مقدمه. 1
فصل 1: تعیین ویژگی‌های هندسی و مطالعات ژئومکانیکی معدن تاگویی 4 بوکسیت جاجرم. 7
1-1 کلیات.. 8
1-2 موقعیت جغرافیایی معدن بوکسیت جاجرم. 8
1-3 چینه‌شناسی معدن بوکسیت جاجرم. 10
1-4 معیار تعیین کیفیت ماده معدنی در زون بوکسیت سخت (HB) 13
1-5 وضعیت ساختاری معدن.. 14
1-6 مشخصات هندسی پله‌ها و ناپیوستگی‌های موجود در دیواره‌ها 15
1-7 تحلیل ساختاری ناپیوستگی‌ها در معادن تاگویی یک و شش…. 19
1-8 تحلیل پایداری دیواره‌های شیلی-زغالی و دولومیتی معادن تاگویی.. 22
1-9 بررسی ارتباط جهت‌گیری ناپیوستگی‌های معادن تاگویی.. 24
فصل 2: تعیین خواص سنگ بکر و توده‌سنگ… 27
2-1 تعیین پارامترهای ژئومکانیکی مادهسنگ… 28
2-1-1 آزمایش تعیین وزن مخصوص…. 28
2-1-2 آزمایش مقاومت فشاری تکمحوری.. 30
2-1-3 آزمایش اندیس بار نقطه‌ای.. 33
2-1-4 آزمایش برش مستقیم.. 37
2-1-5 نتایج خواص سنگ بکر. 40
2-2 تعیین خواص توده‌سنگ… 41
2-2-1 محاسبه ضریب زبری درزه. 44
2-2-2 تعیین شاخص GSI. 47
2-2-3 نتایج خواص توده‌سنگ… 49
فصل 3: تخمین پتانسیل ریزش بر اساس روش‌های تحلیلی.. 51
3-1 بررسی ساختاری پتانسیل ریزش… 52
3-2 تحلیل پایداری دیوارۀ شمالی.. 53
3-2-1 تحلیل ریزش گوه‌ای.. 54
3-2-2 تحلیل ریزش قاشقی.. 57
3-3 تحلیل پایداری دیواره شرقی.. 61
3-3-1 تحلیل ریزش گوه‌ای.. 62
3-3-2 تحلیل ریزش قاشقی.. 64
3-4 تحلیل پایداری دیواره غربی.. 67
3-4-1 تحلیل ریزش گوه‌ای.. 68
3-4-2 تحلیل ریزش قاشقی.. 70
3-5 نتایج روش تحلیلی.. 72
فصل 4: تحلیل پایداری شیب سرتاسری سه بعدی به روش عددی.. 75
4-1 کلیات.. 76
4-2 پارامترهای لازم جهت تحلیل پایداری شیروانی‌ها 76
4-3 ساخت مدل هندسی.. 77
4-4 تحلیل پایداری.. 79
4-4-1 تحلیل دیواره جنوبی.. 80
4-4-2 تحلیل دیواره شمالی.. 80

4-4-3 تحلیل دیواره شرقی.. 80
4-4-4 تحلیل دیواره غربی.. 81
4-5 نتایج روش عددی.. 86
فصل 5: طراحی شیب پله­های معدن تاگویی 4 بوکسیت جاجرم. 87
5-1 کلیات.. 88
5-2 پایداری پلههای معادن.. 88
5-2-1 خصوصیات اصلی پله. 88
5-2-2 معیار پلهی با بهره گرفتن از رویکرد قابلیت اعتماد. 90
5-2-3 آنالیز احتمالاتی عقبزدگی.. 92
5-3 طراحی شیب پله­های معدن.. 94
5-3-1 تقسیم بندی پیت معدن به نواحی مختلف… 94
5-3-2 وضعیت درزه­های موجود. 95
5-4 تحلیل پایداری با بهره گرفتن از رو­ش­های تعادل حدی.. 96
5-4-1 تحلیل پایداری شیب پله شمالی در دیوارهی ماسه سنگی.. 96
5-4-2 تحلیل پایداری شیب پله شمالی در دیوارهی شیلی.. 98
5-4-3 تحلیل پایداری شیب پله غربی در دیوارهی ماسه سنگی.. 99
5-4-4 تحلیل پایداری شیب پله شرقی در دیوارهی ماسه سنگی.. 101
5-4-5 تحلیل پایداری شیب پله جنوبی در دیوارهی دولومیتی.. 103
5-5 نتایج تحلیل پایداری شیب پله به روش تحلیلی.. 104
5-6 تحلیل پایداری با بهره گرفتن از روش­های عددی.. 105
5-6-1 تحلیل پایداری شیب پله شمالی در دیواره ماسه سنگی به روش عددی.. 108
5-6-2 تحلیل پایداری شیب پله شمالی در دیواره شیلی به روش عددی.. 110
5-6-3 تحلیل پایداری شیب پله غربی در دیواره ماسه سنگی به روش عددی.. 111
5-6-4 تحلیل پایداری شیب پله شرقی در دیواره ماسه سنگی به روش عددی.. 113
5-6-5 تحلیل پایداری شیب پله جنوبی در دیواره دولومیتی به روش عددی.. 115
5-7 نتیجه ­گیری روش عددی.. 118
فصل 6: نتیجه‌گیری.. 119
منابع.. 121
مقدمه
امروزه مبحث پایداری شیب یکی از پارامترهای اصلی و تعیین­کننده در اقتصاد و ایمنی معادن روباز است. اختصاص یک شیب برای کل دیواره­ های معدن در بیشتر معادن درست نیست چرا که دیواره­ های معدن معمولاً از مصالح مختلف و با شرایط ساختاری متفاوتی تشکیل‌شده‌اند و بنابراین، باید طراحی شیب پس از تعیین پارامترهای ژئوتکنیکی، سنگ‌شناسی مختلف و مشخص­شدن محدوده­های ژئوتکنیکی تعیین شود.
مطالعات پایداری دیواره­ های معادن، پس از وقوع چند ریزش، به طور جدی مورد توجه قرار گرفت. از جملۀ این موارد می­توان به ریزش دیوارۀ معدن چوکیکاماتا در کشور شیلی اشاره کرد. ارتفاع این دیواره در زمان ریزش ۲۸۴ متر و زاویۀ آن ۴۳ درجه بوده است. علت اصلی این ریزش، لرزش­های ناشی از زمین­لرزه تشخیص داده‌شده است. [1]
از طرف دیگر کسب حداکثر سود ممکن حاصل از استخراج مادۀ معدنی تحت شرایط ایمن یکی از اهداف اصلی معدن­کاری در طول تاریخ بوده است. اگر چه در ظاهر ایمنی و سود دو هدفی هستند در خلاف جهت یکدیگر (بدین معنی که با افزایش یکی، دیگری کاهش می­یابد) اما تجربه نشان داده که افزایش ایمنی تا یک حد قابل‌قبول در معادن باعث عدم وقوع حوادث ناگواری شده که این به نوبۀ خود به طور غیرمستقیم باعث افزایش سود قابل وصول برای معدن­کار می­ شود؛ بنابراین یکی از جلوه‌های اثر متقابل ایمنی و سود، بحث پایداری شیب در معادن روباز است. افزایش شیب سرتاسری معادن روباز از یک طرف باعث کاهش نسبت باطله برداری و به تبع آن افزایش عایدی معدن شده و از طرف دیگر افزایش شیب، احتمال ناپایداری را در شیروانی افزایش می‌دهد. لذا در اولین مرحله از طراحی معدن باید مطالعات ژئوتکنیکی، زمین‌شناسی ساختمانی و زمین آب‌شناسی کاملی از معدن انجام پذیرد تا بر اساس این مطالعات و همچنین شناخت کافی از نوع ریزش احتمالی در بخش‌های مختلف معدن، در مرحله دوم حداکثر زاویة شیب ایمن برای معدن به دست آید. مسلماً در این مراحل تأثیر روش‌های مختلف پایدارسازی نظیر آبکشی روی زاویة شیب ایمن و همچنین هزینه‌های تحمیلی آن­ها به معدن­کار باید مورد بررسی دقیق قرار گیرد.
روش استخراج روباز یکی از روش‌های معدن­کاری با هزینۀ استخراج نسبتاً پایین است که در آن قابلیت مکانیزاسیون و مقدار تولید می‌تواند خیلی زیاد باشد. لذا استخراج کانی‌هایی با عیار خیلی کم که استخراج آن­ها با روش‌های زیرزمینی غیراقتصادی است، امکان‌پذیر است. در چند دهة اخیر عمق معادن روباز افزایش یافته و عمق‌های بیش­تر از 500 متر، دیگر غیرمعمول نیستند. از آنجایی که روش استخراج زیرزمینی هنوز پرهزینه‌تر از روش استخراج روباز است، استخراج یک چنین کانسارهایی با روش زیرزمینی و چشم‌پوشی از استخراج روباز در آینده غیر محتمل است. لذا انتظار می‌رود که عمق معادن روباز در آینده افزایش یابد، البته به شرط اینکه هزینة تولید کاهش و قیمت فلز ثابت بماند. یک پیچیدگی مهم که با افزایش عمق به ‌وجود می‌آید‏، خطر ناپایداری بزرگ‌مقیاس است. شکست بزرگ‌مقیاس به طور بالقوه در کل ارتفاع شیروانی و آن هم در محدودة نهایی معدن اتفاق می‌افتد. لذا پر شیب نگاه‌داشتن دیوارة معدن تا آنجا که ممکن است در کاهش نسبت باطله‌برداری که به نوبة خود با هزینة معدن­کاری رابطة تنگاتنگ دارد، بسیار حیاتی است. پس در این حالت طراحی محدودة نهایی فقط به توزیع عیار و هزینة تولید بستگی ندارد بلکه به مقاومت کلی توده‌سنگ و پایداری نیز وابسته است. در هر معدن باید پتانسیل ریزش، ارزیابی‌شده و آن را با طرح پیت نهایی هماهنگ ساخت.
برای یک معدن روباز چندین زاویۀ شیب وجود دارد. زاویة شیب دیوارة پله، زاویة دیوارة بین رمپی و زاویة دیوارة سرتاسری باید بر اساس ارزیابی پایداری در هر واحد به طور جداگانه تعیین شوند. به طور کلی ناپایداری‌های ایجادشده در پلۀ معادن روباز نسبتاً معمول است و تأثیر چندانی در طرح پیت ندارد. پله‌های منفرد و دیواره‌های بین رمپی در یک معدن روباز می‌توانند همزمان پایدار باشند درحالی‌که ممکن است دیوارة سرتاسری پایدار نباشد ]2[.
روش‌های پیشنهادی برای بررسی پایداری شیروانی‌ها به دو گروه تقسیم می‌شوند:
الف- روش‌های مبتنی بر تعادل حدی.
ب- روش‌های مبتنی بر تحلیل عددی.
یکی از پرکاربردترین روش‌های تحلیل پایداری شیروانی‌ها روش تعادل حدی است. دلیل کاربرد وسیع این روش، سهولت فرضیات و سابقة ایجاد آن است. این روش برای اولین بار توسط کولمب در اواخر قرن هجدهم در مسائل مکانیک خاک به‌کاربرده شد. در این روش با فرض یک سطح لغزش اختیاری، صلب بودن بخش گسیخته شده و استفاده از معیار گسیختگی موهر- کولمب، ضریب اطمینان به صورت مقایسة مقاومت برشی موجود با مقاومت برشی مورد نیاز برای تعادل تعریف می‌گردد. در این روش هرگاه ضریب ایمنی بزرگ‌تر از 1 باشد، توده‌سنگ پایدار و اگر کوچک‌تر از 1 باشد، ناپایدار است. در حالتی که ضریب اطمینان برابر 1 باشد، حالت بحرانی یا حدی (آغاز گسیختگی) خواهد بود.
اگر سطح لغزش مشخص نباشد، سطوح مختلفی به عنوان سطح لغزش فرض می‌شوند و ضریب ایمنی آن­ها محاسبه می­ شود. در نهایت سطحی که کمترین ضریب پایداری را دارا است، به عنوان محتمل‌ترین سطح لغزش در نظر گرفته خواهد شد.
باید توجه داشت که روش‌های مبتنی بر تعادل حدی هرچند به طور گسترده برای تحلیل مسائل پایداری شیب به کار می‌روند، اما چندین نقطه‌ضعف در این روش‌ها وجود دارد که مهم‌ترین آن، منظور نکردن رابطه تنش- کرنش مصالح در تحلیل‌ها است. همچنین به دلیل عدم رعایت قوانین مکانیک محیط‌های پیوسته، جایگاه پاسخ مسایل نسبت به جواب واقعی در این روش مشخص نیست [3]. از معایب دیگر این روش‌ها این است که این روش‌ها در نظر نمی‌گیرند که شیروانی آیا یک خاک‌ریز یا یک شیب طبیعی است یا یک شیروانی حفاری شده است و از اثرات نمو ساخت، تنش اولیه، رفتار تنش- کرنش و غیره صرف‌نظر می‌کنند و احتمالاً در این روش‌ها پایداری شیب به طور محتاطانه‌ای پیش‌بینی می‌شود [4].