• بازدید : 42 views
  • بدون نظر
این فایل قابل ویرایش می باشد وبه صورت زیر تهیه شده شوامل موارد زیر است:

حفاري به معني نفوذ در سنگ است. نفوذ در سنگها گاهي به منظور خرد كردن آنها انجام مي گيرد. براي خرد كردن سنگها بايد چالهاي انفجاري حفر كرد و در داخل آنها مواد منفجره قرار داد. با منفجركردن چالها، سنگها خرد مي شوند، و با خرد شدن سنگها، استخراج و برداشت آسانتر است و با هزينه كمتري انجام مي گيرد. در استخراج كليه معادن به استثناي موارد نادر، مانند استخراج سنگهاي ساختماني يا برداشت بعضي از سنگهاي سست، حفاري جزء عمليات اجتناب ناپذير محسوب مي شود. اين نوع حفاري را حفاري استخراجي مي گويند. حفاري در معادن تنها به منظور استخراج نيست؛ بلكه قبل از استخراج يا به هنگام استخراج، براي اكتشاف نيز انجام مي پذيرد.
حفاري اكتشافي ممكن است به منظور كشف و پي بردن به وجود كاني يا ماده معدني، ويا به منظور پي بردن به شرايط كيفي سنگها صورت گيرد. با توجه به بالا بودن هزينه حفاري اكتشافي و بعضي مشكلات فني توصيه مي شود كه هر دو گروه متخصصاني كه به دنبال كشف كاني يا در جستجوي كشف شرايط كيفي سنگها هستند، مطالعات خود را همزمان شروع كنند، علاوه بر حفاري استخراجي و حفاري اكتشافي، حفاري به منظور كارهاي تكنيكي مانند حفاري به جهت تزريق سيمان در داخل درزه ها، حفاري جهت خارج كردن گازها از لايه ذغال يا حفاري به منظور منجمدكردن آب در داخل طبقات نيز انجام مي گيرد. لذا عمليات حفاري در زمينه هاي مختلف مهندسي و علوم كاربرد وسيعي دارد. امروزه بيش از۹۵ درصد حفاريها به روش مكانيكي و با ماشينهاي ضربه اي، چرخشي و ماشينهاي ضربه اي- چرخشي انجام مي گيرد. در روش مكانيكي نفوذ در سنگ با انرژي مكانيكي و از طريق اعمال ضربه هاي پي در پي، يا در اثر تماس انجام مي گيرد. قطر چالهايي كه با روش مكانيكي حفر مي شوند بين۲/۱ اينچ تا۲۴ اينچ و عمق آنها از چند تا سانتيمتر تا چند هزار متر متغير است. عمق غالب چالهاي انفجاري كمتر از۲۰ متر و قطر آنها در معادن زيرزميني كم است. اما امروزه در معادن روباز، براي پايين نگهداشتن هزينه هاي حفاري و انفجار و نهايتا كاهش هزينه استخراج قطر چالهاي انفجاري را زياد             مي گيرند؛ از اين رو بين ماشينهايي كه چالهاي انفجاري در معادن روبار حفر مي كنند و ماشينهاي حفاري اكتشافي و ماشينهايي كه به منظور استخراج نفت، گاز و آب به كار       مي روند، مشابهت زيادي وجود دارد. به طور مصطلح در حفاريهايي كه به منظور دسترسي و استخراج سيالاتي مانند نفت ، گاز و آب انجام مي گيرد، و همچنين در حفاري اكتشافي به جاري واژه چال از واژه چاه استفاده مي شود. در به كارگيري واژه چال يا چاه صرفنظر از نقش سيال، ژنومتري، بويژه، عمق چال يا چاه نيز موثر است. چالها معمولا عمق كمي دارند؛ درحالي كه عمق چاه بيشتر است. درهر صورت، شكل چالها يا چاهها سيلندري است و قطر آنها از عمق كمتر است. غير از روش حفاري مكانيكي، روشهاي ديگر نيز وجود دارد كه در دست تحقيق و توسعه اند؛ مانند روشهاي حفاري حرارتي، و حفاري ليزري كه نفوذ در سنگها تنها به كمك انرژي مكانيكي انجام نمي گيرد؛ بلكه ابتدا از طريق حرارت يا فعل و انفعالات شيميايي، سنگ را سست مي كنند؛ سپس به كمك ماشينهاي حفاري عمدتا چرخشي، در سنگ سست نفوذ مي كنند تا چال يا چاه ايجاد شود. در اين روشها كه به انها روشهاي پيشرفته حفاري نيز مي گويند، هرچند سرعت حفاري۲۰۰ تا۴۰۰ درصد افزايش مي يابد،مشكلات فني متعددي وجود دارد كه تا رفع اين عيوب به زودي قابل استفاده نخواهد بود.
۱-۲  تاريخچه حفاري
به طور كلي، تاريخچه حفاري مبهم است، اما از زمانهاي دور، ملتهاي متمدن، به منظور دسترسي به آب و بعضي كريستالها، عمليات حفاري را انجام داده اند. پروفسور« هرمن بائر» در كتاب هيدرولوژي آبهاي زيرزميني و پروفسور«كي.مك گرگر» در كتاب حفاري در سنگ معتقدند كه هنوز آثاري از تونل، قنات و چاههاي عميق حفر شده توسط ايرانيان و چيني هاي قديم ديده مي شود. و مصريان قديم نيز به وسيله كروندم، درميان سنگهاي پورفيري چالهايي حفر كرده اند. تا چند دهه قبل، سيستم حفاري دستي جهت ايجاد چال براي احداث تونل، خط راه آهن و معدن متداول بود، و بدون شك، در مناطقي كه امكان دسترسي به برق نيست. اين روش حفاري هنوز كاربرد دارد. روش ابتدايي سيستم حفاري دستي بيشتر براي حفر چال كم عمق در سنگهاي با مقاومت ضعيف يا متوسط مورد استفاده داشته است. براي انجام اين روش، وجود يك حفاري كافي است. حفار معمولا با يك دست، مته را روي سنگ قرار مي دهد. و با دست ديگر، به وسيله ضربه زدن يا چكش حفاري(با وزن۴ پوند يا۸/۱ كيلوگرم)، ضربه اي روي مته جهت نفوذ آن در سنگ وارد مي كند. حداكثر سرعت در اين روش،۳/۰ متر(يك فوت) در ساعت است و بيشترين حد ممكن براي عمق۶۰ سانتي متر( دو فوت) و براي قطره حدود۳۲ ميليمتر              ( اينچ) است. حفاري دستي، بنا به ضرورت، تكامل تدريجي يافت؛ به نحوي كه امكان ايجاد چال با عمق بيشتر نيز ممكن گرديد. در اين مرحله، معمولا يك نفر مته را روي سنگ مورد نظر قرار مي دهد و يك يا دو نفر ديگر با وارد كردن ضربه كمك چكشهاي حفاري۲/۳ تا۵/۴ كيلوگرمي(۷ تا۱۰ پوندي) موجبات نفوذ در سنگ را فراهم مي كردند. براي حفر يك چال با عمق۸/۱ متر(۶فوت) در سنگهاي سخت و آذرين، مانند گرانيت، وجود يك گروه دو يا سه نفره حفار با كار مداوم۵ تا۶ ساعته كافي است. البته، بدون شك شرايط حفاري در سرعت حفاري موثر است؛ به عنوان، مثال، سرعت حفاري در سنگهاي رسوبي دو برابر سرعت حفاري در سنگهاي آذرين است(تاثير جنس سنگ).با گذشت زمان و افزايش نياز به حفاريهاي عميق، بويژه براي دسترسي به آب، روش ديگري از حفاري دستي به نام روش كابلي متداول شد كه درآن، طول مته بيشتر بود و براي ضربه زدن از كابل فولادي استفاده مي شد. در اين روش كه امكان حفر چالهاي تا۱۵ متر(۵۰ فوت) را فراهم آورد، مته فولادي طويلتري به كابل فولادي متصل بود. به طور معمول، سه يا چهار نفر با حركت كابل به سمت بالا و فرود آوردن آن روي محل مورد نظر، حفاري را انجام مي دادند. با اين روش، امكان حفر چالهاي عميقتر با قطر بيشتر در زمان كمتر فراهم شد. به عنوان مثال با اين روش در سنگهاي آهكي نسبتا نرم حفر چالهايي با قطر۵۰ ميليمتر(۲ اينچ) و عمق۷ متر(۲۰ فوت) توسط يك گروه حفار سه نفره طي۳ ساعت عملي گرديد. با اين روش، فقط چالهاي قائم حفر مي شود.
طي ساليان دراز، تنها منبع تامين انرژي مورد نياز درحفاري، نيرو انساني بوده است. به تدريج با رواج يافتن استفاده از ماشين بخار، الكتريسيته، و سوختهاي گازي و مايع، ساخت انواع ماشينهاي حفاري مكانيكي نيز توسعه يافت؛ به نحوي كه امروزه، امكان بيشتري براي افزايش عمق و سرعت در عمليات حفاري وجود دارد. در اينجا به پاره اي از تحولات در زمينه حفاري مي پردازيم:
۱-بين سالهاي۱۸۲۰-۱۸۱۰، سيستم حفاري چرخشي ساخته شد كه منبع انرژي آن، ماشين بخار بود(Trevithick).
۲-بين سالهاي۱۸۴۰-۱۸۳۰ سيستم حفاري كابلي توسعه يافت كه منبع انرژي آن نيز ماشين بخار بود(Issac Singer).
۳-بين سالهاي۱۸۶۰-۱۸۵۰ ، دستگاه حفاري مجهز به الماس(روي مته هاي آن) ساخته شد(Bullock) و دستگاه ضربه اي نيز كه ضربه زدن آن پيستون بود و منبع انرژي آن هواي فشرده در تونل آلپين، در آمريكا مورد استفاده قرار گرفت.
۴- بين سالهاي۱۸۸۰-۱۸۷۰، سيستم حفاري مغزه گير مجهز به الماس(روي مته آن) در آمريكا توسعه يافت؛ به نحوي كه تا عمق۶۷۰ متر(۲۲۰۰ فوت) را حفاري مي كرد. شركت ارائه دهنده اين سيستم،« اينگرسل» (Ingersoll) نام دارد.
۵-بين سالهاي۱۸۹۰-۱۸۸۰، سيستم حفاري مغزه گير الماسي در آمريكا ارائه شد كه امكان حفاري تا عمق۱۷۵۰ متر(۵۷۳۴ فوت) را فراهم كردو
۶-بين سالهاي۱۹۰۰-۱۸۹۰، سيستمهاي حفاري ضربه اي- چرخشي در آمريكا ساخته شد كه منبع انرژي آن، هواي فشرده، بخار و الكتريسيته بود. در اين فاصله سيستم حفاري چرخشي كه منبع انرژي آن بخار بود، جهت حفر چاههاي نفت توسعه داده شد.
۷-بين سالهاي۱۹۱۰-۱۹۰۰،مته هايي توسعه يافت كه روي آن سه عامل برش دهنده مخروطي شكل يا خردكننده سنگ نصب شده بود.
۸-بين سالهاي۱۹۴۰-۱۹۲۰، براي اولين بار، مته هايي از جنس كربور تنگستن درآلمان به كار رفت.
۹- بين سالهاي۱۹۶۶-۱۹۴۰، مته هاي ساخته شده از جنس كربور تنگستن در حفاري بسيار متداول و رايج شد.
۱۰-بين سالهاي۱۹۷۵-۱۹۷۰، ماشين حفاري هيدروليكي به صنعت حفاري معرفي شد كه در اين ماشين بر خلاف ماشينهاي حفاري ضربه اي از روغن تحت فشار به جاي فشار هوا در حفاري استفاده مي شود.
۱۱-بين سالهاي۱۹۸۵-۱۹۷۰، تلاش كشورهاي شوروي و آمريكا براي حفر چاههاي عميق با سيستم حفاري چرخشي به منظور دسترسي به نفت و گاز به نتيجه رسيد. و در اكلاهماي آمريكا و سيبري شوروي، با استفاده از اين روش، چاههاي با عمق بيش از۱۰۰۰۰ متر(۳۰۰۰۰ فوت) حفر شد، و متعاقب آنها آلمانيها چاهي با عمق حدد۱۳۰۰۰ متر حفاري كردند.
با توجه به تاريخچه مزبور، سيستمهاي حفاري توسعه يافته را مي توان به پنج گروه تقسيم كرد:
۱- سيستم حفاري دستي كه ضربه زن آن چكش حفاري است و اعمال ضربه به كمك نيروي انساني صورت مي گيرد.
۲- سيستم حفاري چكشي كه ضربه زن آن چكش حفاري و مكانيكي است.
۳- سسيستم حفاري كابلي كه ضربه زن آن كابل فولادي است.
۴- سيستم حفاري چرخشي كه به جاي ضربه زدن به مته، با چرخش لوله حفاري و مته، عمل نفوذ پذيري و حفر چال صورت مي گيرد.
۵- سيستم حفاري ضربه اي- چرخشي كه اساس كار آن ضربه است و عامل چرخش        نيز دارد.
۶- سيستم حفاري هيدروليكي كه به جاي استفاده از فشار هوا از فشار روغن استفاده        مي شود. در سالهاي اخير، حفاري مكانيكي به تدريج جايگزين حفاريهاي دستي شده و بخار، هواي فشرده، الكتريسيته، و مابع، منبع اصلي انرژي براي دستگاههاي            حفاري است.

۱-۳  واژه هاي اصلي مورد استفاده درحفاري
۱-چاه يا چاه: فضا يا حفره استوانه اي كه درآن، قطر از عمق كمتر است و در موارد ذيل كاربرد دارد:
الف) برقراري ارتباط بين بخشهاي مختلف معدن
ب) كشف مواد معدني
ج) انفجار، و استخراج مواد معدني
د)دسترسي به آب، نفت، وگاز
هـ) كارهاي تكنيكي، مانند منجمد كردن آبهاي داخل چال يا خارج كردن گاز متان از لايه ذغال.
۲-شفت: اين واژه كه از اواخر قرن شانزدهم ميلادي رايج گشت، به چاههاي قائم يا داراي شيب بسيار كم اطلاق مي گردد كه به منظور كشف و يا استخراج ذغال و ساير مواد معدني حفر مي شد. در سالهاي اخير، اين واژه به چاههاي قائم يا داراي شيب بسيار كم اطلاق مي شود كه از سطح تا عمقي كه ماده معدني گسترش دارد ادامه مي يابد. معمولا در كمر پايين ماده معدني حفر مي شود و از آن جهت دسترسي به ماده معدني، اياب و ذهاب كاركنان معدن، تهويه، و حمل مواد معدني استفاده مي شود.
۳-حفار: اين واژه بر كسي اطلاق مي شود كه به دليل داشتن تجربه، دانش و توانايي كافي، مسئوليت حفظ و هدايت ابزار حفاري را به عهده مي گيرد.
۴-مته: مته بخشي از دستگاه حفاري و در تماس با سنگ است كه با وارد كردن انرژي، موجب شكستن مقاومت سنگ و خرد شدن آن مي شود. مته براساس موارد كاربرد، انواع گوناگوني دارد.
۵-ميله يا لوله حفاري: اين قسمت از دستگاههاي حفاري، انرژي توليد شده از منبع را به مته منتقل مي كند. طول و قطر لوله هاي حفاري متفاوت است، و جنس آنها، آلومينيوم، يا آلياژ فلزاتي مانند كرم يا نيكل است. ميله حفاري ممكن است سوراخهايي با قطر متفاوت داشته باشد. انتقال سيال حفلري نيز از درون ميله يا لوله حفاري به سر مته انجام مي گيرد. به طور معمول، در سيستم ضربه اي، قطر سوراخها كم، و در سيستم چرخشي، قطر آنها زياد است.
۶-منبع انرژي: منظور از اين واژه، محل تامين نيروي لازم براي سيستم حفاري( هوا، بخار، الكتريسيته، و يا مايع) است.
۷-آرايش چاله ها: اين واژه بر اندازه فواصل طولي و عرضي چالها دلالت دارد.
۸- چالزن: اين واژه به سيستم يا دستگاهي اطلاق مي شود كه به كمك آن مي توان در سنگ، فلز، چوب، و ساير مواد، چال يا چاه استوانه اي حفر كرد و انواع آن عبارتند از:
الف) حفاري دستي؛ در اين سيستم، انرژي مكانيكي وجود ندارد، و حفاري با كمك نيروي انساني صورت مي گيرد؛ بدين ترتيب كه فردي به نام حفار، به تنهايي يا با كمك فرد ديگري به نام كمك حفار، با نگهداري مته روي سنگ، به وسيله ضربه زن(چكش حفاري) ضربه اي به مته وارد مي كند.
ب)حفاري ضربه اي؛ در اين سيستم، با ضربه هاي پي در پي، ابعاد سنگ كوچك            مي شود. منبع معمول انرژي در اين سيستم، هواي فشرده است. متداولترين انواع اين سيستم حفاري عبارتند از:
-چكش حفاري: يكي از كوچكترين انواع سيستمهاي حفاري ضربه اي است كه بدون استفاده از وسايل نقليه مكانيكي، توسط فرد حفار جابجا مي شود.
-دريفتر: سيستم ديگري از حفاري ضربه اي است كه به دليل بزرگي آن، جابجايي به كمك وسايل نقليه مكانيكي صورت مي گيرد.
-واگن دريل: نوعي ماشين ضربه اي است كه چالژن و تكيه گاه آن روي دو يا سه چرخ نصب شده و از اين طريق حمل مي گردد. بعضي از انواع واگن دريل چرخ زنجيري شبيه تانك نظامي دارند.
-استاپر: اين سيستم ضربه اي نيز بيشتر براي حفر چال در طبقات بالا(بالاي سر)، مانند تونل بالا رو به كار مي رود.
-سيستم حفاري كابلي: اين سيستم كه براساس روش ضربه اي كار مي كند، مته اي فولادي دارد و بيشتر براي حفر چالهاي عميق با قطر بيش از۱۵ سانتي متر(۶ اينچ) كاربرد دارد. حفاري با اين دستگاه به نحوي است كه مته فولادي به وسيله كابل فولادي به سمت بالا انتقال مي يابد، و پس از رها شدن، ضربه هايي پي در پي به قعر چاه وارد مي كند؛ بدين ترتيب، موجبات خرد شدن سنگ فراهم مي شود.
ج)سيستم حفاري چرخشي: اين ماشين به صفحه دواري مجهز است كه لوله حفاري و مته را مي چرخاند. در اين سيستم، مته به لوله حفاري متصل است، و نفوذ در سنگ و حفر چاه از طريق چرخش مته عملي مي شود. انرژي اين دستگاه از طريق موتور بخار، ديزل، گازولين يا الكتريسيته تامين مي شود و ذرات خرد شده در قعر چاه را هوا، آب با گل حفاري، به عنوان سيال حفاري، به سطح انتقال مي دهد. اين سيستم به عنوان جديدترين نوع سيستم حفاري، ابتدا جهت حفر چالهاي انفجاري معادن سطحي، در اواسط قرن نوزدهم به وجود آمد و توسعه يافت؛ اما بعدا براي حفاريهاي عميق نيز استفاده شد. با اين ماشين مي توان چالهايي به قطر۶۰-۱۰ سانتي متر(۴ تا اينچ) را حفاري كند. متداولترين انواع سيستم حفاري چرخشي عبارتند از:
-سيستم حفاري الماسي: اين سيستم چرخشي كه مته مورد استفاده آن الماسي است، بيشتر جهت تهيه نمونه ها يا مغزه هاي ترجيحا تا۳ اينچي به كار مي رود.
-سيستم حفاري ساچمه اي: اين سيستم چرخشي نيز كه حفاري در آن به كمك ساچمه هايي از جنس فولاد انجام مي گيرد، بيشتر جهت تهيه نمونه به كار مي رود. قطر نمونه هاي حاصل، به طور معمول بيش از۳ اينچ است. اين دستگاه به دليل سرعت بسيار كم آن به ندرت مورد استفاده قرار مي گيرد.
-:D.T.H نوعي سيستم حفاري ضربه اي است كه پيستون يا چكش حفاري(ضربه زن) بلافاصله بعد از مته قرار دارد و با آن به داخل چاه مي رود. به همين دليل(نبود واسطه بين چكش حفاري و مته) از طريق لوله حفاري نيز اتلاف انرژي وجود ندارد. اين سيستم براي حفر چالهاي۲۳۰-۱۰۱ ميلي متر(۹-۴ اينچ) بسيار مناسب است. از معايب اين ماشين،        مي توان وابستگي چكش حفاري يا پيستون را به مته نام برد؛ به عبارت ديگر، چنانچه بنا به دلايل تكنيكي، مته در ته چاه گير كند و امكان انتقال آن به سطح وجود نداشته باشد، از دست دادن ضربه زن يا چكش حفاري نيز امري طبيعي خواهد بود. به علاوه، نوعيD.T.H چرخشي نيز براي حفاري استفاده مي شود كه عامل چرخش دارد.
-حفاري خشك: نوعي روش حفاري است كه جهت انتقال قطعات خرد شده سنگ از هوا فشرده استفاده مي شود.
-حفاري تر: نوعي روش حفاري است كه جهت انتقال قطعات خرد شده سنگ از مايع استفاده مي شود. همچنين اين واژه براي ماشين هيدروليكي كاربرد دارد.
-سيال حفاري: به گاز هوا، مايع،  يا مايع حاوي ذرات جامد اطلاق مي شود كه در سيستم حفاري(ضربه اي يا چرخشي) جريان دارد و موارد استفاده آن عبارتند از:
الف) انتقال قطعات خرد شده سنگ از ته چاه به سطح و تميز نگهداشتن قعر چاه؛
ب) خنك نگهداشتن مته و قعر چاه كه به افزايش كيفيت و طول عمر مته منجر مي شود؛
ج) شفافيت و جلاي لوله هاي حفاري كه باعث تسريع انتقال انرژي مي شود؛
د) معلق نگهداشتن ذرات خرد شده سنگ در طول چاه به هنگام توقف ناگهاني عمليات حفاري كه اين امر خود ناشي از خاصيت ژله اي بعضي انواع گل حفاري است؛
هـ)كنترل فشار طبقات(مهمترين مورد استفاده).
-سرعت نفوذپذيري: از مقداري از عمق يا طول چاه است كه توسط دستگاه حفاري در واحد زمان(معمولا برحسب ساعت) حفاري مي شود.
-چال يا چاه قائم: چال يا چاهي است كه از قسمت فوقاني به قسمت تحتاني يا بالعكس.جهت جايگذاري مواد منفجره، دسترسي به مواد معدني و… حفاري شود و نسبت به قائم ماكزيمم۵ درجه، انحراف نداشته باشد.
-چال يا چاه شيبدار: چال يا چاهي است كه به طور زاويه دار و به منظور جايگذاري مواد منفجره، دسترسي به مواد معدني و… حفاري مي شود.
-چال افقي: چالي است كه جهت جاسازي مواد منفجره، دسترسي به مواد معدني و يا استخراج آنها حفر مي شود.
تقسيم بندي مزبور بيشتر در معادن سطحي(روباز) متداول است و بيشتر چالهاي مورد نياز براي انفجار، قائم يا شيبدارند.
-بوردن: اين واژه در معادن روباز يا مبحث انفجار به فاصله بين مركز چال تا نزديكترين سطح آزاد اطلاق مي شود كه معمولا از عمق چال نيز كوچكتر است. طراحي بوردن از عوامل موثر در يك انفجار خوب است. در ضمن، واژه بوردن گاهي به معني سنگهاي پوششي يا خاكها و سنگهاي باطله روي سنگ مادر يا بستر و كاني نيز كاربرد دارد و با پوشال سنگ مترادف است.
-پوشال سنگ: به سنگهاي پوششي و باطله روي سنگ مادر و كاني گفته مي شود، و در معادن، بويژه معادن روباز به سنگهاي باطله اي گفته مي شود كه در قسمت فوقاني ذغال يا كاني قرار گرفته اند.
-گمانه: نوعي چال يا چاه را گويند كه جهت پي بردن به وجود آب، نفت. گاز و كاني حفر مي شود.
ريگ: مهمترين قسمتهاي دستگاه حفاري است و عبارتند از:
دكل و پايه دكل، لوله حفاري، مته، پمپ گل حفاري، رشته سيمهاي انتقال دهنده لوله هاي حفاري و بخش تامين كننده انرژي چالزن.
-قابليت حفاري سنگ: مقاومت سنگ را درمقابل نفوذپذيري سيستم حفاري گويند كه به عوامل زير بستگي دارد:
الف) خواص فيزيكي و مكانيكي سنگ، مانند چگالي، تخلخل، رطوبت و مقاومت سنگ؛
ب)شرايط زمين شناسي، مانند وجود درز،شكاف، گسل و نحوه قرارگيري لايه ها؛
ج)چگونگي تنشهايي مانند فشار سنگهاي پوششي، و فشار هيدروستاتيكي.
بايد توجه داشت كه عوامل مزبور در واقع از خواص فيزيكي و مكانيكي سنگ ناشي       مي شوند؛اما واقعيت اين است كه عوامل تكنولوژيكي و تكنيكي ساخت و كاربرد  قسمتهاي مختلف دستگاه حفاري(چالزن)نيز در مقدار نفوذپذيري چالزن دخالت دارند؛اين قسمتها عبارتنداز :مته،لوله حفاري ،گل حفاري،ويژگيهاي چال،مانند قطر،       عمق ،ونوع سيستم چالزن.
به مجموعه عوامل مربوط به سنگ يا چالزن كه موجب كاهش يا افزايش سرعت نفوذپذيري در سنگ مي شوند،عوامل نفوذ پذيري مي گويند.بايد توجه داشت كه دو واژه سرعت حفاري و قابليت حفاري سنگ مترادف يكديگرند و هر دو واحد سرعت دارند.
جدول۱-۱ تقسيم بندي سنگها را بر اساس قابليت حفاري آنها نشان مي دهد.نتايج ارائه شده بيشتر بر اساس كار با سيستمهاي چالزني كرگيري يا مغزه گيري است.
  • بازدید : 60 views
  • بدون نظر
این فایل در ۱۲۳صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

بنتونيت ي سنگ رسي با خاصيت ويژه اي مي باشد. رنگ اين سنگ در حالت هوازده سبز روشن و سبز مايل به زرد است و تركهايي مثل تركهاي موم سفت در آن موجود مي باشد. وقتيكه يك تكه از اين سنگ را خيس كنيم به چند برابر حجم خود افزايش پيدا مي كند و در اثر شكسته شدن به يك خمير صابوني تبديل مي شود.
به طور كلي بنتونيتها به سه دسته تقسيم مي شوند:
۱- بنتونيت با تورم زياد يا بنتونيت سديم 
۲- بنتونيت با تورم كم يا بنتونيت كلسيم
۳- بنتونيت با تورم متوسط يا بنتونيت متوسط
بنتونيت فعال به خاكهايي گفته مي شود كه با يك ماده شيميايي تغييراتي در آن بوجود آورند. فعال سازي بنتونيتها بيشتر با استفاده از محلول آب نمك براي تعويض يونهاي كلسيم با سديم است كه با اين عمل خاصيت تورمي و تعليق پذيري بنتونيتها افزايش پيدا مي كند.
گل سرشور يا رس رنگ زدا يا رس چربي زدا كه احتياج به فعال سازي ندارد و مصرف فعلي آنها براي تهيه گل حفاري، رنگ زدايي، خالص كردن روغنهاي معدني، جذب روغن از كف كارگاهها و غيره مي باشد.
در فصل اول بنا به توضيح مختصري كه داده شد علاوه بر تعريف و تقسيم بندي بنتونيت، مصارف و كاربرد آن از جمله استفاده بنتونيت در گل حفاري- گندله سازي- بي رنگ كننده- مصارف كشاورزي- مواد سمي- كودها- كاتاليزور- مصارف ساختماني و ساير مصارف موردبحث و بررسي قرار گرفته است.
كانسارهاي بنتونيت در شش منطقه ايران پديد آمده است كه بشتر آنها در ارتباط با فعاليتهاي ولكانيكي سنوزوئيك است كه كليه خصوصيات و مشخصات به تفصيل در فصل دوم آمده است.
در فصل سوم كليه آزمايشات مربوط به بنتونيت معادن موجود در ايران مورد ارزيابي قرار گرفته است. در قسمت آزمايشگاه بنتونيت براي پي بردن به خصوصيات فيزيكي و شيميايي بنتونيتهاي ارسالي از معادن فعاليت هاي گوناگوني و براي تشخيص اينكه بنتونيت هاي استخراج شده در كداميك از مصارف صنعتي قابل كاربرد مي باشند انجام مي گيرد.
 
مقدمه:
ميليونها سال مواد معدني در دل خاك مدفون بوده اند و بشر به پيروي از نيازهاي تدريجي خود اقدام به كشف و بهره برداري از آنها نموده اند و پس از آن اعمال فرآيندهاي مناسب محصولات قابل استفاده در مورد امور مختلف از آنها بدست آورده است. تنوع مواد معدني و كاربردهاي متعدد هريك از آنها سبب شده است كه اين مواد بطور چشمگيري در زندگي روزمره ايفاي نقش كرده و در نتيجه استخراج معادن شاخه اي از فنون و علوم متداول گرديد. مسلم است كه بخش عمده اي از نيازهاي بشر بايد از زمين تأمين شود و پتانسيل كشاورزي و ذخاير معدني از منابع اصلي تأمين اين نيازها بوده است. ارتباط كشاورزي، صنعت و معدن با يكديگر جاي هيچ گونه بحثي ندارند. لذا نمي توان هيچ يك را بر ديگري ترجيح داد و در مسير تمدن بشر هريك جايگاه مخصوص به خود دارند.
بديهي است كه معادن به عنوان تأمين كننده مواد اوليه صنايع موردتوجه قرار مي گيرند هميشه سعي بر اين بوده كه استخراج مواد معدني به صورت اقتصادي و امن صورت گيرد بدين منظور علاوه بر مطالعه گزارشها و نتيجه كارهاي معادن مختلف دنيا تحقيقات پيوسته اي در زمينه چگونه گي اكتشاف، بهبود تكنيك استخراج و كشف و كاربردهاي جديد مواد معدني صورت مي گيرد و امروز معدن كاري و صنايع معدني اقلام بسيار بزرگي از درآمد برخي از كشورها را تشكيل مي دهد.
 
فصل اول
مصارف بنتونيتهاي موجود در طبيعت و نحوه پيدايش
۱-۱- تعريف بنتونيت
بنتونيت يك ماده معدني از دسته رسها و شبه رسها است كه از كاني مونت موريونيت و به مقدار كم بيدليت (نوع پرمايه تر از بنتونيت آلومينيوم دار) تشكيل شده است.
اصطلاح بنتونيت براي اولين بار در سال ۱۸۹۸ توسط نيت (Knight) به خاك رسي كه از شيل بنتون در آن زمان استخراج گرديد، اطلاق شد. نام شيل بنتون نيز از كوه فورت بنتون كه در ۴۰۰ مايلي شمالي رودخانه راك (Rock) قرار دارد گرفته شده است.
در اوايل قرن بيستم چندين زمين شناس تشخيص دادند كه اصولاً بنتونيت در لايه هاي سنگهاي كرتاسه و ترشيري بوده و از مواد آتشفشاني حمل شده منشأ مي گيرد اين تشخيص آنها را به خاستگاه بنتونيت كه توسط راس و (Roos) شانون (Shannon) عنوان شده بود هدايت كرد. به نظر آنها بنتونيت اساساً سنگي است مركب از يك شبه رس متبلور كه از تغيير حالت شيشه اي به حالت بلوري يك ماده آذري شيشه اي كه (معمولاً اغلب توف يا خاكستري آتشفشاني است) در اثر هوازدگي شيميايي تشكيل شده است و اكثراً داراي مقادير مختلفي از دانه هاي ديگري است كه به صورت بلور در شيشه آتشفشان وجود داشته اند.
اين دانه هاي بلورين فلدسپات (معمولاً ارتوكلاسز و اليگوكلاز) بنتونيت، كوارتز پيروكسين ها زيركون و انواع ديگر كانيهاي مختلف مخصوص سنگ آذرين است.
موروثي با باقت بي فرنژانس بالا، كيلواژ آسان، مشخصه كاني شبه رس دارابودن شكل ميكائي توف يا خاكستر بوده و معمولاً مونت موريونيت و يا مقدار اندكي بيدليت است.
توصيف فوق براي بنتونيت به عنوان يك كاني سنعتي اين مشكل را به وجود مي آورد كه طبق بنتونيت محدود به خاكستر توف و ماده اوليه شيشه اي، اين تعريف و براساس خاستگاه اعلام شده آتشفشاني مي گردد و كانسارهاي مطبق داراي كانيهاي رسي كه بر اين تعريف انطباق داشته ولي نمي توانند بنتونيت ناميده شوند. خاستگاه نامعلوم دارند و يا فاقد مواد اوليه شيشه اي مي باشند از طرف ديگر بسياري از كانسارها در غرب امريكا و ساير نقاط دنيا كه استخراج و بنام بنتونيت بفروش مي رسند با تعريف فوق مطابقت ندارد.
شايد مهمترين تعريف براي بنتونيت بعنوان يك كاني صنعتي توصيف ارائه شده توسط گريم (Grim.A.R) در مادريد اسپانيا در سال ۱۹۷۲ است.
طبق اين تعريف بنتونيت، خاك بنتونيت خاك رسي است كه ذاتاً از كانيهاي اسمكتيت بدون توجه به خاستگاه آن تشكيل شده است.
با اين تعريف اختلاف بين بنتونيت عنوان شده توسط زمين شناسان و بنتونيت صنعتي از بين رفته و مشكل رسهاي اسمكتيتي كه از سنگهاي آذرين غير از توف خاكستر يا شيشه تشكيل شده، يا اسمكتيت هايي كه رسوبي بوده و منشأ نامعلومي دارند حل مي شود. در هر صورت وقتي بنتونيت با اين تعريف و معني بكار مي رود جزو سنگهاي داراي بيش از يك كاني محسوب و در خيلي از موارد تشخيص آن از كل سر شور (Fullers Earth) ممكن نخواهد بود. بنتونيت ها را به چندين طريق تقسيم بندي مي نمايند كه يكي از اين روشها تقسيم بندي برمبناي ظرفيت تورمي آنها در حالت تر يا مخلوط با آب است. چنانكه بنتونيت هايي كه داراي يون سديم Na+ غالب يا يون سديم قابل تعويض فراوان مي باشند ظرفيت تورمي خيلي زيادي از خود نشان مي دهند و وقتي به آنها آب اضافه شود، توده هاي ژل مانندي را تشكيل مي دهند.
ظرفيت تورمي بنتونيت هايي كه كلسيم قابل تعويض آنها از ساير يونها بيشتر است (Ca++) كمتر از نوع سديم دار آن است. بعضي از انواع كلسيم دار كمي بيش از رسهاي معمولي متورم مي شوند و در آب به صورت گلوله هاي ريز با دانه هاي به هم چسبيده در مي آيند.
بنتونيتهاي داراي كلسيم و سديم متوسط، بنتونيتهاي مخلوط ناميده مي شوند. تمايل اين نوع به تورم متوسط بوده و ژل كم حجمي را نسبت به نوع سديم دار (با وزن مساوي) تشكيل مي دهند.
بنابراين با توجه به موارد بالا بنتونيتها را به سه دسته زير تقسيم مي كنند:
الف) بتونيت با تورم زياد يا بنتونيت سديم
ب) بنتونيت با تورم كم يا بنتونيت كلسيم
ج) بنتونيت با تورم متوسط يا بنتونيت متوسط
در صنعت به بنتونيت ها با تورم كم و متوسط عنوان ساب بنتونيت (Bentonite Sub) اطلاق مي گردد.
بنتونيت در امريكا برحسب محل جغرافيايي كانسار و همچنين كاربردهاي آن تقسيم بندي مي كنند مثلاً:
بنتونيت هاي جنوبي، به بنتونيت هاي كلسيم كم تورم واقع در كنار خليج مكزيك گفته مي شود.
بنتونيت وايومينگ يا غربي، به بنتونيت هاي سديم با تورم زياد واقع در وايومينگ و ايالات نزديك آن گفته مي شود.
بنتونيتهاي گل حفاري بنتونيتهاي چسبيده مصرفي در ماسه ريخته گيري و بنتونيت چسبيده يا كونيتي با توجه به مصرف آنها توسط بازرگانان عنوان مي شود.
ساير عناوين مثل بنتونيت ييلد بالا و ييلد پايين، بنتونيت ژل بالا و پايين، بنتونيت با مقاومت زياد و كم نيز براي تشخيص بنتونيت از نظر كيفي در بازار مصطلح است.
تقسيم بندي مختلف ديگري نيز وجود دارد كه خيلي مودر توجه نيست. بنتونيت داراي چنان انواع گوناگوني است كه بعضي از آنها در تقسيم بندي متعارف نمي گنجد يكي از اين بنتونيت ها مكتوريت است كه داراي خاصيت تورمي زيادي بوده و از نوع اسمكتيت ليتيم دار است كه عمدتاً در كاليفرنيا و ايالتهاي هم جوار آن قرار دارند و نمي توانند جزو بنتونيتهاي وايومينگ قرار گيرند و حتي در غرب قرار نگرفته اند تا جزو بنتونيتهاي غربي محسوب گردند. غير از آن بنتونيت هايي هستند كه منيزيم (Mg++) و يا هيدروژن (H+) فراوان داشته و يا يون قابل تعويض غالب دارند. اين نوع بنتونيت سديم يا كلسيم دار نبوده و ظاهراً بعضي از آنها خاصيت تورمي كمي داشتند و بقيه ظرفيت تورمي نسبتاً بالايي دارند.

عتیقه زیرخاکی گنج