روش چالزنی و انفجار، متداول‌ترین روش حفاری تونل

02 خرداد 1401 | مهندس نسیم طاهری

روش چالزنی و انفجار 
روش چالزنی و انفجار، متداول‌ترین روش حفاری در سراسر جهان است. این روش در انواع سنگ‌ها قابل استفاده است و هزینه اولیه آن کمتر از روش مکانیکی مانند TBM می‌باشد. این روش حفر تونل، شامل استفاده از مواد منفجره است. این نوع انفجار، در مقایسه با حفاری تونل توسط ماشین حفاری، به مدت زمان بالاتر سطوح ارتعاش می‌شود. میزان حفاری نیز کمتر از TBM است (معمولاً 3 تا 5 متر در روز).
چرخه معمولی حفاری با انفجار دارای مراحل زیر است:
- حفر چاله‌های انفجاری و پر کردن آنها با مواد منفجره.
- انفجار و به دنبال آن تهویه برای از بین بردن دود انفجار.
- برداشتن سنگ منفجر شده (تخلیه مواد ).
- تراز کردن تاج و دیوارها برای حذف قطعات شل‌شده سنگ.
- نصب پشتیبان زمینی اولیه
- پیشبرد ریل، تهویه، و تأسیسات.

مزایا:
- اثرات بالقوه محیطی، نظیر صدا، گرد و غبار و پسماند روی ورودی‌های حساس به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد و محدود به مواردی است که در نزدیکی پورتال تونل قرار دارند.
- در مقایسه با رویکرد برش و پوشش ، مقدار مواد C&D تولید شده کاهش می‌یابد.
- در مقایسه با رویکرد برش و پوشش، اختلال در ترافیک محلی و اثرات زیست‌محیطی مرتبط به میزان زیادی کاهش‌می یابد.
- انفجار به طور قابل توجهی طول مدت ارتعاش را کاهش می‌دهد، اگرچه سطح ارتعاش در مقایسه با حفاری تونل بالاتر است.
معایب:
- به لحاظ خطر بالقوه مرتبط با ایجاد مکانی به عنوان مخزن موقت برای نگهداری یک‌شبه مواد منفجره، باید در فرآیند انتخاب مکان از مناطق پرجمعیت اجتناب کرد.

مراحل روش چالزنی و انفجار
1- چالزنی
قبل از انجام انفجار، دکل حفاری سوراخ‌های چاله را - که از قبل در طرح انفجار تعیین شده است - در قسمت جلویی دیواره تونل (سطح استخراج ) ایجاد می‌کند. هرچه سنگ سخت‌تر باشد، مواد منفجره بیشتری مورد نیاز است.
از دستگاه چالزنی جامبو  برای سوراخ کردن سطح سنگ استفاده می‌شود. این دستگاه دارای سه بازوی حفاری و یک برج اپراتور است که توسط کابل برق راه‌اندازی می‌شود. یک شلنگ، آب را به مته‌ها می‌آورد. مته ها پنوماتیک  هستند. این بدان معنی است که مته‌ها هم چکش می‌کنند و هم می چرخند. تکه‌های سنگ شکسته‌شده توسط آب خارج می‌شوند. طول این سوراخ‌ها بین 2.4 تا 3.6 متر است.
اولین مجموعه‌ها، سوراخ‌های مستقیم (برش موازی) هستند که در اطراف لبه سطح استخراج و در قسمت میانی قرار دارند. مجموعه دوم (برش V) به سمت مرکز زاویه دارد. اینها به سنگ اجازه می‌دهد تا از روی سطح استخراج به داخل رانش (تونل) منفجر شود.

2- بارگیری و انفجار
اکنون حفره‌های مته با مواد منفجره پر شده‌اند، چاشنی‌ها به مواد منفجره وصل شده‌اند و دستگاه‌های انفجاری جداگانه به یکدیگر متصل شده‌اند. سوراخ‌ها به ترتیب مناسب، از مرکز به بیرون، یکی پس از دیگری منفجر می‌شوند. اگرچه ممکن است بیش از 100 انفجار یکی پس از دیگری رخ دهد، اما توالی انفجار در چند ثانیه کامل می‌شود. دستگاه‌ها نباید همزمان منفجر شوند، بلکه باید یکی پس از دیگری در فواصل زمانی مشخص انفجار رخ دهد. تنها زمانی که مسئول انفجار اطمینان حاصل کند که هیچ‌کس در منطقه خطر باقی نمانده است، انفجار توسط دستگاه انفجار ایجاد می‌شود.

3- تهویه
این انفجار باعث می‌شود که سنگ‌های زیادی از داخل تونل پرتاب شوند و ابرهای غباری را پراکنده کنند و سپس با گازهای حاصل از احتراق انفجار مخلوط شوند. برای اینکه معدن‌چیان بتوانند کار خود را در تونل از سر بگیرند، باید هوای بد از تونل خارج شود. این کار با استفاده از سیستم‌هایی با عنوان مجرای هوا انجام می‌پذیرد؛ لوله‌های فولادی یا پلاستیکی بلند که به سقف تونل متصل می‌شوند و هوای تازه را به سطح استخراج می‌فرستند. این امر باعث ایجاد فشار اضافی موضعی می‌شود و هوای بد به سمت خروجی تونل رانده می‌شود.

4. جابجایی
جابجایی به برداشتن و کنارگذاشتن قطعات سست سنگی اشاره دارد که در طی فرآیند انفجار به طور کامل از سنگ رها نشده‌اند. این مرحله کار توسط یک بیل مکانیکی تونلی قوی انجام می‌شود.

5. آوار برداری
پس از جدا شدن قطعات سست سنگ از سطح استخراج، مواد انفجاری - قلوه سنگ یا خرابی - از تونل خارج می‌شود. این مواد یا بر روی کامیون‌های کمپرسی با لودرهای چرخدار بارگیری می‌شوند و از تونل به محل دفن زباله حمل می‌شوند یا حمل از محل حفاری به محل دفن زباله با تسمه‌های نقاله انجام می‌گیرد. در طیّ ساخت تونل بر پایه برنر ، حمل و نقل مواد حفاری‌شده عمدتاً به طور خودکار با استفاده از تسمه نقاله انجام می‌شود.

6. ایمن‌سازی
بتن فشاری  با قابلیت خشک‌شدن سریع که برای این منظور استفاده می‌شود، اتصال مکانیزم ایمن‌سازی بدون حفره را به سنگ امکان‌پذیر می‌کند. بسته به نوع سنگ، انواع مختلفی از اقدامات ایمن‌سازی را می‌ توان اجرا کرد: توری سیمی، طاق تونلی، پایه یا به اصطلاح پیچ و مهره که می‌تواند به داخل سنگ رانده شود.
روش آخر برای تثبیت سطوح سنگ، معمولاً پیچ‌کردن سنگ  است که در آن از یک جامبو برای سوراخ‌کردن قسمت ابتدای سنگ استفاده می‌شود. طول سوراخ‌ها از 2.4 تا 6 متر متغیر است. سپس یک میله فولادی با رزوه‌ای در بخش انتهایی سنگ در سوراخ وارد می‌شود. وقتی میله در جای خود قرار گرفت، میله را می‌چرخانند تا در برابر گوه بیرون بیاید و آن را به دیواره‌های سوراخ وارد کند. انتهای بیرونی میله با یک صفحه فولادی و مهره بزرگ محکم می‌شود. زمین‌شناسان و مهندسان حاضر در معدن، فاصله و عمق پیچ‌های سنگی مورد نیاز برای شرایط مکان خود را تعیین می‌کنند.
در بدترین شرایط زمین، ممکن است لازم باشد که قوس‌های فولادی در محل قرار گیرند تا دیوارها و سقف تونل را بالا نگه دارند. در برخی شرایط نیز ممکن است یک توری فولادی  روی دیوارها و سقف محکم شود تا از افتادن سایر مواد سست روی کارگران جلوگیری شود.

7. نقشه‌برداری زمین‌شناسی 
اکنون سطح استخراج به صورت آزادانه در دسترس است و زمین‌شناس چند دقیقه فرصت دارد تا از آن نقشه‌برداری کند. وی در این فرآیند تعیین می‌کند که چه نوع سنگی وجود دارد و سنگ‌ها چگونه قرار گرفته‌اند، یعنی آیا به صورت صاف هستند یا شیب‌دار و فرو رفته‌اند، چین‌خورده یا حتی شکسته هستند. زمین‌شناس برای اندازه‌گیری زاویه تابش و جهت تابش سازه‌های صخره‌ای از قطب‌نما استفاده می‌کند. در عین حال، استحکام سنگ، واکنش توده سنگ به فرآیند حفاری و هرگونه نفوذ آب کوه نیز ثبت می‌شود. گزارش نقشه‌برداری ایجاد شده به این طریق - با طرح ها و عکس‌ها - به عنوان مبنایی برای انتخاب اقدامات حمایتی مناسب به کار می‌رود.

طراحی الگوی چالزنی
الگوی چالزنی، توزیع مواد منفجره در سنگ و نتیجه مطلوب انفجار را تضمین می‌کند. در طراحی الگوی حفاری، باید چندین فاکتور را در نظر گرفت: قابلیت حفاری و انفجار سنگ، نوع مواد منفجره، محدودیت‌های ارتعاش انفجار و دقت، شرایط دیوار انفجاری و غیره. عوامل اصلی حفاری و انفجار و طراحی الگوی چالزنی در ادامه مورد بحث قرار گرفته است. از آنجایی که هر معدن و سایت ساختمانی ویژگی‌های خاص خود را دارد، الگوهای حفاری ارائه‌شده باید صرفاً به عنوان دستورالعمل در نظر گرفته شود.
بسیاری از معادن و سایت های حفاری هنوز الگوهای حفاری خود را به صورت دستی برنامه‌ریزی می‌کنند، اما برنامه‌های کامپیوتری پیشرفته‌ای نیز در دسترس هستند و به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند. برنامه‌های رایانه‌ای، اصلاح الگوها را آسان‌تر می‌کنند و اثرات تغییرات در حفاری، شارژ، بارگیری و تولید را به طور نسبتاً دقیق پیش‌بینی می‌کنند. برنامه‌های کامپیوتری بر اساس همان اطلاعات طراحی مورد استفاده در تهیه الگوهای دستی تدوین می‌شوند.

طراحی الگوی چالزنی در تونل‌زنی و رانش بر اساس عوامل زیر انجام می‌پذیرد:
- ابعاد تونل
- هندسه تونل
- اندازه حفره
- الزامات نهایی کیفیت
- شرایط زمین‌شناسی و مکانیکی سنگ
- در دسترس بودن مواد منفجره و ابزار انفجار
- نشت آب مورد انتظار
- محدودیت‌های ارتعاشی
- ابزار چالزنی
بسته به شرایط مکان، همه یا برخی از عوامل فوق برای تعیین الگوی حفاری تونل مدّ نظر قرار می‌گیرند. مکان‌های ساخت‌و‌ساز معمولاً دارای چندین نوع الگوی حفاری هستند تا شرایط متغیر در هر تونل لحاظ شود. رانش در معادن با 5 تا 10 الگوی چالزنی برای اندازه‌های مختلف تونل (دریفترهای تولیدی، دریفترهای حمل و نقل، نقاط کششی، رمپ‌ها و غیره) انجام می‌شود. این الگو در محل حفاری، نهایی می‌شود. انفجار تونل از این نظر با انفجار معدن متفاوت است که در تونل‌ها به هنگام شروع انفجار، تنها یک سطح آزاد در دسترس است. این امر طول شعاع و حجم سنگ قابل انفجار در یک زمان را محدود می‌کند و به این معنی است که حفاری و شارژ ویژه با کاهش منطقه سطح تونل افزایش می‌یابد. هنگام طراحی الگوی چالزنی در تونل‌سازی، هدف اصلی اطمینان از تعداد بهینه چال‌هایی است که به درستی و با دقت حفر شده‌اند. این امر به اطمینان از شارژ و انفجار موفقیت‌آمیز و همچنین ایجاد دیواره‌های تونل، سقف و کف دقیق و صاف کمک می‌کند. یک الگوی چالزنی که به این شیوه بهینه شده باشد، برای شرایط مشخص، اقتصادی‌ترین و کارآمدترین روش به شمار می‌آید.

افراد دارای مهارت در این زمینه

در صورتی که در این زمینه تخصص یا مهارتی دارید، پس از ثبت نام در سایت و تکمیل فرم مشخصات شخصی ، پروفایل خود را به لیست زیر اضافه نمایید .