نکاتی درباره حفاری

حفاري

كندن چاه و رسيدن به هدف مورد نظر را حفاري مي گويند حفاري يكي از كارهاي پيچيده و گران و طاقت فرسا وتخصصي در صنعت نفت بشمار مي رود. هر كاري كه ما قبل از حفاري انجام داده باشيم در صورتي كه عمل حفاري بدرستي انجام نگيرد بي فايده است.
بنابراين به حفاري خيلي اهميت مي دهند قبل از حفاري ما فقط با تخيل و فرضيات مختلف لايه ها و عمق ها را تعيين مي كنيم ولي در حفاري واقعاً به اينها مي رسيم زمين شناس، مهندس راه و ساختمان، حفار و … همه دست به دست هم مي دهند تا حفاري به طور مداوم انجام شود. چون هزينه دكل و لوازم حفاري خيلي گران است.بنابراين حفاري در سه نوبت و بطور 24 ساعته انجام مي گيرد.
تعيين محل حفاري نيز مهم است مثلاً فاصله آن از مناطق مسكوني، چاههاي مجاور، مسكوني فشار قوي برق و ….. كه اينها همه تخصصي و مخصوص به خود را دارند بعد از تعيين محل مهندس راه و ساختمان اقدام به نصب كردن وسايل مورد نياز، اتاق ها، جاده و … مي كند سپس دكل به منطقه آورده مي شود و عمل بطور 24 ساعته انجام مي شود. عمل حفاری بوسیله دکل صورت میگیرد . این دکل ابتدا بصورت جدا از هم به محل آورده میشود . سپس آن را در محل سر هم کرده و آمده حفاری میکنند . دکل و وسایل حفاری بصورت کرایه ای و گران قیمت می باشند بنابراین عمل حفاری بصورت 24 ساعته انجام میگیرد .

لوازم و قطعات حفاری عبارتند از :

1) Hook
قلاب آویزان از قطعات و رشته های بالا و پایین رو و متصل به دکل حفاری

2) Swivel
دستگاه متصل کننده قسمتهای دوار داخل چاه و قسمت های ثابت در خارج

3) Mud line
لوله قابل انعطاف ( لاستیکی ) جهت انتقال گل حفاری به داخل لوله های حفاری

4) Derrick
دکل حفاری

5) Kelly
لوله با قطع 6 ضلعی یا 4 ضلعی که بوسیله یک رابط به ........ و از طرف دیگر به لوله های حفاری داخل چاه متصل میگردد

6) Stand pipe
لوله انتقال گل از داخل پمپها به لوله لاستیکی

7) Kelly bushing
بوشن که با دواران خود ... را به حرکت در می آورد

8) Rotary table
صفحه دوار

9) Sub-Structure
پایه های زیر دکل

10) Foundation
پی بتونی زیر دکل

11) Seller
چاله ای که جاه در آن حفر میشود

12) Blow out control
دستگاه جلوگیری کننده از فوران چاه

13) Flow line
لوله انتقال گل برگشتی از داخل چاه به مخازن گل حفاری

14) Shale shaker
محل تفکیک گل حفاری از مواد و سنگ ریزه های حفاری شده

15) Screen
توری فلزی یا الک

16) Return tank
مخزن یا محل تجمع گل برگشتی از چاه

17) Mud pump
پمپ های ارسال گاز از .... به داخل چاه

18) Casing
لوله های دیوار بندی در اندازه های مختلف

19) Annulus
مجرای برگشت گل و مواد حفاری شده از چاه به خارج

20) Drill pipe
لوله حفاری که محتوی گل ارسالی به داخل چاه است

21) Bit
مته حفاری

عمل حفاری بصورت 24 ساعته و در 3 نوبت کاری انجام می شود . ولی همه افرادی که برای حفاری استخدام میشوند بصورت اقماری هستند و باید هر زمان که لازم باشد آماده کار باشند . کما اینکه در بعضی موارد حتی تا 3 روز یا بیشتر فرد وقت استراحت ندارد . عمل طاقت فرسا / وقت گیر / پر هزینه / خطرناک /الوده کننده محیط زیست /.... انجام میگیرد تا چاه به نتیجه برسد.

گل حفاري

يكي از حفاري دوراني گل حفاري است گل حفاري نقش مهم و حساسي در حفاري دارد در واقع سرمايه هاي مالي و انساني به اين ماده بستگي دارد و اشتباهي در انتخاب كردن نوع و وزن آن از بسته شدن چاه تا ذوب شدن دكل و نابود شدن انسان هاي بسياري همراه است. مسير حركت گل بصورت مسير بسته واز كناردكل شروع شده از درون لوله هاي حفاري عبور كرده سپس از شكافهاي درون مته خارج و بعد از آن از كناره هي لوله حفاري به محل اوليه خود بر ميگردد در اين مسير گل نقش هاي تعيين كننده اي دارد. كه عبارتنداز:

- خارج كردن خوده سنگهاي كنده شده ازاطراف مته و آوردن آنها به سطح
- خنك كردن وتقليل اصطحلاك مته با زمين
- محافظت ديواره چاه و ممانعت از ريزش طبقات
- ايجاد تعادل بين مايعات طبقه اي و مايعات داخل چاه
- انتقال گاز و يا نفت طبقات زيرزميني به سطح و دستگاههاي اندازه گيري مثل دستگاه شناسي گازها و يا دستگاه تعيين كننده نوع گاز

وظيفه اصلي گل ثابت نگه داشتن فشار هيدروستكي در داخل چاه است اگر فشار گل از فشار مواد موجود در داخل چاه بيشتر باشد در اين صورت گل به داخل سازنده ها نفوذ كرده و باعث كم شدن (loss) گل مي شود. اگر حفار سرچاهي متوجه اين جريان نشود گل به سرعت كم شده و بعد از تمام شدن و يا كم شدن فشار گل چاه فوران (flow rate) مي كند اين موجب مي شود كه دكل حفاري نابود شود در سازنده هايي كه گاز و يا نفت وجود دارد اين جريان با آتش سوزي همراه بوده و موجب گير كردن لوله حفاري در چاه مي شود كه اين موجب اشكال در حفاري مي شود براي سنگين كردن گل از مواد مختلفي همچون نمك و … استفاده مي شود كه اين تركيبات را با آزمايش بدست آورده اند.

مواد مورد استفاده در گل حفاري

برای انجام مراحل مختلف اکتشاف مواد معدنی فلزی و غیر فلزی ، نفت ، گاز و آب و همچنین به منظور بررسی و مطالعه خصوصیات سنگ شناسی ، آلتراسیون و کانی سازی لایه‌های زیرزمینی یک منطقه به حفاری می‌پردازند. انواع مهم حفاری عبارتند از : نوع مقر گیر ، نوع روتاری و نوع ضربه‌ای. مواردی که برای حفاری استفاده می‌شود تابع روش حفاری ، مقاومت سنگها ، میزان شکستگی ، عمق ، مواد گازی و ترکیب کانی شناسی سنگ است.

نقش مواد در گل حفاری

کنترل وزن مخصوص
برای منترل مخصوص از باریت ، گالن و آهک استفاده می‌شود. در مواردی که فشار آب و یا گاز در منطقه حفاری زیاد باشد، یا حفاری در سنگ خاصی (نظیر شیل) صورت گیرد، از باریت می‌توان استفاده نمود. در صورتی که فشار آب و یا گاز در سنگهایی که حفاری می‌شود خیلی زیاد باشد، از گالن استفاده می‌کنند. از آهک به منظور کاهش وزن مخصوص کمک می‌گیرد.

مواد تغییر دهنده غلظت
به منظور بازیابی سریع مواد حفاری شده ، جلوگیری از گیر کردن مته و افزایش سرعت حفاری ، از نبتونیت سدیم‌دار ، اتاپولژیت (Attapulgite) ، آزبست ، موسکویت ، گرافیت و دیاتومیت می‌توان استفاده کرد.

کنترل ترکیب شیمیایی محلول حفاری
ترکیب شیمیایی محلول حفاری بر غلظت ، وزن مخصوص ، سرعت حفاری و دستگاههای حفاری تاثیر مستقیم می‌گذارد. مواد معدنی مورد استفاده عبارتند از بی‌کربنات سدیم ، نمک ، آهک ، دولومیت و ژیپس.

مواد معدنی که در حفاری استفاده می‌شوند.

بنتونیت :
به منظور جلوگیری از هدر رفتن محلول حفاری در چاههایی که درز و شکاف زیاد دارند. می‌تواند از نبتونیت سدیم‌دار به عنوان پوشش داخلی سطح چاه استفاده نمود. نبتونیت خاصیت کلوئیدی را افزایش می‌دهد. و در نتیجه درصد بازیابی پودر و سنگ افزایش می‌یابد.

میکا :
برای جلوگری از گیر کردن مته در سنگهای دارای خاصیت چسبندگی زیاد ، نظیر وزن گسلی یا در سنگهای مارنی از میکا باید استفاده شود.

گرافیت :
هر گاه مته و محور آن به هنگام حفاری گیر کند استفاده از گرافیت لازم می‌آید که البته بعد از بر طرف شدن مانع باید آن را از چاه خارج کرد.

باریت :
برای کنترل وزن مخصوص از باریت استفاده می‌کنند.

گالن :
به منظور کنترل وزن مخصوص از گالن استفاده می‌نمایند.

آهک و دولومیت :
جهت کاهش وزن مخصوص و کنترل خاصیت قلیای از آهک و دولومیت می‌توان استفاده نمود.

ژیپس :
برای جلوگیری از آلودگی کربنات و همچنین جهت لخته کردن کانیهای رسی از ژیپس استفاده می‌شود.

آزبست :
به منظور افزایش درصد مواد حفاری می‌توان از آزبست استفاده نمود.

نمک :
در موقع حفاری به منظور کنترل قطر چاه و همچنین برای کنترل پراکندگی رسها از نمک استفاده می‌شود.

کربنات و بی‌کربنات سدیم :
به منظور کنترل محلولها و جلوگیری از خطر آلودگی ، کربنات را مورد استفاده قرار می‌دهند.

پرلیت و خاکسترهای آتشفشانی :
این مواد به عنوان سیمان بکار می‌روند

حفاري جهت دار

مواقعي پيش مي آيد كه حفاري عمودي غير ممكن است مثلاً مخزن ما زير منطقه مسكوني و ياتجاري و … آنجا غير ممكن است قرار دارد يادر بعضي مواقع قطعه اي درچاه گم شده و عمل حفاري غير ممكن است بعضي از مخازن نيز cllovser آنها بصورتي است كه اگر اقدام به حفاري عمودي كرديم چاه به آب نمك نشسته واز كار مي افتد در اين موقعيت ها تكنولوژي هايي وجود دارد كه حفاران ميتوانند بوسيله آنها اقدام به حفاري جهت دار كنند اين نكته نيز قابل توجه است كه لوله حفاري قادر به خم شدن حتي تا زاويه 90 نيز مي باشد.
حفاري جهت دار روش هاي متفاوتي دارد مثلاً‌ از ابتدا جهت دار حفاري كنيم و يا اينكه مقداري عمودي و مقداري جهت دار. در بعضي موارد زمين شناس تشخيص مي دهد سازنده ي كه به آن حفاري عمودي برخورد مي كنند باحفاري جهت دار برخورد نمي كنند در صورتي كه اين سازنده سخت باشد عمل حفاري كند پيش مي رود بنابراين با برنامه ريزي دقيق و حساب شده به اصطلاح لايه را دور مي زنند در مناطق دريايي هزينه سكوي نفتي گران تمام مي شود بنابراين با يك سكوي نفتي از چندين مخزن مختلف برداشت مي كنند و ابتكار فقط با حفاري جهت دار امكان پذير است.

نویسنده : مرتضی هادوی دانشنامه رشد

مقایسه انواع ماشین های حفر تونل (TBM)

انواع مته ها و معرفی دریفتر

الف) مته های مورد نیاز در سیستم حفاری چرخشی (Rotary) 
.1. مته های تیغه ای : 
این نوع مته ها از دو یا سه یا چهار تیغه تشکیل شده اند . که با فاصله 180 درجه ، 120 درجه و 90 درجه در کنار یکدیگر قرار گرفته اند . نوع دو تیغه ای آن را دم ماهی نیز می نامند . جنس تغه ها معمولاً از کربور تنگستن است و هرچه طول آنها کمتر باشد بازدهی مته بیشتر خواهد بود و به روی مته ها منافذی تعبیه شده که گل حفاری پس از عبور از این منافذ قطعات خرد شده ته چال یا چاه را به سطح منتقل و باعث تمیز شدن ته چاه می شود . 
عمر مته های تیغه ای به دلیل کاربرد در سنگهای نرم معمولا بیش از 1000 فوت خواهد بود و مقدار بار روی مته برای سنگهای سخت بین 1000 تا 2000 پوند به ازای هر اینچ مته است . 
.2. مته های چرخشی مخروطی : 
مته های چرخشی مخروطی یا غلتکی بر حسب نوع ساختمان آنها به چند زیر گروه تقسیم می شوند این تقسیم بندی اولین بار در سال 1909 توسط هوارد هیوز ارائه شده است . 
در بعضی مته های مخروطی شکل نحوه قرار گیری مخروط نسبت به یکدیگر شبیه علامت بعلاوه ، ضربدر یا صلیبی است که به آنها مته های مخروطی شکل تقاطعی می نامند . این نوع مته ها در سنگهای سخت ، بازدهی خوبی دارند . 
تعداد مخروط مته می تواند یک ، دو ، سه ، چهار ، پنج یا حتی شش عدد برسد اما رایج ترین آنها مته های مخروطی است . 
باید توجه داشت که به دلیل نیاز به حفر چال یا چاه در سنگهای بسیار سخت در سال های اخیر تغییراتی در این نوع مته ها به وجود آمده است . در این مته ها  ارتفاع دندانه ها بسیار کم و جنس آنها از کربورتنگستن و سر دندانه ها کاملاً گرد و صاف است و چون شبیه دگمه اند بدان مته های دگمه ای می گویند . 

.3. مته های تک غلتکی (یک مخروطی) 
این نوع مته در سیستم حفاری چرخشی برای سنگهای شکاف دار ، سنگهایی با خاصیت خراش اندازی ، سنگهایی با سختی متوسط و برای طبقات شیبدار کاربرد دارد چون در این وضعیت امکان انحراف چال یا چاه با این نوع مته به کمینه خواهد رسید . شکل مته تقریبا کروی و به روی آن دندانه های نیمه کروی یا V شکل که از آلیاژ سخت تشکیل شده تعبیه شده و برای عبور گل حفاری به ته چاه جهت انتقال قطعات بریده شده ، معمولاً یک سوراخ روی مته ایجاد می شود . 

دریفتر (Drifter)
دریفترها نوع دیگری از سیستم حفاری ضربه ای که مشابه چکش های حفاری اند اما از آنها سنگین تر اند به نحوی که حمل آنها به کمک حفار امکان پذیر نیست . این نوع چکش ها قادرند در جهات مختلف (افقی ، به سمت پایین ، به سمت بالا) چال حفر کنند . این ماشین برای چالهایی با قطر بین 5/2 تا 6 اینچ و عمق 100 فوت طراحی شده اند . سرعت چالزنی این نوع ماشین برای سنگهای بسیار سخت مثل گرانیت بین 30 تا 60 فوت در ساعت و برای سنگهای رسوبی (سخت) بین 70 تا 150 فوت در ساعت متغیر است . وزن دریفترها بین 75 تا 260 پوند متغیر اند . 
این ماشین حفاری عمدتاً در معادن زیر زمینی و حفر تونل مورد استفاده زیاد دارد . هنگامی که از دریفتر برای حفر چالهای افقی یا بالاسر استفاده می شود برای ایجاد تراست یا فشار کافی از سیلندر هیدرولیکی یا پنوماتیکی (هوا یا به طور کلی گاز) استفاده می شود . اما در حفر چالهای با جهت به سمت پایین سنگینی خود ماشین ، تراست مناسب را ایجاد خواهد کرد . انواع جدید این ماشین قادرند تا در هر دقیقه 2000 ضربه به لوله حفاری وارد کنند . 
دریفترها همچنین بر حسب قطر چالی که حفاری می کنند به 4 گروه تقسیم می شوند : 
.1. دریفترهای سبک که قادرند چالها با قطر تا 3 اینچ حفر کنند . 
.2. دریفترهای نیمه سنگین که قادرند چالها با قطر بین 3 تا 5/4 اینچ حفر کنند . 
.3. دریفترهای سنگین که قادرند چالها با قطر 4 تا 5 اینچ حفر کنند . 
.4. بالاخره دریفترهای بسیار سنگین که قادرند چالها با قطر بین 5 تا 6 اینچ حفر کنند.

واگن دریل ( Wagon drill)
واگن دریل نوع دیگر از سیستم حفاری ضربه ای است که چالزن از طریق تسمه ها به دکل نصب گردیده و به صورت خشاب وار بر روی دکل بالا و پایین می شود و مجموعه چالزن و دکل بر روی ارابه دو یا سه چرخ لاستیکی سوار گردیده اند که به همین دلیل به آن واگن دریل می گویند . 
واگن دریل با زوایای مختلف می تواند چال حفر کند که در مجموع چال با واگن دریل 
در مقایسه با انواع چکش های حفاری در شرایط یکسان از نظر سنگ با سهولت و کیفیت بهتری انجام می گیرد . از واگن دریل برای حفر چالهایی با عمق 150 فوت و قطر تا 5/4 اینچ برای سنگهای نیمه سخت و سخت استفاده می شود . اما به طور رایج عمق چالهایی که با واگن دریل حفاری می شوند تا 30 فوت است . 

چکش حفاری (Jack hammer)
ابتدایی ترین نوع سیستم حفاری ضربه ای می باشند ، (Jack hammer) . که عمدتاً برای حفر چالهای با قطر کم (یک تا دو اینچ) به کار برده می شود . انرژی این ماشین توسط هوای فشرده تامین و معمولاً از آنها جهت حفر چالهای با عمق کم استفاده می شود . چون کلاً جهت چالهایی که با این سیستم حفاری می شوند به سمت پایین است لذا به آنها سینکر (Sinker) نیز می گویند . 
طبقه بندی چکشهای حفاری بر حسب وزن آنها است که بین 30 تا 90 پوند متغیراند . اگر چه در موارد نادر چکشهای حفاری برای حفر چالهایی تا عمق 20 فوت به کار گرفته شده اند اما بیشتر از آن برای حفر چالهای تا عمق 10 فوت استفاده می شود . 
چکش های حفاری یا پیکورها بیشتر در معادن زیر زمینی و کارهای ساختمانی و حفر چال برای انفجارهای ثانویه مورد استفاده قرار می گیرند .

مطالب فوق از کتاب دکتر مرتضی اصانلو گرفته شده است . 

ویژگی ها,انواع و تاریخچه مواد منفجره

شکستن سنگ با استفاده از مواد منفجره از ابتدای قرن هفدهم هم زمان با شناسایی باروت شروع شد . در سال 1813 نیترو سلولز توسط T.J Plonze ساخته شد . در سال 1867 آلفرد نوبل برای سهولت حمل نیتروگلیسیرین آن را جذب دیاتومیت کرد و جسمی پلاستیکی شامل 75% نیتروگلیسیرین بدست آمد . این ماده می تواند تا سه برابر وزن خود نیتروگلیسیرین جذب کند و محصول آن Guhar Dynamite نامیده شد . دینامیت مشتق از کلمه یونانی (dynamis) به معنی نیرو می باشد در سال 1875 آلفرد نوبل نوعی دینامیت از ژلاتین انفجاری ساخت که مخلوط ژلاتینی شکل از 92% نیتروگلیسیرین و 8% نیترو سلولز بود که هنوز هم از مواد منفجره قوی صنعتی است . به دنبال آن در سال 1879 از مخلوط کردن نیترات سدیم و سایر مواد به ژلاتین انفجاری مواد منفجره ضعیفتر به دست آمد . انواع زیادی از مواد منفجره بر این اساس ساخته شده اند . مواد منفجره اکسیژن مایع در 1895 ساخته شد و نیترات آمونیوم بعنوان ماده منفجره در سال 1867 تولید گردید ، اما کاربرد مخاوط آن با سوخت مایع بعنوان ماده منفجره صنعتی از سال 1955 میلادی متداول شد . در سال 1920 از اختلاط دی نیترو گلیکول به دینامیت ها از یخ زدن آنها جلوگیری شد . در دهه های 1950 و 1960 مواد منفجره ژله ای و در دهه های 1960 و 1970 مواد منفجره امولیسیون ساخته و به بازار مصرف تحویل شد . 
ماده منفجره : ترکیبی شیمیایی یا مخلوط مکانیکی است که در اثر جرقه ، ضربه ، حرارت و یا شعله در مدت کوتاهی تجزیه شده و مقدار زیادی گاز و حرارت تولید می کند . 
می توان گفت هر ماده سوختنی قابل انفجار است در صورتی که شرایط مورد لزوم زیر فراهم گردد. 
.1. اکسیژن به حد کافی موجود باشد . 
.2. امکان ترکیب سریع اکسیژن با ماده سوختنی فرهم گردد. 

ویژگی های مواد منفجره
.1. حساسیت 
حساسیت گویای مقدار تحریکی است که برای وادار کردن ماده منفجره به فعل و انفعال لازم است حساسیت یک ماده منفجره به ساختمان ملکولی ، اندازه کریستالها ، وزن مخصوص ، رطوبت و درجه حرارت بستگی دارد . وزن مخصوص بالا ، جذب رطوبت و پوشش کریستالها سبب کم شدن حساسیت می گردد. 
.2. سرعت انفجار 
سرعت انفجار همان سرعت تجزیه شدن یا سوختن ماده منفجره یا به عبارت دیگر حرکت موج انفجار در سرتاسر ماده منفجره می باشد . اگر سرعت سوختن ماده منفجره بیش از سرعت صوت باشد آن را اتفجار می گویند و چنان چه کمتر از سرعت صوت باشد این پدیده را سوزش می نامند . مواد منفجره قوی سنگها را به قطعات ریز بدل می کنند و مواد منفجره با سرعت کم سبب تولید قطعات بزرگ سنگ در آتشباری ها می گردد. 
.3. قدرت ماده منفجره 
عوامل موثر در قدرت ، حجم گاز و حرارت انفجارند . هر چه حرارت تولید شده بیشتر باشد ، یعنی فعل و انفعال کامل تر انجام پذیرد ، قدرت ماده منفجره بیشتر است . از بین دو ماده منفجره که حجم گاز مساوی داشته باشند آن که حرارت بیشتر تولید می کند قدرت بیشتری دارد . 
.4. چگالی 
چگالی ماده منفجره وزن واحد حجم ماده منفجره بکار رفته در ساختمان فشنگ آن می باشد . هر چه چگالی ماده منفجره بیشتر باشد سرعت انفجار و قدرت آن بیشتر می باشد. در مورد مواد منفجره ژله ای ممکن است که دو نوع ماده منفجره دارای چگالی یکسان اما انرژی کاملاً متفاوت باشند . در صورتی که چگالی از حد معینی عبور کند ممکن است انفجار ناقص صورت گیرد یا اینکه ماده منفجره به جای انفجار ، بسوزد . لذا هر نوع ماده منفجره دارای یک چگالی اپتیموم است که به ازا آن انفجار کامل صورت می گیرد . واضح که برای سنگهای سخت باید مواد منفجره با چگالی بیشتر به کار برد . 
.5. رطوبت 
سبب تجزیه ماده منفجره می شود . 
.6. آتش گیری 
برخی از مواد منفجره در اثر یک جرقه منفجر می شوند و بعضی فقط می سوزند اما نظر به این که مواد منفجره سوختنی هستند خطر آتش گیری آنها و یا بخار و گاز متصاعد وجود دارد . این خاصیت در حمل و نقل و انبارداری بایستی مورد توجه قرار گیرد . یکی از علل کم شدن مصرف اکسیژن مایع همین خاصیت آتش گیری آن می باشد . در سالهای اخیر سعی شده که مواد منفجره آتشگیر نباشند اما به هر حال بایستی این نکته را مد نظر گرفت که این مواد سوختنی هستند و بایستی از نزدیک شدن شعله و کشیدن سیگار در جوار آنها خودداری کرد . و به همین دلیل خصیت آتش گیری است که توصیه می شود در شرایط رعد و برق شدید از استعمال هر گونه ماده منفجره ای خودداری کرد . 
.7. سمیت 
له طرق مختلف سمیت مواد منفجره بروز می کند . تماس با نیتروگلیسیرین سبب نفوذ آن از راه پوست دست شده و سردرد شدیدی می آورد . خوردن گرد و غبار و بخار ترکیبات نیترو ممکن است به فاجعه منجر شود . سمیت مواد منفجره بعد از انفجار نیز به نحوی بروز می کند ، زیرا پس از انفجار گازهای از قبیل SO2 ,SH2 ,CO2 ,CO و غیره در فضا پراکنده می گردد ، که ضررهای هر یک به نوبه خود مشخص است . 
از جمله گازهای حاصل از انفجار ، انیدرید کربنیک CO2 است و با این که گازی سمی نیست ، اما در بسیاری از موارد پس از انفجار تولید گاز سبب مرگ افراد شده است زیرا وجود مقدار زیاد آن سبب لختی ماهیچه ها و از کار افتادن قلب و ریه می گردد. 
اگر غلظت انیدرید کربنیک در هوا به 18% حجمی برسد موجب خستگی می گردد. 

برای پایین آوردن سمیت گازهای حاصل از انفجار رعایت این نکات لازم است : 
.1. تعادل اکسیژن برقرار باشد . 
.2. داخل چال خوب پاک بوده و عاری از خرده ریزه حفاری باشد . 
.3. قطر بحرانی در نظر گرفته شود . 
.4. چال خوب مسدود شده باشد . 
.5. انفجار کامل صورت گیرد . 
.6. فشنگ های مواد ناریه با هم تماس داشته باشند . 
.8. فراریت 
مواد منفجره نباید فرار باشند ، زیرا قراریت سبب می شود که گاز درون ظرف جمع شده و آن را تحت فشار قرار دهد و یا خود ماده منفجره به خصوص در حمل و نقل و نگهداری تجزیه می گردد.

شناسایی انواع مواد منفجره

مشخصاتی که از مواد منفجره در ذیل آمده است همگی از

آتش کاری در معادن 
تالیف رحمت الله استوار عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی امیر کبیر 
و انتشارات جهاد دانشگاهی 
از کلیه دوستانی که خواهان مطالعه بیشتری در این زمینه هستند می توانند با تهیه این کتاب از آن بهره مند شوند . 


آزید (ازتور) سرب 
ازتور سرب در اثر شعله منفجر می شود . گرچه سرعت انفجار ازتور سرب از فولمینات جیوه کمتر است و به همین لحاظ قدرت شکنندگی آن نیز کمتر می باشد ، با این حال موارد استعمال آن بیش از فولمینات جیوه می باشد و این به دلیل پایداری زیاد آن است. در درجه حرارت 80 سانتی گراد بالای صفر اگر به مدت 15 ماه نگهداری شود خواص خود را حفظ می کند در حالی که فولمینات جیوه در این درجه حرارت به مدت 5/1 روز ده درصد خلوص خود را از دست می دهد . بطور کلی بعلل پایداری ، ارزانی و فراوانی در برابر رطوبت هیدرولیز می شود . اسید حاصله با مس ترکیب شده و ازتور مس خیلی حساس بوجود می آید لذا باید از تماس آن با مس جلوگیری کرد . 

دی آزودی نیتروفنل (DDNP) 
مثل ازتور سرب در چاشنی ها به جای فولمینات جیوه گرفته است . پایداری آن بیش از فولمینات جیوه و کمتر از ازتور سرب است طبق آزمایشات انجام شده در محیطی با حرارت 50 درجه سانتی گراد بالای صفر حداقل سی ماه دوام دارد در حالی که فولمینات جیوه در چنین شرایط 9 ماه پایدار می باشد . بعلاوه درجه حرارت 50 درجه سانتی گراد بالای صفر برای مدت 12 ماه در زیر آب دوام می کند . قدرت منفجر کردن آن از ازتور سرب و فولمینات جیوه بیشتر است . 

فولمینات جیوه 
برای اولین بار توسط نوبل در سال 1861 به عنوان چاشنی نیترو گلیسیرین بکار گرفته شد . مخلوط فولمینات جیوه دارای تعادل اکسیژن منفی است اضافه کردن مواد اکسیژن دار به آن نظیر باروت ، نیترات پتاسیم و کلرات پتاسیم تحت آزمایش قرار گرفت و نتیجه گیری گردید که مخلوط 80-20 و 90-10 فولمینات جیوه و کلرات پتاسیم ( 80% فولمینات جیوه و 20% کلرات پتاسیم ) – مزایای زیر را بر فولمینات جیوه دارد . 
قدرت آتش زنه بیشتر و خردکنندگی بیشتر و ایمنی زیاد در حمل و نقل . 

فولمینات نقره 
این ماده بعلت قیمت و حساسیت بیش از فولمینات جیوه ، هرگز مصرف تجارتی پیدا نکرده است . بلکه مقداری در کارهای آتشکاری مصرف می شود . 
استیفنات سرب 
به عنوان خرج آتش زنه مصرف نمی شود به عبارت دیگر خرج چاشنی ها را تشکیل نمی دهد بلکه چون به حرارت حساس است و و در اثر گرمای جریان برق زود آتش می گیرد ، برای آتش زدن ازتور سرب در چاشنی های الکتریکی مصرف می شود . 

تتراسن (تترازن) 
سهولت انفجار ، حرارت زیاد ناشی از انفجار ، و حجم گازهای تولید شده باعث گردیده اند که تتراسن بعنوان یک ماده منفجره در ساختن چاشنی ها بکار گرفته می شود . در درجه حرارت کمتر از 75 درجه بالای صفر پایدار و 100 درجه بالای صفر تجزیه می شود . 

نیترات آمونیوم (AN) 
نیترات آمونیوم ارزان ترین و ایمن ترین ماده اکسیژن دار می باشد که در ساختمان اغلب مواد منفجره صنعتی و نظامی به عنوان ماده اکسیژن دهنده به کار می رود . بیشترین مورد مصرف آن در ساختن آنفو و مواد منفجره ژله ای می باشد . بعلاوه در ترکیب کود های شیمیایی نیز به مقدار زیاد مصرف می شود . 
نیترات آمونیوم دانه ای (پودری) که برای سهولت جریان و مقاومت در مقابل رطوبت ، دانه هایش با موادی خاص پوشیده شده ، همراه با سوخت بعنوان مواد منفجره مصرف می شود . ماده ای که برای پوشش دانه های نیترات آمونیوم مصرف می شود Keiselguhr به میزان 2تا 3 درصد و یا موادی نظیر سولفنات ها به میزان ا درصد و یا ترکیب هر دو می باشد . 
در گرمای معمولی به ضربه حساس نیست . حداقل فاصله لازم برای سقوط وزنه 2 کلیوگرمی به منظور انفجار 100 سانتی متر می باشد . با بالا رفتن درجه حرارت ، این فاصله کاهش می یابد ، به نحوی که در حرارت 150 و 175 درجه یانتی گراد فاصله لازم سقوط وزنه برای انفجار نیترات آمونیوم به ترتیب 70 و 30 سانتی متر است . در درجه حرارت 325 درجه سانتی گراد بالای صفر در عرض 3 ثانیه کاملا منفجر می شود و در حرارت پایین تر تجزیه می شود . نیترت آمونیوم سمی نیست و کار یا آن احتیاطهایی شدید لازن ندارد اما باید توجه داشت که به هر حال بالقوه ماده منفجره است و اکسید کننده می باشد در بعضی موارد سوزش و خارش و اگزما مشاهده شده است . 

پرکلرات آمونیوم 
بعنوان اکسیژن دهنده به کار می رود و حساسیت آن خیلی کم است . در ساختن خرج های پرتابی انفجار به کار می رود . مقدار اکسیژن ان 35% بیش از نیترات آمونیوم است و این امر علی رقم قیمت بیشتر موجب کاربردهای مخصوصی برای آن می شود . 

نیترو سلولز (NC) 
نام های دیگر نیترات سلولز است . مقدار ازت یکی از عوامل تعیین کننده خواص نیترو سلولز است نیتروسلولزی که در خرج های پرتابی به کار می رود دارای ازت 12 تا 15/13 درصد است و آن چه که در تهیه ژله انفجاری به کار می رود 11 تا 12 درصد ازت دارد و نیتروسلولز مصرفی در مواد منفجره صنعتی 8 تا 5/11 درصد ازت دارد . 
درحال حاضر مواد منفجره نیتروسلولزی در زمره مواد منفجره قوی شناخته می شوند . نیتروسلولز به ضربه حرارت و جرقه الکتریکی حساس است لذا حمل آن در مناطق خشک و جایی که احتمال وجود الکتریسیته ساکن باشد خطرناک است و به همین دلیل در آب یا الکل حمل و نقل می شود . نیتروسلولز سمی نیست اما حمام رفتن و تغییر لباس برای کسانی که با آن کار می کنند ضروری است . 

نیتروگلیسیرین (NG) 
به نام های تری نیترات گلیسیریل و یا نیترات گلیسیریل نیز نامیده می شود در گرمای عادی مایع و بی رنگ است . در سال 1846 به وسیله Sorbero تهیه و در سال 1861 به وسیله نوبل به عنوان ماده منفجره به کار گرفته شد . نیتروگلیسیرین یکی از اجزای اصلی مواد منفجره صنعتی است . در ساختن خرج های پرتابی نیز به کار می رود . مختصری نیز مصرف دارویی دارد . مصرف 0006/0 گرم سبب اتساع شریان ها می شود . در درجه حرارت معمولی فرار نیست و در گرمای 50 درجه سانتی گراد بالای صفر کمی فرار و در 100 درجه کاملا فرار است . 
حساسیت آن به ضربه مثل فولمینات جیوه است و با بالا رفتن درجه حرارت حساسیت آن نیز افزایش پیدا می کند . در گرمای 4 تا 8 درجه سانتی گراد بالای صفر یخ می بندد . چنانچه نیتروگلیسیرین دارای حباب هوا باشد حساسیتش ه ضربه بالا می رود . قدرت خردکنندگی نیتروگلیسیرین بسیار بالا ، معادل پتن و به مراتب بیش از تی ان تی است نیتروگلیسیرین از موادی است که تعادل اکسیژن ان مثبت است لذا می توان آن را با سایر موادی که احتیاج به اکسیژن دارند مخلوط کرد . نیتروگلیسیرین از راه پوست جذب بدن می شود بخار آن نیز پس از تنفس وارد خون می گردد و موجب سر درد شدید می شود تماس مکرر با نیتروگلیسیرین برای کارگرانی که با آن کار می کنند عادی می شود . به هر حال خوردن قهوه غلیظ مقداری از سر درد را می کاهد . حما آن در مقادیر زیاد بسیار خطر ناک است و احتیاط های ویژه ای را نیاز دارد . 

گلیکول دی نیترات (GDN) 
یکی از مواد منفجره نادری است که تعادل اکسیژن آن صفر است . قدرت خردکنندگی آن زیاد است در درجه حرارت 22- زیر صفر یخ می بندد . برای پایین آوردن درجه انجماد انواع دینامیت ها در ساختمان دینامیت مصرف می شود . چون فراریت آن بیش از نیتروگلیسیرین است بخار بیشتری وارد دستگاه تنفسی می شود و سبب اتساع رگ ها ، و سبب تشدید ضربان قلب و سر درد شدید می گردد . 
نیترو استارچ 
ماده ای جامد و ترد شبیه نشاسته است . نیترواستارچ یکی از عوامل مهم تشکیل دهنده مواد منفجره صنعتی است و از آن به جای نیتروگلیسیرین استفاده می شود . این گونه مواد منفجره در مقابل یخ زدگی مقاوم اند و تماس با آن ، سردرد ندارد . 

پنتا اریتریتول تترا نیترات (PETN) 
نام های دیگر آن ، پانتریت و نیتروپنتا اریتریت است . به سهولت آتش نمی گیرد . در برابر ضربه خیلی حساس است و برای کم کردن حساسیت به آن پارافین یا دی نیترو تلوئون و تی ان تی اضافه می کنند . مخلوط آن با نسبت های مختلف با تی ان تی را پانتولیت می نامند وزن مخصوص آن 7/1 است . 

سیکلونیت (RDX) 
به نام های سیکلوتری متیلن تری نیترامین هگزوژن ، منفجره 4T ، هگزاهیدرو 1و 3 5 تری نیترو تریازین نیز معروف است . به عنوان خرج مبنا در چاشنی ها و یکی از اجزا تشکیل دهنده مواد منفجره صنعتی به کار می رود . خردکنندگی و قدرت RDX به مراتب بیش از تتریل و معادل PETN است . پایداری RDX بیش از PETN و تقریبا معادل TNT است در انباری به حرارت 85 مدت 10 ماه و در حرارت 100 مدت 100 ساعت خواص خود را حفظ می کند . RDX چندان سمی نیست اما برای کسانی که روزانه با آن سرو کار دارند تغییر لباس و حمام رفتن الزامی است . RDX به سبب پایداری زیاد ، فراوانی و ارزانی مواد اولیه به مقدار زیاد تولید و مصرف می شود . 

تری نیتروتولوئن (TNT) 
اسامی دیگر آن عبارتند از تروتیل ، تریتون ، تریتول ، تولئیت ، تریلیت در ساختن مواد منفجره صنعتی ، خرج های پرتابی ، بمب ها نارجک و خرج هایی نظیر آماتول و پانتولیت به کار می رود . وزن مخصوص TNT برابر 56/1 می باشد و در صورت فشرده شدن تا 6/1 می رسد . سولفور سدیم ، تی ان تی را تجزیه می کند و مقداری مواد غیر منفجره به وجود می آید و از این خاصیت برای از بین بردن تی ان تی استفاده می شود . یکی از خواص عمده تی ان تی پایداری آن است . در حرارت 65 بیش از 20 سال خواص خود را حفظ می کند . و در گرمای 75 برای مدت شش ماده تغییر نکرده باقی می ماند . 

باروت 
باروت خرج پرتابی است و در کشورهای صنعتی جز در موارد نادر برای انتقال آتش از آن استفاده نمی شود . 
باروت مخلوطی مکانیکی از نیترات سدیم یا پتاسیم ، زغال و گوگرد است . در حالی که هیچ کدام آنها ماده منفجره نیستند . باروت از مواد منفجره کند سوز است و سرعت سوختن آن در مقایسه با مواد منفجره قوی خیلی کمتر از آنهاست . 
سرعت سوختن باروت نیترات سدیم دار کمتر از نوع باروت نیترات پتاسیم دار است . ازدیاد زغال سبب کمتر شدن سرعت سوختن می شود . نوع و کیفیت زغال در سرعت سوختن باروت موثر است . زغال بید و توسه سریعتر از زغال بلوط می سوزند . 

آنفو 
آنفو حروف اول کلمات (Ammonium Ntrite Fuel Oil) به معنی مخلوط نیترات آمونیوم و سوخت مایع است . بطور کلی آنفو 5/94% نیترات آمونیوم است که دانه های ضد لای پوشیده شده و 5/5% سوخت مایع هم جذب آن گردیده است . 
افزودن آلومنیوم به آنفو سبب افزایش قدرت آن می شود . 

دینامیت 
دینامیت یک اسم عام است که به بسیاری از مواد منفجره خشک شامل مواد سوختنی کربناته و نیتروگلیسرین اطلاق می شود . دینامیت اولین بار توسط نوبل ساخته شد و مرکب از 75% وزنی نیتروگلیسرین و 25% دیاتومیت بود . گرچه دیاتومیت تا سه برابر وزن خود نیتروگلیسیرین جذب می کند اما قدرت این نوع دینامیت به مراتب کمتز از نیتروگلیسیرین است . پس از آن به جای دیاتومیت از موادی نظیر نیترات سدیم (SN) چوب و غیره استفاده شد و گرچه این مواد کمتر از دیاتومیت نیتروگلیسیرین جذب می کند اما ماده منفجره حاصله به مراتب قوی تر از دینامیت ( نیتروگلیسیرین – دیاتومیت) است . 
انواع دینامیت ها 
دینامیت ها را بر حسب نوع مواد ترکیبی طبقه بندی می کند . عمده مواد تشکیل دهنده دینامیت ها عبارتند از : نیتروگلیسیرین ، نیترات سدیم ، نیترات آمونیوم ، نیترو سلولز و سوخت کربناته مثل چوب . اما در ساختمان دینامیت ها علاوه بر مواد فوق ، مواد چسبنده ، مواد ضد اسید و مقداری رطوبت نیز به کار می رود. 
انواع دینامیت ها عبارتند از : دینامیت استرایت ، دینامیت آمونیاکی ، دینامیت استرایت ژلاتینی ، ژلاتین انفجاری ، دینامیت آمونیاکی ژلاتینی ، دینامیت نیمه ژلاتینی . 

اکسیژن مایع (LOX) 
چنان چه مواد سوختنی از قبیل خاک اره و گرد زغال را در اکسیژن مایع فروبریم تا 5/3 برابر وزن خود می تواند اکسیژن جذب می کند . در این حالت با نزدیک کردن شعله ، خاک اره یا گرد زغال منفجر می شود . چون که اکسیژن مایع به سرعت تبخیر می شود . این نوع آتش کاری هیچ گونه عوارض فیزیولوژیکی از قبیل سردرد و غیره را ایجاد نمی کند . بیش از 30 سال است که از اکسیژن مایع در انفجار استفاده نمی شود. این نوع ماده منفجره در آتشباری در معادن روباز به کار می رفته است .

منبع:univer30t.com

الگوریتم های آتشباری

یادآوری
یادآوری می شود که اگر نسبت ارتفاع به قطر کمتر از 6 یا مساوی 6 باشد ، شکل انتشار امواج کروی می باشد و برعکس اگر از عدد 6 بیشتر باشد انتشار امواج به شکل استوانه است . در چالهای  عمیق نیز شکل واقعی توزیع و انتشار امواج به فرم گلابی می باشد . 
انتقال انرژی از ماده منفجره به محیط سنگی تابع کیفیت ماده منفجره و سنگ (ضریب امپدانس) و کیفیت خرج گذاری (ضریب جفت شدگی) است . 
عوامل اصلی شکست سنگ ، تنش هایکشش امواج انعکاسی از سطح آزاد و فشار گازهای حاصله است . 
بردن (Burden) : به فاصله بین ردیف های افقی چال ها می گویند . 
Spacing : به فاصله چال ها در هر ردیف می گویند . 
روابط تجربی خیلی زیادی وجود دارد به طوری که ، عمومی ترین آنها به فرم
S=(1-2)B و (S=(0.67-1.5 است . در حفاری چال ها نیز باید دقت شود که هر چه قطر چال بیشتر می شود سرعت چالزنی پایین آمده ولی در عوض هزینه چال و حتی هزینه مواد ناریه به اضافه شدن قطر چال کاهش می یابد . اگر قطر چال ها زیاد باشد ، B وS نیز بیشتر خواهد شد . 
اگر ضخامت بار سنگ B کم باشد ، پرتاب سنگ و لرزش هوا بیشتر می شود . 
در خرج های فله ای مثل آنفو قطر خرج و قطر چال برابرند ولی در موارد دیگر ، فضای خالی بین این دو قطر باقی می ماند . رابطه B و S در انفجار فوری در پله های کوتاه که K/B<4 است (نسبت ارتفاع به بار سنگ) آنگاه رابطه B وS است و در پله های بلند K/B≥4 آنگاه S=2B است . 
رابطه BوS در انفجار تاخیری به صورت زیر است : 
K/B<4   پله های کوتاه  : S=1/8(K+7B)
K/B≥4        پله های بلند : S=1.45
نکته :
عوامل تعیین کننده ارتفاع پله را می توان مواردی از قبیل : 
.1. میزان تولید و استخراج روزانه . 
.2. توپوگرافی منطقه . 
.3. شرایط ژئومکانیکی و ژئوتکتونیکی توده سنگ . 
.4. تجهیزات بارگیری ، باربری و...
در حفر چال های طویل دو مشکل عمده وجود دارد : 
.1.انحراف چاه . 
.2. کند بوده سرعت حفر چال در عمق زیاد . 
روابط هندسی 
در مسائل طراحی آتشباری به نسبت ارتفاع پله به ضخامت بار سنگ نسبت ضریب سفتی Stiffness Ratio می گویند . این نسبت نشان دهنده ضعیف و یا قوی بودن پله است . یعنی به طور طبیعی نیزهر چه پله کوتاه باشد ، این مقدار کوچک است و و این نسبت مقادیر بزرگی را بدست می دهد . 
رابطه ارتفاع پله با قطر چال (φ) را می توان با رابطه تقریبی زیر محاسبه کرد : 
(ارتفاع پله) h=(60-120)φ
که زمانی h/B<1.5 باشد ، سعی می شود که چاشنی را در پای پله قرار دارد  تا توانایی خردایش زیاد شده و پای پله نیز ایجاد نگردد ، ولی این امر باعث لرزش زیاد در پله خواهد شد . 
نکته : هر چه قطر چال زیاد شود ، ضخامت بار سنگ و ارتفاع پله نیز زیاد خواهد شد . معمولا سعی می گردد که h/B>2 تا نتایج بهتری بدست آید . 
Hmin=5φ
که φ بر اساس اینچ و h بر اساس فوت است . 
می توان در جواب تست های کنکوری با رابطه زیر مقدار اضافه چال U را تخمین زد: 
U=(0.2-0.5)B
ضمنا طول گل گذاری را با رابطه زیر می توان تخمین زد : 
ST=(0.7-1.3)B
که در آن ST  طول خاک ریزی یا (Stemming) است . B ضخامت بار سنگ (Burden) است . 
اگر طول گل گذاری زیاد باشد چون فشار ناشی از انفجار در انتهای چال زیاد می شود ، در نتیجه باعث خفگی انفجار شده که در این حالت لرزش زمین زیاد بوده و عقب زدگی ایجاد می گردد ، ولی در عوض خردایش سنگ کاهش می یابد و اگر در منطقه ناپیوستگی هایی وجود داشته باشد که چال ها را قطع کرده باشد در نتیجه ، باعث لرزش آنها شده و چال ها قطع خواهند شد . 
اگر لایه بندی متفاوتی در زمین و یا پله وجود داشته باشد بهتر است که برای بهینه کردن روش آتشباری و اقتصادی کردن روش آتشباری از خرج گذاری چند مرحله ای استفاده کرده و از خرج های قوی نیز در مناطق سخت لایه ای استفاده می شود . 
چال های افقی 
در برخی موارد بهتر است که از چال های افقی استفاده گردد: 
.1. می تواند به خردایش بهتر در کف پله کمک کند . 
.2. باعث شکست تمیز کف پله شده که در حفاری های بعدی عملیات چلزنی را آسان تر خواهد کرد ، ولی در عوض هزینه های چالزنی را بالا می برد . زیرا چالزنی افقی سخت تر و انتقال دستگاه چالزنی و نصب و آماده سازی آن نیز مشکل تر است . 
در طراحی آتشباری یا از روش نیترونوبل و یا از الگوریتم هایی که به صورت جداوا مخصوصی درآمده اند می توان استفاده کرد . 

منبع:univer30t.com