"کمپاس برانتون وکاربردهای آن"

مهارت در استفاده از ابزارهاي زمين‌شناسي براي زمين‌شناس امروز بسيار مهم و اساسي به نظر مي‌رسد و مي‌تواند او را در برداشت‌هاي صحرايي بسيار کمک نمايد. کمپاس يکي از وسايل اصلي زمين‌شناسان در برداشت‌هاي صحرايي مي‌باشد که مهارت در استفاده از آن مي‌تواند يک زمين‌شناس حرفه‌اي را در رسيدن به هدفش کمک نمايد.

 

کمپاس توسط بسياري از زمين‌شناسان براي نقشه برداري صحرايي از موضوعات زمين‌شناسي استفاده مي‌شود. زمين‌شناسان بيشترين استفاده را از کمپاس برانتون مي‌کنند اما باستان‌شناسان، مهندسين محيط‌زيست و نقشه‌برداران نيز از قابليت‌هاي اين وسيله استفاده مي‌نمايند. کمپاس برانتون در واقع يک قطب‌نماست که به دليل داشتن شيب‌سنج و قابليت حمل راحت به ساير قطب نماها برتري دارد و مي‌تواند به هر دو روش نشانه‌روي کمري و چشمي مورد استفاده قرار گيرد.

 

اندازه‌گيري دقيق ساختار‌هاي زمين‌شناسي مانند خط لولاي يک چين، اثر سطح محوري و صفحه‌ محوري و نقشه‌برداري زمين‌شناسي بدون استفاده از کمپاس برانتون غيرممکن و کاري نشدني است. در اين نوشتار ما کاربرد کمپاس برانتون را در اندازه‌گيري تغييرات خطي و صفحه‌اي ساختمان‌هاي زمين‌شناسي (‌ساختماني، رسوبي و چينه‌شناسي) مرور مي‌کنيم و در مورد استفاده کمپاس در نقشه‌برداري و اندازه‌گيري مقاطع چينه‌شناسي‌، اندازه‌گيري زوايا، ارتفاع و ... بحث مي‌نمائيم.

 

کمپاس برانتون (قطب‌نماي جيبي)

نخستين بار يک زمين‌شناس کانادايي به نام D.W. Brunton کمپاس برانتون را طراحي کرد که سپس توسط کمپاني William Ainsworth در دنور امريکا ساخته شد. با وجود طراحي بادوام آن، آينه ظريف و بخش‌هاي شيشه‌اي آن در مقابل ضربه و رطوبت آسيب‌‌پذير بوده و پس از هر بار استفاده نياز به تعمير و آماده‌سازي براي استفاده مجدد داشتند. از سال 1972 برانتون هاي اصلي بوسيله کمپاني برانتون در ريورتون ايالت وايومينگ امريکا (Riverton, Wyoming) ساخته و به بازار عرضه شدند. نمونه هاي مشابه از آن به مرور زمان در سوئد، چين، ژاپن و آلمان ساخته شد و امروزه در بازار موجود است.

 

ساختمان کمپاس برانتون:

کمپاس برانتون از سه قسمت بدنه اصلي(box)، بازوي نشانه‌روي (sighting arm) و درپوش‌(lid)، تشکيل شده.

 

1- بخش بدنه اصلي

حاوي قطعات مهمي است که عبارتند از:

  •عقربه (Needle)که داراي دو جهت است، يکي جهت شمال (‌در کمپاس برانتون‌هاي اصلي عموما به رنگ سفيد است و در برخي نمونه‌هاي مشابه با N مشخص شده است) و ديگري که به رنگ سياه است جهت جنوب را نشان مي‌دهد.

  •تراز چشم‌گاوي (Bull's eye level) تراز کروي که براي خواندن زواياي افقي استفاده مي‌شود.

  •تراز شيب‌سنج (Clinometer level) يا همان تراز استوانه‌اي.

  •صفحه مدرج شيب‌سنج (Clinometer Scale) براي خواندن زواياي قائم.

  •دستگاه تعديل (Damping mechanism) براي تخفيف در حرکت نوساني عقربه و پايداري بيشتر آن.

  •دکمه قفل}کننده عقربه(Lift pin).

  •پيچ برنجي کناري و ميخ شاخص(Side brass screw and Index pin)  براي تنظيم و نشان دادن   انحراف مغناطيسي.

  •صفحه دايره مدرج (Graduated circle) براي خواندن امتداد.

 

نوک شمالي عقربه در نيمکره شمالي که زاويه انحراف مغناطيسي به سمت پايين است به سمت صفحه مدرج نزديک مي‌شود. يک وزنه کوچک الحاقي به سمت جنوبي عقربه اضافه شده است تا تعادل را در عقربه فراهم سازد. چنانچه کمپاس در نيمکره جنوبي يعني جايي که انحراف مغناطيسي به سمت بالاست استفاده شود بايد وزنه عقربه آن بر روي بخش شمالي عقربه بسته شود تا تعادل ايجاد گردد. براي عدم خطا در تشخيص عقربه سمت شمال بهتر است هميشه به وزنه دقت کنيم.

 

2- درپوش

بوسيله يک لولا به بدنه متصل مي‌گردد و شامل:

  •يک آينه (Mirror) با يک خط محوري.

  •پنجره نشانه روي بيضوي شکل(Sighting window)براي نشانه روي به روش‌هاي کمري و چشمي.

  •روزنه ديد  .(Sight)

 

3-  بازوي بلند نشانه‌روي

بوسيله يک لولا به بدنه متصل شده داراي:

 • شکاف بيضوي کشيده بر روي طول خود براي مشاهده ساختارهاي خطي.

  •نوک نشانه‌روي خم‌شونده(Sighting tip) براي تراز کردن خط ديد.

 

صفحه مدرج کمپاس برانتون بر مبناي دو مقياس قديمي طراحي شده است.

مقياس آزيموت که در آن براي نشان دادن جهات از سه رقم استفاده مي‌شود به عنوان مثال براي شمال 000 يا 360 درجه و براي جنوب 180 درجه. در اين مقياس تنها جهت شمال مبناي اندازه‌گيري‌ها است و يک راستا بر مبناي جهت‌گيري آن نسبت به شمال از 0 تا 360 درجه تعيين موقعيت مي‌شود.

 

مقياس ربع دايره (بيرينگ) که در آن از حروف و ارقام استفاده مي‌شود ( مثل( N60oE, S20oW  در چهار ربع 90 درجه (NE, SE, SW, NW) مدرج شده است. راستاي شمال و جنوب به ترتيب در بالا و پايين صفر درجه را نشان مي‌دهند. در اين مقياس شمال و جنوب مبناي اندازه‌گيري منظور مي‌شوند.

 

راستاي يک خط بر روي زمين بوسيله موقعيت آن خط مشخص مي‌شود، که زاويه افقي بين خط و مرجع (معمولا شمال در بيرينگ و 000 در مقياس آزيموت) مي‌باشد. البته مرجع در مقياس بيرينگ، هنگامي که راستاي يک ساختار به سمت جنوب خوانده مي‌شود، جنوب هم مي‌تواند باشد.
موقعيت E و W در صفحه مدرج معکوس است، يعني E در سمت چپ صفحه مدرج (معادل شماره 9ساعت ) و W در سمت راست صفحه ( معادل شماره 3 ساعت) بر روي صفحه مشخص شده‌اند.

 

اين حالت براي اصلاح در خواندن زاويه طراحي شده است. شايان ذکر است حتي وقتي‌ که صفحه مدرج چرخانده مي‌شود، نوک شمال (سفيد رنگ) عقربه کمپاس هميشه رو به شمال قرار مي‌گيرد. براي مثال براي خواندن زاويه 045 ، ما صفحه را تراز کرده و به سمت راست شمال (جهت عقربه‌هاي ساعت ) مي‌چرخيم، اما نوک شمال عقربه به سمت چپ شمال مي‌گردد ( خلاف عقربه‌هاي ساعت )، يعني جايي که شرق برروي صفحه مدرج حک شده است و ما زاويه صحيح را قرائت مي‌کنيم.

معدن روی انگوران(زنجان)

معدنكاري در معدن انگوران به صدها سال پيش باز مي گردد . زماني كه گالن را استخراج كرده  و براي تهيه لوازم آرايش با روشهاي سنتي فرآوري ميكردند. اما از فعاليتهاي استخراجي اين معدن در گذشته دور نظير ساير معادن ايران اطلاعات چنداني در دست نيست .

اولين پروانه بهره برداري معدن انگوران در سال 1301 صادر گرديد ، اما بنا به مقتضیات زمان در همان سال پروانه بهره برداري معدن موقتاً لغو شدو بدين ترتيب فعاليت معدن تا سال 1324 متوقف گرديد. در این سال 1324 اين معـدن از طريق مزايده براي مدت 10 سال به آقاي صفاري واگذار شد ودر ادامه معدن به شركت اتحاد سرب و روي انگوران واگذار شد. با واگذاري معدن به شركت اتحاد سرب و روي انگوران، فعاليتهاي معدنكاري بصورت ابتدائي و غير مكانيزه آغاز گرديد. در تاريخ 28/10/1332 شــركت مزبـور باستنـاد مـاده 35 آئين نـامه معـادن موفـق به اخـذ پروانـه بهره برداري به مدت 15 سال شد . در تاريخ 23/8/1345 شركت اتحاد سرب و روي انگوران، معدن را به شركت سهامي انگوران واگذار كرد.

در سال 1348 معدن انگوران در اختيار شركت كالسيمين قرار گرفت. اين شركت بعد از پيروزي انقلاب اسلامي، در سال 1359، مصادره و ملي اعلام شد. بهرحال شركت كالسيمين تا اوايل سال 1377 از معدن بهره برداري مي كرد.

در ابتداي سال 1377 بهره برداري از معدن انگوران به شركت سهامي كل معادن ايران واگذار شد. در اواسط همين سال شركت سهامي كل معادن ايران بهره برداري از معدن را به شركت توسعه معادن روي ايران (سهامي عام) واگذار نمود .

در سال 1381 شركت تهيه و توليد مواد معدني ايران ، كه جايگزين شركت كل معادن ايران شده و دارنده پروانه بهره برداري از معدن است ، با برگزاري مزايده ، پيمان استخراج از معدن روباز را به شركت توسعه معادن روي ايران واگذار كرد .

بر اساس اطلاعات قابل استناد، اولين فعاليت هاي استخراجي بر روي كانسار انگوران به سالهاي 1301 و 1302 بر مي گردد. گويا در اين سالها گالن را با روشهاي قديمي استخراج و براي مصارف عمومي ذوب مي كرده اند. بعد از اين زمان تا قبل از جنگ جهاني دوم تنها يك دوره معدنكاري كوچك مقياس توسط شركت كامينكو  در منطقه انجام شده است .

استخراج معدن به صورت قابل توجه، عملاٌ  پس از سال 1324 با واگذاري آن به بخش خصوصي آغاز شده است. در طي اين سالها ماده معدني به روش زيرزميني استخراج مي شد . قسمت پر عيار آن براي تبديل به شمش مستقيماً به كوره هاي تكليس حمل و قسمت كم عيار ماده معدني در نزديكي دهانه تونلهاي استخراجي درون دره اي دپو مي گرديد. اين مواد تا مدتها در معدن وجود داشت ولي بعدا مورد استفاده قرار گرفت.

تا قبل از اجراي طرح معدنكاري روباز، استخراج از معدن به صورت زيرزميني و به روش كارگاه و پايه نامنظم انجام مي شد. با پيشرفت نسبي عمليات اكتشافي و تعيين ذخيره معدن مقدمات طراحي معدن روباز فراهم آمد و بدين ترتيب اولين طرح روباز معدن كه تا مدتها نيز به عنوان طرح نهايي معدن شناخته ميشد، در سال 1347 توسط آقاي كندي از شركت گلدن اسوشيت Golden Associate تهيه شد. اين طرح برمبناي اطلاعات حاصل از 52 گمانه اكتشافي و رسم مقاطع قائم توسط اين اطلاعات تهيه شده است.

پس از شروع استخراج معدن به روش روباز، به طور معمول هرسال يا هرچندسال يك طرح استخراج و باطله برداري ارائه شده است.

شكل قرارگيري تيپ هاي مختلف به ترتيبي است كه كانسنگ هاي اكسيدي نزديك به سطح زمين و كانسنگ سولفوري در عميق ترين بخش آن واقع شده است . در بينابين آندو نيز مخلوط  هايي از اكسيد و سولفور وجود دارد .

چون استخراج تا كنون به روش روباز بوده ، بالطبع از بالاترين قسمت كانسار آغاز شده و فقط بخش هاي اكسيده كانسار و جزء كوچكي از كانسنگ هاي اكسيده را مورد استخراج قرار داده است . با توجه به بازار خوب سولفيدهاي روي و سرب ، همواره چگونگي دستيابي و استحصال كانسنگ سولفوري ، مورد نظر بوده و در چندين مرحله مطالعاتي در اين زمينه انجام شده است و در نهایت شرکت تهیه وتولید مواد معدنی ایران جهت استخراج زون سولفوره اقدام به حفر تونل های اصلی نموده است.

كانسار انگوران در بخش مركزي يك تاقديس ، بين دو بخش دگرگوني شيستي و آهكي واقع شده است . در كمربالاي كانسار ، طبقات آهكي قرار دارند و شيب كلي آنها حدود 20-25 درجه به سمت جنوب شرق است . در كمر پايين ،  شيست هاي دگرگوني قرار دارند كه شيب كلي آنها 10-25 درجه و درهمان جهت جنوب شرق است .

شكل هندسي كانسار كه با استفاده از نرم افزار ديتاماين و براساس اطلاعات حاصل از گمانه هاي اكتشافي مشخص شده ، تقريباً مشابه يك عدسي يا گلابي وارونه و داراي شيبي درحدود 20 تا 30 درجه بطرف جنوب شرق است . در مقاطع افقي ، بزرگترين طول كانسار در جهت شمال شرق-جنوب غرب و بزرگترين عرض آن در جهت شمال غرب–جنوب شرق است . كانسار از سطح زمين در تراز حدود 2980 متر رخنمون داشته و عمق آن درحدود تراز 2700 متر است . در تراز 2890 + بزرگترين طول و عرض كانسار به ترتيب 340 و 160 متر بوده است .

استخراج معدن با روش روباز از سطح زمين آغاز شده و درحال حاضر تا حدود تراز 2890 متر استخراج شده است .

فولاد

اصطلاح فولاد (Steel) برای آلیاژهای آهن که تا حدود 1،5 درصد کربن دارند و غالبا با فلزهای دیگر همراهند، بکار می‌رود. خواص فولاد به درصد کربن موجود در آن ، عملیات حرارتی انجام شده بر روی آن و فلزهای آلیاژ دهنده موجود در آن بستگی دارد.

اطلاعات اولیه : 
محصول کوره ذوب آهن ، چدن است که معمولا دارای ناخالصی کربن و مقادیر جزئی ناخالصی‌های دیگر است که به نوع سنگ معدن و ناخالصی‌های همراه آن و همچنین به چگونگی کار کوره بلند ذوب آهن بستگی دارد. از آنجایی که مصرف عمده آهن در صنعت بصورت فولاد است، از این رو ، باید به روش مناسب چدن را به فولاد تبدیل کرد که در این عمل ناخالصی‌های کربن و دیگر ناخالصی‌ها به مقدار ممکن کاهش ‌یابند . 

روشهای تهیه فولاد:
از سه روش برای تهیه فولاد استفاده می‌شود :

 
روش بسمه
در این روش ، ناخالصی‌های موجود در چدن مذاب را به کمک سوزاندن در اکسیژن کاهش داده ، آن را به فولاد تبدیل می‌کنند. پوشش جدار داخلی کوره بسمه از سیلیس یا اکسید منیزیم و گنجایش آن در حدود 15 تن است. نحوه کار کوره به این ترتیب است که جریانی از هوا را به داخل چدن مذاب هدایت می‌کنند تا ناخالصی‌های کربن و گوگرد به‌صورت گازهای SO2 و CO2 از محیط خارج شود و ناخالصی‌های فسفر و سیلیس موجود در چدن مذاب در واکنش با اکسیژن موجود در هوا به‌صورت اکسیدهای غیر فرار P4O10 و SiO2 جذب جدارهای داخلی کوره شوند و به ترکیبات زودگداز Mg3(PO4)2 و MgSiO3 تبدیل و سپس به‌صورت سرباره خارج شوند .
سرعت عمل این روش زیاد است، به همین دلیل کنترل مقدار اکسیژن مورد نیاز برای حذف دلخواه ناخالصی‌های چدن غیرممکن است و در نتیجه فولاد با کیفیت مطلوب و دلخواه را نمی‌توان به این روش بدست آورد .
روش کوره باز - یا روش مارتن :

در این روش برای جدا کردن ناخالصی‌های موجوددر چدن ، از اکسیژن موجود در زنگ آهن یا اکسید آهن به جای اکسیژن موجود در هوا درروش بسمه (به منظور سوزاندن ناخالصی‌هایی مانند کربن ، گوگرد و غیره) استفادهمی‌شود. برای این منظور از کوره باز استفاده می‌شود که پوشش جدار داخلی آن ازMgO وCaO تشکیل شده است و گنجایش آن نیز بین 50 تا 150 تن چدن مذاب است. حرارت لازم برایگرم کردن کوره از گازهای خروجی کوره و یا مواد نفتی تأمین می‌شود. برای تکمیلعملاکسیداسیون، هوای گرم نیز به چدن مذاب دمیده می‌شود. زمان عملکرد این کورهطولانی‌تر از روش بسمه است. از این نظر می‌توان با دقت بیشتری عمل حذف ناخالصی‌هارا کنترل کرد و در نتیجه محصول مرغوبتری بدست آورد.
روش الکتریکی:
از این روش در تهیه فولادهای ویژه‌ای که برای مصارف علمی ‌وصنعتی بسیار دقیق لازم است، استفاده می‌شود که در کوره الکتریکی با الکترودهایگرافیتصورت می‌گیرد. از ویژگی‌های این روش این است که احتیاج به مادهسوختنیو اکسیژن ندارد ودمارا می‌توان نسبت به دوروش قبلی ، بالاتر برد.
این روش برای تصفیه مجدد فولادی که از روش بسمه و یاروش کوره باز بدست آمده است، به منظور تبدیل آن به محصول مرغوبتر ، بکار می‌رود. برای این کار مقدار محاسبه شده ای از زنگ آهن را به فولاد بدست آمده از روشهای دیگر، در کوره الکتریکی اضافه کرده و حرارت می‌دهند. در این روش ، برای جذب و حذف گوگردموجود در فولاد مقدار محاسبه شده‌ای اکسید کلسیم و برای جذب اکسیژن محلول در فولادمقدار محاسبه شده ای آلیاژ فروسیلیسیم (آلیاژ آهن و سیلیسیم) اضافه می کنند. 

انواع فولاد و کاربرد آنها:
از نظر محتوای کربن ، فولاد به سه نوع تقسیم می‌شود :
فولاد نرم :
این نوع فولاد کمتر از 0,2 درصد کربن دارد و بیشتر در تهیه پیچ و مهره ، سیم خاردار و چرخ دنده ساعت و ... بکار می‌رود .
فولاد متوسط :
این فولاد بین 0,2 تا 0,6 درصد کربن دارد و برای تهیه ریل و راه آهن و مصالح ساختمانی مانند تیرآهن مصرف می‌شود .
فولاد سخت :
فولاد سخت بین 0,6 تا 1,6 درصد کربن دارد که قابل آب دادن است و برای تهیه فنرهای فولادی ، تیر ، وسایل جراحی ، مته و ... بکار می‌رود . 
از فولادی که تا 0.2 درصد کربن دارد، برای ساختن سیم ، لوله و ورق فولاد استفاده می‌شود. فولاد متوسط 0.2 تا 0.6 درصد کربن دارد و آن را برای ساختن ریل ، دیگ بخار و قطعات ساختمانی بکار می‌برند. فولادی که 0.6 تا 1.5 درصد کربن دارد، سخت است و از آن برای ساختن ابزارآلات ، فنر و کارد و چنگال استفاده می‌شود .