معرفی و ساختار

اصول این روش مبتنی بر ایجاد یک فضا با مقاومت بسیار پایین‌تر از سنگ بستر در بخشی از چال می‌باشد؛ این فضا می‌تواند در انتها – میان و حتی در بالای چال و قبل از انسداد ایجاد شود. ضمنا سیال مورد استفاده آن نیز می‌تواند آب یا هوا باشد.

 

غالباً برای ایجاد این فضا نیاز به جای‌گذاری وسیله‌ای می‌باشد؛ شرکت پاوردک ^{[Power Deck PlugTM] [PowerDeck Company]} اولین بار با طراحی این پلاگ و معرفی آن به محیط‌های مصرف توانست این محصول را ثبت تجاری نموده لذا در ایران نیز علیرغم عدم ورورد محصولات آن شرکت، پلاگ‌های مشابه نیز به اشتباه به این نام شناخته شدند (همانند بسیاری از محصولات دیگر همچون نانل (سامانه شوکبر) و کورتکس (فتیله انفجاری) و …).

 

 

این پلاگ‌ها شامل یک کلاهک پلاستیکی منعطف و پایه از جنس چوب و یا پلاستیک می‌باشد که پس از ریختن مقداری سنگدانه و با نیروی وزن ایجاد شده ناشی از آن داخل چال قرار داده می‌شود. طول پایه آن نیز تابع عمق و قطر چال بوده و توسط طراح انفجار محاسبه و پیشنهاد می‌شود.

امروزه پلاگ‌هایی با اشکال متفاوت تولید و به بازار عرضه گردیده که برای قطرهای مختلف چال کارایی دارند.

به این ترتیب و با حذف و یا کاهش بسیار چشمگیر اضافه حفاری نه تنها موجب کاهش قابل توجه هزینه‌های چالزنی می‌گردد بلکه با استفاده از بالشتک گذاری،  کاهش مواد ناریه ناشی از کسر اضافه حفاری و همچنین طول پلاگ نیز صرفه‌جویی می‌شود. 

 

سوالی که بلافاصله مطرح می‌گردد این است: 

**چگونه در این روش با کاهش میزان مواد ناریه مصرفی به ازای واحد سنگ منفجر شده (خرج ویژه) نه تنها تاثیر منفی بر خردایش سنگ نداشته بلکه حتی آثار مخرب غیر مفید ناشی از انفجار مانند لرزش زمین ^{[Ground Vibration]} و ایجاد پس زدگی ^{[Back Breack]} و انفجار هوا ^{[Air Blast]} نیز کاهش می‌یابد؟

*همان گونه که نتابج تحقیقات صورت گرفته نشان می‌دهد تنها بخش کوچکی از انرژی مواد ناریه صرف شکستن سنگ می‌شود و قسمت عمده انرژی مواد ناریه معطوف به ایجاد آثار مخرب و غیر مفید ناشی از انفجار می‌شود.

 

 جدول 1: توزیع انرژی حاصل از مواد ناریه به هنگام آتشکاری

درصد انرژی	نوع پدیده
کمتر از 1	ایجاد شکافت درجا
15	شکستن
4	جا‌به‌جایی
1.5 الی 2	خرد کردن در نزدیکی چال (پودر شدن)
1	پرتاب سنگ
1	تغییر شکل زمین
40	لرزش زمین
38 الی 39	لرزش هوا

 

لذا چنانچه بتوان با استفاده از روشی، درصد بیشتری از انرژی مواد ناریه را صرف شکستن سنگ نمود قطعاً به همان میزان آثار غیر مفید ناشی از انفجار نیز کاهش می‌یابد. به عبارت دیگر با استفاده از حجم مواد ناریه کمتر و هزینه پایین‌تر می‌توان به نتایج به مراتب بهتری دست یافت. مطلب ذکر شده دقیقاً مزایای استفاده از روش بالشتک هوایی می‌باشد.

 

در انفجارهای متداول فشار گاز ناشی از مواد منفجره از مسیر بالای چال و از قسمت انسداد آزاد می‌شود که پتانسیل پرتاب سنگ و لرزش هوا را افزایش می‌دهد، در حالی که در انفجار با روش “بالشتک گذاری” با ایجاد ترک در قسمت تحتانی چال، فشار گاز به سمت پایین حرکت می‌کند و در نتیجه علاوه بر کاهش حفاری ویژه (با کاهش و یا حذف اضافه حفاری) و خرج ویژه، عملکرد مناسبی از لحاظ کندن کف چال و کاهش پرتاب سنگ را به همراه دارد.

 

در این روش، ستون هوا در قسمت تحتانی چال، سطح آزادی برای انرژی انفجار فراهم می‌کند و با انفجار چال، درپوش بین ستون هوا و خرده‌های حفاری همانند پیستون به سمت پایین جابه‌جا و فشار انتهای چال را افزایش می‌دهد. موج فشاری ایجاد شده، شکاف افقی در انتهای چال‌ها ایجاد می‌کند و کف چال را از چالی به چال دیگر برش می‌دهد. در مرحله بعد موج تراکمی ناشی از انفجار، توسط شکاف‌های ایجاد شده منعکس و به موج کششی تبدیل می‌شود. بنابراین توده سنگ انتهای چال در اثر تنش کششی خُرد می‌شود. 

 

نتیجه طبیعی آثار مذکور که توسط موسسات تحقیقاتی و شرکت‌های معتبر مورد رصد قرار گرفته موارد ذیل را مشخص ساخته است: 

• کاهش یا حذف اضافه حفاری؛
• کاهش مصرف مواد ناریه 16% تا 2۵%؛
• کاهش لرزش زمین تا ۷۵%؛
• کاهش لرزش هوا و پرتاب سنگ تا 1۰۰%؛
• بهبود خردایش سنگ تا 2۵%؛
• کاهش ریزدانه حاصل از انفجار؛
• ایجاد کف پله صاف بدون خرد شدن سنگ آن؛
• جلوگیری از خرد شدن سنگ کف پله و ریزشی شدن چال‌های پله‌های زیرین.

 

توجیه فنی و اقتصادی

با اطمینان می‌توان اظهار داشت که پیامدهای ذکر شده ناشی از به کارگیری روش بالشتک گذاری می‌تواند تاثیر بسیار محسوس در کاهش کلی هزینه‌های فرآیند استخراج، حمل و بارگیری، خردایش و فرآوری مواد معدنی داشته باشد. لیکن با انتخاب این روش علاوه بر موارد مذکور حتی در خصوص هزینه‌های تمام شده فرآیند چالزنی و انفجار نیز نه تنها هزینه اضافی به متقاضی انفجار تحمیل نمی‌شود؛ بلکه حتی در این بخش نیز صرفه جویی قابل ملاحظه‌ای قابل انجام است.

برای درک بهتر این موضوع با توجه به شرایط بومی کشور عزیزمان و همچنین هزینه‌ها و قیمت‌های موجود در زمان تنظیم این مطالب (تیرماه 1399) به ذکر چند مثال ساده در خصوص انفجارهای موردی (یکبار مصرف) با رعایت حتی الامکان تنوع در مکان مصرف مواد ناریه، قطر چال و نوع مواد ناریه می‌پردازیم: 

 

الف- عملیات چالزنی و انفجار در معدن سنگ آهک دولومیتی استان قزوین

ارتفاع پله 6 متر قطر چالزنی 76 میلی‌متر شبکه چالزنی 2*2.5 برای انفجار با رعایت سقف 10 تن مواد ناریه (به صورت یکبار مصرف) با استفاده از چاشنی الکتریکی.  

 

با توجه به محل قرارگیری چاشنی در حالت خرج‌گذاری به روش معمولی و بالشتگ گذاری با احتساب فاصله جانبی و بارسنگ که درعمق‌های ۷ متری ۵ متری قرار می‌گیرد طول سیم چاشنی در حالت معمولی 11 و در حالت بالشتک گذاری ۸ متر لحاظ شده است. 

 

 

همانطور که ملاحظه می‌شود حتی بدون اینکه در پارامترهای دیگر انفجار همچون “فاصله‌داری ^[Spacing]” و “بارسنگ ^[Burden]” تغییری ایجاد شود که غالباً با توجه به افزایش راندمان انفجار این کار نیز امکان‌پذیر می‌باشد و همین طور با احتساب هزینه‌های خرید پلاگ مبلغ 143660500 ریال (یکصدو چهل سه میلیون وششصدو شصت هزار و پانصد ریال) صرفه جویی مستقیم ناشی از انجام این روش انفجار میباشد.لازم به ذکر است که با توجه به کاهش 3000 کیلوگرمی مصرف آنفو در صورت امکان می‌توان میزان چالزنی را تا ۷1۴ عدد افزایش داد تا با توجه به رعایت سقف 10 تن مصرف ناریه حداکثر صرفه جویی ایجاد شود در این صورت:   

 

در این صورت مبلغ  142,025,266 ریال (دویست و شصت و شش میلیون و بیست و پنج هزار و صدو چهل و دو ریال) مبلغ صرفه جویی خواهد بود که قابل تامل است.  

 

ب- عملیات چالزنی و انفجار در معدن سنگ مس برای باطله برداری آهکی استان یزد

ارتفاع پله 9 متر قطر چالزنی 76 میلی‌متر شبکه چالزنی 2.4* 3 برای انفجار با رعایت سقف 10 تن مواد ناریه (به صورت یکبار مصرف) با استفاده از فتیله انفجاری به عنوان آغازگر انفجاری

 

در این صورت برای زمانی که با تعداد چال و بالنتیجه حجم سنگ (312 چال و 20217 مترمکعب) برابر مد نظر باشد مبلغ 578,491,143 ریال صرفه‌جویی  خواهد شد و چنانچه در نظر داشته باشیم تا سقف مصرف 10 تن مواد ناریه چالزنی را ادامه دهیم می‌توان تا تعداد 425 عدد چال حفاری نمود که حجم حاصل از آن 27540 مترمکعب خواهد بود؛ که در این صورت مبلغ 276,381,278 (دویست و شصت و هفتاد و هشت میلیون و سیصد و هشتاد و یک هزار و دویست و هفتاد و شش ریال) مبلغ صرفه‌جویی خواهد بود که قابل تامل است.

 

ج- عملیات چالزنی و انفجار در معدن سنگ آهک برای تولید مصالح سنگی در استان سیستان و بلوچستان شهرستان زاهدان

ارتفاع پله 12 متر قطر چالزنی 90 میلی متر شبکه چالزنی 2.7*3.2 برای انفجار با رعایت سقف 10 تن مواد ناریه (به صورت یکبار مصرف) با استفاده از آغازگر سامانه شوکبر (نانل)

 

در این صورت مبلغ 111,392,457 ریال (دویست و شصت و شش میلیون و بیست و پنج هزار و صدو چهل و دو ریال) مبلغ صرفه‌جویی خواهد بود که قابل تامل است.

 

جمع بندی

همانطور که در سه مثال فوق مشاهده گردید در صورت استفاده از روش انفجاری بالشتک گذاری به دلیل استفاده بهینه از انرژی مواد ناریه علاوه بر بهره‌مندی از مزایای مشخص آن همچون کاهش پس‌زدگی و مسطح شدن کف پله و خردایش مطلوب و یکنواخت از یکسو و از سوی دیگر کاهش آثار غیر مفید ناشی از انفجار به طور مستقیم کاهش هزینه‌های چالزنی و انفجار، صرفه‌جویی قابل ملاحظه‌ای ایجاد می‌کند که نه تنها موجب کاهش هزینه‌های تولید می‌گردد بلکه از هدر رفتن مواد ناریه و ثروت ملی جلوگیری می‌شود.

ضمناً همانطور که مشاهده شد این تاثیر می‌تواند با افزایش قطر چال و فاصله محل مصرف مواد ناریه تا مرکز خرید و نوع مواد ناریه مصرفی متغیر باشد به گونه‌ای که با افزایش قطر چال به دلیل افزایش حجم و وزن مواد ناریه و همچنین با افزایش بعد فاصله به دلیل افزایش هزینه‌های حمل و نوع مواد ناریه مصرفی به لحاظ تاثیر افزایش بهای مواد ناریه، این تاثیر بیشتر و بیشتر شود.