عنوان
ارزيابي خواص مكانيكي سنگ‌هاي تغيير ماهيت يافته تدريجي بصورت پيوسته با استفاده از داده‌هاي حفاري
نويسنده اصلي
ابن علي حيدري، كيوان
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
رشته تحصيلي
مهندسي معدن
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
چكيده
در اثر تماس سنگ با محلول‌هاي شيميايي نظير اسيدها خواص فيزيكي و مكانيكي آن‌ها دچار تضعيف مي‌شود. اين تضعيف در ساختار سنگ همواره در تمام محيط يكسان نيست و نقاط نزديك‌تر به چشمه اسيد تاثير بيشتري مي‌پذيرند. اين بدان معناست كه سنگ پس از تماس با منبع دگرساني تبديل به يك ماده ناهمگن و ناهمسانگرد مي‌شود كه خواص مكانيكي در آن تابع مكان و زمان نسبت به چشمه شيميايي است. بر اين اساس تخمين خواص فيزيكي و مكانيكي در يك سنگ ناهمگن و ناهمسانگرد كه تغييرات در آن بصورت پيوسته است، با استفاده از آزمون‌هاي متداول نظير بارگذاري تك محوري يا سه محوري به سادگي ميسر نيست. در برخي موارد نيز تهيه نمونه‌هاي استاندارد براي آزمون‌هاي متداول مشكل، زمان‌بر و پرهزينه است. در اين ميان بكاربستن روش‌هاي غيرمستقيم و نيمه مخرب مي‌تواند راهگشا باشد. روش‌هاي غيرمستقيم نظير آزمون فروروي و حفاري پيوسته مي‌تواند براي تخمين خواص فيزيكي و مكانيكي استفاده شود. آزمون فروروي با آنكه از توسعه خوبي در سنجش خواص مقاومتي و الاستيك برخوردار است اما عمق نفوذ كمي دارد و عملاً توانايي سنجش خواص مكانيكي را در سطح نمونه دارد. اين درحالي است كه روش حفاري پيوسته با حركت مته از سطح به عمق مي‌تواند تغييرات را در يك سنگ مجاور با منبع شيميايي بصورت لايه به لايه يا پيوسته ثبت كند. تاكنون روش حفاري پيوسته تنها قابليت اندازه‌گيري ضخامت زون دگرسان شده و خواص مقاومتي را دارد و براي سنجش خواص الاستيك توسعه نيافته است. بنابراين در اين پژوهش از روش حفاري پيوسته براي تخمين خواص مقاومتي و الاستيك در يك سنگ مجاور با محلول شيميايي با الهام از آزمون فروروي براي افزودن قابليت تخمين مدول الاستيك استفاده شده است. همچنين سعي شده تا بتوان مدول الاستيك را مستقيم از داده‌هاي حفاري نيز تخمين زد. براي نيل به اهداف فوق در پژوهش حاضر و در گام اول، قابليت روش حفاري پيوسته براي تخمين مقدار زاويه اصطكاك داخلي، چسبندگي و مقاومت فشاري تك محوري بر روي ده نوع سنگ مختلف در بازه خواص مقاومتي و بازه اندازه‌دانه وسيعي سنجيده شده است. درگام دوم سعي شده تا مدلي تحليلي- تجربي براي تخمين پارامترهاي معيار هوك-براون از داده‌هاي حفاري توسعه داده شود. نتايج تجربي نشان داد كه استفاده از داده‌هاي عملياتي حفاري بمنظور تخمين خواص مقاومتي در معيار موهر-كولمب و هوك- براون مطابقت خوبي با مقادير اندازه‌گيري شده از آزمون متداول مقاومت فشاري تك محوري و سه محوري براي ده نوع سنگ مورد مطالعه دارد. در گام سوم و با شبيه‌سازي آزمون فروروي با دستگاه حفاري بعنوان يك فريم بارگذاري و مته بعنوان فرورونده به شكل گوه رابطه‌اي خطي ميان انديس سختي فروروي و مدول الاستيك ارائه شد. همچنين رابطه‌اي خطي ميان انرژي ويژه ذاتي حفاري با مدول الاستيك نيز ارائه شد. نتايج نشان داد كه استفاده از رابطه تجربي كه براساس انرژي ويژه ذاتي حفاري توسعه يافته است براي تخمين مدول الاستيك نتايج بهتري را به دنبال دارد. در گام چهارم با تهيه نمونه‌هاي مجاور با اسيد با غلظت‌هاي مختلف و زمان‌هاي تماس متفاوت، قابليت اين روش در اندازه‌گيري ضخامت زون دگرسان شده در حالتي كه تغييرات بصورت تدريجي است سنجيده شد. نتايج نشان داد كه اين روش بخوبي مي‌تواند نحوه تغييرات و ضخامت زون دگرسان شده را مشخص كند. همچنين پروفيل‌هاي حفاري كه نشان دهنده نيروي گشتاور و پيشران مصرفي توسط دستگاه در طول حركت مته از سطح به عمق است، گواهي بر اين مدعا است كه مجاورت سنگ با محلول اسيدي علاوه بر آنكه سبب تضعيف كلي در ساختار سنگ مي‌شود، نوعي درجه بندي در تضعيف خواص مكانيكي را نيز در محيط حكم فرما مي‌كند. به بيان ديگر سنگ مجاور با محلول اسيدي تبديل به يك ماده درجه بندي شده تابعي يا تغيير ماهيت يافته تدريجي مي‌شود.
شماره ركورد
219264
گرايش رشته تحصيلي
مكانيك سنگ
دانشكده
مهندسي معدن
دانشگاه
دانشگاه صنعتي اصفهان