در این مطلب از سری مطالب ماناماین به بررسی عملیات مغزه گیری (کرگیری) و اصول آن خواهیم پرداخت. در عملیات اکتشاف معدن پس از شناسایی نواحی دارای پتانسیل از نظر کانی سازی، جهت شناخت دقیق جنس لایه‌های زمین، تخمین میزان و عیار کانسارهای معدنی، میزان باطله برداری و سایر موارد، اقدام به حفاری اکتشافی (Exploration Drilling) میکنیم. به طور کلی روش های حفاری اکتشافی در معادن به دو دسته کلی پودری و مغزه گیری تقسیم میشوند. در روش‌های پودری معمولاً تکه‌های خرد شده سنگ همراه با خاک با فشار هوا به بالا منتقل می‌شود اما در روش مغزه گیری، مغزه ای استوانه ای شکل از اعماق مختلف زمین بریده، جدا شده و به سطح زمین منتقل می‌شود. از مهمترین مزایا و معایب این دو روش می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.
مزایا
قیمت بسیار پایین
سرعت بالای حفاری و نمونه گیری
معایب
دقت بسیار پایین در نمونه های به دست آمده نسب به حفاری مغزه گیری
روش مغزه گیری:
دقت بسیار بالا در نمونه های به دست آمده
هزینه بسیار بالای حفاری
سرعت بسیار پایین عملیات حفاری
نمودار روش های حفاری اکتشافی در معادن
به طور کلی انتخاب روش حفاری اکتشافی به پارامترهای مختلفی مانند میزان بودجه عملیات اکتشاف، نوع ماده معدنی، جنس لایه های زمین شناسی، اطلاعات اکتشافی مراحل پیش از حفاری و ..... بستگی دارد. گاهی از یک روش و در بسیاری از موارد از هر دو روش استفاده می‌شود. به طور مثال در اکتشاف فلزات گرانبهاء توصیه می‌شود که حتماً از حفاری مغزه گیری استفاده شود. در این مطلب به بررسی حفاری مغزه گیری (کرگیری) می‌پردازیم.
پیش از آنکه نحوه حفاری مغزه گیری را توضیح دهیم باید با مهمترین پارمترهای این نوع حفاری آشنا شویم.
1. محل گمانه ها: به طور معمول محل گمانه‌های حفاری بر اساس برآیند و نتایج خروجی مراحل قبلی اکتشاف مانند پی جویی، حفر ترانشه، عملیات ژئوفیزیک، برداشت های ژئوشیمیایی و ... می‌باشد. بدیهی است در نقاطی که بیشترین پتانسیل وجود مواد معدنی تشخیص داده شده است عملیات حفاری صورت می‌گیرد. اما باید توجه داشت در بسیاری از موارد به دلیل وجود توپوگرافی نامناسب، ریزشی بودن لایه ها، وضعیت سفره آب‌های زیرزمینی و .... ممکن است تغییراتی در محل حفاری صورت گیرد.
2. عمق گمانه‌ها: عمق هریک از گمانه ها به کمک تحلیل نتایج مراحل قبلی به خصوص مطالعات ژئوفیزیک و ژئوشیمی محاسبه می‌شود. در واقع هدف اصلی حفاری مغزه گیری تأیید بی هنجاری‌های مشخص شده توسط فعالیت‌های ژئوفیزیکی و ژئوشیمیایی می‌باشد. چنانچه این بی هنجاری‌ها و آنومالی‌ها در عمق پیشروی کرده باشند، عمق حفاری نیز به همان نسبت افزایش خواهد یافت. در برخی موارد به تشخیص تیم فنی پروژه اکتشاف در صورتیکه نتایج آنالیز مغزه ها امیدبخش باشد به عمق حفاری افزوده می‌شود. در کنار عوامل فنی همواره باید به بودجه عملیات اکتشاف و توان عملیاتی دستگاههای حفاری در دسترس نیز توجه نمود.
3. تعداد و اولویت بندی حفر گمانه‌ها: تعداد گمانه‌های اکتشافی نیز بر اساس مطالعات اکتشافی قبل از حفاری مشخص می‌شود. هر چه پراکندگی نواحی دارای پتانسیل بیشتر باشد نیاز به تعداد چال بیشتری خواهیم داشت. باید توجه داشت که حفاری مغزه گیری به دلیل دقت بالا و هزینه زیاد باید بیشترین بهره وری را داشته باشد و از اطلاعات به دست آمده از مغزه ها علاوه بر تأیید یا عدم تأیید وجود ماده معدنی باید بتوانیم پارامترهایی مانند عیار میانگین، میزان ذخیره، میزان باطله برداری، مدلسازی ذخیره معدنی و کلیه پارامترهای فنی که برای مرحله استخراج ضروری است را محاسبه کنیم. در خصوص اولویت بندی گمانه ها اولویت با نواحی خواهد بود که بیشترین پتانسل را داشته باشند.
4. قطر گمانه‌ها: از نظر حفاری، هر چقدر قطر گمانه کم‌تر باشد، حفر آن آسان تر است امّا از نظر کسب اطلاعات در مورد مشخصات ماده معدنی و سنگ های اطراف آن، گمان های با قطر بيشتر و در نتيجه مغز های قطورتر، اطلاعات بهتری را به دست می‌دهند. بنابراين بايد حد بهينه ای را برای قطر گمانه درنظر گرفت. از دیگر عوامل موثر در انتخاب قطر گمانه‌ها می‌توان به عمق حفاری، جنس لایه‌های زمین، وزن لوله‌های حفاری و میزان فشار دیواره چال اشاره کرد. در بسیاری از موارد در حفر یک چال از سرمته‌های با قطر متفاوت استفاده می‌شود. قطر گمانه‌ها اولین بار توسط شرکت آمریکایی لانگ یر محاسبه و استاندارد سازی شد که شامل موارد زیر است.
سری PQ
قطر گمانه در این سری، 122میلی متر و قطر مغزه 85 میلی متر می باشد.
سری HQ
در این سری، قطر گمانه 96میلی متر بوده و قطر مغزه63.5 میلی متر می باشد.
سری NQ
در سری سوم استاندارد لانگ یر که NQ نام دارد، قطر گمانه حفاری وایرلاین 76 میلی متر و قطر مغزه 47 میلی متر است.
سری چهارم و پنجم
در سری چهارم و پنجم استاندارد مغزه گیری وایرلاین که قطر گمانه در آنها به ترتیب 60 و 48 میلی متر می‌باشد، قطر مغزه 36 و 27 میلی متر است.
5. شیب چالها: گمانه ها معمولاً به حالت قائم طراحی می شوند زيرا حفر گمانه های مايل مشکل است و سبب گيرکردن لوله های حفاری می شود. در بعضی موارد، اجباراً بايد گمانه را به حالت مايل حفر کرد. مثلاً در مورد لايه های قائم يا پرشيب، اين امر اجتناب ناپذير است.
نمایی از حفاری مایل
مهم ترين اجزای دستگاه حفاری به شرح زير است:
1. دکل: دکل ساختمان برج مانندی است که به شکل هرم ناقص با قاعده مربع يا مثلث است و از اتصال قطعات لوله يا نبشی مخصوص ساخته می شود. ارتفاع دکل تابع حداکثر عمق دستگاه حفاری است.
2. موتور: موتور انرژی لازم را برای دوران دستگاه حفاری، حرکت تلمبه گل و ساير حرکات تأمين می‌کند. در دستگاههای حفاری سيار و بعضی از دستگاههای ثابت، موتور از نوع ديزل است امّا در دستگاههای حفاری عميق، انرژی لازم به وسيله الکترو موتور تأمين می‌شود و بنابراين دستگاه دارای مولد برقی است که تغذيه الکتروموتورها را به عهده دارد.
3. جرثقيل: جرثقيل برای بالا و پايين کردن لوله‌ها در داخل گمانه به کار می‌رود و به صورت يک استوانه فلزی لبه دار است که به دور آن کابل فلزی پيچيده شده است.
4. رشته ابزار حفر: هدف اصلی از دستگاه حفاری، چرخش سرمته و حفر نمونه‌هايی از سنگ است. چرخش موتور جعبه دنده، سرانجام به چرخش لوله کارگر منتهی می‌شود. حرکت لوله کارگر سبب چرخش لوله‌ها و در نتيجه چرخش سرمته، که در انتهای لوله‌ها قرار دارد، می‌شود. در بالای لوله کارگر، ته مته يا دهانه تزريق گل قرار دارد که از طريق آن گل حفاری به داخل ستون لوله ها تزريق می‌شود. مجموعه ته مته، لوله کارگر، لوله‌ها، مغزه گير و سرمته را رشته ابزار حفر می‌گويند. از جمله مهم‌ترين اجزای رشته ابزار حفر، مغزه گير و سرمته است که در ادامه تشريح شده‌اند.
1-4: مغزه گير: مغزه گير، استوانه فلزی توخالی است که نمونه در داخل آن قرار می‌گيرد. مغزه گير به انتهای ستون لوله‌ها وصل می‌شود و به انتهای آن نيز سرمته وصل است. مغزه گير ممکن است يک يا دو جداری باشد. انواع يک جداری برای نمونه گيری از سنگ های
سخت نظير ماسه سنگ، آهک و شيل به کار می‌رود، در صورتی که انواع دوجداری را برای نمونه‌گيری مواد نرم، مثل زغال سنگ، به کار می برند. مغزه گير يک جداری، استوانه ساد‌ه‌ای است که از دو طرف رزوه شده و طول آن بين 1.5 تا متر متغیر است.
برای اينکه مغزه از محل سنگ اصلی کنده شود و نيز به هنگام بالا کشيدن رشته ابزار حفر، مغزه از داخل مغزه گير به پايين نيفتد تمهيدات مختلفی را به کار می برند. در قديم، پس از خاتمه حفاری و قبل از بالا کشيدن لوله ها، مقداری خرده چدن از طريق دهانه تزريق وارد گل می کردند. اين خرده چدن ها، همراه با گل، سرتاسر ستون لوله ها را طی می کرد و در آخرين مرحله، در فضای باريک بين جدار خارجی مغزه و جدار داخلی مغزه گير، گير می کرد و بدين ترتيب، اصطکاک ناشی از وجود اين خرده چدن ها، برای کنده شدن مغزه از سنگ و جلوگيری از سقوط مغزه کافی بود.
مغزه گيرهای جديد، در قسمت پايين فنری دارند که فقط از يک جهت اجازه ورود مغزه را می دهد و خروج آن، قبل از باز کردن اين فنر ممکن نيست و به هنگام بالا کشيدن مغزه گير، مغزه را به طور محکم می‌گيرد و ضمن کنده شدن مغزه از سنگ، مغزه نيز از داخل مغزه گير به پايين نمی افتد.
تصویری از سرمته، مغزه گیر و مغزه
4-2 : سرمته: سرمته آخرين قسمت رشته ابزار حفر است و در واقع هدف از وجود تمام تأسيسات و لوازم حفاری، چرخيدن آن و حفر سنگ هاست.
سرمته‌های مغزه گيری به شکل استوانه‌های کوچکی است که به انتهای مغزه گير پيچ می‌شود. اين سرمته‌ها، دندانه هايی دارند که جنس دندانه های آن ازآلياژهای سخت نظير کاربيد تنگستن است. برای حفر گمانه در سنگ‌های سخت، از سرمته‌های ويژه ای موسوم به سرمته‌های الماسی استفاده می‌شود. اين سرمته‌ها نيز به شکل استوانه‌هايی هستند که در نوک آنها قطعاتی از الماس صنعتی کار گذاشته شده است و بنابراين نفوذ آنها در سنگ‌های سخت نيز به آسانی انجام می شود.
نمایی از بخش های مختلف دستگاه کرگیری
گل حفاری
در اثر چرخش سرمته، سنگ ها خرد میشوند و به صورت تکه‌های ريز درمی‌آيند که اين قطعات خرد شده را بايد از گمانه خارج کرد زيرا در غير اين صورت، چرخش سرمته، عمدتاً سبب خرد شدن اين ذرات خواهد شد. از سوی ديگر، اصطکاک سرمته با سنگ‌ها سبب داغ شدن آن می‌شود و اگر به وسيله ای خنک نشود، می‌سوزد. برای انجام اين دو هدف، يعنی بيرون آوردن مواد خرد شده از گمانه و خنک شدن سرمته، از محلول حفاری استفاده می‌کنند و به اصطلاح گمانه را شستشو می‌دهند و بدين منظور از هوا، آب و يا گل استفاده می‌کنند. آنچه در حفر گمانه متداول است گل حفاری است.
وظايف گل حفاری: وظايف اصلی گل حفاری به شرح زير است:
بيرون آوردن ذرات کنده شده از داخل گمانه.
خنک کردن سرمته.
معلق نگهداشتن ذرات حفر شده و جلوگيری از سقوط آنها به هنگام توقف جريان گل.
اندود کردن جدار داخلی گمانه و جلوگيری از ريزش طبقات سست.
جلوگيری از زنگ زدن ابزار حفاری با تشکيل دادن قشر نازکی از گل بر روی آنها.
مراحل مغزه گیری شامل موارد زیر است:
براي انجام عمليات حفاري ابتدا نقشه شبكه حفاري محل موردنظر تهیه می‌گردد، نقاط این نقشه توسط تیم اکتشاف به کمک جی پی اس دارای دقت بالا یا دوربین نقشه برداری پیاده شده و به صورت مناسب علامت گذاری شود.
نقشه شبكه حفاري گمانه اكتشافي
در مرحله بعد در صورتیکه جاده دسترسی به نقاط مشخص شده وجود نداشته باشد باید اقدام به احداث جاده با ماشین‌آلاتی مانند گریدر یا بلدوزر نماییم و در صورت نیاز محل استقرار مسطح و ایمن شود. دستگاه در محل مورد نظر مستقر شده و جهت جلوگیری از لرزش دستگاه و انحراف چال به صورت محکم مهار گردد.
پس از نصب دکل و ساير لوازم و آماده شدن برای شروع حفاری، ابتدا به وسيله مته پودری، چال کم عمقی قبل از گمانه اصلی حفر و آنگاه در محل اصلی گمانه، حفاری را آغاز می‌کنند. معمولاً طبقات سطح زمين نرم و هواخورده است و بنابراين نمی‌توان از اين قسمت‌ها مغزه تهيه کرد و به علّت ريزشی بودن، ديواره گمانه پايداری ندارد و به همين خاطر، قسمت های بالای گمانه را با سرمته های بزرگتر و بنابراين با قطر بيشتر حفاری می‌کنند.
پس از قسمت سست و ريزشی، مغزه‌گيری آغاز می‌شود. برای اين کار، سرمته مناسب به انتهای مغزه گير وصل و مغزه گير نيز به انتهای لوله
کارگر متصل می‌شود. پس از اين که به اندازه طول لوله کارگر (يا طول مغزه گير) حفاری شد، لوله کارگر را از انتهای لوله‌ها باز کرده و لوله‌ای به آن پيچ می‌کنند سپس لوله کارگر به انتهای اين لوله پيچ می‌شود و حفاری ادامه می‌يابد تا به اندازه طول مغزه گير حفاری شود. پس از پرشدن مغزه گير، لوله ها را بالا می‌کشند و پس از تخليه مغزه‌ها از داخل مغز ه‌گير، مجدداً حفاری را ادامه می‌دهند. در سيستم حفاری موسوم به سيم بکسلی (وایرلاین)، پس از پرشدن مغزه گير، آن را به وسيله کابلی که در داخل لوله ها قرار دارد، از طريق فضای داخل لوله ها بالا می کشند و پس از تخليه مغزه ها، مجدداً آنرا به همين ترتيب به کف گمانه می فرستند و حفاری را ادامه می دهند.
نمایی از مغزه های تخلیه شده در جعبه نمونههدف اصلی از حفر گمانه به دست آوردن مغزه است و به کمک اين مغزه ها می توان ساختار داخلی زمين را در منطقه مورد اکتشاف تعيين کرد.
قبلاً گفتيم که پس از پر شدن مغزه گير، آن را بالا می کشند و مغزه های داخل آن را به دقت تخليه می کنند. برای آنکه بعداً بتوان اين مغزه را برداشت و مشخصات آنها را ثبت کرد، مغزه ها را به ترتيب عمق در جعبه های چوبی مخصوص قرار می دهند. برای اينکه مشخص شود هر مغزه مربوط به چه عمقی است، عمق ابتدا و انتهای هر قطعه مغزه و طول آن را مشخص و بر روی قطعه مقوای کوچکی يادداشت می کنند و آن را در داخل جعبه و در کنار مغزه قرار می دهند. در مواردی که بخواهند مغزه را برای مدت طولانی نگهداری کنند و مشخصات آن در اين مدت محفوظ بماند، آن را در پارافين مذاب فرو می کنند و دور آنرا با کاغذ ضد آب می پيچند. پس از جمع آوری مغزه ها کلیه اطلاعات فنی مغزه ها مانند خصوصيات ظاهری آنها از قبيل نوع سنگ، اندازه دانه ها، رنگ، شکستگی ها، کانی ها و احياناً فسيل های موجود در آنها را در دفترچه ويژه ای ثبت می کنند و مغزه ها به آزمایشگاههای مربوطه جهت آنالیز و بایگانی ارسال می‌گردند.
امیدواریم که این مطلب برای شمامفید بوده باشد.