پایان نامه ارزیابی کیفیت اجرایی ماشین های حفاری

(تمامی فرمول ها در فایل ورد قابل مشاهده می باشد)

- مقدمه :

    با پیشرفت علم و پیشرفت در ساخت ماشین های حفاری، استفاده وسیع ماشین آلات حفاری به جای عملیات آتشباری برای حفاریات زیرزمینی کاربرد وسیعی پیدا کرده است. در حفاری مکانیزه از ابزار و ماشین آلات برای حفر فضاهای زیر زمینی استفاده می شود و هدف اصلی آن رسیدن به سرعت بالا در احداث و حفر این فضاها می باشد. عملیات حفاری یکی از پرهزینه ترین عملیات اجرای در حفریات زیرزمینی می باشد. از طرفی در انتخاب دستگاه حفاری محدودیت زیادی وجود دارد و یا به بیان دیگر در انتخاب دستگاه حفاری انعطاف پذیری وجود ندارد یعنی در یک پروژه استفاده از چندین ماشین حفاری, به دلیل بحث اقتصادی و هزینه بالایی ماشین آلات حفاری کمتر استفاد می شود. بنابراین باید قبل از انجام عملیات، نوع دستگاه و ماشین آلات حفاری مشخص شده باشد. در انتخاب نوع ماشین حفاری بررسی و کارایی آن، یکی از عوامل بسیار مهم می باشد. در نتیجه بررسی عملکرد و کارایی هریک از ماشین الات حفاری یکی از عوامل بسیار حیاتی در حفریات زیر زمینی می باشد. در این جا بحث در مورد عوامل تعیین کننده در انتخاب نوع دستگاه نمی باشد بلکه عملکرد دستگاه حفاری رودهدر و TBM به طور جداگانه مورد بررسی قرار گرفته شده است.

2- عملکرد و کارایی عملیات حفاری:

     عوامل مؤثر بر عملکرد عملیات حفاری را به طور کلی می‌توان به چهار گروه اصلی تقسیم‌بندی کرد(شکل 1). این چهار گروه عبارتند از:

پارامترهای ماده سنگ : مقاومت فشاری و کششی سنگ، درصد سختی و کانی‌‌های ساینده(کوارتز)، نوع بافت و ماتریس سنگ، وجود خواص مکانیکی جهت‌دار در ترکیب معدنی و رفتار الاستیک مواد سنگی، خواص انرژی سنگ مانند شاخص سفتی، میزان آزاد شدن انرژی بحرانی، .

پارامترهای توده سنگ : از قبیل درجه درزه‌داری(RQD)، تعداد درزه‌ها، جهت یافتگی ناپیوستگی‌ها (هر چه زاویه برخورد این ناپیوستگی‌ها با محور تونل به حالت عمود نزدیکتر باشد، حفر تونل آسانتر است)، وضعیت درزه‌ها (درزه‌های بسته تأثیری بر روی نرخ‌های نفوذ نمی‌گذارد ولی درزه‌های باز خیلی مؤثر هستند، درزه‌های کششی در دیواره‌ها نیز که بعضاً جوش خورده هستند تأثیر مثبتی بر افزایش نرخ حفاری دارند)، آب زیرزمینی، نواحی گسله، موقعیت جبهه‌کار پیچیده، طبقه‌بندی عمومی توده سنگ و نیازهای نگهداری، تنش‌های زمین.

خصوصیات ماشین : وزن، توان کاج یا کلگی، نیروهای ماشین ، نوع ابزار برنده، تعداد، ترتیب قرارگیری ابزار برنده و ظرفیت سیستم پشتیبانی[1].

پارامترهای عملیاتی : شکل، اندازه و طول بازکننده، شیب، قوس مسیر، ترتیب حفاری، عملیات تعریض، شماره و تعداد سازندهای سنگی در مسیر تونل، روش نگهداری زمین، برنامه زمان‌بندی کاری به معنی تعداد شیفت‌های کاری در روز و روزهای هفته.

     ترکیبی از این پارامترها ظرفیت تولید یک ماشین خاص در یک سازند و شرایط سنگی را مشخص می‌کند. در میان این پارامترها، چند پارامتر وجود دارد که قابل کنترل نیستند آنها شامل وضعیت زمین و سنگ و برخی پارامترهای عملیاتی هستند. به عبارت دیگر در یک پروژه ‌ تونلسازی تنها پارامتر‌های قابل کنترل، پارامترهای مربوط به ماشین هستند.[1]

همانطور که در شکل 1 می توان مشاهده کرد عوامل بسار زیادی در عملکرد و کارایی ماشین آلات حفاری تاثیر می گذارد در نتیجه نمی تواند کارایی یک ماشین حفاری را به صورت کمی مورد بررسی قرار داد، به همین دلیل تمام نمودار های ارایه شده به صورت کیفی می باشد.

     قبل از این که عملکرد هر یک از ماشین آلات حفاری مورد بررسی قرار گیرد باید چندین تعریف را ارائه داد.

میزان یا نرخ برش : حجم سنگ استحصال شده در واحد زمانی را می‌گویند که بر حسب واحدهای  یا  نشان داده می شود و گاهی از آن به نام نرخ برش آنی (ICR)[2] یاد می‌کنند. به عبارت دیگر این میزان برش آنی مقدار برشی است که بدون تأخیر برای هر نوع ماشین بدست می‌آید در برابر این تعریف یک تعریف دیگر وجود دارد که به آن OCR[3]  یا میزان برش عملیاتی می‌گویند و همه زمان‌های تأخیر و افت کار را در نظر می‌گیرد.

انرژی ویژه[4] : مقدار انرژی استفاده شده برای استحصال واحد حجم سنگ است که با توجه به آن بازدهی و قابلیت برش مشخص می‌شود. این ویژگی بر حسب  یا  بیان می‌شود.

میزان نفوذ : بیشتر برای ماشین‌های تمام مقطع است و برابر عمق نفوذ مته‌ به سنگ در یک واحد زمانی می‌باشد. میزان عمق نفوذ مته را در سنگ را بر حسب  یا  بیان می‌شود. و نرخ نفوذ بر حسب  یا  بیان می‌شود. در مورد رودهدر ها این مقدار برابر میزان نفوذ سرمته در امتداد مسیر است.

زمان افت : مجموعه زمان‌هایی است که ماشین کار نمی‌کند. این زمان‌ها شامل زمان نگهداری دستگاه، زمان نصب، زمان آبکشی، نقشه‌برداری و غیره می‌باشد.

بهره‌وری : درصد زمان‌هایی است که ماشین کار می‌کند به کل زمان یک شیفت یا یک روز یا زمان کل پروژه است.

میزان تولید : میزان پیشروی بر حسب حجم یا تناژ در محور طولی تونل است و بر حسب یا  و یا  بیان می‌شود.

    در واقع عملکرد ماشین آلات محاسبه یا اندازه‌گیری نرخ حفاری[5] یا تولید این دستگاه در واحد زمان می‌باشد. به عبارت دیگر خارج قسمت حجم حفاری شده بر زمان حفاری که بر حسب واحدهای  یا  بیان می‌شود.

   اگر در هنگام محاسبه نرخ حفاری، زمان‌های توقف محاسبه نگردد آن را به صورت نرخ حفاری آنی تعریف می‌کنند. به عبارت دیگر نرخ حفاری آنی مقدار حفاری است که بدون تأخیر برای هر نوع ماشین بدست می‌آید. از طرف دیگر، در یک شرایط عمومی عملیاتی، زمان حفاری مترادف با میزان بهره‌دهی[6] است که تمام زمان‌های توقف را در نظر می‌گیرد و زمان واقعی عملیات حفاری را مشخص کرده و نرخ حفاری عملیاتی از روی آن بدست می‌‌آید. در عملکرد علاوه بر محاسبه نرخ تولید، میزان مصرف ابزار برنده را نیز مد نظر قرار می‌دهند زیرا یکی از مهمترین پارامترهایی است که از نظر اقتصادی اهمیت دارد. در زمان امکان سنجی روش‌های حفاری مکانیزه، سؤالات اساسی زیر مطرح می‌شوند:

آیا این ماشین قادر به حفر سنگ است؟

اگر اینگونه است، چطور می‌توان به حفاری سریعتری دست یافت؟

هزینه ثابت ماندن این عملکرد چه مقدار است؟

مطمئناً پاسخ به این سؤالات به یک روش قابل اعتماد برای پیش‌بینی عملکرد حفاری نیاز دارد. برای پاسخ به این سؤالات عملکرد ماشین را باید از دو جنبه یکی از نقطه نظر نرخ حفاری یا نفوذ و دیگری از جنبه عملکرد و  قابلیت اعتماد به سیستم مخصوصاً با توجه به بهره‌دهی ماشین، ارزیابی کرد.