۶ روند عمده در آینده معدنکاری که نمی‌توان نادیده گرفت
با توسعه صنعت، تقاضا برای منابع معدنی همچنان رو به افزایش است. در حال حاضر، هم کشورهای توسعه‌یافته و هم کشورهای در حال توسعه، مالکیت و توسعه منابع را به عنوان اقدامات استراتژیک در نظر می‌گیرند. در نتیجه، توسعه معدن شاهد ظهور فناوری‌ها و روش‌های معدنی کارآمد، ایمن و کم‌هزینه متعددی بوده است. برای توسعه مؤثر منابع، همگام شدن با فناوری‌های پیشرفته ضروری است.
(۱) اطلاعات در معادن زیرزمینی
در حال حاضر، معادن زیرزمینی در سراسر جهان به دنبال افزایش کارایی و ایمنی هستند که منجر به بهبود مستمر در سطح مکانیزاسیون و اتوماسیون می‌شود. به عنوان مثال، معدن آهن کیرونا در سوئد را در نظر بگیرید. معدن آهن کیرونا به دلیل تولید سنگ آهن با عیار بالا (با محتوای آهن بیش از 70٪) مشهور است و یکی از بزرگترین معادن آهن جهان است. استخراج سنگ آهن آن. بیش از 70 سال سابقه دارد و از معدنکاری روباز به معدنکاری زیرزمینی تغییر یافته است. هوش معدن آهن کیرونا در درجه اول از استفاده از تجهیزات مکانیکی در مقیاس بزرگ، سیستم‌های کنترل از راه دور هوشمند و سیستم‌های مدیریتی مدرن بهره می‌برد. سیستم‌ها و تجهیزات معدنکاری بسیار خودکار و هوشمند، کلید تضمین استخراج ایمن و کارآمد هستند.
توسعه. معدن آهن کیرونا از سیستم توسعه ترکیبی شفت و رمپ استفاده می‌کند. این معدن دارای سه شفت برای تهویه، بالابری سنگ معدن و سنگ باطله است. پرسنل، تجهیزات و مواد عمدتاً با استفاده از تجهیزات بدون ریل و از طریق رمپ‌ها حمل می‌شوند. شفت بالابر اصلی در دیواره پایینی توده سنگ معدن قرار دارد. تا به امروز، جبهه معدن و سیستم حمل و نقل اصلی شش بار پایین آمده است و سطح حمل و نقل اصلی فعلی در 1045 متر قرار دارد.
حفاری، شارژ و انفجار. حفاری تونل از مته‌های جامبو مجهز به ابزارهای اندازه‌گیری الکترونیکی سه‌بعدی برای موقعیت‌یابی دقیق سوراخ استفاده می‌کند. حفاری استاپ از دکل حفاری کنترل از راه دور سیمبا W469 ساخت شرکت اطلس کوپکو سوئد با قطر سوراخ ۱۵۰ میلی‌متر و حداکثر عمق سوراخ ۵۵ متر استفاده می‌کند. این دکل از سیستم لیزری برای موقعیت‌یابی دقیق استفاده می‌کند، بدون سرنشین است و می‌تواند در چرخه‌های مداوم ۲۴ ساعته کار کند. حجم انفجار سالانه سنگ معدن می‌تواند به ۳ میلیون تن برسد.
بارگیری، حمل و نقل و بالابری سنگ معدن از راه دور. حفاری، بارگیری، حمل و نقل و بالابری در ایستگاه‌های معدن آهن کیرونا همگی به صورت هوشمند و خودکار انجام می‌شوند و دکل‌های حفاری و لودرها بدون سرنشین کار می‌کنند. بارگیری سنگ معدن از لودر کنترل از راه دور تورو 2500E با راندمان تک واحدی ۵۰۰ تن در ساعت استفاده می‌کند. سیستم حمل و نقل زیرزمینی شامل انتقال تسمه‌ای و حمل و نقل ریلی خودکار است. حمل و نقل ریلی خودکار معمولاً از ۸ واگن سنگ معدن تشکیل شده است که واگن‌های تخلیه خودکار از کف برای بارگیری و تخلیه مداوم هستند. تسمه نقاله‌ها به طور خودکار سنگ معدن را از ایستگاه خردایش به دستگاه اندازه‌گیری منتقل می‌کنند و بارگیری و تخلیه را با پرش شفت، همه تحت کنترل از راه دور، انجام می‌دهند.
فناوری پاشش بتن با کنترل از راه دور و فناوری تقویت تکیه‌گاه. تکیه‌گاه تونل از ترکیبی از شاتکریت، پیچ سنگ و مش استفاده می‌کند. این کار توسط پاشش‌های بتن با کنترل از راه دور، با پیچ سنگ و مش فولادی که با استفاده از دکل‌های پیچ نصب می‌شوند، تکمیل می‌شود.
(دوم) کاربرد گسترده و فزاینده فناوری لیچینگ
در حال حاضر، فناوری لیچینگ به طور گسترده در بازیابی سنگ معدن مس، طلا، اورانیوم و غیره با عیار پایین استفاده می‌شود. فناوری‌های لیچینگ شامل لیچینگ درجا، لیچینگ توده‌ای و لیچینگ انفجاری درجا می‌شود. کشورهایی مانند ایالات متحده، کانادا و استرالیا عموماً از لیچینگ توده‌ای و لیچینگ انفجاری درجا برای بازیابی سنگ معدن مس با عیار پایین 0.15٪ تا 0.45٪، سنگ معدن اکسید مس بیش از 2٪ و سنگ معدن اورانیوم با عیار 0.02٪ تا 0.1٪ استفاده می‌کنند.
به عنوان مثال، ایالات متحده بیش از 20 معدن دارد که از روش لیچینگ انفجاری درجا برای استخراج مس استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، معدن مایک در نوادا و معدن مس زونیا در آریزونا هر کدام بیش از 2.2 تن مس در روز تولید می‌کنند. معدن بوت در مونتانا و معدن مس کوئین برنچ روزانه 10.9 تا 14.97 تن فلز مس تولید می‌کنند. در ایالات متحده، لیچینگ مس بیش از 20٪ از کل تولید، طلا بیش از 30٪ و اکثریت قریب به اتفاق تولید اورانیوم از استخراج لیچینگ حاصل می‌شود.
(سوم) فناوری استخراج با شفت عمیق
با کاهش حجم منابع، عمق استخراج در حال افزایش است و اغلب از ۱۰۰۰ متر فراتر می‌رود. این امر مشکلات و معضلات زیادی را به همراه دارد که در استخراج کم‌عمق با آنها مواجه نمی‌شویم، مانند افزایش فشار زمین، دمای بالاتر سنگ و چالش‌های بیشتر در بالا بردن، زهکشی، پشتیبانی و تهویه.
مشکلات رایج در معادن عمیق:
ظرفیت بالابری. با افزایش عمق معدن، اولین مسئله‌ای که با آن مواجه می‌شویم، ظرفیت بالابری معدن است. بالابرهای فعلی می‌توانند حداکثر ارتفاع بالابری تکی بیش از ۲۰۰۰ متر را داشته باشند، مانند یک معدن کانادایی با عمیق‌ترین بالابر تکی ۲۱۷۲ متر و یک معدن طلای آفریقای جنوبی با عمق چاه ۲۳۱۰.۴ متر. قابلیت‌های تجهیزات بالابری کاملاً الزامات معادن چاه‌های عمیق بزرگ را برآورده می‌کند.
دمای سنگ و خنک‌سازی با تهویه. با افزایش عمق معدن، دمای سنگ نیز به همان نسبت افزایش می‌یابد. به عنوان مثال، در معدن مس-روی تویوها ژاپن در سطح ۶۰۰- متر (حدود ۱۲۰۰ متر از سطح زمین)، دمای سنگ از ۱۰۰ درجه سانتیگراد فراتر می‌رود، اما بسیاری از کشورها تصریح می‌کنند که دمای زیر زمین نمی‌تواند از ۲۸ درجه سانتیگراد تجاوز کند. معادن شفت عمیق معمولاً حجم تهویه زیر زمین را افزایش داده و هوا را با استفاده از روش‌های خنک‌سازی با هوا و خنک‌سازی با آب خنک می‌کنند. هنگام انتخاب یک یا هر دو، علاوه بر کاهش دما، باید به کاهش اتلاف گرما از تجهیزات مکانیکی زیرزمینی، تجهیزات دیزلی و خود تجهیزات تبرید نیز توجه شود.
مدیریت فشار زمین و روش‌های استخراج. معادن شفت عمیق عموماً یک سیستم اندازه‌گیری و نظارت کامل بر فشار زمین ایجاد می‌کنند که مستقیماً بر روند روان تولید معدن و سطح هزینه‌های تولید تأثیر می‌گذارد. انفجار سنگ یک مسئله برجسته در استخراج شفت عمیق است. برای پیش‌بینی انفجار سنگ، بسیاری از معادن دستگاه‌های نظارت بر ریزلرزه‌ها را در زیر زمین نصب می‌کنند، مانند معدن نقره سان‌شاین ایالات متحده که نظارت بر ریزلرزه‌ها را در سطح ۲۲۵۴ متری برای نظارت ۲۴ ساعته نصب کرده است.
احتراق و انفجار خود به خودی. استخراج معادن عمیق ممکن است به دلیل دمای بالای سنگ معدن و انفجار خود به خودی در حین شارژ مواد منفجره، با احتراق خود به خودی سنگ معدن سولفیدی نیز مواجه شود که نیاز به توجه کافی دارد.
در حال حاضر، عمق استخراج معادن غیر زغال سنگ در چین عموماً از ۷۰۰ تا ۸۰۰ متر تجاوز نمی‌کند، اما در سال‌های اخیر، برخی از ذخایر معدنی که در اعماق حدود ۱۰۰۰ متر دفن شده‌اند، در حال توسعه هستند، از جمله معدن مس دونگواشان تحت نظر شرکت فلزات غیر آهنی تونگلینگ و منطقه معدنی شماره ۲ جینچوان.
(چهارم) کار حفاظت از محیط زیست معدن
در کشورهای خارجی، به ویژه کشورهای توسعه‌یافته، اقدامات جامعی برای مدیریت زیست‌محیطی معادن اتخاذ می‌شود. استانداردهای فنی سختگیرانه‌ای در مورد فاضلاب، گازهای خروجی، سرباره، گرد و غبار، سر و صدا و غیره که از معادن تخلیه می‌شوند، اعمال می‌شود. بسیاری از معادن کم‌عیار به دلیل هزینه‌های گزاف تصفیه زیست‌محیطی، قابل ساخت یا بهره‌برداری نیستند.
در حال حاضر، در خارج از کشور بر ایجاد معادن بدون زباله و پاک تأکید می‌شود. معدن زغال سنگ والسام آلمان در منطقه صنعتی روهر نمونه‌ای موفق است. این معدن از لجن زغال سنگ حاصل از کارخانه شستشوی زغال سنگ، خاکستر حاصل از تولید برق با سوخت زغال سنگ و سنگ‌های زباله زیرزمینی خرد شده مخلوط با سیمان، فعال و هم زده شده استفاده می‌کند و سپس با یک پمپ پی ام به زیر زمین پمپ می‌شود تا فضاهای خالی را پر کند. این معدن هیچ زباله جامدی را به بیرون تخلیه نمی‌کند.
(V) فناوری معدنکاری پر کردن
مواد پرکننده مختلف بر اساس شرایط مختلف استفاده می‌شوند:
پشتیبانی منطقه‌ای. برای کاهش بسته شدن حجم الاستیک و خطرات انفجار سنگ، به مواد پرکننده سفت و سخت با کیفیت بالا نیاز است.
کنترل لایه‌های سنگی. الزامات کیفی مواد پرکننده سختگیرانه نیست، اما پرکننده در مقیاس بزرگ مورد نیاز است و پرکننده نباید پس از قرارگیری منقبض شود.
استخراج چند رگه‌ای. مواد پرکننده در شرایط تنش کم نیاز به استحکام دارند تا تغییر شکل و جابجایی سنگ به حداقل برسد.
کنترل محیطی. برای اطمینان از آب‌بندی دیوار آویز به منظور جلوگیری از جریان هوا در ناحیه استخراج شده، مواد پرکننده نباید جمع شوند و پر کردن ناحیه وسیعی لازم است.
کاهش بلند کردن سنگ‌های باطله. آماده‌سازی و خرد کردن سنگ‌های باطله در زیر زمین برای پر کردن مواد، در نتیجه بهبود بهره‌وری.
ملاحظات فعلی برای پر کردن:
تلاش‌ها را بر ایجاد سیستم‌های کاربردی و قابل اعتماد متمرکز کنید. فناوری‌های مؤثر پر کردن را برای ادغام عملیات پر کردن با چرخه‌های معدنکاری تحقیق و توسعه دهید. بر مدیریت سیستم‌های پر کردن تأکید کنید.
فناوری‌های تحقیقاتی برای بهینه‌سازی سیستم‌های موجود، از جمله توزیع اندازه ذرات برای مواد پرکننده با کیفیت بالا، بهبود فرآیندهای آماده‌سازی مواد پرکننده در هیدروسیکلون‌ها و خردایش، و فناوری‌های بهینه انتقال مانند افت فشار، سایش، خوردگی و طراحی کلی سیستم پرکننده.
تقویت درک کمی از فرآیندهای آماده‌سازی، انتقال، جایگذاری و تغییر شکل مواد پرکننده برای ایجاد پایه و اساس معدنکاری ایمن، پایدار و کارآمد. فرآیندهای پرکننده مورد استفاده در سطح بین‌المللی شامل پرکننده ماسه‌ای هیدرولیکی، پرکننده خشک، پرکننده جامد با آب بالا و پرکننده سیمانی است. پرکننده سیمانی خود به موارد زیر تقسیم می‌شود: پرکننده هیدرولیکی باطله‌های قطعه‌بندی شده (انتقال ثقلی با غلظت بالا)، پرکننده هیدرولیکی سایر مواد پرکننده (انتقال ثقلی با غلظت بالا)، پرکننده ثقلی کامل با خمیر باطله و پرکننده پمپاژ خمیر باطله کامل. روش توصیه شده بین‌المللی، پرکننده پمپاژ خمیر باطله کامل است.
در حال حاضر، کانادا ۱۲ معدن دارد که از پرکننده خمیری با غلظت بالا استفاده می‌کنند و آفریقای جنوبی و استرالیا نیز سیستم‌های پرکننده خمیری جدیدی در حال کار دارند. فرآیندهای جدید پرکننده، الزامات حفاظت از منابع، حفاظت از محیط زیست، بهبود بهره‌وری و توسعه معادن را بهتر برآورده می‌کنند. استخراج پرکننده، چشم‌اندازهای وسیع‌تری در صنعت معدن قرن بیست و یکم خواهد داشت.
(ششم) استخراج کلوخه‌های پلی‌متالیک اقیانوسی
گرهک‌های پلی‌متالیک در بستر دریا و در اعماق حدود ۳۰۰۰ تا ۵۰۰۰ متر رخ می‌دهند. برای استخراج آنها، روش‌های استخراج عملی ضروری است. بنابراین، کشورهای جهان توسعه روش‌های استخراج قابل اعتماد را در اولویت قرار داده‌اند و تحقیقات تجربی گسترده‌ای انجام داده‌اند، برخی حتی آزمایش‌های استخراج در اعماق دریا را در مقیاس متوسط انجام داده‌اند. از اواخر دهه ۱۹۶۰ تاکنون، روش‌های استخراج اقیانوسی توسعه‌یافته و آزمایش‌شده بین‌المللی عمدتاً در سه دسته قرار می‌گیرند: استخراج با سطل خط پیوسته (سی ال بی)، استخراج با وسیله نقلیه کنترل از راه دور از بستر دریا و استخراج با بالابر سیال.
روش استخراج سطلی خط پیوسته (سی ال بی). این روش توسط ژاپنی‌ها در سال ۱۹۶۷ پیشنهاد شد. این روش نسبتاً ساده است و عمدتاً شامل یک کشتی استخراج، کابل یدک‌کش، سطل‌ها و یک کشتی یدک‌کش می‌شود. سطل‌ها در فواصل معینی به کابل یدک‌کش متصل شده و تا کف دریا پایین آورده می‌شوند. کابل یدک‌کش که توسط کشتی یدک‌کش هدایت می‌شود، سطل‌ها را به سمت پایین، بالا و پایین حرکت می‌دهد. این عملیات چرخه‌ای طناب بدون پله، یک حلقه جمع‌آوری پیوسته را تشکیل می‌دهد. ویژگی اصلی سی ال بی توانایی آن در سازگاری با تغییرات عمق و حفظ عملیات عادی است. با این حال، تولید سی ال بی فقط تا ۱۰۰ تن در روز است که بسیار کمتر از نیازهای استخراج صنعتی است. بنابراین، روش استخراج سی ال بی در اواخر دهه ۱۹۷۰ کنار گذاشته شد.
روش استخراج معدن با وسیله نقلیه کنترل از راه دور در بستر دریا. این روش عمدتاً توسط فرانسوی‌ها پیشنهاد شده است. وسیله نقلیه کنترل از راه دور در بستر دریا، یک وسیله نقلیه استخراج معدن شناور بدون سرنشین است که در درجه اول از چهار سیستم تشکیل شده است: جمع‌آوری سنگ معدن، خودران، کنترل شناوری و بالاست. وسیله نقلیه استخراج معدن تحت نظارت کشتی مادر سطحی، طبق دستورات برای جمع‌آوری گره‌ها به بستر دریا شیرجه می‌رود. پس از پر شدن، به سطح آب می‌آید و گره‌ها را در مخزن دریافت کشتی مادر تخلیه می‌کند. کشتی مادر سطحی معمولاً می‌تواند چندین وسیله نقلیه استخراج معدن را به طور همزمان کنترل کند. این سیستم استخراج معدن نیاز به سرمایه‌گذاری قابل توجهی دارد و با ارزش محصول پایین و بدون هیچ گونه سود اقتصادی برای دهه‌ها، انجمن تحقیق و توسعه گره‌های اقیانوسی فرانسه تحقیقات را در سال ۱۹۸۳ متوقف کرد. با این حال، اصول جمع‌آوری و حمل و نقل این وسیله نقلیه استخراج معدن امیدوارکننده تلقی می‌شود.
روش استخراج با بالابر سیال. در حال حاضر، روش شناخته شده بین‌المللی با بیشترین پتانسیل کاربرد صنعتی، استخراج با بالابر سیال است. هنگامی که کشتی استخراج به منطقه استخراج می‌رسد، جمع‌کننده و لوله بالابر به هم متصل شده و به تدریج به دریا فرو برده می‌شوند. جمع‌کننده، گره‌ها را از رسوبات بستر دریا جمع‌آوری کرده و پردازش اولیه را انجام می‌دهد. با استفاده از بالابر هیدرولیکی یا پنوماتیکی، آب درون لوله با سرعت کافی به سمت بالا حرکت می‌کند تا گره‌ها را به کشتی استخراج سطحی منتقل کند.
با ظهور توسعه و بهره‌برداری بشر از اقیانوس‌ها در قرن بیست و یکم، فناوری استخراج از اقیانوس‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. توسعه فناوری پیشرفته مدرن، راه را برای بهره‌برداری از منابع اقیانوسی هموار کرده است و شکل‌گیری و پیشرفت آن تأثیر مثبت و گسترده‌ای بر اقتصاد جهانی اقیانوس، فرهنگ و آگاهی بشر از اقیانوس‌ها خواهد داشت.
