استخراج معادن روباز: از حفاری و انفجار تا کنترل آب و احیای معدن
استخراج روباز از دور ساده به نظر میرسد: سنگ را حفر میکنند، آن را میشکنند، بارگیری میکنند و آن را حمل میکنند.
در عمل، یک معدن روباز ایمن و پربازده به چندین سیستم متصل به هم بستگی دارد. هندسهی سکو بر حفاری تأثیر میگذارد. کیفیت حفاری بر انفجار تأثیر میگذارد. انفجار بر بارگیری، حمل و نقل، خردایش، پایداری شیب، گرد و غبار، زهکشی و در نهایت هزینهی بازسازی تأثیر میگذارد.
درک کل گردش کار مفیدتر از بررسی تک تک دستگاهها به صورت جداگانه است.
۱. دو نوع اساسی معدن روباز
«خطوط همرفتی بسته» خط بسته افقی است که توسط مرز معدن روباز در سطح زمین تشکیل میشود.
بر اساس زمین و موقعیت کانسار نسبت به این خط تراز، معادن روباز معمولاً به دو نوع تقسیم میشوند:
معادن روباز دامنه تپهبالای سطح بسته و در امتداد یک شیب قرار دارند. حفاری در امتداد یک شیب انجام میشود و نیروی جاذبه ممکن است به برخی از عملیات زهکشی کمک کند.
معادن روباز رکوداین گودالها اغلب با عمیقتر شدن حفاری، به کنترل پیچیدهتر آب، برنامهریزی حمل و نقل جادهای و مدیریت شیب نیاز دارند.
این تمایز بر طرح معدن، جادههای دسترسی، سیستم زهکشی و طراحی نهایی شیب تأثیر میگذارد.
۲. سه عنصر اساسی یک نیمکت
یک معدن روباز در سطوح کاری افقی به نام سکو ساخته میشود.
نیمکت:لایهای افقی که سنگ معدن و توده سنگ به آن تقسیم میشوند. فاصله عمودی بین سطوح کاری، ارتفاع سکو نامیده میشود.
نمای نیمکت:سطح شیبدار نیمکت که رو به ناحیه مینگذاری شده قرار دارد. زاویه بین این سطح و صفحه افقی، زاویه سطح نیمکت است.
سکو یا خاکریز:ناحیه افقی بین پنجه و تاج سطح نیمکت. عرض آن برابر با عرض سکو است.
پلتفرمهای مختلف اهداف متفاوتی را دنبال میکنند:
این سکوی کاری، عملیات حفاری، انفجار، بارگیری و حمل و نقل را پشتیبانی میکند.
یک خاکریز ایمنی یا مانع از ریزش سنگ کمک میکند.
یک خاکریز تمیزکننده، فضایی برای برداشتن مواد سست فراهم میکند.
عرض کاری باید برای حرکت تجهیزات و جداسازی ایمن کافی باشد.
طراحی سکو نه تنها یک مسئله تولیدی است، بلکه یک مسئله مربوط به پایداری شیب و کنترل دسترسی نیز میباشد.
۳. توالی اصلی تولید روباز
گردش کار اصلی تولید معمولاً شامل موارد زیر است:
حفاری
انفجار یا شکستن سنگ
بارگیری و حمل و نقل
حذف ضایعات سنگ
هر مرحله بر مرحله بعدی تأثیر میگذارد. حفاری ضعیف میتواند منجر به انفجار ضعیف شود. خردایش ضعیف میتواند باعث اضافه بار بیل مکانیکی و سنگ شکن شود. طراحی ضعیف جاده حمل و نقل میتواند خروجی تجهیزات بارگیری را که در غیر این صورت قادر به بارگیری بودند، کاهش دهد.
حفاری
حفاری اولین عملیات اصلی در تولید روباز است و معمولاً حدود 10 تا 15 درصد از کل هزینه تولید را تشکیل میدهد.
سه دسته تجهیزات به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند.
دکلهای حفاری DTHزوایای حفاری انعطافپذیر، قابلیت جابجایی خوب و وزن و سرمایهگذاری نسبتاً کم تجهیزات را ارائه میدهند. آنها برای معادن کوچک و متوسط، به ویژه در سنگهای با سختی متوسط، مفید هستند. حفاری شیبدار میتواند به کنترل کیفیت سنگ معدن، کاهش تشکیل پنجه و محدود کردن بلوکهای بزرگ کمک کند.
متههای چالزنی چرخشیبهرهوری بالا و سطح بالایی از مکانیزاسیون را فراهم میکنند. آنها به طور گسترده در معادن روباز بزرگ مورد استفاده قرار میگیرند و میتوانند سازندهایی را در طیف وسیعی از سختی حفاری کنند.
دکلهای حفاری سنگ نصب شده با جامبو یا خزندهاز یک یا چند مته سنگ با تغذیه خودکار که روی یک بوم یا قاب نصب شدهاند، استفاده کنید. قابلیت جابجایی و عملکرد مکانیکی آنها، آنها را برای کارهای حفاری تخصصی یا متغیر مناسب میکند.
برای حفاری DTH، چکش، مته، میله، کمپرسور، سیستم شستشو و سازند سنگ باید به عنوان یک سیستم هماهنگ باشند. قطر، عمق، شیب و دقت سوراخ، همگی بر نتیجه نهایی انفجار یا شکافت سنگ تأثیر میگذارند.
انفجار و خردایش کنترلشده سنگ
هدف از انفجار، ایجاد اندازه قابل کنترلی از قطعات سنگ برای بیل مکانیکی، کامیونهای حمل سنگ و سنگشکنهای اولیه است. در بسیاری از عملیاتهای روباز، انفجار تقریباً ۱۵ تا ۲۰ درصد از کل هزینه تولید را تشکیل میدهد.
روشهای رایج عبارتند از:
انفجار چالهای کم عمق:معمولاً از سوراخهای کوچکتر، اغلب با قطر حدود 30 تا 75 میلیمتر، با عمق سوراخ عموماً کمتر از 5 متر استفاده میکند. این دستگاه در معادن کوچکتر، تونلها، برشهای جادهای، شکست ثانویه و کارهای حفاری ویژه استفاده میشود.
سندبلاست عمیق چاه:از سوراخهای عمیقتر ایجاد شده توسط DTH یا تجهیزات چرخشی استفاده میکند. بسته به طراحی میز و الزامات قطعهبندی، میتوان از سوراخهای عمودی و شیبدار استفاده کرد.
انفجار محفظه:مقدار بیشتری از مواد منفجره را در یک محفظه یا دهانه زیرزمینی قرار میدهد. این روش عموماً به شرایط خاص ساخت و ساز یا معادن با حجم زیاد محدود میشود.
انفجار چند ردیفه در میلی ثانیه:زمانی استفاده میشود که حجم تولید بیشتری مورد نیاز باشد. زمانبندی کنترلشده میتواند تکهتکه شدن را بهبود بخشد و ارتعاش را به طور مؤثرتری نسبت به شروع همزمان مدیریت کند.
نزدیک به شیبهای نهایی، مهندسان ممکن است از روشهای انفجار کنترلشده مانند تأخیرهای میلیثانیهای، پیششکاف، انفجار نرم و انفجار بافر استفاده کنند. هدف، محافظت از توده سنگ باقیمانده است، نه صرفاً به حداکثر رساندن شکستگی.
برای مکانهایی که نزدیک ساختمانها، راهآهن، بزرگراهها، خطوط برق یا سایر داراییهای حساس هستند، یک روش غیر انفجاری ممکن است مناسبتر باشد. سیستم تجزیه سنگ با انرژی گازی O2 شرکت Gaea Rock از اکسیژن مایع و یک جاذب قابل احتراق در داخل یک لوله شکست استفاده میکند. این یک فرآیند تغییر فاز کنترلشده است، نه یک سیستم انفجاری مرسوم.
سیستم O2 را میتوان در مواردی که شدت موج ضربهای کمتر، لرزش کمتر، طبقهبندی آسانتر حمل و نقل و شکافت سنگ کنترلشده مهم است، در نظر گرفت. مراحل حفاری، ساقهگیری، شارژ، احتراق، دفع و مراحل اضطراری باید توسط پرسنل واجد شرایط طراحی و نظارت شوند.
۴. بارگیری و حمل و نقل
بارگیری حلقه اصلی چرخه تولید معادن روباز است. حفاران، سنگ معدن یا سنگهای منفجر شده را برداشته و آن را در تجهیزات حمل و نقل بارگیری میکنند یا به مکان تعیین شده منتقل میکنند.
تجهیزات بارگیری رایج شامل موارد زیر است:
بیلهای هیدرولیکی
بیلهای کابلی
بیلهای هیدرولیکی
لودرهای چرخگوشتی
بارگیری و حمل و نقل را نمیتوان جداگانه بهینه کرد. اگر کامیونها در جبهه کار صف بکشند یا جادههای حمل و نقل به خوبی نگهداری نشوند، یک بیل مکانیکی بزرگتر ارزش کمی دارد.
زیرساختهای حمل و نقل میتوانند سهم عمدهای از سرمایهگذاری معدن را تشکیل دهند و حمل و نقل میتواند بیش از نیمی از کل هزینه سنگ معدن و نیروی کار را در برخی عملیاتها به خود اختصاص دهد.
سیستمهای حمل و نقل رایج عبارتند از:
حمل و نقل کامیونی
حمل و نقل ریلی
سیستمهای نقاله
بالابر شیبدار
سیستمهای حمل و نقل ترکیبی
حمل و نقل با کامیون به دلیل انعطافپذیری، همچنان رایجترین روش است، اما معادن بزرگتر به طور فزایندهای در حال ادغام نوار نقالههای پیوسته، نرمافزار ارسال و تجهیزات خودکار هستند.
۵. دفع زبالههای سنگی
سنگهای باطله و مواد زائد روباره باید به محلهای دفع تعیینشده منتقل شوند.
برای جابجایی سنگهای باطله میتوان از حمل و نقل جادهای، حمل و نقل ریلی یا نوار نقاله استفاده کرد. مناطق دفع میتوانند به صورت مخازن تک سکویی، مخازن سرپوشیده چند سکویی یا مخازن چند سکویی با تکیهگاه در قسمت پنجه طراحی شوند.
محل دفن زباله باید برای ظرفیت، زهکشی، پایداری شیب، جداسازی ترافیک و توانبخشی طولانی مدت طراحی شود. مدیریت ضعیف محل دفن زباله میتواند باعث بیثباتی، رواناب، گرد و غبار و مشکلات احیای آینده شود.
۶. حفاظت از آب و زهکشی
کنترل آب یکی از مهمترین سیستمهای مهندسی معادن روباز است.
رویکردهای رایج زهکشی عبارتند از:
زهکشی ثقلی برای معادن دامنه تپه
جمعآوری از کف برای گودالهای کمعمق با جریان ورودی محدود
زهکشی مرحلهای برای گودالهای عمیقتر با جریان آب بالاتر
گالریهای زیرزمینی و تونلهای زهکشی برای جریان ورودی بسیار بالا
بسته به نوع زمین و زمینشناسی، ممکن است چندین سیستم با هم ترکیب شوند.
عایقبندی همچنین نیاز به بازرسی منظم دارد. کانالهای زهکشی، موانع، پمپها، آسترها و سایر سازههای محافظ باید قبل از فصل بارندگی و بعد از شرایط نامساعد جوی بررسی شوند.
۷. مشکلات پس از استخراج
سایتهای روباز مدیریت نشده ممکن است خطرات جدی ایجاد کنند:
تجمع آب در گودال
شیبهای بلند و ناپایدار
رانش زمین
اثرات فشار بر روی عملیات زیرزمینی مجاور
شکست سد باطله
جریانهای گل و لای که بر جوامع پاییندست تأثیر میگذارند
آسیبهای زیستمحیطی بلندمدت ناشی از تخلیه باطلهها
این خطرات باید در طول برنامهریزی معدن، نه فقط پس از پایان تولید، مورد توجه قرار گیرند.
۸. بازسازی معدن
توانبخشی مدرن معادن معمولاً بر چهار حوزه تمرکز دارد.
درمان شیب:سنگهای ناپایدار را بردارید، زاویههای شیب بیش از حد را کاهش دهید، سکوهای پایدار ایجاد کنید و مناطق تحت پوشش گیاهی را احیا کنید.
مدیریت باطله:در صورت لزوم از باطلههای مناسب به عنوان خاکریز زیرزمینی استفاده کنید. مواد معدنی ارزشمند را از طریق فرآوری مجدد بازیابی کنید و کاربردهای ایمن آنها را به عنوان مصالح ساختمانی بررسی کنید.
تصفیه خاک:خاک آسیبدیده را جایگزین یا بهبود دهید، موانعی ایجاد کنید که مهاجرت آلایندهها را محدود کند و اصلاحاتی را اضافه کنید که حاصلخیزی را بازیابی کند.
احیای پوشش گیاهی:گیاهانی را انتخاب کنید که با آب و هوای محلی، خاکهای فقیر و در صورت لزوم، مواجهه با فلزات سنگین سازگار باشند. پوشش مستقیم گیاهی ساده و اقتصادی است؛ قرار دادن خاک سطحی اغلب سرعت استقرار و بازیابی را بهبود میبخشد.
کارآمدترین معدن روباز صرفاً آن معدني نیست که بیشترین سنگ را جابجا میکند، بلکه معدني است که از ابتدا هماهنگکنندهی عملیات حفاری، شکستن سنگ، بارگیری، حمل و نقل، زهکشی، کنترل شیب و بازسازی باشد.
