مفاهیم مهندسی در مورد حفاری معدن
حفاری معدن یک فرآیند مهم در استخراج مواد معدنی از زمین است.
روش های مختلفی برای انجام حفاری معادن وجود دارد، که با توجه به شرایط و موارد موجود بهترین روش موجود برای انجام حفاری انتخاب می شود، برای انتخاب روش حفاری باید به مواردی همچون موقعیت معدن از لحاظ سرباز بودن ویا زیر زمینی بودن، توجه به شرایط و نکات مربوط به زمین شناسی از جمله نوع سنگ و ترکیبات عناصر موجود در آن، انجام مطالعات ژئوتکنیک و.. مواردی دیگر.
در این مقاله چندین مفهوم مهندسی مرتبط با حفاری معدن را بررسی خواهیم کرد.
۱-حفاری معدن
حفاری معدن فرآیندی است که با استفاده از ابزارها و تجهیزات خاص، سوراخ‌ها و چاه‌های عمودی یا افقی در زمین حفر میشود تا به لایه‌های معدنی دسترسی پیدا کند و مواد معدنی را استخراج کند.
۲-ماشین حفاری
ماشین حفاری جز یکی از وسیله های مهندسی است که برای حفر سوراخ‌ها و چاه‌های معدنی استفاده میشود.
این ماشین‌ها معمولاً شامل الکتروموتورها، چرخ‌ها، برج‌ها و سیستم‌های حفاری متنوعی هستند.
۳-نوار نقاله
نوار نقاله یک سیستم حمل و نقل است که برای انتقال مواد معدنی استخراج شده از معدن به سایر مراحل فرآوری یا انتقال مورد استفاده قرار می‌گیرد.
این نوارها معمولاً بر روی چرخ‌ها قرار داده می‌شوند و مواد را به طول معدن حمل می‌کنند.
۴-فرآیندهای برش
در حفاری معدن، فرآیندهای برش نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.
برای این منظور، ابزارها و تجهیزات خاصی مانند بورها و ابزارهای برش مکانیکی استفاده میشود تا به سنگ‌ها و لایه‌های معدنی در زمین دسترسی پیدا کند و آنها را برش دهد.
۵-تجهیزات حفاری چاه
برای حفر چاه‌های عمودی یا افقی در حفاری معدن، تجهیزات خاصی مانند چکش‌های چاه، لوله‌های حفاری، پلت‌ها و سیستم‌های آبیاری استفاده میشود.
۶-سیستم انفجار
در برخی موارد، انفجار مورد استفاده قرار می‌گیرد تا به سنگ‌ها و لایه‌های معدنی در زمین دسترسی پیدا کند و آنها را شکافته و تجزیه کند.
این فرآیند شامل استفاده از مواد منفجره و تجهیزات ایمنی مناسب میشود.
۷-مطالعات ژئوفیزیکی
قبل از شروع فعالیت‌های حفاری معدن، مطالعات ژئوفیزیکی می‌توانند به عنوان ابزارهای مهم در تعیین محل مناسب برای حفاری و شناسایی معدن‌های محتمل استفاده شوند.
این مطالعات شامل روش‌هایی مانند جهت‌یابی مغناطیسی، سنجش گرانشی و سنجش مقاومت خاک است.
این مفاهیم مهندسی فقط چند نمونه از عناصر مرتبط با حفاری معدن هستند و بسته به نوع معدن و شرایط محیطی، مفاهیم و تکنولوژی‌های دیگری نیز در این زمینه استفاده می‌شوند.
بیت مته چیست؟
برای تعریف مته اینگونه میتوان گفت که ساختاری شبیه به یک میله اج دار می‌باشد و متشکل از قطعه و ابزارک فلزی می‌باشد.
مته جز ابزار بسیار کاربردی به شمار می رود، از مته میتوان برای انجام فرایند هایی همچون سوراخ کردن انواع مختلفی از اجسام همچون چوب، فلزات، شیشه، بتن، سنگ و مصالح ساختمانی و.. استفاده کرد.
بیت مته یا دریل بیت، یک ابزار حفاری است که برای حفر سوراخ‌ها در سطح زمین یا در عمق‌های مختلف استفاده میشود.
بیت مته عمدتاً در صنعت حفاری، حفاری نفت و گاز، حفاری معدن و حفاری چاه آب استفاده میشود.
در واقع در مته CNC یک نوع ابزار برشی وجود دارد، که ملقب به بیت می باشد.
این بیت های انواع مختلفی دارند و زمانی که فرایند برشکاری و یا حفاری معادن قرار است انجام شود، این بیت ها که انواع مختلفی دارند با توجه به نیاز آنها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
به طور کلی بیت مته ها در سه نوع جنس متفاوت ساخته می شوند.
۱-مته فولادی با سرعت بالا
در خصوص این دسته از مته ها باید اینگونه بگوییم که، مناسب برای شرایطی هستند که باید مته استحکام بسیار بالایی داشته باشد، و بتواند از خود مقاومت بسیاری به عمل آورد، چرا که در حین انجام فرایند حفاری، بر اثر اصطکاک همواره گرمای بسیار زیادی آزاد می شود، بنابراین بیت مته باید بتواند در این شرایط استحکام بالای خود را حفظ نماید.
۲-مته با نوک کاربید
ترکیبات به کار رفته در کاربید شامل تنگستن و فولاد می باشد، البته این نکته را نیز در نظر داشته باشد که، تمام قسمت های بیت از کاربید نمی‌باشد، چراکه دارای قیمت بسیار گرانی می باشد، در نتیجه تنها قسمت نوک آن را با استفاده از کاربید می‌سازند، و بدنه آن از جنس فولاد می باشد.
از جمله ویژگی های بارز این دسته از بیت مته ها میتوان به این موضوع اشاره کرد که، در پی گذر زمان همچنان کیفیت آنها همچنان حفظ می ماند، و از میزان تیز بودن آنها کاسته نمی‌شود، در نتیجه نیاز نیست که در مدت زمان های کوتاه اقدام به تیز کردن آنها نمایند.
این دسته از بیت ها مناسب برای استفاده جهت ماشینکاری پلاستیک های سخت همچون اکریلیک و پلی کربنات، چوب های سخت همچون افرا و ساج و فلزات غیر آهنی همچون آلومینیوم، برنج و مس می‌باشند.
۳-مته کاربید جامد
این نوع از بیت کاملا از جنس کاربید می‌باشد، این بیت مته نسبت به سایر بیت مته ها از مقاومت و استحکام بسیار بیشتری برخودار می‌باشد و دارای ویژگی های متعددی می‌باشد، از جمله ویژگی های بارز آن میتوان به این مسئله اشاره کرد که آنها به کمترین میزان از تعمیر نیازمند هستند چراکه از کیفیت بسیار بالایی برخودار می‌باشند و می‌توانند در شرایط مختلف، مقاومت زیادی از خود به عمل آورند. البته دارای معایبی مختلفی نیز می‌باشند، که از جمله آنها میتوان به شکننده بودن آنها اشاره کرد.
مته کاربید مناسب برای استفاده در خصوص پلاستیک های سخت همچون اکریلیک، پی وی سی، ام دی اف و فلزات نرم همچون آلومینیوم، مس، برنج و روی می‌باشند.
بیت مته شامل اجزای مختلفی می‌باشد، یک بدنه بیت و یک سر مته است.
سر مته، بخش اصلی بیت است که شامل دندانه‌ها و محفظه برش است.
دندانه‌ها به صورت تیغه‌ها یا میله‌های سخت و تیز شکل می‌گیرند و وظیفه بریدن، خراشیدن و خرد کردن مواد معدنی را برعهده دارند.
نوع بیت مته بستگی به نوع سنگ و شرایط معدنی دارد.
برای مثال، در برخی موارد از بیت مته‌های حفاری با دندانه‌های ماسه‌ای برای سنگ‌های نرم استفاده میشود، در حالی که در سنگ‌های سخت‌تر از بیت مته‌های با دندانه‌های کربید تنگستن استفاده میشود.
علاوه بر این، شکل و طراحی دندانه‌ها و الگوی آنها نیز بر اساس نوع معدن، نوع سنگ و شرایط حفاری تعیین میشود.
بیت مته از طریق سیستم حفاری، مانند یک ماشین حفاری، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
این بیت‌ها در طول حفاری ممکن است به دلیل سایش و فرسایش متعدد، خراب شده و نیاز به تعویض یا تعمیر داشته باشند.
برش مایع در چه زمانی انجام می شود؟
برش مایع Hydraulic Fracturing یا هیدرولیک فراکچرینگ یک روش استفاده می شود برای افزایش قابلیت تولید و استخراج از چاه‌های نفت و گاز طبیعی.
این روش معمولاً در مراحل توسعه و بهره‌برداری از مخازن هیدروکربنی انجام می شود.
برش مایع در زمانی انجام می شود که نرخ تولید از چاه به طور طبیعی کاهش می یابد و برای افزایش جریان هیدروکربن‌ها نفت و گاز از مخزن به چاه استفاده می شود.
این فرآیند به شکستن سنگ های مخزنی در اطراف چاه و ایجاد شکاف‌هایی در آنها اجازه می دهد تا مسیری برای عبور هیدروکربن‌ها فراهم شود.
عملیات برش مایع شامل مراحل مختلفی است که در ادامه قصد داریم به معرفی هریک بپردازیم.
۱-حفاری چاه
در ابتدای این فرایند، باید حفاری چاه صورت گیرد، تا در پی آن بتوانند به مخزن هیدروکربنی دسترسی پیدا کنند.
این حفاری به دو صورت عمودی یا افقی انجام می شود، که بسته به شرایط مخزن و نوع استخراج مورد نظر، یکی از این دو روش انتخاب می شود.
۲-نصب لوله‌ها و محفظه‌ها
پس از اتمام یافتن فرایند حفاری چاه، لوله‌ها و محفظه‌های فولادی یا پلاستیکی درون چاه نصب می شوند.
این لوله‌ها و محفظه‌ها برای انتقال و تزریق مایعات برشی و مایعات دیگر استفاده می شوند.
۳-تزریق مایع برشی
مایع برشی که شامل مواد مختلفی همچون آب، مواد شیمیایی و مواد پروپانت است، با استفاده از فشار بالا به داخل چاه تزریق می شود.
وارد شدن این مایع با فشار قوی بر روی سنگ‌های مخزن باعث میشود تا بر روی آنها اثر گذاشته شود و آنها را شکافته و شکسته کند.
۴-پروپانت
پس از تزریق مایع برشی، مواد پروپانت که به عنوان مواد پرکننده استفاده می شوند، به داخل شکاف‌های سنگ‌های مخزنی تزریق می شوند.
وجود و استفاده از این پروپانت‌ها باعث افزایش میزان نفوذپذیری سنگ‌های مخزنی می شوند و اجازه می دهند به طور موثرتری از مخزن هیدروکربنی استخراج شود.
برش مایع معمولاً در طول فرآیند توسعه میدان‌های نفتی و گازی انجام می شود، به منظور افزایش قابلیت تولید و بهره‌برداری بهینه از مخازن هیدروکربنی.
