انجام پایان نامه

درخواست همکاری انجام پایان نامه  بانک مقالات رایگان انجام پایان نامه

سفارش پایان نامه

|

انجام پایان نامه ارشد

 پایان نامه

پایان نامه| پایان نامه ارزيابي كيفيت اجرايي ماشين هاي حفاري  

 

- مقدمه :
    با پيشرفت علم و پيشرفت در ساخت ماشين هاي حفاري، استفاده وسيع ماشين آلات حفاري به جاي عمليات آتشباري براي حفاريات زيرزميني کاربرد وسيعي پيدا کرده است. در حفاري مکانيزه از ابزار و ماشين آلات براي حفر فضاهاي زير زميني استفاده مي شود و هدف اصلي آن رسيدن به سرعت بالا در احداث و حفر اين فضاها مي باشد. عمليات حفاري يکي از پرهزينه ترين عمليات اجراي در حفريات زيرزميني مي باشد. از طرفي در انتخاب دستگاه حفاري محدوديت زيادي وجود دارد و يا به بيان ديگر در انتخاب دستگاه حفاري انعطاف پذيري وجود ندارد يعني در يک پروژه استفاده از چندين ماشين حفاري, به دليل بحث اقتصادي و هزينه بالايي ماشين آلات حفاري کمتر استفاد مي شود. بنابراين بايد قبل از انجام عمليات، نوع دستگاه و ماشين آلات حفاري مشخص شده باشد. در انتخاب نوع ماشين حفاري بررسي و کارايي آن، يکي از عوامل بسيار مهم مي باشد. در نتيجه بررسي عملکرد و کارايي هريک از ماشين الات حفاري يکي از عوامل بسيار حياتي در حفريات زير زميني مي باشد. در اين جا بحث در مورد عوامل تعيين کننده در انتخاب نوع دستگاه نمي باشد بلکه عملکرد دستگاه حفاري رودهدر و TBM به طور جداگانه مورد بررسي قرار گرفته شده است.

 
2- عملکرد و کارايي عمليات حفاري:

     عوامل مؤثر بر عملكرد عمليات حفاري را به طور كلي مي‌توان به چهار گروه اصلي تقسيم‌بندي كرد(شکل 1). اين چهار گروه عبارتند از:

•    پارامترهاي ماده سنگ : مقاومت فشاري و كششي سنگ، درصد سختي و كاني‌‌هاي ساينده(كوارتز)، نوع بافت و ماتريس سنگ، وجود خواص مكانيكي جهت‌دار در تركيب معدني و رفتار الاستيك مواد سنگي، خواص انرژي سنگ مانند شاخص سفتي، ميزان آزاد شدن انرژي بحراني، .

•    پارامترهاي توده سنگ : از قبيل درجة درزه‌داري(RQD)، تعداد درزه‌ها، جهت يافتگي ناپيوستگي‌ها (هر چه زاوية برخورد اين ناپيوستگي‌ها با محور تونل به حالت عمود نزديكتر باشد، حفر تونل آسانتر است)، وضعيت درزه‌ها (درزه‌هاي بسته تأثيري بر روي نرخ‌هاي نفوذ نمي‌گذارد ولي درزه‌هاي باز خيلي مؤثر هستند، درزه‌هاي كششي در ديواره‌ها نيز كه بعضاً جوش خورده هستند تأثير مثبتي بر افزايش نرخ حفاري دارند)، آب زيرزميني، نواحي گسله، موقعيت جبهه‌كار پيچيده، طبقه‌بندي عمومي تودة سنگ و نيازهاي نگهداري، تنش‌هاي زمين.

•    خصوصيات ماشين : وزن، توان كاج يا كلگي، نيروهاي ماشين ، نوع ابزار برنده، تعداد، ترتيب قرارگيري ابزار برنده و ظرفيت سيستم پشتيباني .

•    پارامترهاي عملياتي : شكل، اندازه و طول بازكننده، شيب، قوس مسير، ترتيب حفاري، عمليات تعريض، شماره و تعداد سازندهاي سنگي در مسير تونل، روش نگهداري زمين، برنامة زمان‌بندي كاري به معني تعداد شيفت‌هاي كاري در روز و روزهاي هفته.

     تركيبي از اين پارامترها ظرفيت توليد يك ماشين خاص در يك سازند و شرايط سنگي را مشخص مي‌كند. در ميان اين پارامترها، چند پارامتر وجود دارد كه قابل كنترل نيستند آنها شامل وضعيت زمين و سنگ و برخي پارامترهاي عملياتي هستند. به عبارت ديگر در يك پروژة‌ تونلسازي تنها پارامتر‌هاي قابل كنترل، پارامترهاي مربوط به ماشين هستند.[1]
 
شکل 1- عوامل موثر در عمليات حفاري[1].

     همانطور که در شکل 1 مي توان مشاهده کرد عوامل بسار زيادي در عملکرد و کارايي ماشين آلات حفاري تاثير مي گذارد در نتيجه نمي تواند کارايي يک ماشين حفاري را به صورت کمي مورد بررسي قرار داد، به همين دليل تمام نمودار هاي ارايه شده به صورت کيفي مي باشد.

     قبل از اين که عملکرد هر يک از ماشين آلات حفاري مورد بررسي قرار گيرد بايد چندين تعريف را ارائه داد.

ميزان يا نرخ برش : حجم سنگ استحصال شده در واحد زماني را مي‌گويند كه بر حسب واحدهاي   يا   نشان داده مي شود و گاهي از آن به نام نرخ برش آني (ICR)  ياد مي‌كنند. به عبارت ديگر اين ميزان برش آني مقدار برشي است كه بدون تأخير براي هر نوع ماشين بدست مي‌آيد در برابر اين تعريف يك تعريف ديگر وجود دارد كه به آن OCR   يا ميزان برش عملياتي مي‌گويند و همة زمان‌هاي تأخير و افت كار را در نظر مي‌گيرد.

انرژي ويژه  : مقدار انرژي استفاده شده براي استحصال واحد حجم سنگ است كه با توجه به آن بازدهي و قابليت برش مشخص مي‌شود. اين ويژگي بر حسب   يا   بيان مي‌شود.
ميزان نفوذ : بيشتر براي ماشين‌هاي تمام مقطع است و برابر عمق نفوذ مته‌ به سنگ در يك واحد زماني مي‌باشد. ميزان عمق نفوذ مته را در سنگ را بر حسب   يا   بيان مي‌شود. و نرخ نفوذ بر حسب   يا   بيان مي‌شود. در مورد رودهدر ها اين مقدار برابر ميزان نفوذ سرمته در امتداد مسير است.
زمان افت : مجموعة زمان‌هايي است كه ماشين كار نمي‌كند. اين زمان‌ها شامل زمان نگهداري دستگاه، زمان نصب، زمان آبكشي، نقشه‌برداري و غيره مي‌باشد.

بهره‌وري : درصد زمان‌هايي است كه ماشين كار مي‌كند به كل زمان يك شيفت يا يك روز يا زمان كل پروژه است.
ميزان توليد : ميزان پيشروي بر حسب حجم يا تناژ در محور طولي تونل است و بر حسب  يا   و يا   بيان مي‌شود.
    در واقع عملكرد ماشين آلات محاسبه يا اندازه‌گيري نرخ حفاري  يا توليد اين دستگاه در واحد زمان مي‌باشد. به عبارت ديگر خارج قسمت حجم حفاري شده بر زمان حفاري كه بر حسب واحدهاي   يا   بيان مي‌شود.

   اگر در هنگام محاسبة نرخ حفاري، زمان‌هاي توقف محاسبه نگردد آن را به صورت نرخ حفاري آني تعريف مي‌كنند. به عبارت ديگر نرخ حفاري آني مقدار حفاري است كه بدون تأخير براي هر نوع ماشين بدست مي‌آيد. از طرف ديگر، در يك شرايط عمومي عملياتي، زمان حفاري مترادف با ميزان بهره‌دهي  است كه تمام زمان‌هاي توقف را در نظر مي‌گيرد و زمان واقعي عمليات حفاري را مشخص كرده و نرخ حفاري عملياتي از روي آن بدست مي‌‌آيد. در عملكرد علاوه بر محاسبة نرخ توليد، ميزان مصرف ابزار برنده را نيز مد نظر قرار مي‌دهند زيرا يكي از مهمترين پارامترهايي است كه از نظر اقتصادي اهميت دارد. در زمان امكان سنجي روش‌هاي حفاري مكانيزه، سؤالات اساسي زير مطرح مي‌شوند:
-    آيا اين ماشين قادر به حفر سنگ است؟
-    اگر اينگونه است، چطور مي‌توان به حفاري سريعتري دست يافت؟
-    هزينة ثابت ماندن اين عملكرد چه مقدار است؟
مطمئناً پاسخ به اين سؤالات به يك روش قابل اعتماد براي پيش‌بيني عملكرد حفاري نياز دارد. براي پاسخ به اين سؤالات عملكرد ماشين را بايد از دو جنبه يكي از نقطه نظر نرخ حفاري يا نفوذ و ديگري از جنبة عملكرد و  قابليت اعتماد به سيستم مخصوصاً با توجه به بهره‌دهي ماشين، ارزيابي كرد.

   پيش‌بيني نرخ حفاري به اطلاعاتي دربارة خواص مواد سنگي، خواص توده سنگ و خصوصيات ماشين نياز دارد. براي برقراري ارتباط بين اين سه دسته اطلاعات، بايد از مدل‌هاي رفتاري متقابل بين سنگ و ماشين استفاده كرد كه نتايج اين رفتار در تخمين عملكرد ماشين مؤثر خواهد بود. بطور كلي مدل‌هاي پيش‌بيني عملكرد را مي‌توان به دو گروه كلي تقسيم كرد.

 1  مدل‌هاي تئوري
   اساس اين مدل‌ها، نيروهاي وارد بر ابزار برنده و يا كار انجام شده براي حفر يك واحد حجمي سنگ (انرژي ويژه) است.
خصوصيات اين مدل‌ها را مي‌توان به صورت زير بيان كرد :
1.    اساس آنها تعادل نيرو يا انرژي است .
2.    در حالت شكست هر دو تنش كششي و برشي را در نظر مي‌گيرند .
3.    در اين مدل‌ها معمولاً مواد همگن فرض شده و تأثير شكستگي‌هايي را كه از قبل وجود داشته‌اند، ناديده فرض مي‌شود .
4.    حالت توزيع تنش را بصورت دو بعدي در نظر مي‌گيرد (مانند بارگذاري خطي يا نقطه‌اي) .

    اين مدل‌ها داراي نقاط ضعف نيز مي‌باشند؛ از جمله نقاط ضعف اين مدل‌ها مي‌توان به موارد زير اشاره كرد :
1.    درك ضعيف از حالت گسترش تنش در سنگ در اثر نيروها و مكانيك آغاز شكست
2.    در اين مدل‌ها شكستگي‌هايي كه از قبل در سنگ وجود داشته‌اند؛ ناديده گرفته مي‌شود
3.    حالت توزيع تنش سه بعدي يعني اندركنش ابزار برنده را در نظر نمي‌گيرند
4.    به طور كلي اين روش‌ها از دقت مناسبي برخوردار نيستند و گاهي اوقات انحرافاتي در استفاده از اين مدل‌ها پيش مي‌آيد.

اين مدل‌ها گاهي با استفاده از عمق نفوذ حفاري، نيروهاي عمودي و چرخشي را تخمين مي‌زنند و گاهي نيز از اين مدل‌ها براي پيش‌بيني ميزان عمق حفاري استفاده مي‌كنند. در نهايت مي‌توان گفت كه اين مدل‌ها بيشتر براي دستگاه‌هاي مكانيزة تمام مقطع توسعه يافته‌اند و در مورد رودهدرها كمتر از آنها استفاده مي‌شود.
2  مدل‌هاي تجربي
استفاده از مدل‌هاي تجربي بيشتر به علت محدوديت‌ها و مشكلاتي كه به صورت ذاتي در روش‌ها و مدل‌هاي تئوريكي وجود دارد، گسترش يافتند. اين روش‌ها ادعا مي‌كنند كه مدل‌هاي تئوري برخي از پارامترهاي مؤثر بر عملكرد را در نظر نمي‌گيرند. از خصوصيات اين روش‌ها مي‌توان به موارد زير اشاره كرد :
1.    اين روش‌ها هميشه از چند پارامتر ثابت و بدون بعد استفاده مي‌كند
2.    اساس اين مدل‌ها بر پاية اطلاعات واقعي محلي است كه در يك پايگاه اطلاعاتي ثبت مي‌شود
3.    روابط بين سنگ و ماشين را به صورت ساده نشان مي‌دهد
از ضعف‌هاي اين مدل‌ها مي‌توان به موارد زير اشاره كرد :
1.    جمع‌آوري داده‌هاي باكيفيت براي اين مدل‌ها مشكل است
2.    در بيشتر موارد از روابط تجربي نمي‌توان در دو محل خاص استفاده كرد.

تا اينجا عوامل تاثير گذار در عملکرد و انواع مدل پيش بيني عملکرد مورد بررسي قرار گرفته شده است. از آنجايي که بررسي هريک از اين عوامل در رودهدر و ماشين تمام مقطع بسيار وسيع مي باشد ، سعي شده با بررسي عوامل موثر در عملکرد ماشين رودهدر و پيش بيني تجربي عملکرد ماشين تمام مقطع تمام موضوعات وابسته ارائه شود.
 
3- عملکرد ماشين رودهدر:

3-1 مقدمه:
اين نوع ماشينها داراي بازوهايي براي حفاري انتخابي هستند . بازوها به شكلهاي مختلفي به ماشينهاي حفر متصل مي شوند . عمليات حفر توسط اين ماشين به صورت خراشيدن سينه كار       مي باشد. به طوريكه بازوها در جهتهاي مختلف حركت مي كنند و سينه كار را مي خراشند . در  توان مؤثر اين ماشينها به وزن آنها بستگي دارد . بطوري كه اعمال نيروي فشاري براي حفر بوسيله نيروي متقابل ناشي از وزن ماشين تأمين مي شود[2]
نمونه اي از اين ماشين در شکل 2 و 3 نمايش داده شده است. ماشين هاي تونلسازي بازوئي عموماً براي سنگهاي با مقاومت متوسط مناسب هستند. آنها شامل يك بازوي حفاري هستند، كه بر روي يك شاسي خود پيشرونده نصب مي شوند. هيچگونه ارتباط مستقيمي بين ماشين و شكل تونلي كه حفر مي شود وجود ندارد. سطح مقطع تونلي كه با اين ماشينها حفر مي شود مي تواند متغير و متفاوت باشد. سينه كار تونل در هر زماني به طور مستقيم در دسترس است. از آنجايي كه اين ماشينها مستقيماً بر كف تونل اثر مي گذارد. لذا كف تونل بايستي ظرفيت باربري خاصي داشته باشد [2].
بازوها در اين ماشينها معمولاً همراه با كله هاي برشي مخروطي يا استوانه اي  هستند كه سينه كار را طي چند مرحله حفر مي كنند. قطر كله برشي اين ماشينها از قطر تونل خيلي كوچكتر است .
      حداكثر نيروي رانشي و فشاري كله برشي رودهدر مستقيماً وابسته به وزن ماشين است[2]. برش دهنده ها يا بصورت متقاطع(عمود بر بازو) و يا خطي(در راستاي محور بازو) عمل مي كنند. اين بازو قابليت حركت به سمت بالا و پايين محور و همچنين چپ و راست را دارد و به اين ترتيب كل سطح سينه كار را ميتواند پوشش دهد[2]. مواد كنده شده كه از سينه كار مي ريزند، توسط يك صفحه با بازويهاي جمع كننده كه درجلوي ماشين ثابت شده اند جمع آوري و توسط يك نوار نقاله به پشت ماشين حمل مي شوند. اين روش حفر گرد و خاك زيادي توليد مي كند كه بايد به شيوه هاي مختلف كنترل شوند(آب پاشي و فيلتر كردن و...).
هيچگونه نگهداري بلافاصله در ارتباط با اين نوع ماشين وجود ندارد. اين روش حفر تونل بايد با يكي از روشهاي نگهداري به كار برده مي شود كه متناسب با شكل تونل و شرايط زميني است كه در آن كار مي شود (پيچ سنگ ها، شاتكريت  و...). اين نوع ماشين در مقابل فشار هيدرواستاتيك نمي تواند مقاومت كند، بنابراين ممكن است بعضي اقدام هاي جانبي مانند به سازي و تقويت زمين، پايين آوردن آب زمين و...لازم باشد.
اين دستگاه‌ها با دو مكانيزم عمل مي‌كنند :
1-1-1- 1-روش حفاري محوري  
 در اين سيستم كلگي برش دور محور مركزي بوم مي ‌چرخد .( شكل 2)
1-1-2- 2-روش حفاري متقاطع  
 در اين سيستم كلگي برش حول محوري عمود بر محور مركزي بوم مي‌چرخد. )شكل 3)
 
شکل 2- نماي از ماشين رودهدر با روش حفاري محوري(شرکت ويرث).
 
شکل 3- نماي از ماشين رودهدر با روش حفاري متقاطع(شرکت ويرث).

3-2 پارامترهاي موثر ماشين رودهدر در عملکرد:
مي توان به طور خلاصه مهمترين پارامترهاي موثر در عملکرد ماشين رودهدر را به صورت زير خلاصه کرد[3] .
1-     جنس سرمته :
2-     نوع و توان ماشِن:
3-     نوع سرمته :

     مورد عامل اول ، يعني جنس سرمته معمولاٌ جنس سرمته از تنگستن کربايد مي باشد و هر شرکت جنسي با آلياژ مختلف براي سرمته طراحي مي کنند.

3-2-1 تاثير  نوع و توان ماشين رودهدر بر عملکرد حفاري:

    رودهدر ابتداي داراي وزن پايين و در نتيجه داراي قابليت حفاري در زمين هاي نرم بودند. اين موضوع به اين دليل اهميت دارد که هر جه وزن دستگاه بيشتر باشد ميزان ارتعاش و استهلاک دستگاه کمتر مي باشد. در نتيجه يکي از عومل بسيار مهم عملکرد رودهدر ميزان ارتعاش مي باشد. نيروي اصطکاک بين کف تونل و چرخ زنجيري يک عامل موثر در کنترل تکان هاي ناشي از نيروي عکس العمل وارد به رودهدر است. به همين دليل رودهدرهايي که توان حفاري بيشتري دارند بايد از وزن بالاتري برخوردار باشند. در تاج هاي مخروطي گشتاور عکس العمل وارد به تاج در صفحه اي عمود بر محور بازوي دستگاه وارد مي شود که باعث تکان هاي شديد مي شود اما در تاج هاي طبلکي با توجه به اين که جهت نيروي عکس العمل تقريبا در امتداد قائم و به موازات بازوي ماشين وارد مي شود، تکان هاي حاصل بسيار کم تر است[4].
 
شکل 4- تحليل استحکام رودهدر در رودهدرهاي تاج مخروطي (بالا) و تاج طبلکي(پايين) [4].


برای دیدن ادامه مطلب از لینک زیر استفاده نمایید

سفارش پایان نامه